DE1070282B - - Google Patents

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DE1070282B
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coupling
clutch
winding
machine
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

  • Anordnung, bestehend aus einer elektrischen Drehfeldmaschine und einer zwischen dieser und einer Arbeits- oder Kraftmaschine eingeschalteten elektrodynamischen Kupplung, deren beide drehbaren Teile Wicklungen tragen, wobei eine Wicklung der Kupplung,und eine Mehrphasenwicklung der elektrischen Drehfeldmaschine an das gleiche Netz angeschlossen sind Kaskadenschaltungen von elektromagnetischer Kupplung, meist einer Schlupfkupplung, und elektrischer Maschine sind bekannt. Derartige Anordnungen wurden als Drehmomentwandler vorgeschlagen, d. h., es wird damit ein hohes Drehmoment bei kleiner Drehzahl in gleiche Leistung bei kleinem Drehmoment und großer Drehzahl verwandelt oder umgekehrt.
  • Es ist ferner ein aus zwei Synchronmaschinen bestehendes Getriebe zwischen einer Kraftmaschine und einer Arbeitsmaschine bekanntgeworden, das jedoch nicht als elektrodynamische Kupplung im üblichen Sinne, deren Vorzug gerade in der elastischen Kraftübertragung; liegt, anzusehen ist, sondern es handelt sich dabei lediglich um eine Kaskadenschaltung zweier Synchronmaschinen, deren Gleichlauf in kein,--in Moment unterbrochen werden darf, so daß die Kraftmaschine praktisch starr mit der Arbeitsmaschine verbunden ist. Auch eine weiterhin Ikkanntg@ewordene Anordnung zur Regelung von Induktionsmotoren durch Zuführung von Spannung veränderlicher Periodenzahl und Größe zu Ständer und Läufer kann nicht als elektrodynamische Kupplung von dem allgemein üblichen starren Netz gespeist werden, sondern es ist erst ein besonderer Drehstromgenerator erforderlich, um die gewünschten Schlüpfungsströme in dem Läufer eines Induktionsmotors zu erzeugen. Ein weiterer ungünstiger Umstand bei dieser bekannten Regelanordnung ist darin zu erblicken, daß die beiden starr miteinander verbundenen Läufer der zu regelnden Induktionsmotoren ständig elektrisch miteinander verbunden sein müssen, um die gewünscht; Drehzahliil:crsetzun" zwischen dem umlaufenden Ständer der einen Induktionsmaschine und dem Läufer der anderen Induktionsmaschine zu erzielen.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, bestehend aus einer elektrischen Drehfeldmaschine und einer zwischen dieser und einer Arbeits- oder Kraftmaschine eingeschalteten elektrodynamischen Kupplung, deren beide drehbaren Teile Wicklungen tragen, wobei eine Wicklung der Kupplung und eine Mehrphasenwicklung der elektrischen Drehfeldmaschine an das gleiche Netz angeschlossen sind. Erfindungsgemäß ist dieses Netz starr, und es sind Mittel vorgesehen, um die Wicklung der Kupplung vom Netz zu trennen sowie die abgetrennte Wicklung durch einen Schalter oder Widerstände zii schließen oder an eine Gleichstromduelle zu lerien.
  • Eine derartige Anordnung, bei der bedarfsweise der eine Kupplungsteil an ein starres Netz gelegt werden kann, erlaubt eine Drehzahländerung im weitesten Bereich, wobei das übertragene Drehmoment konstant bleibt. Es gestattet die erfindungsgemäße Anordnung sowohl eine Übersetzung im Verhältnis 1:1 bei vom V<t7 getrennter und mit C,lr.ichstrom gespeister Wicklung der Kupplung als auch eine weitere Übersetzung je nach Polzahlverhältnis bei einem Kurzschließen der umschaltbaren Wicklung der elektrodynamischen Kupplung.
  • Es handelt sich also lrei der erfindungsgemäßen Anordnung um die elektrische Parallelschaltung und gleichzeitige mechanische Serienschaltung einer elektrischen Wechselstrommaschine und einer elektromagnetischen Kupplung.
  • Erfindungsgemäß kann sowohl eine Synchronmaschine, bestehend aus einem mit Gleichstrom erregten Polrad und einem mit einer :vlehrphasetiwicklung versehenen Läufer als auch eine Asynchronmaschine, bestehend aus einem Käfig- oder Schleifringläufer und einem mit einer zweiten Mehrphasenwicklung versehenen Läufer, als Kupplung verwendet werden. Die Polzahl der Drehfeldmaschine steht dabei in einem solchen Verhältnis zu derjenigen der Kupplung, daß die Differenzdrehzahl von Arbeits- oder Kraftmaschine und Drehfeldmaschine gleich der synchronen oder asynchronen Drehzahl der vom Netz gespeisten Kupplung ist.
  • Um den Drehzahlbereich lyeträchtlich zu erweitern. kann die erfindungsgemäße Kupplung auch polumschaltbar gebaut werden, was besonders leicht hei der asynchronen Bauart möglich ist. Die Kraft- oder Arbeitsmaschinen können dann besonders feinstufig den synchronen Drehzahlen der Hanptmaschirien an-, gepaßt werden.
  • Anwendung findet die neue Anordnung in sehr vorteilhafter Weise z. B. bei Wasserkraft-Stromerzeugern in solchen Fällen, in denen die Turbine bei wechselnden Wasserverhältnissen mit zwei Drehzahlen arbeiten muß. Bisher verwandte man in diesen Fällen Generatoren, die im Polrad und im Stator polumschaltbar sind. Derartige Generatoren sind jedoch relativ groß. Die Umschaltung erfordert zudem erhebliche Stillstandszeit.
  • Bei der neuartigen Anordnung läuft die Kupplung bei der niedrigen Turbinendrehzahl als Schlupfkupplung. Sie kann dann für besonders kleinen Schlupf, gegen 0,5 %, ausgelegt sein. Sie liegt also nicht mehr am Netz, sondern die Wechseistromwicklung ist kurzgeschlossen. Zur Vermeidung des Schlupfes kann die Kupplung auch beidseitig mit Gleichstrom gespeist werden, wie das z. B. von den Bremsschaltungen der Asynchronmaschine her bekannt ist.
  • Bei hoher Drehzahl der Turbine wird die Kupplung von demselben Netz gespeist, an dem die elektrische Maschine liegt. Ihre Polzahl wird so gewählt, daß sie als Generator oder Motor am Netz des Generators mit der Differenzdrehzahl fährt und die Überschuß-oder Unterschuß-Energie liefert oder bezieht.
  • Sind die Betriebsdrehzahlen der Turbine z. B., wie es häufig ist, um den Faktor 1,2 verschieden, dann müssen sich die Polzahlen von Generator und Kupplung wie verhalten, wobei PO die Polzahl des Generators, PK die Polzahl der Kupplung und nT die Betriebsdrehzahl der Turbine sind. Der Übergang auf den neuen Betriebszustand erfolgt sehr einfach und schnell.
  • Betrachtet man die einzelnen Betriebszustände, so erfolgt zunächst das Anfahren derart, daß die Turbine den Generator über die als Schlupfkupplung geschaltete Kupplungsmaschine hochfährt. Ist die synchrone Drehzahl erreicht, wird der C'rünerator ans Netz gelegt. Die Kupplung kann nun auch, beidseitig mit Gleichstrom erregt, als Synchronkupplung weiterfahren. Soll die Turbinendrehzahl erhöht werden, (tann hebt man den Kurzschluß oder die Gleichstromspeisung der Kupplung auf. Der Generator läuft als leer laufender Motor am Netz weiter. Die Kupplung wird nun mit der dem gewünschten Drehsinn entsprechenden l'hasenfolg,- ans Netz gelegt und gibt nein als Generator die C'lierscliuß,energi@e ab. Die Polra(lwinkel der beiden elektrischen Maschinen, die bekanntlich für die Wirkbelastung maßgelxmd sind, können sich völlig frei einstellen. Die Leistung der Kupplung verhält sich zur Leistung der Elektromaschine umgekehrt wie die Polzahlen.
  • Bei Pumpspeicherwerken, bei denen oft eine eiektrische :Maschine mit einer Turbine und einer Pumpe ,gekuppelt ist, hat im allgemeinen die Turbine eine andere Drehzahl als die Pumpe. Es gibt auch Anlagen, bei denen dieTurbine als Pumpe arbeiten kann, jedoch mit anderer Drehzahl. Auch liierhei kann die neue Anordnung sehr vorteilhaft einges-,tzt werden. tim die Drehzahlen anzugleichen oder die Pumpe bzw. rlie Turbine vom Generator zu losen.
  • trbvrha(il)t ist die Trcrinung fler @V@IIe zwiscli(@ii Wasserkraftmaschin#-- und Generator auch aus konstruktiven Gründen sehr erwünscht. Die Hersteller Sind nicht mehr voneinander abhängig. Die Turbinenlast braucht nicht mehr vorn Generatorlager oder die Generatorlast nicht mehr vom Turbinenlager getragen zu werden. Die Verluste sind klar voneinander zu trennen. Axiale Schübe der Turbine auf die Welkkönnen sich nicht auf den Generator übertragen, so daß dieser sogar mit Wälzlagern bzw. Wälztraglagern bei senkrechter Welle ausgeführt werden kann.
  • Die neue Anordnung ist jedoch auch in allen anderen Fällen anwendbar, in denen Elektro- und Artxits-bzw. Kraftmaschine in der Drehzahl nicht zueinander passen. Es kommt oft vor, daß Turbine und Turbogebläse eine günstigste Drehzahl haben. die über der höchstmöglichen Synchrondrehzahl der Elektromaschine, z. B. 3000 U/min bei 50 Hz. 3600 U/min bei 60 Hz, liegt. Dann erspart die Kupplung (las Zahnra(lgetriebe. Zudem ist sie erheblich geräuschärmer und erleichtert den Hochlauf.
  • Ein wirtschaftlich besonders wichtiger Anwendungsfall ist der Antrieb einer Erregter- bzw. Hilfserregermaschine eines langsam laufenden Drehstromgenerators, deren Antriebsdrehzahl durch die zwischen die Drehstromgeneratorwelle und die Erreger- bzw. Hilfserregermaschine geschaltete erfindungsgemäße Anordnung um rein Vielfaches im Vergleich zur Drehzahl des Drehstromgenerators erhöht werden kann. Daraus ergeben sich einmal bedeutend kleinere Abmessungen für die Erreger- bzw. Hilfserregermaschine, und auch die Zeitkonstante dieser :Maschine wird besonders klein, wie das insbesondere für Regelvorgänge erwünscht ist.
  • Konstruktiv wird es oft möglich sein, die Kupplung in das Polrad der Hauptmaschine einzubauen, da die elektrische Leistung der Kupplung beträchtlich kleiner ist als die des Generators bzw. Motors.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in Fig. 1 bis 3 der "Zeichnung Ausführungsbeispiele dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Drehstromgenerator 1, der von einer Turbine 2 über eine elektromagnetische Kupplung 3 in Synchronbauart angetrieben wird. Das Polrad 4 dieser Kupplung 3 ist auf der Turbinenwelle 5 und der Läufer 6 der Kupplung 3 auf der Generatorwelle 7 befestigt. Das Polrad 4 trägt eine Gleichstromwicklung 8, während der. Läufer 6 mit einer Drehstromwicklung 9 ausgerüstet ist, die a» demselben Drehstromnetz 10 liegt, das der Drehstromgenerator 1 speist. Mittels des Schalters 11 kann die Drehstromwicklung 9 vom Drehstromnetz 10 g.-trennt und auch kurzgeschlossen werden.
  • Nach Fig. 2 erfolgt der Antrieb des Drehstromgenerators 12 durch eine Turbine 13 über eine Kupplung 14 in Asynchronbauart. Der eine Phasenläufer 15 dieser Kupplung 14 ist mittels des Schalters 16 direkt mit dem Netz 17 des Drehstromgenerators 12 verbunden, während der zweite Phasenläufer 18 durch den Schalter 19 entweder kurzgeschlossen oder an ein Gleichstromnetz 20 gelegt werden kann.
  • Mit Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel für die konstruktive Lösung des Einbaues des Polrades 21 der Kupplung 22 in das Polrad 23 einer Drehfeldmaschine 24 wiedergegeben, wodurch eine erhebliche Ersparnis an axialer Länge der Anordnung erzielt wird. Die Polwicklung 25 der Kupplung 22 ist dabei nach einem weiteren Erfindungsgedanken einpolig mit der Polwicklung 26 der Drelifel(lmaschine 24 verhninden, so daß zur Speisung beider Wicklungen nur (frei Schleifricige 27 benötigt werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPiicCttE: 1. Anordnung, bestehend aus einer elektrischen Drehfeldmaschine und einer zwischen dieser und einer Arbeits- oder Kraftmaschine eingeschalteten elektrodynamischen Kupplung, deren beide drehbaren Teile Wicklungen tragen, wobei eine Wicklung der Kupplung und eine Mehrphasenwicklung der elektrischen Drehfeldmaschin; an das gleiche Netz angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz starr ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Wicklung der Kupplung vom Netz zu trennen sowie die abgetrennte Wicklung durch einen Schalter oder Widerstände zu schließen oder an eine Gleichstromquelle zu legen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronmaschine, bestehend aus einem mit Gleichstrom erregten Polrad und einem mit Mehrphasenwicklung versehenen Läufer, als Kupplung aufgebaut ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <laß eine Asvnchroiimaschine, bestehend aus einem Käfig- oder Schlroifringläufer und einem mit einer zweiten Mehrphasenwicklung versehenen Läufer, als Kupplung verwendet wird.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polzahl der Drehfeldmaschine in einem solchen Verhältnis zu der der Kupplung steht, daß die Differenzdrehzahl von Arbeits= oder Kraftmaschine und Elektromaschine gleich der synchronen oder asynchronen Drehzar der vom Netz gespeisten Kupplung ist.
  5. S. Anordnung nach Anspruch 1 bis -!, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung polumschaltbar ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung beidseitig mit Gleichstrom gespeist wird.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kupplung in den rotierenden Teil der elektrischen Hauptmaschine eingebaut ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 890835, 22-1721.
DENDAT1070282D Pending DE1070282B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19507434A1 (de) * 1995-03-03 1996-09-05 Daimler Benz Ag Antriebsaggregat für Nebenaggregate eines Kraftfahrzeuges

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE224721C (de) *
DE890835C (de) * 1944-03-22 1953-09-21 Siemens Ag Elektrisches Getriebe

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US6208049B1 (en) 1995-03-03 2001-03-27 Daimlerchrysler Ag Motor vehicle auxiliaries drive assembly

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