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Mittelfrequenzgenerator hoher Drehzahl in Gleichpolbauart Für eine
Reihe von technischen Zwecken werden Wechselströme höherer Frequenz benötigt. Beispiele
hierfür sind induktives Erwärmen, Schmelzen, Sintern, Schweißen, Oberflächenhärten
oder auch die Erzeugung von Ultraschall. Da hierfür verhältnismäßig große Leistungen
benötigt werden, ist man bestrebt, diese Wechselströme in Mittelfrequenzgeneratoren,
also in rotierenden elektrischen Maschinefi, zu erzeugen. Um eine möglichst hohe
Frequenz der erzeugten Wechselströme zu erzielen, sind eine möglichst große Polzahl
und eine hohe Umfangsgeschwindigkeit des Läufers erforderlich. Es ist bekannt, Mittelfrequenzgeneratoren
in der Bauart einer Gleichpoltype auszuführen, bei der also der Läufer keine- Wicklungen
trägt und als Zackenradläufer ausgebildet ist und bei der im Ständer eine feststehende
Gleichstromerregerwicklung angeordnet ist, da bei kleinen Polteilungen die Erregerwicklung
nicht mehr im Läufer untergebracht werden kann. Solche Gleichpolgeneratoren sind
Reluktanzmaschinen. Der von der Erregung aufgebrachte Gleichfluß wird durch eine
Änderung des magnetischen Leitwertes im Luftspalt im Takt der "ewünschten a Frequenz
moduliert und erzeugt so die Mittelfrequenzspannung. Der Läufer wird hierbei massiv,
mitunter aber auch aus Blechen geschichtet ausgeführt. Für die Polteilung können
bestimmte Grenzwerte nicht unterschritten werden. Eine Erhöhung der Frequenz ist
dann nur durch eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit des Läufers möglich.
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Zur Belüftung von Mittelfrequenzgeneratoren, die mit verhältnismäßig
geringen Drehzahlen, beispielsweise mit 3000 U/min, umlaufen, ist es bekannt,
durch die Anordnung von Leitblechen einen Luftstrom durch die Nuten des Mittelfrequenzgenerators
zu erzwingen, damit die durch den Wechselfluß in den Zähnen des Läufers entstehende
Wärme abgeführt wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Erwärmung
der Läuferzähne bei höheren Drehzahlen, also beispielsweise bei mit 10000
U/min umlaufenden Mittelfrequenzgeneratoren, vollständig hinter der durch die Luftreibungsverluste
hervorgerufenen Erwärmung zurücktritt. Die Erfindung sieht daher zur Verbesserung
eines Mittelfrequenzgenerators hoher Drehzahl in Gleichpolbauart mit feststehender
Erre erwicklung im Ständer vor, den keine Wicklung tragenden Zackenradläufer an
seinen Stirnseiten gegenüber dem übrigen Gehäuseraum des Generators durch stillstehendeAbdeckbleche
abzukapseln, die sich von der Läuferwelle bis zum Ständer erstrecken. Da die stillstehenden
Abdeckbleche in einem sehr geringen Abstand von den an sich glatten Stirnseiten
des Zackenradläufers angeordnet sind, wird erreicht, daß eine Luftförderung an den
Flanken des Läufers weitgehend unterbunden wird. Auch bei sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten
treten mithin keine Temperaturreibungsverluste auf, die ohne gemäß der Erfindung
vorgesehenen Abdeckbleche eine starke Erwärmung des Läufers zur Folge haben würden.
Ferner wird durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Ab-
kapselung der Stirnseiten
des Läufers die Rotation der außerhalb der Abkapselung im Gehäuseraum des Generators
befindlichen Luft verhindert, so daß ein Ansaugen von Öl aus den Lagerstellen
durch eine solche Rotation der Luft vermieden wird.
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An sich ist es bereits bekannt, die Köpfe der Ständer- und der Läuferwicklung
eines luftgekühlten Drehstrommotors durch einen eng anliegenden Blechmantel abzudecken,
der an den Seiten des Läufers bis zur Motorwelle heruntergezogen und gegenüber der
Motorwelle abgedichtet ist. Durch diese für gewöhnliche offene Elektromotoren vorgesehene
Umhüllung der Wickelköpfe sowohl der Ständer- als auch der Läuferwicklung soll die
dort entstehende Wärme abgeführt werden. Zu diesem Zweck wird dieser Blechmantel
einem Kühlluftstroni ausgesetzt, so daß die im Blechmantel eingeschlossene Luft
mittelbar gekühlt wird. Demgegenüber handelt es sich bei der gemäß der Erfindung
vorgesehenen Abdeckung nicht um eine Anordnung zur Abführung- der in der Läufer-
und Ständerwicklung entstehenden Wärme. Dies ist schon deshalb nicht erforderlich,
da die Mittelfrequenzgeneratoren, mit denen sich die Erfindung befaßt, keine Läuferwicklung
besitzen, "da der Läufer als Zackenradläufer ausgebildet ist. Für die Erfindung
ist es vielmehr wesentlich, daß durch die an den Stirnseiten des keine Wicklung
tragenden Zackenradläufers vorgesehene Abdeckung die Luftreibungsverluste, die
sonst
durch die hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Läufers hervorgerufen werden, weitgehend
unterbunden werden.
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Ferner ist zur weiteren Erhöhung der Belastbarkeit der Wicklungsleiter
einer elektrischen Maschine hoher Leistung in Turbobauart, also insbesondere eines
Grenzleistungsturbogenerators, bereits vorgeschlagen worden, außer der Kühlung derLäuferwicklung
durch ein gasförmiges Kühlmittel und der Kühlung der Ständerwicklung durch ein flüssiges
Kühlmittel unmittelbar neben den Stirnseiten des Turboläufers, beispielsweise in
einem Abstand von wenigen Millimetern, stillstehende Isolierstoffabdeckungen, vorzugsweise
aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen, anzuordnen, die mit die Wickelköpfe der
Ständerwicklung in möglichst engem Abstand umgebenden weiteren Isolierstoffabdeckungen
verbunden sind. Die Erfindung befaßt sich hingegen mit der Verbesserung eines Mittelfrequenzgenerators
hoher Drehzahl in Gleichpolbauart, dessen Belüftungs- und Kühlungsprobleme sich
weitgehend von den Belüftungs- und Kühlungsproblemen einer elektrischen Maschine
in Turbobauart, insbesondere eines Grenzleistungsturbogenerators, unterscheiden.
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Weiterhin ist es für Wechselstrom- und Drehstrommotoren bekannt, durch
Anordnung von Leitblechen an den Stirnseiten des Läufers, die oberhalb des Ständerwickelkopfraumes
mit dem Motorgehäuse verbunden sind, die Ventilationswirkung von den Läuferballen
in der Nähe der Welle durchsetzenden parallelen Bohrungen zu erhöhen. Bei dieser
bekannten Anordnung handelt es sich jedoch nicht um die Verminderung der Luftreibungsverluste
eines mit hoher Drehzahl umlaufenden Mittelfrequenzgenerators, sondern durch die
Anordnung der Leitbleche, welche die Eintrittsöffnungen der im Läuferballen vorgesehenen
Bohrungen frei lassen, soll verhindert werden, daß die von diesen Bohrungen angesaugte
Kühlluft nach dem Austritt aus dem Luftspalt unmittelbar erneut von diesen Bohrungen
angesaugt wird.
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Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Ab-
kapselung des
Läufers eines mit hoher Drehzahl betriebenen Mittelfrequenzgenerators in Gleichpolbauart
mit Hilfe von unmittelbar an den Stirnseiten des Läufers angeordneten, stillstehenden
Abdeckblechen werden hingegen die Luftreibungsverluste weitgehend unterbunden, so
daß eine unzulässige Erwärmung des Läufers vermieden wird. In an sich bekannter
Weise können hierbei zur weiteren Verminderung der Reibungsverluste die Nuten des
Zackenradläufers mit einem isolierenden, unmagnetischen Material ausgefüllt werden.
Mit gemäß der Erfindung ausgebildeten Mittelfrequenzgeneratoren lassen sich Wechselströme
beispielsweise im Frequenzbereich von 21 bis 30 kHz und höher bei einer Leistung
von beispielsweise 30 bis 60 kW und mehr erreichen, da der Läufer
mit wesentlich höheren Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen kann, als es bei den bisher
bekannten Mittelfrequenzgeneratoren möglich ist.
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Soll durch die Anwendung des Erfindungsgedankens keine Erhöhung der
erzeugten Frequenz erreicht werden, so bietet ein gemäß der Erfindung ausgebildeter
Mittelfrequenzgenerator gegenüber den bisher bekannten Mittelfrequenzgeneratoren
den Vorteil, daß sein Läuferdurchmesser kleiner als bei den bisher bekannten Generatoren
gehaAen werden kann. Es ist daher wirtschaftlich tragbar, für die Ständerbleche
eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Mittelfrequenzgenerators Rundschnitte zu
verwenden. Hierdurch werden die Fertigungstoleranzen kleingehalten. Bei -der Verwendung
von Rundschnitten kommen überdies die Fehler, die durch das Versetzen der sonst
üblichen Segmentschnitte sich addieren, übereinander zu liegen und heben sich mithin
auf.
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Bei oberhalb von 20 kHz liegenden Frequenzen empfiehlt sich mit Rücksicht
auf die Flußverdrängung ferner die Verwendung von sehr dünnen Blechen, beispielsweise
mit einer Stärke von 0,15 mm oder weniger. Infolge der geringen Flußverdrängung
ergibt sich dann eine beachtliche Verkürzung des Blechpaketes.
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Der Antrieb eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Mittelfrequenzgenerators
kann in bekannter Weise durch einen Asynchronmotor über ein Getriebe erfolgen, wobei
man für Regelzwecke den Asynchronmotor als Schleifringmotor ausbildet. Es ist aber
beispielsweise für Regelzwecke mit variabler Frequenz auch ein direkter elektrischer
Antrieb mit Speisung von einem Mittelfrequenznetz möglich. Schließlich kann ein
gemäß der Erfindung ausgebildeter Mittelfrequenzgenerator auch mit Hilfe einer Gleichstrommaschine
angetrieben werden.
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Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Mittelfrequenzgenerator kann
sowohl vertikal als auch waagerecht angeordnet werden. Es empfiehlt sich, für die
Lagerung des Läufers sogenannte Mehrgleitflächenlager zu verwenden, da diese Lager
eine Zentrierung des Läufers im Betrieb ermöglichen und mithin die Gleichmäßigkeit
des sehr geringen Luftspaltes, der beispielsweise eine Größe von 0,4 mm hat, gewährleisten.
Bei diesen an sich bekannten Mehrgleitflächenlagern sind die Lagerflächen durch
axiale Schmiernuten in mehrere, insbesondere auf die Innenfläche der Lagerschalen
gleichmäßig verteilte Gleitflächen äufgeteilt. Die Mehrgleitflächenlager haben meist
eine von der kreisrunden Bohrung abweichende Lagerschale. Die Radien der Gleitflächen
sind hierbei zwar untereinander gleich, jedoch um einen genau berechneten Betrag
größer als der Radius der Welle. Infolge dieser Radiendifferenz zwischen Welle und
Gleitflächen entsteht an jedem der Gleitsysteme ein Keilspalt, der jeweils mit seiner
größten Weite an einer axialen Schmiernut beginnt und seine engste Stelle in der
Mitte jeder Gleitfläche hat.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur das Schnittbild durch
die obere Hälfte eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Mittelfrequenzgenerators
hoher Drehzahl als Ausführungsbeispiel schematisch wiedergegeben. Der in der Figur
dargestellte Mittelfrequenzgenerator besteht aus dem von der Welle 1
getragenen
Zackenradläufer 2 und dem Ständer 3 mit den beiden Blechpaketen 4 und
5. Der Zackenradläufer 2 ist massiv ausgeführt und trägt weder Wicklungen
noch Schleifringe. Er stellt daher ein sehr robustes Bauteil dar. Günstig ist hierbei,
daß der massive Läufer für einphasige Mittelfrequenzgeneratoren eine gute Dämpfung
bewirkt. Bei dreiphasiger Ausführung eines Mittelfrequenzgenerators und auch zur
Erzielung eines besseren Wirkungsgrades wird man es jedoch, abweichend vorn dargestellten
Ausführungsbeispiel, vorziehen, den Zackenradläufer aus Blechen geschichtet aufzubauen.
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Der Ständer 3 des in der Figur dargestellten Mittelfrequenzgenerators
besteht aus den beiden Jochringen 6 und 7, zwischen denen sich die
mit Gleichstrom gespeiste Erregerwicklung 8 befindet. An den Jochringen
6 und 7 sind die Blechpakete 4 und 5 befestigt, in deren Nuten
sich die Ständerwicklung 9
befindet. Der Luftspalt zwischen Ständer
3 und Zackenradläufer 2 ist sehr klein und beträgt beispielsweise etwa 0,4
mm. Für den magnetischen Rückschluß
ist oberhalb der beiden jochringe
6 und 7 das die Erregerwicklung 8 abschließende Rückschlußjoch
10 vorgesehen. Der aus dem Ständer 3 und dem Zackenradläufer 2 bestehende
Mittelfrequenzgenerator ist vom Gehäuse 11 umgeben.
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(#emäß der Erfindung sind die Stirnseiten des Zackenradläufers 2 durch
die stillstehenden Abdeckbleche 12 und 13 abgekapselt, die bis zum Ständer
3
hochgezogen sind.
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Durch die Abkapselung der Stirnseiten des Zackenradläufers 2 mit Hilfe
der stillstehenden Abdeckbleche 12 und 13 wird auch bei sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten
des Zackenradläufers 2 eine Luftförderung an seinen Flanken weitgehend unterdrückt,
so daß die Reibungsverluste sehr niedrig gehalten werden. Außerdem wird verhindert,
daß die vom Gehäuse 11 eingeschlossene Luft in eine Rotationsbewegung versetzt
wird und Öl aus den Lagerstellen ansaugt.
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Die den Zackenradläufer 2 tragende Welle 1 ist mit Hilfe der
Mehrgleitflächenlager 14 und 15 im Gehäuse 11 gelagert. Durch die
Verwendung dieser an sich bekannten Mehrgleitflächenlager wird im Betrieb eine Zentrierung
des Zackenradläufers 2 gewährleistet, so daß die Gleichmäßigkeit des sehr kleinen
Luftspaltes erhalten bleibt.