DE1088605B - Mittelfrequenzgenerator hoher Drehzahl in Gleichpolbauart - Google Patents

Mittelfrequenzgenerator hoher Drehzahl in Gleichpolbauart

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DE1088605B
DE1088605B DES63548A DES0063548A DE1088605B DE 1088605 B DE1088605 B DE 1088605B DE S63548 A DES63548 A DE S63548A DE S0063548 A DES0063548 A DE S0063548A DE 1088605 B DE1088605 B DE 1088605B
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DE
Germany
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rotor
medium
frequency generator
homopolar
design
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Pending
Application number
DES63548A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Eike Triest
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE1088605B publication Critical patent/DE1088605B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/18Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators
    • H02K19/20Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (#emäß der Erfindung sind die Stirnseiten des Zackenradläufers 2 durch die stillstehenden Abdeckbleche 12 und 13 abgekapselt, die bis zum Ständer 3 hochgezogen sind.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Mittelfrequenzgenerator hoher Drehzahl in Gleichpolbauart mit feststehender Erregerwicklung im Ständer, dadurch gekennzeichnet, daß der keine Wicklung tragende Zackenradläufer an seinen Stirnseiten gegenüber dem übrigen Gehäuseraum des Generators durch stillstehende Abdeckbleche abgekapselt ist, die sich von der Läuferwelle bis zum Ständer erstrecken.
  2. 2. Mittelfrequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufernuten mit einem isolierenden unmagnetischen Material ausgefüllt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 103 964, 637 083, 841304, 873 274; britische Patentschrift Nr. 473 515; deutsche Auslegeschrift Nr. 1026 843.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2945194A1 (de) * 1979-11-08 1981-05-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Hochtourige maschine
FR2969409A1 (fr) * 2010-12-21 2012-06-22 Francecol Technology Machine electrique tournante a structure homopolaire dite double.

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