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Anordnung zur Verhinderung des Lagerstromes einer Wechselstrommaschine
durch Kompensation der den Lagerstrom erzeugenden Wellenspannung Das Ständerjoch
einer Wechselstrommaschine weist konstruktiv unvermeidliche Unregelmäßigkeiten auf,
welche magnetische Engpässe des Eisenpfades darstellen. Derartige Engpässe sind
beispielsweise Einschnürungen des Jochquerschnittes durch Bolzen-oder Lüftungslöcher
oder durch die Segmentierung des Blechpaketes. Am stärksten wirken sich als Unregelmäßigkeiten
die Teilfugen des ganzen Ständerblechpaketes aus. Diese Einschnürangen oder gar
Unterbrechungen des Jochquerschnittes bedingen Störungen in der Symmetrie der Flußverteilung.
Diese Störungen lassen sich auffassen als ein die Welle umfassender Wechselfluß,
welcher der normalen Feldverteilung überlagert ist. Dieser Wechselfluß induziert
in dem aus Welle, Lager und Fundamentrahmen bestehendem Stromkreis eine Spannung,
welche Ströme von mitunter beträchtlicher Größe zur Folge hat. Diese Ströme können
zu schweren Beschädigungen der Lager führen. Um der Ausbildung dieser Ströme entgegenzuwirken,
hat man bisher versucht, den Stromkreis des Lagerstromes zu unterbrechen, indem
man beispielsweise eines oder beide Lager isoliert hat. Diese Isolation läßt sich
aber in vielen Fällen, z. B. bei Antrieben von Kurbelkompressoren, nur schwer durchführen.
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Um den Lagerstrom einer Wechselstrommaschine zu kompensieren, ist
es weiterhin bekannt, besondere Wicklungen auf dem Ständer der Maschine vorzusehen,
die eine Spannung induzieren, die der den Lagerstrom erzeugenden Wellenspannung
entgegengesetzt ist. Abgesehen davon, daß sich eine derartige zusätzliche Wicklung
auf dem Ständer einer fertigen Maschine nachträglich meist nicht unterbringen läßt,
erfordert eine solche Wicklung zusätzlichen Wickelraum. Es ist auch eine Anordnung
bekannt, bei der die Spannung, die in einer solchen Zusatzwicklung induziert wird,
die Primärwicklung eines Einphasentransformators speist, dessen Sekundärstromkreis
der Stromkreis des Lagerstromes ist.
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Weiterhin ist zur Kompensation der Wellenspannung bereits vorgeschlagen
worden, einen die Welle der Wechselstrommaschine umschließenden Einphasentransformator
zu verwenden, dessen Sekundärstromkreis der Stromkreis des Lagerstromes ist. Hierbei
wird die Primärseite dieses Einphasentransformators mit einer regelbaren Spannung
gespeist, die in besonders starkem Maße harmonische Oberwellen, und zwar insbesondere
die dritte Oberwelle, der Wechselstrommaschine enthält, da es, sich gezeigt hat,
daß die Wellenspannung im wesentlichen die Grundfrequenz und die dritte Oberwegle
der von der Wechselstrommaschine abgegebenen Spannung enthält. Zu diesem Zweck erfolgt
die Speisung der Primärseite des verwendeten Einphasentransformators über eine gesättigte
Eisendrosselspule.
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Gemäß der Erfindung wird die Primärwicklung des Kompensationstransformators
in eine Reihe von Einzelspulen mit vorzugsweise unterschiedlichen Windungszahlen
unterteilt, deren Abgriffe herausgeführt sind. Diese Einzelspulen werden, einzeln
oder zu Spulengruppen kombiniert, von der mit mehreren Anzapfungen versehenen Sekundärwicklung
eines gesonderten Speisetransfennators mit Spannungen gespeist, deren Gesamtdurchflutung
eine der Wellenspannung nach Größe und Phasendage entgegengerichtete Kompensationsspannung
zur Folge hat. Der Speisetransformator liefert die zur Speisung des Kompensationstransforinators
benötigte Spannung. Durch geeignete Stufung der Anzapfungen an der Sekundärwicklung
des Speisetransformators, ist es möglich, Spannungen unterschiedlicher Größe abzugreifen,
die praktisch jeweils konstant gehalten und hinsichtlich ihrer Phasenlage in gleichen
Winkelschritten gedreht werden können. Dadurch, daß die Einzelspulen der Primärwicklung
des Kompensationstransformators einzeln oder zu beliebigen Spulengruppen kombiniert
gespeist werden können, lassen sich - zumal bei unterschiedhcheilWindungszahlen
der Einzelspulen - alle praktisch erforderlichen effektiven Windungszahlen
in genügend feiner
Stufung ermöglichen, ohne daß der Aufbau des
Kompensationstransformators bzw. des Speisetransformators abgeändert werden muß.
Der Kompensationstransformator sowie der Speisetransformator, die beide die Kompensationseinrichtung
bilden, können also in jeweils gleicher Ausführung in größeren Stückzahlen hergestellt
und den jeweiligen Einzelverhältnissen angepaßt eingesetzt werden. Außerdem ist
es möglich, mit der gemäß der Erfindung ausgebildeten Kompensationseinrichtung im
Laufe der Zeit notwendig werdende Veränderungen der Wellenspannung durch Nachstellung
der Kompensationseinrichtung -zu berücksichtigen. Zweckmäßigerweise besteht bei
der Anordnung gemäß der Erfindung der Kompensationstransformator aus einem geblechten
Joch, das die Welle umfaßt. Der aus Welle, Lager und Fundament bestehende Stromkreis
des Lagerstromes stellt die Sekundärwicklung des Kompensationstransformators dar.
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Feinkorrekturen der Größe der Kompensationsspannung können durch Luftspaltänderungen
des Kompensationstransformators vorgenommen werden. Feinkorrekturen der Phasenlage
der Kompensationsspannung lassen sich zweckmäßig durch Einfügen einer überwiegend
phasendrehenden Zusatzkomponente der Kompensationsspannung vornehmen. Hierzu geht
man beispielsweise, derart vor, daß die Hauptkomponente der Kompensationsspannung
nach Größe und Phasenlage etwa entsprechend der gewünschten Kompensationsspannung
eingestellt wird. Durch Speisung einer oder mehrerer Einzelspulen oder einer Kombination
von Einzelspulen der Primärwicklung des Kompensationstransformators mit verhältnismäßig
großer Windungszahl durch eine relativ kleine Speisespannung mit von der Speisespannung
der Hauptkomponente abweichender Phasenlage kann die überwiegend phasendrehende
Zusatzkomponente der Kompensationsspannung erzeugt werden.
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Zweckmäßigerweise wird die Kompensationsspannung auch in der dritten
Oberwelle nach Größe und Phasenlage auf die Wellenspannung abgestimmt. Hierzu werden
eine oder mehrere Einzelspulen oder eine Kombination von Einzelspulen der Primärwicklung
des Kompensationstransfonnaters über eine stark gesättigte Eisendrosselspule von
der Sekundärwicklung des Speisetransfonnators gespeist. Auf Grund dieser Spannung
entsteht neben der gewünschten dritten Oberwelle eine weitere Grundwelle, die als
weitere Komponente, der Kompensationsspannung zur Kompensation der Grundwelle der
Wellenspannung verwendet werden kann. Es ist aber auch möglich, diese weitere Grundwelle
durch Speisung einer gleichartigen Einzelspule oder Einzelspulenkombination mit
einer an der Sekundärwicklung des Spe-Isetransformators abgegriffenen Spannung in
Gegenphase zu kompensieren.
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An Hand der Fig. 1 bis 4 sei die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Die in der Fig. 1. dargestdlte Prinfärwicklung P des Kompensationstransformators
KTr besteht aus den Einzelspulen 1 bis 8, deren Abgriffe jeweils herausgeführt
sind. Die Primärwicklung P ist auf dem nicht dargestellten Joch des Kompensationstransformators
KTr angeordnet, das die ebenfalls nicht dargestellte Welle einer Wechselstrommaschine
umfaßt, deren Wellenspannung kompensiert werden soll. Es sei angenommen, daß diese,
Wellenspannung eine Grundwelle und eine merkliche dritte Oberwelle hat, wobei die
Maxima von Grundwelle und dritter Oberwelle phasenverschoben sind.
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Die Primärwicklung P des Kompensationstrausformators KTr wird von
dem Drehstrom-Speisetransformator SpTr gespeist, dessen Primärwicklung UVW im Dreieck
an das NetzRST angeschlossen ist. Die mit mehreren Anzapfungen versehene Sekundärwicklung
uvw des Drehstrom-Speisetransformators SpTr ist in Stern geschaltet.
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Zur Kompensation der Grundwdlle der Wellenspannung sind die Spulen3
und 7 der Primärwicklung P des Kompensationstransformators KTr in Reihe geschaltet
und werden mit Hilfe der Anzapfungen a und b der Sekundärwicklung uvw des
Drehstrom-Speisetransformators SpTr mit der Spannung US,11 gespeist, was die in
der Fig. 2 im Zeigerbild eingetragene Durchflutung OH zur Folge hat. Zur Phasendrehung
sind die Spulen 1, 2, 5 und 8 der Primärwicklung P in Reihe
geschaltet und an die Anzapfungen c und d angeschlossen, so daß diese in
Reihe geschalteten Spulen mit der Spannung USP2 ge-
speist werden. Diese Spannung
hat in der Primärwicklung P die Durchflutung (9, zur Folge, die um 70' gegenüber
der Durchflutung 01, phasenverschoben ist. Demzufolge ergibt sich in der Primärwicklung
P die in der Fig. 2 im Zeigerbild dargestellte Gesamtdurchflutung 0, die
zur Kompensation der Grundwelle der Wellenspannung erforderlich ist. Durch die Verstellbarkeit
des Luftspaltes des Kompensationstransformators KTr ist eine Feinkorrektur der Größe
dieser Durchflutung schließlich noch in gewissem Umfange gegeben.
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Zur Kompensation der dritten Oberwelle der Wellenspannung ist die
Spule 6 der Primärwicklung P des Kondensationstransformators KTr über die
stark gesättigte Eisendross&spule Dr an die Anzapfungen e und f der Sekundärwicklung
uvw des Drehstrom-Speisetransformators SpTr angeschlossen. Diese Speisung der Spule
6 mit der Spannung Usp3 hat die der Grundwelle entsprechende Durchflutung
O.G und die der dritten Oberwelle entsprechende Durchflutung 0-,.,
zur Folge.
Zur Kompensation der Durchflutung (9,G wird die Spule 4 der Primärwicklung P des
Kompensationstransforinators KTr unmittelbar mit der negativen Speisespannung
- Usp,3 gespeist, so daß man die der Grundwelle entsprechende Durchflutung
- 0- 30
erhält. Es verbleiben mithin im Zeigerbild der Fig. 2 als resultierende
Durchflutung die der Grundwe@le entsprechende Durchflutung 0 und die der
dritten Oberwelle entsprechende Durchflutung 0.. Da der Kompensationstransformator
KTr ungesättigt betrieben wird, entsprechen diese Durchflutungen in Form und Größenverhältnissen
der zur Kompensation der Wellenspannung entsprechenden Kompensationsspannung.
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In der Fig. 3 sind schließlich zur Veranschaulichung der Möglichkeiten,
durch geeignete Wahl der Anzapfungen der Sekundärwicklung des Drehstrom-Speisetransfonnators
SpTr eine Vieilzahl von Speisespannungen zu erhalten, an der Sekundärwicklung uvw
abgreifbare Spannungen eingezeichnet. Hierbei ist eine Phasenspannung von
600 V angenommen. In der Fig. 4 ist schließlich ein 60'-Ausschnitt des zugehörigen
Spannungssterns wiedergegeben.
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Durch die vorgesehene Stufung der Anzapfungen der Sekundärwicklung
des Speisetransformators ist es möglich, den jeweils gewünschten Spannungszeiger
praktisch
konstant zu halten und in gleichen Winkelstufen zu drehen.