DE1513831A1

DE1513831A1 - Electric gear, especially for the transmission of high power when pulsating torques occur

Info

Publication number: DE1513831A1
Application number: DE19661513831
Authority: DE
Inventors: Tittel Dr Josef
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-03-24
Filing date: 1966-03-24
Publication date: 1970-03-19

Description

Elektrisches Getriebe, insbesondere zur Übertragung von groaen Leistungen bei auftretenden pulsicrenden .Drehmomenten Bei der Ubertragung großer Leistungen, bei denen pulsierende Drehmomente auftreten können, durch mechanische Getriebe ergeben sich Schwierigkeiten, da durch die pulsierenden Momente ein hoher Verschleiß der Zähne der Getrieberäder auftritt. Es müssen daher elastische Kupplungen zu dem Getriebe vorgesehen werden; wodurch die Anordnung sehr aufwendig wird und viel Raue beansprucht. Trotzdem läßt sich ein Verschleiß der Zähne nicht ganz vermeiden, wen dazu führt, da t3 die Leistungsverluste im Getriebe immer größer werden. Außer mechanischen Getrieben sind auch elektrische Getriebe bekannt, bei denen ein Generator mit einem Motor verbunden ist, um die gewünschte Übersetzung zu erhalten. Infolge der bisher üblichen Ausnutzungsziffern von elektrischen Maschinen waren diese elektrischen Getriebe jedoch stets umfangreicher als entsprechende mechanische Getriebe. Es ist bekannt, als elektrisches Getriebe den Motor und den Generator in Kaskade zu schalten (DBP 890 835) und dazu Synchronmaschinen zu verwenden, die mit einer willkürlich einregelbaren Gleichstromerregung ausgestattet sind. Dadurch erhält man bei einer guten Ausnutzung der Maschinen durch die Anpassung der Brregung en die Belastung auch ein starres Übersetzungsverhältnis.Electrical gear, especially for the transmission of large powers when pulsating torques occur. When transmitting high powers, with which pulsating torques can occur, difficulties arise because the pulsating torques cause high wear of the teeth of the gear wheels. It must therefore be provided elastic couplings to the transmission; whereby the arrangement is very complex and demands a lot of rough. Nevertheless, wear of the teeth cannot be completely avoided, which leads to the fact that t3 the power losses in the gearbox are getting bigger and bigger. In addition to mechanical transmissions, electrical transmissions are also known in which a generator is connected to a motor in order to obtain the desired gear ratio. As a result of the utilization figures of electrical machines that have been customary up to now, however, these electrical transmissions have always been more extensive than corresponding mechanical transmissions. It is known to connect the motor and the generator in cascade as an electrical transmission (DBP 890 835) and to use synchronous machines that are equipped with an arbitrarily adjustable DC excitation. In this way, with good utilization of the machines, a rigid transmission ratio is also obtained by adapting the excitation and the load.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion eines derartigen, aua einer Kaskadenschaltung von zwei Synchronmaschinen bestehenden elektrischen Getriebes so zu verbessern, daß der erforderliche Raumbedarf bei der Übertragung von großen Leistungen dem eines mechanischen Getriebes mit elastischer Kupplung angenähert entspricht. Gemäß der Erfindung haben die die induzierende Nicklungeh tragenden Anker beider Maschinen ein gemeinsames Blechpaket, das auf der Antricbsrrelle drehbar gelagert und mit der Abtriebswelle verbunden ivt. Die Wicklung der Hintermaschine (Motor) liegt erfindungngemüß auf der Außenseite des Blechpaketes und das Polrad der Hintermaschine umochlicßt die Anker, während den mit der Antriebswelle verbundene Polrad der Vordermaschine (Generator)im Innern der Anker angeordnet ist. Durch die Ineinanderschachtelung der beiden Maschinen und insbesondere durch die Zusammenfassung der beiden Anker zu einer gemeinsamen Blechpaket ist eine äußerst raumsparende Anordnung geschaffen. Die Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß durch die Kaskadenschaltung die außenliegende Hintermaschine nur auf 2/3 der Leistung der Vordermaschine bemessen zu werden braucht. Zur Übertragung großer Leistungen durch das Getriebe ist es zweckmäßig, die Abtriebswelle erfindungsgemäß als üohlvrelle auszubilden und das Polrad der Vordermaschire in der Hohlwelle zu lagern. Dadurch sind beide Polräder jeweils beiderseitig gelagert. The present invention is based on the object of improving the construction of such an electrical transmission, which also consists of a cascade connection of two synchronous machines, so that the space required for the transmission of high powers approximately corresponds to that of a mechanical transmission with a flexible coupling. According to the invention, the armatures of both machines carrying the inducing nickel lung have a common laminated core which is rotatably mounted on the drive shaft and connected to the output shaft. According to the invention, the winding of the rear machine (motor) lies on the outside of the laminated core and the pole wheel of the rear machine surrounds the armature, while the pole wheel of the front machine (generator) connected to the drive shaft is arranged inside the armature. By nesting the two machines and in particular by combining the two armatures into a common laminated core, an extremely space-saving arrangement is created. The arrangement also has the advantage that, due to the cascade connection, the external rear machine only needs to be dimensioned for 2/3 of the output of the front machine. For the transmission of high powers through the gearbox, it is expedient to design the output shaft according to the invention as a hollow shaft and to mount the pole wheel of the front machinery in the hollow shaft. As a result, both pole wheels are each supported on both sides.

Die Zusammenfassung der beiden Anker ermöglicht auch eine be-sonders vorteilhafte Verwendung von Käfigwicklungen als induzierte Wicklungen, die erfindungsgemäß einfach durch gemeinsame Kurzschlußringe hintereinander geschaltet werden. Daüurch entfallen die normalen Wickelköpfe, wodurch die axiale Länge der Maschinen verkürzt wird. Außerdem können zur Herabsetzung des Raumbedarfes für das elektrische Getriebe gemäß der Erfindung die heutzutage bekannten Mittel zur Erhöhung der Ausnutzung der elektrischen Maschinen, Arie z.B. Flüssigkeitskühlung, angewendet werden.The combination of the two anchors also enables a special one advantageous use of cage windings as induced windings according to the invention can simply be connected in series using common short-circuit rings. Through it the normal winding heads are omitted, which shortens the axial length of the machines will. In addition, to reduce the space required for the electric transmission according to the invention the means known today for increasing the utilization of electrical machines, e.g. Aria liquid cooling.

Im folgenden sei die Erfindung anhand des in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. DLe Dampfturbine 1 mit einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen/min treibt den zweipoligen Einphasenturbogenerator 2 großer Leistung mit 1000 Umdrehungen/min an. Die erforderliche Drehzahlübersetzung von 3 : 1 erfolgt durch das zwischen beide Maschinen geschaltete elektrische Getriebe 3. Das elektrische Getriebe 3 besteht aus zwei in Kaskade geschalteten Synchronmaschinen, dem Generator und dem Motor 5. Die Anker beider Synchronmaschinen, vrelche die induzierten Wechselstromwicklungen tragen, sind zusammengefaßt und haben das gemeinsame Blechpaket»6.In the following the invention is based on the in Figures 1 and 2 schematically illustrated embodiment explained in more detail. DLe steam turbine 1 drives the two-pole single-phase turbo generator at a speed of 3000 revolutions / min 2 high performance with 1000 revolutions / min. The required speed ratio of 3: 1 is done by the electrical gear connected between the two machines 3. The electric gear 3 consists of two synchronous machines connected in cascade, the generator and the motor 5. The armatures of both synchronous machines, compare the induced ones Carry alternating current windings, are grouped and have the common laminated core »6.

Die jeweils auf den radial außenliegenden Flächen des Blechpaketes ö liegenden Wicklungen sind als hintereinander geschaltete Käfigwicklungen 7 und 8 mit geringer Spannung betriebssicher ausgeführt, wobei die nicht gemeinsamen Kurzschlußringe beerdet vrerden. Die Isolierung dieser Käfigvicklungen bereitet daher keinerlei Schwierigkeit. Die Hintereinanderschaltung der Käfigwicklungen erfolgt über die gemeinsamen Kurzschlußringe 9. Diese Anordnung erfordert keinen Wickelkopf und die Kurzschlußringe können zur Abstützung gegenseitig verspannt «erden.Each on the radially outer surfaces of the laminated core ö lying windings are cage windings 7 and 7 connected one behind the other 8 with low voltage running safely, with the non-common short-circuit rings buried. The insulation of these cage windings therefore does not prepare anything Difficulty. The cage windings are connected in series via the common short-circuit rings 9. This arrangement does not require an end winding and the Short-circuit rings can be mutually braced for support.

Die Phasenzahl der Käfigwicklungen kann unterschiedlich sein (siehe Pigur 2). Sie wird in geeigneter Weise nach der zulässiger, spezifischen Strombelastung pro Nut gewählt. Die Käfigwicklung 8 des Motors 5 kann, da sie auf dem größeren Durchmesser liegt, in zweckmäßigerweise in mehr Nuten als die Käfigiyicklung 7 angeordnet sein. Zur Erhöhung der zulässigen spezifischen Strombeläge in den Käfigwicklungen vierden diese mit einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, ' @.#ekühlt. Die geerdeten, nicht gemeinsamen Kurzsctilu2rin;:e 10 und 11 der Käfigwicklungen 7, 8 sind dabei als Summelkanal zur Wasserzu- bzvi. -abführung ausgebildet.The number of phases of the cage windings can be different (see Pigur 2). It is determined in a suitable manner according to the permissible, specific current load chosen per groove. The cage winding 8 of the motor 5 can, as they are on the larger Diameter is, expediently arranged in more grooves than the Käfigiyicklung 7 be. To increase the permissible specific current levels in the Cage windings cool them with a liquid, e.g. water, '@. #. the earthed, non-common Kurzstilu2rin;: e 10 and 11 of the cage windings 7, 8 are used as summing canal for water supply bzvi. -Discharge trained.

Die induzierten Käfigwicklungen 7 und 8 sind, wie aus der Aufeinanderfolge der jeweils untErschiedlich gestrichelten Phasen aus Figur 2 ersichtlich, mit entgegengesetzter Phasenfolge geschaltet. Die Richtung der Drehfelder ist durch Pfeile angedeutet. Dadurch steht das Polrad 12 des Motors 5 still. Es umgibt also das gesamte elektrische Getriebe 3 viie ein stillstehendes Gehäuse und ist jeweils auf der Antriebsvielle 13 und auf der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 14 gelagert. Das '2olrad 15 des Generators 4 liegt im innern des Getriebes. Es ist mit der Antriebswelle 13 verbunden und in der Hohlvielle der Abtriebswelle 14 gelagert.The induced cage windings 7 and 8 are as if from the sequence of the differently dashed phases from FIG. 2 can be seen, with opposite phases Phase sequence switched. The direction of the rotating fields is indicated by arrows. As a result, the pole wheel 12 of the motor 5 stands still. So it surrounds all of the electrical Gear 3 viie a stationary housing and is in each case on the drive shaft 13 and mounted on the output shaft 14 designed as a hollow shaft. The '2olrad 15 of the generator 4 is located inside the transmission. It's with the drive shaft 13 connected and stored in the hollow shaft of the output shaft 14.

Die Gleichstromerregung der Polräder ist regelbar. Die Erregerströme können gegebenenfalls in an sich bekannter Weise über rotierende Gleichrichter zugeführt werden, um Schleifringe zu ersoaren.,Durch Änderung der Erregung der '2olräder kann die Elastizität der Kopplung im elektrischen Getriebe in vieiten Grenzen geändert und damit die günstigste Abstimmung der Dreheigenfxequenzen des langen Wellenstranges von Turbine, Getriebe und Generator erreicht werden. Man kann außerdem auf den "o1-rädern starke Dämpfermicklungen anordnen, um eine wirksame Pendeldämpfung und einen stabilen Synchronbetrieb zu erhalten. Das elektrische Getriebe 3 wirkt also auf die beim Betrieb des Einphaaenturbogenerators 2 auftretenden pulsierenden Drehmomente dämpfend. Es hat weiterhin den Vorteil, verschleißfrei und geräuscharm zu sein. Um die Luftreibungsverluste und Luftgeräusche zu verringern, empfiehlt es sich, die rotierenden Stirnseren und die Kurzschlußringe der Wäfigvricklungen vollkommen abzudecken.The DC excitation of the pole wheels can be regulated. The excitation currents can optionally be supplied in a manner known per se via rotating rectifiers in order to spare slip rings. By changing the excitation of the '2olräder can the elasticity of the coupling in the electric transmission changed within many limits and thus the most favorable coordination of the rotating eigenfxequenzen of the long shaft train can be reached by turbine, gearbox and generator. You can also ride the "o1 bikes." strength Arrange damper windings to ensure effective pendulum damping and stable synchronous operation to obtain. The electric transmission 3 thus acts on the operation of the single-phase turbo generator 2 occurring pulsating torques dampening. It also has the advantage to be wear-free and low-noise. About the air friction losses and air noise To reduce it, it is recommended to use the rotating forehead sera and the short-circuit rings to completely cover the cage winding.

Figuren 6 AnsprücheFigures 6 claims

Claims

Claims l # Electric gear, consisting of a cascade connection of two synchronous machines (motor and generator) connected in series with one arbitrarily adjustable direct current excitation, characterized in that the induced winding armature of both machines a common sheet metal core have that rotatably mounted on the drive shaft and connected to the output shaft and that the winding of the rear machine (motor) is on the outside of the laminated core and the "olrad of the rear engine surrounds the armature, while the i: iit the drive connected pole wheel of the front machine (generator) inside the Anchor is arranged.

2. Electrical transmission according to claim 1, characterized in that that the output shaft designed as a hollow shaft in which the pole wheel of the front machine is stored.

3. Electrical transmission according to claim 1, characterized in that there. the induced windings of the armature on the common laminated core as one behind the other switched cage wraps are formed.

4. Electric transmission according to claim 3, characterized in that the cage windings are cooled with water.

5. Electrical transmission according to claim 4, characterized in that the grounded, non-common short-circuit rings of the cage windings as a collecting channel for the water $ u- bzn. are excluded forms -abführung. 6: Electric gear according to claim 1, characterized in that .. 'the induced windings are connected with opposite phase sequence , so that the pole wheel of the rear machine is stationary.