DE1613065B2 - Daempferwicklung fuer elektrische maschinen - Google Patents
Daempferwicklung fuer elektrische maschinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpferwicklung für elektrische Maschinen, bestehend aus in
Reihe geschalteten, den Blechpaketrücken umschlingenden Windungen, welche derart angeordnet sind,
daß das Maschinenhauptdrehfeld keine Dämpferströme induziert.
Bei ideal angenommenen elektrischen Maschinen ist das Ringintegral der magnetischen Feldstärke,
über den Ständer- oder Läuferrückenumfang gemessen, gleich Null. Magnetische Unsymmetrien an Maschinen,
in deren Folge das Integral von Null verschieden ist, bewirken eine resultierende Feldstärke,
die einen »Ringfluß« im Rücken hervorruft. Dieser zeitlich veränderliche Ringfluß umschließt die Welle
und induziert in der Welle eine Spannung, die einen entsprechenden elektrischen Strom zur Folge hat,
wenn die beiden Wellenenden über zugehörige Lager und über die Maschinenkonstruktion elektrisch leitend
miteinander verbunden sind.
Vor allem an größeren elektrischen Maschinen sind magnetische Unsymmetrien im Joch durch
Inhomogenitäten des Blechpaketaufbaus, z. B. durch Stoßfugen bei Segmentblechschnitten oder durch
Trennfugen bei geteilten Ständerblechpaketen, unvermeidbar. Die resultierenden Wellenspannungen sind
nicht selten so groß, daß es zu Durchschlägen in den Schmierfilmschichten der Lager kommt und der über
die Laufflächen der Lager fließende elektrische Strom die Lager in relativ kurzer Zeit zerstört. An größeren
elektrischen Maschinen; vor allem solchen mit segmentierten und/oder geteilten Blechpaketen, müssen
deshalb unbedingt Maßnahmen ergriffen werden, die die über die Laufflächen der Lager fließenden Ströme
vermeiden oder in tragbaren Grenzen halten.
Es ist bekannt, die Lagerströme durch eine elektrische Isolation des dem Antrieb abgewandten Motorlagers
zu unterbinden [ETZ-A 85 (1964), S. 106 bis 112]. Meistens wird die Isolierung je nach konstruktiver
Ausführung der elektrischen Maschine zwischen Lagerbock und Grundrahmen bzw. zwischen Lagerschild
und Gehäuse angebracht. Es müssen dabei auch alle Befestigungsschrauben und Paßstifte isoliert
werden, und es ist streng darauf zu achten, daß die Isolierung nicht durch ölanschlüsse oder Lagerthermometer
überbrückt wird. Es besteht demnach die Gefahr, daß die Lagerisolation bei nachträglichen
Arbeiten am Einsatzort beschädigt wird. Die Lagerisolation versagt in bestimmten Fällen oder ist
gar nicht ausführbar, wie z. B. an Maschinen mit zwei Wellenenden, bei denen nicht eine Kupplung isoliert
werden kann, oder an Sattelmotoren mit durchgehender Welle zum Antrieb von Kolbenverdichtern.
Es ist ferner bekannt, die induzierte Wellenspannung mit Hilfe eines sogenannten· Wellentransformators
zu kompensieren. Bei dieser Lösung sind auf einem die Welle umschlingenden Joch eine oder
mehrere Spulen angeordnet, die an eine fremde Spannungsquelle solcher Größe, Frequenz und Phasenlage
angeschlossen werden, daß der von ihnen erregte Jochfluß in der aus Welle und Gehäuse gebildeten
Schleife eine Spannung induziert, die der Wellenspannung entgegengesetzt gleich ist. Nachteil
dieser Kompensationseinrichtung ist, daß die Spannungsquelle wegen der theoretisch schwierigen exakten
Vorausberechnung der Wellenspannung fein gestufte Anzapfungen zur Einstellung von Größe und
Phasenlage der Speisespannung aufweisen muß, so daß der Aufwand um so größer wird, je mehr Frequenzkomponenten
der Wellenspannung kompensiert werden sollen. Außerdem wird die Einstellung der Kompensationsspannung dadurch erschwert, daß
die Kompensation für die induzierte Wellenspannung, d. h. bei verschwindendem Lagerstrom, durchzuführen
ist.
Es ist schließlich bekannt, daß geteilte Ständerblechpakete nur bei bestimmten Polzahlen zu sehr
großen Wellenspannungen führen. Durch asymmetrische Teilung des Pakets kann man an Maschinen mit
geradzahligen Polpaarzahlen die Ausbildung von Wellenspannungen unterdrücken. Hiermit läßt sich
im allgemeinen lediglich erreichen, daß durch die Auswirkungen des Hauptfeldes der Polpaarzahl ρ
keine Wellenspannung induziert wird, aber nicht unbedingt gleichzeitig, daß auch durch die Auswirkungen
der Flußoberfelder keine Wellenspannung induziert wird. Darüber hinaus erfordert diese Maßnahme in
vielen Fällen einen hohen technischen Aufwand.
Ferner sind Dämpferwicklungen für elektrische Synchronmaschinen, bestehend aus in Reihe geschalteten,
den Blechpaketrücken des Ständers umschlingenden Windungen bekannt, die sich über den Rükken
des aktiven Bleches schließen und an Drehstrommaschinen im Normalzustand keinen Strom führen
(deutsche Patentschrift 824 370). Diese Dämpferwicklungen dienen zur Dämpfung solcher Flußpulsationen,
die nicht nur das Joch, sondern auch die Wicklungen und die Pole der Maschine durchsetzen
und sich somit über den Luftspalt der Maschine schließen.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, die Wellenspannung an elektrischen Maschinen
dadurch zu unterdrücken, daß der durch magnetische Unsymmetrien im Blechpaketrücken verursachte
Ringfluß durch die Anordnung und Ausbildung einer Dämpferwicklung auf unkritische Werte abgedämpft
wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Dämpferwicklung für elektrische Maschinen der eingangs näher bezeichneten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine solche Anzahl D von Windungen gleichmäßig über
einen Umfangswinkel -j- verteilt angeordnet ist,
daß für das Maschinenhauptdrehfeld der Polpaar-
i öi3065
zahl v = p und für diejenigen Induktionsdrehfelder der Polpaarzahl
>■, die ebenfalls keine Dämpferströme verursachen sollen, der Quotient -^- gleich einer ganzen
Zahl und nicht durch die Anzahl D der Windungen teilbar ist.
Durch diese Dämpferwicklungsanordnung ist der Vorteil gegeben, daß die induzierte Wellenspannung,
die die Ursache der störenden Lagerströme ist, in universell anwendbarer, wirkungsvoller und wenig
aufwendiger Weise auf unkritische Werte abgedämpft werden kann. Dabei ist es von Vorteil, daß die erfindungsgemäße
Dämpferwicklung in den meisten Fällen auch noch in bereits fertiggestellten Maschinen
dann eingebracht werden kann, wenn sich nachträglieh die Dämpfung der Lagerströme als notwendig
erweisen sollte.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Dämpferwicklung und die für sie maßgeblichen Auslegungsbedingungen lassen sich am übersichtlichsten mit Hilfe
der Drehfeldtheorie erklären.
Im Luftspalt von elektrischen Maschinen bilden sich bekanntlich neben dem Grundfeld sogenannte
Oberfelder aus, die gekennzeichnet sind durch ihre Amplitude, ihre Frequenz und ihre Wellenlänge oder
Polpaarzahl. Die einzelnen Komponenten dieses Luftspaltfeldes (Induktionsdrehwellen) haben ihre Ursache
in der diskontinuierlichen Verteilung der Ständerwicklung in den einzelnen Nuten der Maschine, in
den Schwankungen des magnetischen Leitwertes infolge der Nutung und in zufälligen Exzentrizitäten
des Läufers. Sie sind von der Form
bv(x;t) = % ■ cos(r · χ - o>v ■ t - 7-,.). (1)
Dabei bezeichnen Bv die Amplitude, > die Polpaarzahl, w„ die Kreisfrequenz des Oberfeldes, 7,, seinen Zeitphasenwinkel, χ eine Koordinate im Bogenmaß, bezogen auf ein im Ständer ruhendes Koordinatensystem, und f die Zeit.
Dabei bezeichnen Bv die Amplitude, > die Polpaarzahl, w„ die Kreisfrequenz des Oberfeldes, 7,, seinen Zeitphasenwinkel, χ eine Koordinate im Bogenmaß, bezogen auf ein im Ständer ruhendes Koordinatensystem, und f die Zeit.
Eine solche Induktionsdrehwelle bewirkt eine Rükkeninduktion, die sich durch die Gleichung
bv(x;t) = tRv- sin(r · χ - w, ■ r - 7 v) (2)
darstellen läßt und der die Feldstärke
darstellen läßt und der die Feldstärke
hRv(x;t) =
BK
,«0 ■ ,ur (χ; Ο
■ sin (ν χ — ων · f — <pv) (3)
entspricht, wenn μ die Permeabilität bezeichnet.
Bei einem homogenen Rückenaufbau ist das Ringintegral dieser Feldstärke (magnetische Spannung)
über den gesamten Umfang (x = 0 bis 2 π) gleich Null, d. h., es tritt kein resultierender Ringfluß im
Rücken auf. Bei inhomogenem Aufbau des Blechpaketrückens (vgl. Bezugszeichen 1 in Bild 1 der
Zeichnung), der in der Praxis am häufigsten gegeben ist durch eine Anzahl s Stellen erhöhten magnetischen
Widerstandes der Länge <)5 (vgl. Bezugszeichen 2 in
Bild 1 der Zeichnung), die um den Winkel —^j versetzt
im Ständerrücken, ζ. B. in Form von Stoßstellen der Segmente, auftreten, kann dagegen eine
von Null verschiedene resultierende magnetische Spannung auftreten.
Wählt man das Koordinatensystem so, daß die erste
Wählt man das Koordinatensystem so, daß die erste
dieser s Stellen bei χ = X1 H ^- liegt, so beträgt
die magnetische Spannung der Rückeninduktion einer Induktionsdrehwelle entsprechend Gleichung (1) über
die tt-te Stelle
BR* ' Oj
sin(-[v-x,,- <p
und die gesamte magnetische Spannung über die s Stellen
sin
ων · f — φν + ν · X1 +
2 71
a ■ s
Für den Fall, daß ,«R für alle s Stejlen gleich ist, beträgt die resultierende magnetische Spannung:
sin
uRv{t) =
/Ό ■ /<ä(«; r)
sin
a- s
Sin (— 0)y - t — rpv + ν ■ X1 +
s + 1
In den Fällen, in denen — aanzzahlia und nicht
durch die Anzahl s teilbar ist, wird die resultierende magnetische Spannung gleich Null, und es tritt
somit der Ringlluß, de,r die Ursache der Wellenspannungen
ist, nicht auf. Aus den erläuterten Beziehungen ergeben sich somit die Bedingungen für die Anordnung
der Teilungsfugen, die die Bildung einer Wellenspannung verhindern soll. In allen anderen Fällen
tritt eine von Null verschiedene, resultierende magnetische Spannung auf, die einen Ringfluß im Rücken
und damit eine Wellenspannung bewirkt.
Der vorliegenden Erfindung entsprechend werden nun nach Bild 2 Dämpferwindungen 2. die den Rükken
I der Maschine in einer Anzahl D umschlingen,
im Winkelabstand von
It-D
angeordnet. Die dann
von der Rückeninduktion einer Induktionsdrchwelle
entsprechend Gleichung (1) in der d-ten Dämpferspule induzierte Spannung beträgt
1/,-jv(i) = BRv ■ FRv ■ ων · sin/ - ων · t - pv + — + ν ■ X1 + d ■ ν ■ -^
und die resultierende Spannung in sämtlichen D Spulen
und die resultierende Spannung in sämtlichen D Spulen
=ΣΖ "ΐαΛί) = %* ■ FRv ■ ων ■ A (8)
α= 1
. ν · π sin
■ λ ■ ( -τ
mit A = sin I — ωνί — φν + — + ν ■ X1
ß-D D + 1
Ein Ringfluß im Rücken, der eine Wellenspannung Forderung ableiten, daß für alle Felder der Polpaar-
induziert, wird deshalb in einer solchen Summe von 20 zahl vN, die keine Dämpferströme verursachen sollen,
D gleichsinnig hintereinandergeschalteten Dämpfer- die Summenspannung uiv(t) nach Gleichung (8) Null
windungen immer eine von Null verschiedene Span- sein muß. Diese Forderung ist stets dann erfüllt, wenn
nung induzieren, die einen Strom bewirkt, dessen ι>ν τ i_i j · i_t j u η <. -iu · *.
n r λΑ A j · - t>· a η j·· λ -§- eine ganze Zahl und nicht durch D teilbar ist.
Gegenfeld dann den primären Ringnuß dampft. β 6
Die Auslegungsbedingungen für die erfindungs- 25 Es lassen sich hieraus die freien Parameter β und D
gemäße Dämpferwicklung lassen sich also aus der für die Anordnung der Dämpferwicklung bestimmen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Claims (1)
- Patentanspruch:Dämpferwicklung für elektrische Maschinen, bestehend aus in Reihe geschalteten, den Blechpaketrücken umschlingenden Windungen, welche derart angeordnet sind, daß das Maschinenhauptdrehfeld keine Dämpferströme induziert, dadurch gekennzeichnet, daß. eine solche Anzahl D von Windungen gleichmäßig über einen Umfangswinkel von -ψ verteilt angeordnet ist, daß für das Maschinenhauptdrehfeld der Polpaarzahl υ = ρ und für diejenigen Induktionsdrehfelder der Polpaarzahl ν, die ebenfalls keine Dämpferströme verursachen sollen, der Quotient4- gleich einer ganzen Zahl und nicht durch die ρ
Anzahl D der Windungen teilbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEC0043959 | 1967-11-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1613065A1 DE1613065A1 (de) | 1970-12-03 |
DE1613065B2 true DE1613065B2 (de) | 1972-03-23 |
Family
ID=7025607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19671613065 Withdrawn DE1613065B2 (de) | 1967-11-27 | 1967-11-27 | Daempferwicklung fuer elektrische maschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1613065B2 (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2213251C3 (de) * | 1972-03-18 | 1981-11-12 | Schorch GmbH, 4050 Mönchengladbach | Dämpferwicklungen für elektrische Maschinen |
JP6608711B2 (ja) | 2016-01-15 | 2019-11-20 | 株式会社Soken | 回転電機およびステータ |
WO2019086236A1 (en) * | 2017-11-01 | 2019-05-09 | Anumecs Bvba | Termination unit |
BE1026688B1 (nl) * | 2018-10-04 | 2020-05-07 | Anumecs Bvba | Terminatie-eenheid |
-
1967
- 1967-11-27 DE DE19671613065 patent/DE1613065B2/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1613065A1 (de) | 1970-12-03 |
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
OI | Miscellaneous see part 1 | ||
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