DE1638340A1 - Synchronmotor mit induzierter Erregerleistung - Google Patents

Description

• SYNCHROPWIOTOR MIT INDUZIERTER ERREGERLEISTUNG Die Erfindung betrifft einen Synchronm.torldessen Erregerstrom im Laufrad induziert wird.Die Anwendungs- ' gebiete um.-Leassen alle Bereichetin denen Synchronmaschiien ein3esetzt werden.insbesondere dort,wo 1,1artungsfreiheit, geringer Verschleiß,Explosionaschutz,einfacher Aufbau gefordert werden und die Anwendung herkömmlicher Erregingeverfahren mit Schwierigkeiten verbunden ist. Zweck der Erfindung ist das Vermeiden von Schleitringen.Bürsten,Gleichstrommeneratoren oder Gleichrichtiraätzen zum erregen von Synchronmotoren. Herkömmliche Synchronmotoren werden in. allgemeinen mit Gleichstrom erregt,d3r über Schleifringe oder Bürstenaätze der Erregerwicklung den Laufrades zugeführt wird. Der'Erregerstrom wird bei größeren Synchronmotoren häufig mit Gleichstromgeneratoren erzeugt,die fest an das Laufra d tes Synchronmotorn gekoppelt eind.Diese.Erregungsverfa.iren besitzen jedoch den Nachteil,daß der zur Erregung erforderlich* Gleicketrom stets über Schleifringe Ader Bürstensätze der Erragerwicklung den Laufrades, zugefUhrt worden muß. Ferner ist der Betrieb von herkömmlich erregten Synchronmotoren als Arbeitemaschinen auf das Vorhandensein von Gleichatromquellen angewiesen oder es int erheblicher konstruktiver Mehraufwand für das Anbringen von Erregerhiltzmanchinen an den Synchronmotoren erforderlich. Die Schleitringe oder Bürstensätze von'herkömmlichen iynchronnotoren eind erheblichen Verschleiß ausgesetzt and erfordern daher regelmäßige Wartung* Es ist ferner mit Schwierigkeiten verbunden,die Laufräder von Synchronmotoren beispielsweise bei Pumpenantrieben 2n einem vom Ständer isolierten fremden Arbeitsmedium einzisetzen, wie es bei Asynchronmotoren mit Kurzschlußläufj?n üblich-ist.-Beim Anbringen der Erregeranordnung von Synchronmotoren sind in diesem Falle oft umfangsreiche Dichtungs- und IzoLat ons-U probleme zu überwinden. Zum Vermeiden von Schleifringen wurden bisher zwei >lö,71ichkeiten genutzt.Die meistgebräuchliche besteht darin,dall der Erregerstrom im Laufrad von einem am Laufrad angebrachten Gleichstromgenerator erzeugt- wird.Diese Gleichstrommenevmtaren besitzen jedoch Kollektorbürsten,die ebenso wie Schleifringe Verschleißteile sind und Wartung erfordern.Die zweite Möglichkeit besteht darin,daß die Erregerleistunm, trans-Cormatorisch mit einer Drehstromaußenpolmaschine oder mit einem Asynchrongenerator auf das Laufrad übertragen wird. Im Laufrad wird dann der induzierte Wechselstrom gleichgerichtet und der Erregerwicklung zugeleitet.Zum Gleiährichten den Erregerstromen sind jedoch Gleichrichtersätze im Laufrad des Synahronnotors erforderlich.die erheblichen konstruktiven Mehraufwand erfordernZUlektrotechnische Zeitschrift";,kueEabe Ä;jahrßang 87-(1966) S.1 bis 8) (,isiemens-Zeiteahriftfi-,(1966);Beihttt "Motoren für industrielle Antriebe";s.81 bis 83) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrundotdie Erregerlei:3tung von Synchronmotoren ohne Hi.-Ineinrichtungen wie Schleifringe, Gleichstromgenerate#-esn oder Gleichrichtersätze dem Lauf:,ad des Synrhro.nrit#D,'%$,ürs zuzuführer, Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß der Ständer des Synchronmotors aus zwei Teilen mit unterschiedlicher Polpaarzahl bestehtvdie in Richtung der Motordrehachse hintereinander angeordnet eind.Das Laufrzd des Synchroamotors ist derart angeordnet.daß es von beieen Ständerteilen umschlossen wird.Die Wicklung des Laufrades ist kurzgeschlossen.Die beiden Ständerwicklungen können entweder elektrisch parallel oder in Reihe an das speisEnde Stromnetz geschaltet werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichning dargestellt und wird im folgenden näher besehrieben.Es 2eigt Fig.1 das Prinzipschaltbild des Synchronmotors.Der Synchronmotor besteht aus dem Ständerteil (1) mit der Polptarzahl pl und dem Ständerteil (2) mit der Polpaarzahl p2.
• Die Wicklungen beider Ständerteile sind in der-, A--,stühruigsbeispiel parallel an das Drehatromnatz (3) mit üe# Irei Phasen RgßlT gteobaltetDie Laufradw-Icklung bo- von Stiaderteil (1) u»chlossenen Abschnitt (4) nad auu dem von Stfflerteti (2) u»chlossenen Abschnitt (5),Die Wicklung des Ziaufrades ist kurzgeschloseen ünd wie die einen Anyachronnotollpe aueget«hrt*Boide Wicklungeabechnitte (4) und (5) den Imatrades eind auf der geineinsamen Drobachne (6) des Synchrormotors angebracht* ra folgenden worden die WirkuaMweine und da» Betriebeverhalten. den Synchronnotorn beschrieben: Ist no, die räumlich* Drehzahl da» Drthfeldei von Ständertei'.' (1) mit der pringeren Polpaarzahl pl und n dii Betriebedrobsahl des Noters,dann besitzt der von-Ständerteil (1) unschlovsene Abschnitt (4) der Laufradwicklung den Zeblupf alm(i -n/noi) Der von $tXndert*il (2) mit der größeren Polpaarzahl p2 urz#c h 4--"rcbri4-t der la uf radwi-,klung 1, d--o räumliche Drehzahl das Drehfeldes von Ständerteil 2) ist,den Schlupf 82=( 1 - n/no2 ) Bei der synchronen Drehzahl n.y. des Synchronmotors ha-",- die in beiden Wicklungsabschnitten (4) und (5) des Laufrades induzierte Wechselspannung die gleiche Frequenz und es gilt die Beziehung sj= -S2 Der von Ständerteil (1) mit der geringeren Polpaarzahl pl umschlossene Wicklungsabschnitt (4) läuft für n=n U syn untersynchron mit dem Schlupf s1,der sich auf die räum:-iche Drehzahl no, des Drehfeldes von Ständerteil (1) bezieh';. Der 't-glicklungsabschnitt (5) des Laufrades läuft für n=n" ,yn übersynchron mit dem Schlupf s2= -al da die räumliche Drehzahl no2 des Drehfeldes von Ständerteil (2) wegen (!eszen größerer Polpaarzahl p2 geringer ist als nsyn. Aus der Bedingung sl= -s2 für den Synchronlauf ergibt t;ich die Synchrondrehzahl Usyn des Motors in 11meehungen je Minute in Abhängigkeit von der Frequenz f. des speisenden WecIsel- Bei der synchronen Drehzahl n.y. des Synchronmotors mit den dazugehörigen Schluptwerten der beiden Wicklungsabschnitte (4) und (5) des Laufradea s,y,-' Bl= -52 wird in der Laufradwicklung ein Wechselstrom mit der Frequenz fl=fo.szyn induziert. Die Berechnung der von diesem Wechselstrom im Laufrad cuf das Laufrad übertragenen synchronen und asynchronen Drehmomgnte bei der synchronen Drehzahl nsyn des Motort-, erfolgt durch Anwendung des Überlagerungsprinzips auf (en 1.aufradgtromkreie und die Ständerstrow-kreise Synchron--ic-tors. Da der hier beschriebene Synchronmotor aus je einem untersynchron und einem übersynchron wirkenden Laufra&-abschnitt besteht,können die Drehmomente M, und M2 dei beiden Laufradabschnitte entsprechend der Kloss'schen Formel fUr die Drehmomente eines Induktionsmotors auf die as3nchronen Kippmomente Mkl und Mk2 der jeweiligen Laufradabschnitte in Abhängigkeit vom Schlupf s, bzw. s2 und dem Kippschlu-f ?kl bzw. sk2 der entsprechenden Wicklungsabschnitte (4) urd (5) des Laufrades bezogen werden.Es gelten daher die Beziehungen Die synchronen Drehmomente M... , und M... , und die asynchronen Drehmomente Mas, , und X an 2 die auf die beiden laufradabschnitte übertragen werden,sind abhängig von der Abweichung x den räumlichen Drohwinkeln den Laufrades gegenüber dem bei Iaerlauf den Motors eingenommenen Laufradwinkel x. 4 Das gesamte Drebnoment M den Motors :Lot die Summe der auf die beiden Laufradabochnitte wirkenden synchronen und asynchronen Drehmomente.Dan Dr*hmoment des Synchrozmotore ist geo*'oea durch den Ausdruck Die anyachronen Drobno»at*-b*ider Z&ufradabuoMdtte wirken bei Synqhronlauf den Motors in entgegengesetzter R:Lehtizugida für nmn .syn Ml positiv Und M2 n*Eativ '&t@D:Le synchrone' Drehmomente besitzen stets die gleiobe Richtungtda die Produkte aus Nl-*, und M2-s', immer positiven Vorzeichbil besitzen,auch-bei negativen Schlupfwerten.Das maximale synchrone Drehmoment des Synchronmotors ist bei o4ner l#lirücelab-.,jeichung des Laufrades gegenüber dem Leerlaufvi.-* d-zel x 0 von x=1800/(p2 -pl) vorhanden.Im Leerlauf sind sowohl die synchronen als auch die asynchronen Drehmomente Null uid es fließt kein Strom in der Laufradwicklung.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,daß der Synchronmotor ohne die bei herkömr.,ilichen Synchronmotoren erforderlichen Hilfsmittel für die Erregung des Laufrades arbeitetvwodurch die N&chteile bei der Anwendung herkömmlicher Erregeranordnungel entfallen. Der Synchronmotor kann nahezu wartungsfrei betrigben werden und weist weniger Verschleißteile auf als herkömmliche Synchronmotoren.Der Synchronmotor mit induzierter- Erregerleistung besitzt durch die Kurzschlußwicklung des Laufrades einen einfachen und betriebesicheren Aufbau.Das A#laufroment des Synchronmotors entspricht dem eines Asynchronmotorr.

Claims (1)

1. ratentansprÜche: 01 Synchronmotor mit induzierter Erregerleistung, dadurch gekennzeichnet,daß der Ständer des Synchronmotors aus zwei in Richtung der Drehachse des Synchronmotors hintereinander angeordneten Teilen mit unterschiedlicher Polpaarzahl besteht und das Laufrad eine kurzgeschlossene Wicklung besitzt,die von beiden Ständerteilen umschlossen ist. 2.Synchronmotor mit induzierter Erregerleistung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetdaß die Wicklungen der beiden StNnderteile elektrisch parallel an das speisende Stromnetz geschaltet sind. 3.Synchronmotor mit An -a 1. dadurch gekennzeichnet,daß die der t- Ständerteile elektrisch in Reihe an das speisende Stromnetz geschaltet sind.