DE1811945C3

DE1811945C3 - Arrangement to reduce the pole core currents when synchronous motors start automatically

Info

Publication number: DE1811945C3
Application number: DE19681811945
Authority: DE
Inventors: Kurt Birr Baltisberger (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1968-11-30
Filing date: 1968-11-30
Publication date: 1979-09-06
Also published as: DE1811945A1; DE1811945B2

Description

Bei Synchronmotoren mit ausgeprägten Holen, die asynchron angefahren werden, sind beim asynchronen Anlauf die Pole von einem Wechselfluß durchsetzt, der an der Polmantelfläche, die den Wechselfluß umschließt, zu einer betrachtlichen Wirbelstrombildung aufgrund des Skineffekies führen kann. Durch den schlechten elektrischen Kontakt zwischen Polklaue und Rotorkörper sind insbesondere in der Startphase die Kontaktstellen gefährdet; aufgrund des großen Übergangswiderstandes kommt es infolge der von Pol zu Pol fließenden Ströme (Klauenstrcme) zu einer unzulässigen Erwärmung der Kontaktstellen und häuf^:2 sogar zu einer Verschweißung von Polklaue und Rotorkörper.In synchronous motors with pronounced fetching that are started asynchronously, the poles are permeated by an alternating flux during asynchronous starting, which can lead to considerable eddy current formation due to the skin effect at the pole surface that surrounds the alternating flux. Due to the poor electrical contact between the pole claw and the rotor body, the contact points are at risk, especially in the starting phase; Due to the high contact resistance, the currents flowing from pole to pole (claw currents) lead to inadmissible heating of the contact points and often ^: 2 even to a welding of the pole claw and rotor body.

Um das Fließen dieser von Pol zv Pol fließenden Ströme zu verhindern, sind bereits bei lamellierten Polen verschiedene Vorkehrungen getroffen worden. Mittels eines Dämpferringes oder durch sonstige Verbindungen von Pol zu Pol (W iedemann/Kellenberger »Konstruktion elektrischer Maschinen« Springer Verlag 1967, Seiten 323 u. 324) oder durch eine gut leitende elektrische Verbindung zwischen Pol und Rotorkörper (CH-PS 4 33 501) gelingt es, diese Ströme zu reduzieren. Ähnliche Maßnahmen sind auch bei Synchronmotoren mit massiven Polen getroffen worden. Dort jedoch mit dem Ziel, das Anlaufmoment bei erhöhtem Anlaufstrom zu vergrößern (Wiedemann/Kellenberger..., Seite 325, Fig. 274, oder CH-PS4 33 501).To the flow of these flowing from pole to pole To prevent currents, various precautions have already been taken with laminated poles. By means of a damper ring or other connections from pole to pole (Wiedemann / Kellenberger "Construction of electrical machines" Springer Verlag 1967, pages 323 and 324) or by a A good electrical connection between the pole and the rotor body (CH-PS 4 33 501) manages these currents to reduce. Similar measures have also been taken for synchronous motors with massive poles. There, however, with the aim of increasing the starting torque with increased starting current (Wiedemann / Kellenberger ..., Page 325, Fig. 274, or CH-PS4 33 501).

All diese bekannten Lösungen bringen einen erhöhten konstruktiven Aufwand mit sich, da die elektrischen Verbindungen für hohe Ströme ausgelegt werden müssen und die durch die Anlaufwärme bedingte Temperaturerhöhung berücksichtigt werden muß.All of these known solutions entail an increased structural effort, since the electrical Connections must be designed for high currents and those caused by the start-up heat Temperature increase must be taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, bei der die sich über die Verbindung Polklaue — Rotorkörper schließenden Ströme vermindert werden können.The invention has for its object to provide an arrangement in which the Connection pole claw - rotor body closing currents can be reduced.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs erfindungsgemäß durch eine polumschaltbar Ständerwicklung gelöst, die zum Anlauf auf die doppelte Polzahl geschaltet und bei annähernd halber Betriebsdrehzahl auf die Normalpolzahl umgeschaltet wird, und die in zwei Stromkreise unterteilt ist, die für die doppelte Polzahl in Reihe und für die Normalpolzahl parallelgeschaltet sind.This object is achieved according to the invention with an arrangement according to the preamble of the patent claim solved by a pole-changing stator winding, which is switched to double the number of poles at start-up and at approximately half the operating speed is switched to the normal number of poles, and that in two circuits which are connected in series for double the number of poles and in parallel for the normal number of poles.

Die der erfindungsgemäßen Anordnung zugrundeliegende Idee beruht darauf, während des ersten Teils des Anlaufes den Wechselfluß über die Polschuhe allein zu schließen und somit die Entstehung von Strömen von Pol zu Pol während dieser Phase praktisch zu unterdrücken.The idea on which the arrangement according to the invention is based is based on the fact that during the first part of the Start to close the alternating flow through the pole shoes alone and thus the emergence of currents of Practically suppressing pole to pole during this phase.

Zwar ist die Maßnahme, Synchronmaschinen aus dem Stillstand mit einer höheren, zum Beispiel doppelten Polzahl als ihre Nennpolzahl anzulassen, um sie nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl auf die Nennpolzahl umzuschalten im Zusammenhang mit Synchronmaschinen mit Dämpferwicklungskäfig und lamellierten Polen bekannt (CH-PS 4 35 435), doch wird dort das Ziel verfolgt, die beim Anlauf entstehende Wärme herabzusetzen. Beim Anmeldungsgegenstand hingegen werden die in der Startphase in den Polen induzierten Wirbelströme zur Erhöhung des Anlaufmomentes ausgenutzt und lediglich die schädlichen Wirkungen dieser Ströme vermieden. In der zweiten Phase des Anlaufes, also nach dem Umschalten auf Nennpolzahl, sind die induzierten Wirbelströme wesentlich geringer und führen auch nicht mehr zu einer nennenswerten Erwärmung der Kontaktstellen zwischen Polklaue und Rotorkörper. Hinzu kommt, daß nunmehr die Polkiauen unter Einfluß der Fliehkraft auf die Kontaktstellen im Rotorkörper gepreßt werden.It is true that the measure, synchronous machines from standstill with a higher, for example double To leave the number of poles as their nominal number of poles in order to adjust them to the nominal number of poles after reaching a certain speed to switch in connection with synchronous machines with damper winding cage and laminated Poland known (CH-PS 4 35 435), but the aim there is to reduce the heat generated during start-up. In the case of the subject of the application, however, those induced in the poles in the start-up phase are Eddy currents are used to increase the starting torque and only the harmful effects these currents avoided. In the second phase of the start-up, i.e. after switching to the nominal number of poles, the induced eddy currents are much lower and also no longer lead to a significant Heating of the contact points between the pole claw and the rotor body. In addition, now the Polkiauen are pressed under the influence of centrifugal force on the contact points in the rotor body.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, und zwar in Zusammenhang mit einem Synchronmotor mit einer otänderwicklung, die im Polzahlverhältnis von 2 :1 mit Polzahlen 2 ρ = 8 und 2 ρ = 4 umschaltbar ist. In der Zeichnung ist der Verlauf des Ankerflusses für die Polzahl 2 ρ = 8 strichpunktiert und für die Polzahl 2 ρ = 4 gestrichelt gezeigt, wobei in der Fig. la das Polrad in der Längsachse bzw. in der Fig. Ib in der Querachse dargestellt ist.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with the aid of the drawing, specifically in context with a synchronous motor with an alternator winding, which has a pole number ratio of 2: 1 with pole numbers 2 ρ = 8 and 2 ρ = 4 can be switched. In the drawing, the course of the armature flux for the number of poles is 2 ρ = 8 dash-dotted lines and dashed lines for the number of poles 2 ρ = 4, wherein in Fig. La the pole wheel in the Longitudinal axis or is shown in Fig. Ib in the transverse axis.

Wie aus Fig. la hervorgeht, wird zum Anfahren des Motors aus dem Stillstand die Ständerwicklung auf doppelte Polzahl, d. h. 2 ρ = 8 geschaltet, wobei sich das Ankerfeld praktisch nur über den Polschuh schließt und die gefährlichen Klauenströme somit stark vermindert werden. Sobald die Drehzahl ungefähr die halbe Betriebsdrehzahl erreicht hat, wird auf die Normalpolzahl, d. h. 2 ρ = 4 umgeschaltet und der Motor bis auf die Betriebsdrehzahl hochgefahren. Während dieser zweiten Anlaufstufe verläuft ein Teil des Ankerflusses über die Polkerne, wie aus Fig. Ib ersichtlich ist. In diesem Drehzahlbercich wird aber durch die Wirkung der Zentrifugalkräfte auf die Pole ein so guter elektrischer Kontakt zwischen Polkern bzw. Polklaue und Rotorkörper er^reicht, daß keine unzulässige Erwärmung an den Kontaktstellen entstehen kann.As can be seen from Fig. 1a, the stator winding is switched to double the number of poles, ie 2 ρ = 8, to start the motor from standstill, whereby the armature field closes practically only via the pole piece and the dangerous claw currents are thus greatly reduced. As soon as the speed has reached approximately half the operating speed, the normal number of poles, ie 2 ρ = 4, is switched over and the motor is run up to the operating speed. During this second start-up stage, part of the armature flux runs over the pole cores, as can be seen from FIG. 1b. In this Drehzahlbercich but by the action of the centrifugal forces on the poles such a good electrical contact between the pole core or pole claw rotor body and he ^r calibrates that no excessive heating can arise at the contact points.

Mit dieser Polumschaltung wird die auf dem Polschuh bzw. in einer Anlaufwicklung anfallende Energie während des ganzen Anlaufes auf praktisch die Hälfte gegenüber eines herkömmlichen Anlaufes vermindert. Wird noch die Ständerwicklung in zwei Stromkreise unterteilt, die für die doppelte Polzahl in Reihe und für die Normalpolzahl parallelgeschaltet werden, so wird der Einschaltstrom infolge des kleinen Dehnungsfaktors bei der Polzahlverdopplung auf ungefähr die Hälfte vermindert.With this pole switching, the energy generated on the pole piece or in a starting winding is reduced during the entire start-up reduced to practically half compared to a conventional start-up. If the stator winding is divided into two circuits, one for double the number of poles in series and one for the number of normal poles are connected in parallel, the inrush current is due to the small expansion factor when doubling the number of poles, reduced to about half.

Mit der beschriebenen Anordnung wird gegenüber einem direkten Anlauf die Anlaufzeit verlängert, so daß ein Anlauftransformator bzw. eine Drosselspule, wie sie bis jetzt häufig, insbesondere zur Verlängerung der Anlaufzeit vorgesehen wurde, wegfallen kann. Da ferner bei doppelter Polzahl der Ständerwicklung, und zwar bei unverändertem Rotor nicht nur die Klauenströme vermindert werden, sondern auch keine Spannung in der Polwicklung induziert wird, so ist diese Anlaufanordnung auch in Zusammenhang mit bürsten-With the arrangement described is opposite a direct start-up extends the start-up time, so that a start-up transformer or a choke coil like them up to now often, especially to extend the start-up time, can be omitted. There also with double the number of poles of the stator winding, and not only the claw currents with the rotor unchanged be reduced, but also no voltage is induced in the pole winding, then this is the case Start-up arrangement also in connection with brush

losen Synchronmotoren mit rotierenden Dioden von Vorteil. Es erübrigen sich nämlich Kurzschlußring und Widerstand zum Schutz der Rotorwicklung gegen die sonst beim Anlauf auftretende induzierte Spannung oder sie brauchen höchstens für die zweite Hälfte des Anlaufes bemessen werden.loose synchronous motors with rotating diodes are an advantage. There is no need namely short-circuit ring and Resistance to protect the rotor winding against the induced voltage that otherwise occurs during start-up or they only need to be measured for the second half of the approach.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Arrangement for reducing the Polkernströme at the self-starting of synchronous motors with excluded '<embossed massive poles and with no damper winding, characterized by a pole-changing stator winding is switched to the run-up to twice the number of poles and tet on the Normalpolzahl switched over IQ at approximately half the operating speed, and is divided into two circuits which are connected in series for double the number of poles and in parallel for the normal number of poles.