DE207771C

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Publication number: DE207771C
Application number: DENDAT207771D
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Description

PATENTAMT.

Patentschrift

- JVl 207771 · — KLASSE 21 d. GRUPPE

Synchrone Wechselstrommaschine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. November 1907 ab.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Anordnung, welche die Stromzuführung zu dem Rotor von Wechselstrommaschinen erübrigt, so daß alle wichtigen Teile, die Haupterregerwicklung und die Ankerwicklung, auf dem Stator leicht zugänglich und sicher untergebracht sind. Die moderne Entwicklung des Kraftmaschinenbaues, insbesondere der Turbogeneratoren, erfordert eine wesentliche Erhöhung der Tourenzahl. · Bei dieser hohen Tourenzahl ist die Stromzuführung bzw. Stromabnahme von dem rotierenden Teil außerordentlich erschwert, da hinzukommt, daß bei der großen Geschwindigkeit die Isolierung der einzelnen stromführenden Teile Schwierigkeiten verursacht und zugleich die Massen des Rotors erhöht.

Durch die vorliegende Anordnung werden diese Nachteile verhindert.

Es sind zwar bereits Asynchrongeneratoren bekannt, bei welchen ebenfalls kurzgeschlossene übersynchron angetriebene Anker Wechselströme bzw. Drehströme an das Netz abgeben können. Dabei . haben nicht nur beliebige Kurzschlußanker, sondern auch Phasenanker mit kurzgeschlossener Wicklung Verwendung gefunden, die auf eine Statorwicklung induzierend einwirken.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es

sich dagegen um Synchronmaschinen. Allerdings sind auch Synchrongeneratoren mit Gleichstromerregung bekannt, bei denen die Stromzuführung bzw. Stromabnahme zu dem rotierenden Teil vermieden ist. Abgesehen von den Maschinen des sogenannten Induktortyps, bei denen sämtliche Wicklungen feststehen und nur als Schlußstücke für den magnetischen Kraftfluß dienende unbewickelte Eisenkörper rotierend gehören hierhin diejenigen Anordnungen, bei welchen eine Läuferwicklung in einem Teil von einer Gleichstromerregerwicklung stetig induziert wird und in einem anderen räumlich von ihr getrennten Teil auf eine Wicklung eines zweiten Stators induzierend einwirkt. Gegenüber dieser Anordnung unterscheidet sich die vorliegende dadurch, daß nur eine Maschine vorhanden ist mit nur ■ einer Läuferwicklung und nur einem Stator zur Aufnahme der Gleichstromerregerwicklung und der Nutzstromwicklung. Diese Vereinfachung läßt sich erzielen, wenn man als Läuferwicklung eine einphasige Kurzschluß wicklung verwendet. Es ist nämlich bekannt, daß durch die eigenartige Ankerrückwirkung bei Einphasen-Wechselstromgeneratoren der bei Leerlauf gleichförmige Erregerstrom zu einem pulsierenden wird. Es wird also vom Anker aus Wechselstrom energie in die Feldwicklung zurückgeliefert. Eine nähere Untersuchung zeigt, daß bei zweckentsprechender Anordnung die bei Kurzschluß der Ankerwicklung an das Feld zurückgelieferte Energie so beträchtlich wird, daß man sie technisch verwerten kann. Während bei einem Drehstromgenerator im Falle eines Kurzschlusses die gesamte Energie im Kupfer des Ankers , vernichtet wird, wird bei einer Einphasenmaschine der größte Teil auf den Stator zurück-

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übertragen. Hieraus hat man bei den schon erwähnten Asynchrongeneratoren mit Phasen-. anker, bereits Nutzen gezogen,' und die Erfindung baut sich ebenfalls auf dieser Erfahrung auf.

Eine Maschine der vorliegenden Art ist auf der Zeichnung schematisch dargestellt.

Rotiert bei dieser Maschine die einphasige, in sich geschlossene Wicklung W² in einem

ίο magnetischen Felde F¹, das durch die von Gleichstrom durchflossene Wicklung W¹ erzeugt wird, so werden Wechselströme in der Wicklung W² erzeugt, welche die Erregung für ein Drehfeld F² bilden. Dieses Feld F² läuft mit doppelt so großer Geschwindigkeit wie der Rotor. Es erzeugt- in der ₄auf dem Stator befindlichen Wicklung W³ Wechselstrom oder Drehstrom. Die beiden auf dem Stator befindlichen Wicklungen W¹ und W³ können in denselben oder getrennten Nuten des Stators untergebracht werden. Sie können konzentrisch, wie auf der Zeichnung angedeutet, oder in beliebiger anderer Lage zueinander angeordnet sein. Unter Umständen kann die zur Erzeugung des Feldes F¹ nötige Erreger-■ wicklung PF¹ auch einen Teil von W³ bilden oder mit ihr identisch sein. Ist dies der Fall, so ist der Teil, der beide Ströme zu führen hat, entsprechend stärker zu bemessen. Bei Mehrphasenstrom würden eine oder mehr Phasen von W³ zur Aufnahme des Erregerstromes eingerichtet werden können, so daß in vielen Fällen auch keine besonderen Klem-

■ , men für W¹ vorzusehen wären.

Wegen der Dämpferwirkung der Wicklung W² eignen sich solche Maschinen gut zum Parallelbetrieb mit anderen Synchronmaschinen. . ■

Zur Verhinderung des Kreisens von Wechselströmen im Erregerkreise wird zweckmäßig eine Drosselspule in Reihenschaltung mit T^F¹ eingefügt. . '

Eine Wechselstrommaschine dieser Art bildet gewissermaßen einen Frequenzumformer insofern, als man den zugeführten Gleichstom als Wechselstrom mit der Frequenz Null auffassen kann. Führt man der Wicklung W¹ Wechselstrom einer bestimmten Frequenz statt Gleichstrom zu, so wird das von dem Strom in W¹ erzeugte Kraftfeld F¹ nicht im Räume feststehen, sondern mit einer gewissen Geschwindigkeit rotieren, die der Periodenzahl des Wechselstromes in der Wicklung W^x entspricht. Infolgedessen erhöht oder verringert sich auch die Frequenz des Wechselstromes in W² und fernerhin die Frequenz der in W³ induzierten Spannung. Somit kann die Maschine auch als Frequenzumformer für Wechselstrom Verwendung finden. Das Umformungsverhältnis hängt von der Drehgeschwindigkeit des .Rotors und von dem Drehsinn des letzteren relativ zu dem Felde F¹ ab.

Der vorbeschriebene Vorgang kann · auch umgekehrt werden, indem man den primären Strom der Wicklung W³ zuführt und W¹ zur sekundären Wicklung macht. Hierbei bedarf der Rotor keines mechanischen Antriebes. Auch die Ankerwicklung W² kann zur Hergabe von Strömen herangezogen werden, damit geht dann freilich der Vorteil des Kurzschlußankers verloren.

Die Wechselstrommaschine läßt sich auch als Synchronmotor verwenden. . Zu diesem Zwecke wird der Wechselstrom der Wicklung W³ zugeführt, anstatt ihr entnommen zu werden. Die Wicklung W¹ erhält wie bisher Gleichstromerregung. Solche Synchronmotoren können in einfacher Weise als Induktionsmotoren mit Hilfe von in W² induzierten Strömen angelassen werden.

Schaltet man, nachdem der Anker mit der Wicklung W² die halbe synchrone Tourenzahl erreicht hat, die Gleichstrom wicklung W¹ ein, so kommt die Maschine von selbst in Synchronismus mit dem Felde, das durch die Wechselströme der Wicklung W³ erzeugt wird. Vorteilhaft erhält in diesem Falle die Wicklung W² Schleifringe, zwischen die zum Anlassen ein Widerstand geschaltet wird. Ebenso kann zum leichteren Anspringen der Rotor eine Mehrphasenwicklung erhalten, die nach Erreichung des Synchronismus durch Ausschaltungen oder Schaltungsänderungen in eine einphasige Kurzschlußwicklung umgeändert wird.

Statt Wechselstrom kann in allen Fällen auch beliebig geschalteter Mehrphasenstrom Verwendung finden.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Synchrone Wechselstrommaschine, auf deren Stator sich eine Gleichstromerregerwicklung und eine Nutzstromwicklung befinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine einphasige Kurzschlußwicklung trägt, durch deren Rückwirkung beim Betriebe als Generator elektromotorische Kräfte und beim Betrieb als Motor gegenelektromotorische Kräfte in der Nutzstromwicklung erzeugt werden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung mit der Nutzstromwicklung identisch ist oder einen Teil derselben bildet.

3. Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung der in der Erregerwicklung induzierten Ströme Drosselspulen in den Erregerstromkreis eingeschaltet sind. <

4· Verfahren zum Anlassen von Motoren. j wicklung umgeschaltet wird, als Asynchronnach Anspruch ι bis 3, dadurch gekenn- | motor angelassen wird, zeichnet, daß die Maschine- mit Hilfe der i

5. Maschine nach Anspruch 1 bis 4, da-

einphasigen Kurzschluß wicklung oder einer Mehrphasenwicklung 'auf dem Rotor, die beim Anlaufen nach Erreichung der erfor-

durch gekennzeichnet, daß an Stelle ddr Gleichstromerregung eine Wechselstromerregung benutzt wird, so daß die Maschine

derlichen Tourenzahl in eine Emphasen- ■ | . als Frequenzumformer arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.