DE214275C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT..

in FRANKFURT a. M.

an elektrischen Maschinen.

Die sog. Lagerströme und die Lagerspannungen , d. h. Ströme und Spannungen, die in der Achse der Welle elektrischer Maschinen verlaufen und sich besonders an den Lagern schädlich bemerkbar machen, werden durch zum Teil im Ständer, zum Teil im Läufer verlaufende, ihrer Stärke nach veränderliche Kraftflüsse erzeugt, deren Ursache Unsymmetrien im Ständer oder Läufereisen (Teilfugen u. dgl.)

ίο sind, wobei es gleichgültig ist, ob das im Ständer vorhandene Feld (Wechsel- oder Drehfeld) durch ein umlaufendes, fremd mit Gleichstrom erregtes Magnetrad (Synchronmaschinen) oder durch im Ständer fließende Ströme (Asynchronmaschinen) hervorgebracht wird.

Diese Ströme schließen sich über Achse, Lagerschale, Grundplatte, zweite Lagerschale und Achse, und haben Beschädigung der Lagerschale sowie Verderben des Lageröles

so zur Folge.

Zweck vorliegender Erfindung ist es nun, der Entstehung dieser schädlichen Lagerströme entgegenzuwirken, und zwar dadurch, daß auf dem Ständer eine Wicklung derart angeordnet wird, daß in ihr unter dem Einfluß der" die Ursache der Wellenspannung bildenden Feldfluktuation eine Spannung induziert wird, welche mittelbar oder unmittelbar dazu benutzt wird, der Entstehung der Lagerströme entgegenzuwirken.

In beiliegender Zeichnung dienen die Fig. 1 und 2 zur Veranschaulichung der Feldverteilung, der Entstehung der Feldfluktuationen ' und der dadurch hervorgebrachten Wellen- ■ spannung für den Fall, daß magnetische Un-Symmetrie durch die Teilfugen des Ständers verursacht wird, und Fig. 3, 4 und 5 stellen einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.

In der Fig. 1 ist eine elektrische Maschine in der Lage dargestellt, bei welcher die Polmitten ihrer gleichnamigen Pole S 5 des Läufers gerade neben den Teilfügen// des Ständers s stehen; alle vier magnetischen Flüsse F verlaufen dann symmetrisch und sind einander gleich, entsprechend der Gleichheit der magnetischen Widerstände in den vier Quadranten, in denen diese Flüsse verlaufen.

Hat sich nun der Läufer um 45 ° gedreht, und befindet er sich in der in Fig. 2 gezeichneten Lage, so entsteht eine gewisse Unsymmetrie in der Verteilung der Flüsse, weil die Ständerfiüsse F₂ F₂, welche die Teilfugen durchkreuzen, größeren Widerstand zu überwinden haben als die Ständerflüsse F₁F₁.

Diese letzten sind somit größer als die Flüsse F₂.

Da aber die magnetomotorischen Kräfte und die magnetischen Widerstände im Läufer und folglich auch die magnetischen Flüsse im Läufer für alle vier Quadranten einander gleich sein müssen, so spaltet sich von dem

(j? F. \
—- — J ab,

welcher in dem zum Fluß F₂ zugehörigen Läuferquadrant verläuft. Dann werden näm-

Hch diese (gegenüber den Teilfugen befind-Uchen) Läuferquadranten von den Flüssen

7? , jR\ p_ JL. p

und ebenso die beiden anderen Quadranten von den Flüssen

durchflossen.

Somit teilt sich der Ständerfluß F₁ in zwei Teile, von welchen der größere Teil

F₁-

in einem ihm entsprechenden Quadrant, ähnlieh dem Flusse F₂, verläuft, wie es durch punktierte Linien angegeben ist, und zwar so, daß er sich über ein zusammengehöriges Polpaar schließt, und der andere Teil ————

einen Verlauf nimmt, welcher durch die vollausgezogene Kraftlinie angedeutet ist, indem sich dieser Differenzfluß über alle vier Pole schließt und die Läuferwelle umfließt.

Bei weiterer Drehung des Läufers um 45 ° verschwindet dieser Differenzfluß, um beim nochmaligen Drehen um 45 ° wieder das Maximum, aber in umgekehrtem Umlaufssinn, zu erreichen. Daraus sieht man, daß bei der fortwährenden Drehung des Läufers die Läuferachse von dem oszillierenden Flusse mit dem

Maximalwert

— umfiossen wird, wel-

eher auf einem fest im Räume stehenden, durch die vollausgezogene Kraftlinie angedeuteten Wege verläuft, aber seinen Umlaufssinn fortwährend wechselt, und zwar mit der Frequenz, welche die Maschine besitzt.

ρ p_t

Dieser Differenzfluß —' induziert in

der Läuferwelle die Wechselspannungen, welche die schädlichen zu verhütenden Lagerströme hervorruft.

Nun wird gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dem Differenzfluß dadurch

entgegengewirkt, daß auf dem Stinder eine in sich geschlossene, aus mehreren — hier z. B. vier — elektrisch gegeneinander geschalteten Abteilungen a_x a₂ α_Ά «₄ bestehende Hilfswicklung nach Art einer Ringwicklung angebracht wird, wobei die Hälfte der Spulen, nämlich die Spulen a_x und a₂, an den Stellen der Feldmaxima (F₁), die andere Hälfte der Spulen, a_aä_it an Stelle der Feldminima (F₂) liegt und der ersten Hälfte elektrisch entgegengeschaltet wird.

In den an den Stellen stärkerer bzw. schwächerer Felder liegenden Spulen werden Ströme induziert, die die Feldstärken an den Stellen der Feldmaxima bzw. der Feldminima so lange zu verringern bzw. zu vergrößern suchen, bis die Feldunterschiede, die Ursache der Lagerströme und Lagerspannungen aufgehoben sind.

Mit anderen Worten werden in den Spulen (T₁ a₂ die dem Flusse F₁ und in den Spulen 7a ß₃ Ci₄ die dem Flusse F₂ proportionale Spannung induziert, so daß in der ganzen Kurzschlußwicklung a_x ci₂ Ci₃ «₄ eine der Differenz (F₁ — F₂) proportionale resultierende Spannung erzeugt wird, welche den schädlichen

ρ ρ

Differenzfluß —^ί — abdäjnpft.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird dieser Differenzfluß nicht aufgehoben, wohl aber der Lagerspannung durch Erzeugung einer ihr gleichen Gegenspannung entgegengewirkt. Die einzelnen Abteilungen a_x a₂ a₃ a₄ der Hilfswicklung haben hier die gleiche Lage wie in obigem Ausführungsbeispiel, aber die Spulen a_x und a₂ sind miteinander parallel und der anderen, aus ebenfalls miteinander parallel geschalteten Spulen a₃ a_A bestehenden Wicklungshälften elektrisch entgegengeschaltet.

Die in der Hilfswicklung induzierte resultierende, dem Differenzfluß F₁ — F₂ des Ständers proportionale Spannung wird, zweckmäßigerweise vermittels eines Transformators t, den Wicklungen eines oder mehrerer um die Welle ww des Läufers I gelegten Eisenblechringe e_x e₂ zugeführt. In den Eisenblechringen e_x e₂ wird somit ein dem Differenzfeld F₁ — F₂ proportionales Feld erzeugt, welches die der Wellenspannung, die dem Läuferdifferenzfluß

— ^l- — proportional ist, entgegenwirkende,

u. U. sie gerade aufhebende Gegenspannung hervorruft.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von dem vorigen nur dadurch, daß hier die je eine Wicklungshälfte bildenden Spulen ^₁ a₂ bzw. a₃ α_Λ hintereinander geschaltet sind und die Stromkreise der Eisenblechringe B₁ C₂ mittels eines Autotransformators t oder eines Widerstandes r, oder durch Änderung der Windungszahlen auf den Eisenblechringen e_x e₂ geregelt werden können. Diese Mittel werden getrennt oder gleichzeitig zur Erzeugung einer unter Umständen erforderlichen Phasenverschiebung benutzt.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Anordnung zur Vermeidung oder Aufhebung von Wellenspannungen und Lagerströmen an elektrischen Maschinen, gekennzeichnet durch eine derart am

   Ständer angeordnete und geschaltete, unter dem Einfluß der die Ursache der Wellenspannung bildenden Feldfluktuationen stehende Wicklung, daß in ihr Ausgleichsströme induziert werden, welche zur vollständigen oder teilweisen Aufhebung der Feldfluktuationen oder ihrer Wirkung benutzt werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichswicklung eine in sich selbst geschlossene Ständerwicklung ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Ständer angebrachte Hilfswicklung zur Erzeugung eines oder mehrerer um die Läuferachse verlaufenden Hilfsfelder benutzt wird, welche in der Läuferwelle eine die Wellenspannung kompensierende Gegenspannung induzieren.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.