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SYNCHRONMASCHINE Die vorliegende Erfindung betrifft Synchronmaschinen,
die von den Oberwellen des Feldes erregt werden, und ist zur Vereinfachung des Erregersystems
und zur Erhöhung der Betriebssicherheit solcher Maschinen bestimmt.
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Die Regelung der Erregung der von den Oberwellen des Feldes erregten
Synchronmaschinen erfolgt gewöhnlich durch die Energieableitung der Oberwellen des
Feldes in einem ied gesonderten v ausgeführt als eine zusätzliche Wicklung, die
in die dnkernuten neben der Hauptankerwicklung verlegt ist (siehe z.B. das USA-Patent
Nr.3025450, das Patent Großbritaniens Nr.856942 und das Patent Frankreichs Nr.1229766
gemäß der schwedischen Anmeldung von Udrik
Krabb "Selbsterregter
Synchrongenerator" oder das Patent Frankreichs Nr.1279789 gemaß der amerikanischen
anmeldung von Paul Nippes "Dynamoelektrische Maschine").
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Das Vorhandensein einer speziellen zusätzlichen Wicklung in solchen
Maschinen führt zur Vergrößerung deren Abmessungen, erhöht die Selbstkosten, verschlechtert
die Kühlungsbedingungen, erfordert einen hohen Arbeitsaufwand und weist eine große
Anzahl von Elementen (Drosseln, Transformatoren, Kondensatoren und Gleichrichter)
auf.
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Die einfachste Lösung in erwähnten Maschinen ist die Schaltung, bei
der die Anregungsenergie des Leerlaufs den Anschlußklemmen des Generators entnommen
wird. Bei der Belastung wird die Erregung durch die Energie der dritten Oberwelle
des Feldes von den Ankerwicklungsphasen des Generators ergänzt.
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eine Jedoch weist derartige Schaltung Nachteile auf.
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Zur Gewährleistung der erforierlichen Erregung beim Leerlauf des
Generators ist die Brregerwicklung als Hochspannungswicklung auszubilden. Dies Sührt
dazu, daß die Spannung der Dreifachfrequenz der Generatorphasen sehr gering und
für die Hegelung der Erregung nicht ausreichend ist. Es wird daher eine Kraft der
dritten Oberwelle des Feldes unter Belastung durch die möglichst starke Änderung
der Geometrie von Polen benötigt, was die Kenixiaten der
Maschine
im Ganzen verschlechtert (Vergrößerung der Erregerströme, Herabsetzung des Wirkungsgrades).
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Bei der Herstellung von Generatoren für verschiedene Spannungen fordert
außerdem die oben genannte Schaltung, den Generator für eine der Spannungen mit
einer strombegrenzenaen Dreiphasendrossel zu ergänzen, was die Schaltung erschwert
und ihre Zuverlässigkeit herabsetzt.
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Es ist auch eine Synchronmaschine bekannt, die eine Erregerwicklung
besitzt, die durch Gleichstrom gespeist wird und aus zwei parallelen, in Stern geschalteten
und gegeneinander im gewissen Winkel versetzten Dreiphasenwicklungen ausgeführt
ist (siehe z.B. das Patent Deutschlands Nr.307142, Klasse 21 d2 14/01).
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Bei der entsprechenden Verbindung und Schaltung der Speisung dieser
Ticklunß in derartiger Maschine entstehen Erregerfelder der ersten und dritten Oberwelle.
Die Nullpunkte der Wicklungen sind hier Gleichstroin-Speiseklemmen und nicht die
Ausgangsklemmen der Oberwellen.
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Zweck aer vorliegenden Erf'indung ist es, die Energie der Oberwellen
des Feldes an den Nullpunktklemmen der parallelen Wicklungsstränge der vereinigten
Ankerwicklung, die die Punktion der Haupt- und Zusatzankerwicklungen erfüllen, abzunehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchronmaschine mit
einem vereinfachten, durch die Oberwellen des
Feldes erregten Erregersystem
zu schaffen, die eine erhöhte Betriebssicherheit, bessere Kühlungs- und Betriebsbedingungen
aufweist, nicht arbeitsautwending ist und keinen großen Aufwand der Aktiv- und Isolationsmaterialien
braucht.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in der Synchronmaschine,
die eine durch einen Gleichrichter zu speisende Erregerwicklung und eine Ankerwicklung
besitzt, die die Funktion der Haupt- und Zusatsankerwickluagen erfüllt und mit gerader
Zahl von parallelen, in Stern geschalteten und einen herausgeführten Nullpunkt habenden
Wicklungssträngen mit fleicher Phasenzahl ae Wicklungsstrang ausgeführt ist \die
eine Hälfte der parallelen Wicklungsstränge mit einer Windungszahl und einem Wicklungsschritt
ausgeführt ist, die sich von der Windungszahl und den Wicklungsschritt der anderen
Hälfte der parallelen Wicklungsstränge so unterscheiden, daß die Produkte deren
Wicklungsfaktoren mit den Wicklungszahlen für die erste Oberwelle zusammenfallen
und für die durch drei teilbaren Oberwellen unterschiedlich sind, wobei die Nullpunkte
der einen Hälfte der parallelen Wicklungsstränge mit den SullpuAkten der anderen
Hälfte der parallelen Wicklungsstränge über den Eingang des oben genannten Gleichrichters
der Erregerwicklung verbunden ist.
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Die gemaß der vorliegenden Erfindung hergestellte
Synchronmaschine
löst erfolgreich die gestellten Aufgaben und kann in Synohrongeneratoren und in
Maschinen ihre Anwendung finden.
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Nachstehend wird die Brfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
einer Synchronmaschine und der beigefügten Zeichnung, in der die prinzipielle Erregungsschaltung
einer Synchronmaschine dargestellt ist, näher erläutert.
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Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß die Synchronmaschine eine Ankerwicklung
besitzt, die die Funktion der haupt- und Zusatzankerwicklungen erfüllt und aus zwei
parallelen Wicklungssträgen 1 und 2 mit gleicher Phasenzahl je Wicklungsstrang (in
diesem Fall Dreiphasen-Wicklungsstrang) besteht. Jeder der Wicklungsstränge 1 und
2 ist in Stern geschaltet und hat herausgefahrte Nullpunkte 0' und C'', die miteinander
über den Eingang eines an die Erregerwicklung 4 angeschlossenen Gleichrichters 3
verbunden sind.
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Beim Anschluß an die Nullpunkte 0' und O'' der parallelen Wicklungsstränge
1 und 2 über den Gleichrichter 3 der Erregerwicklung 4 erfolgt die Speisung der
letzteren durch den gleichgerichteten Strom der EMK dreifacher und vielfacher Frequenz:
worin bedeuten: 1-2 (t) - Momentanwert der EMK zwischen den Nullpunkten der parallelen
Wicklungsstränge 1 und 2;
e3(t), e9(t) - Momentanwerte der dritten,
neunten, funfzehnten Oberwelle der EMK des wicklungsstranges 1; e3(t), e9"(t), e1'5(t)
- Momentanwerte der dritten, neunten, fünfzehnten Oberwelle der EMK des Wicklungsstranges
2.
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Die erste, fklnfte, siebente, elfte usw. Oberwelle fehlt in der Spannung
zwischen den Nullpunkten 0' und 0", da jeder der parallelen Wicklungsstrange 1 und
2 dreiphasig und symmetrisch ausgefahrt ist.
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Die Übereinstimmung der Größe der ersten Oberwelle und die Divergenz
der dritten Oberwelle erfolgt durch die Herstellung der parallelen Wicklungsstränge
1 und 2 mit verschiedenen Wicklungsschritten und Windungszahlen, die so ausgewählt
sind, daß die Produkte deren Wicklungsfaktoren mit den Windungszahlen für die erste
Oberwelle der beiden parallelen Wicklungsstränge 1 und 2 zusammenfallen und für
die dritte Oberwelle unterschiedlich sind.
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Dank der Gleichheit der wirksamen Windungen sind die induktiven Gesaintwiderstände
paralleler Wicklung stränge für die erste Oberwelle praktisch gleich.
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Bei der Übereinstimmung der Größe der EMK und der Widerstände für
die erste Oberwelie fehlen die Ausgleichströme der Grundfrequenz zwischen den parallelen
Wicklungssträngen.
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Die Ausgleichströme fünfter, siebenter, elfter usw.
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Oberwelle werden zwischen parallelen Wicklungssträgen 1 und 2 durchfließen.
Sie können jedoch keine merkliche Entwicklung aufweisen, da deren EMK gering und
die entsprechenden Widerstände groß sind.
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'infolge der allgemeinbekannten Abhängigkeit der EMK der dritten
und höheren Oberwelle von der Größe und dem Charakter der Belastung der Synchronmaschine
kann solches System eine erforderliche Selbstregelung der Erregung gewährleisten.
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Die Anwendung einer Ankerwicklung, die in der beschriebenen Synchronmaschine
die Funktion der Haupt- und Zusatzankerwicklungen mit einer Erregung von den höheren
Oberwellen des Feldes erfüllt, gestattet es, die Betriebssicherheit der Synchronmaschine
zu erhöhen, ihre Konstruktion zu vereintachenb die Kühlung der Wicklung und die
Betriebsbedingungen der Synchronmaschine zu verbessern.
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Die Ankerwicklung ist im beschriebenen Austuhrungßbeispiel mit zwei
parallelen Wicklungssträngen ausgeführt.
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Jedoch kann sie aus einer höheren geraden Zahl paralleler Wicklungsstränge
bestehen, bei denen die eine Hälfte dieser Wicklungsstränge ebenfalls mit einer
Windungszahl und einem Wicklungsschritt ausgeführt werden muß, die sich von der
Windungszahl und dem Wicklungsschritt der anderen Hnlfte der Wicklungsstränge unterscheiden.