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LÄUFER EINER ZWEIPOLIGEN SYNCHRONMASCHINE
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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschinen, insbesondere
auf Läufer zweipoliger Synchronmaschinen; sie ist in autonomen elektrischen Energiequellen
anwendbar.
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In den letzten Jahren haben sich die Anforderungen an die qualitativen
Charakteristiken der Elektroenergie der Einphasengeneratoren autonomer Stromquellen
bedeutend erhoht, die fruher an derartige Generatoren im Untesschied von den Drehstrorngeneratoren
nicht gestellt wurden. Ferner sind auch die Anfordexungen an die Gewichts- und energetischen
Kennziffern sowie die Betriebssicherheit der Einphassengeeratoren, die als Elektroenergiequellen
in verschiedenen Systemen mobiler Energietechnik eingesetzt werden, gewachsen. Im
Zusammenhang damit entstand ein Bedarf an Generatoren, die ein minimales Gewicht
und minimale Abmessungen, einen hohen Wirkungsgrad, einwandfreie Selbsterregung,
hochqualitätsgerechte Eletrocenerige (den Kurvenverlauf, Stöße und Zusammenbrüche
der Aisgangsspannung bei starken
Belastungsängerungen, die Spannungsmodulation
usw.) gowährleisten.
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Bekannt ist ein Läufer einer zweipoligen Synchronmaschine (Urheberschein
Nr0 130963, UdSSR), enthaltend einen mit der Welle verbundenen Kern mit ausgeprägten
Polen und eine auf dem Kern angeordnete Erregerwicklung. In jedem Kernpol ist eine
rechteckige Öffnung vorhanden, in die ein Permanentmagnet eingesetzt ist. Jeder
Pol hat seine Erregerwicklung.
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Die durch die Kernmitte verlaufende welle erlaubt es nicht, den Raum
zwischen den Polen für die Unterbringung der Erregerwicklung gut auszunutzen. Die
Dämpferwicklung (das Dampfersystem) in diesem Läufer erfordert eine spezielle konstruktive
Lösung Die vorhandenen konstruktiven Lösungen sind nicht effektiv genug, so daß
es die beschriebene Lauferkonstruktion nicht ermöglicht Elektroenergie hoher qualität
zu erzeugen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ausnutzungsgrad
der Läufervolumens durch rationelle Unterbringung der Erregerwioklung auf dem Kern
zu erhöhen und die energetischen Kennziffern und die qualitativen Charakteristiken
der Elektroenergie durch die von Kernbauelementen gewährleisteten Dämpfungsfuntionen
zu verbessern.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Läufer einer zweipoligen Synchronmaschine,
enthaltend einen mit der Welle verbundenen, uber ausgepragte Pole vexfügenden Kern
mit einem Permanentenmagneten und eine auf dem Kern angeordnete Erregerwicklung,
gemaß der Erfindung zumindest mit einem Flansch ausgestattet ist, der starr mit
dem Kern und der Welle verbunden ist, während die
Erregerwicklung
auf der gesamten Länge des Polabstandes des Kerns untergebracht ist.
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Es ist zweckmägig, den Permanentmagneten in der Kernmitte unterzubringen.
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Es ist des weiteren zweckmäßig, im Kern Öffnungen vorzusehen, in
die Stäbe eingesetzt sind, mit deren Hilfe der Flansch am Kern befestigt wird.
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Es ist ferner zweckmägig, den Kern als Schachtelkern auszufuhren,
in dessen Öffnungen hohle Befestigungselemente eingesetzt sind, durch welche die
Stäbe gehen, mit deren Hilfe der Flansch am Kern befestigt wird.
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Es ist günstig, die Stäbe aus einem Material mit einem spezifischen
Widerstand von nicht mehr als 0,02 #mm²/m zur Dämpfung der Felder nichtsynchronisierter
Frequenzen herzustellen.
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Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, folgende Vorteile
zu erreichen; - Herabsetzung des Gewichts der elektrischen Maschine bei vorgegebener
Leistung infolge besserer Nutzung des Lä8ufervolemens; - Verringerung der Erregerleistung
infolge Erhöhung des Volumens des aktiven Läufermaterials; - einwandfreie Selbsterregung
infolge Erhöhung des Volumens des Permanentmagneten im gleichen Läufervolumen (die
Rest-EKE ereicht 50% der Nennspannung); - rationelle Einstellung der Ausgangsspannung,
weil
der größte Teil des Nutzmagnetflusses vom Permanentmagneten größeren Volumens erzeugt
wird; - Erhöhung des Wirkungsgrades durch Verringerung der Erregerleistung und Herabsetzung
der durch nichtsynchronisierte Frequenzfelder bedingten Zusatzverluste; - Erhöhung
der Qualität der Elektroenergie infolge Steigerung der Wirksamkeit der Dämpfungswicklung
dadurch, daß an der Dämpfung sowohl die hohlen Elemente als auch die Stäbe zur Verbindung
des Kerns mit den Flanschen teilnehmen.
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Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Läufer
einer zweipoligen Synchronmaschine mit Teilschnitt durch den Kern und Fig. 2 einen
Querschnitt des Läufers.
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Der Läufer der zweipoligen Synchronmaschine enthält einen Einzelpolkern
1 aus einzelnen Platten (Schachtelkern). Im Kern 1 sind Öffnungen 2 vorgesehen,
in die Hohlelemente 3 eingesetzt sind. Die Hohlelemente 3 sind für die Befestigung
der Platten des Kerns 1 zwischen den Seitenwangen 4 bestimmt. Auf dem Kern 1 sitzt
eine Erregerwicklung 5, die vom Kern 1 und von den Seitenwangen 4 isoliert ist.
Auf den Seitenflächen 4 sind Flansche 6 mit Öffnungen 7 befestigt, in die Stäbe
8 eingesetzt sind. Die Stäbe 8 verlaufen durch die Hohlelemente 3 und sind mittels
Schraubenmuttern 9 befestigt.
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Mit den Flanschen 6 sind Wellen 10 starr verbunden.
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Im Kern i (Fig. 2) ist eine rechteckige öffnung vorgesehen, in die
ein Permanentmagnet 11 eingesetzt ist.
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Zur wirkungsvollen Dämpfung von Harmonischen der Felder nichtsynchronisierter
Frequenzen bestehen die Stäbe 8 aus einem Material, dessen spezifischer Widerstand
nicht größer ist als 0,02 # mm², z. B. aus kupfer.
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m Je nach den anforderungen an die Qualität der Elektroenergie, die
Umfangsgeschwindigkeit und die Betriebsbedingungen werden folgende Konstruktionen
der Dämpfungssysteme vorgeschlagen.
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Bei relativ geringen Umfangsgeschwindigkeiten wird anstelle des Hohlelementes
3 und des Innenstabes 8 ein monolithischer Stab, vorwondet, der die Funtionen des
Dämpfungssytems und des Tragkonstruktion in sich vereint.
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Bei hohen Anforderengen an die Qualität der Elektroenergie und bei
geringen Umfangsgeschwindigkeiten werden der Stab 8 und das Hohlelement 3 aus einem
material mit hoher elektrischer Leit fähigkeit ausgeführt.
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Bei hohen Anforderungen an die mechanische Festigkeit und bei relativ
geringen Anforderungen an den Verlauf der Spannungskurve werden das Hohlelement
3 und der Stab 8 aus Stahl ausgeführt.
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Bei Maschinen mit hoher unzahl der Stäbe 8 wird ein Teil der Stäbe
aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit
für das
Dämpfungssystem und der andere Teil aus Stahl zur Ausübung der Funktionen der Tragkonstruktion
ausgeführt.
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Bei Hauptbetriebsarten erfolgt die Erregung einer zweipoligen Synchronmaschine,d.
h. eines Generators, durch das Zusammenwirken des Permanentmagneten 11 und der Erregerwicklung
5. Die Selbsterregung wird vom Permanentmagneton 11 gewährleistet, dessen Magnetfluß
durch den Luftspalt in den Maschinenstator verläuft und zum Teil durchdeSeitenteile
des Kerns 1 geshuntet wird, die beiderseits des Permanentmagneten 11 angeordnet
sind und den Streufluß des Permanentmagneten 11 vergrößern. Die Stromrichtung in
der Erregerwicklung 5 wird so festgelegt, daß die Richtung des von ihr-erzeugten
Magnetflusses im Luftspalt der elektrischen Maschine mit der des Magnetflusses des
Permarnntmagneten 11 in diesem Luftspalt übereinstimmt In diesem Falle ist der von
der Erregerwicklung 5 in den Seitenteilen des Kerns i (den Magnetnebenschlssen)
erzeugte Strom dem Streufluß des Permanent magneten ii entgegengesetzt gerichtet,
der über dieselben IZagnetnebenschlüsse geschlossen wird. Der resultierende Eagnetfluß
im Luftspalt der Maschine stellt folglich die Summe der Magnetflüsse dar, die vom
Permanentiagneten 11 und der Brregerwicklung 5 erzeugt werden. Der resultierende
Magnetfluß in den Magnetnebenschlüssen stellt die Differenz der Flüsse dar, die
in den Magnetnsbenschlüssen vom Permanentmagneten 11 und der Erregerwicklung 5 erzeugt
werden. Die Lage des Permanentmagneten 11 in der Mitte des Kerns 1 bietet die Möglichkeit
das Volumen des Permanentmagneten 11 zu vergrößern, wobei eine zuverlässige
Selbsterregung
des Generators gewährleistet wird (die Rest-EMk erreicht 50% der Nsnnspannung),
und den Grad der Ausstattung des Innenvolumens des Läufers mit aktiven Materialien
zu erhöhen, denn anstelle des inaktiven Elementes - des mittleren abschnitts der
Welle 10 - wird ein aktives Element, der Permanentmagnet 11, eingebaut, Die Anwendung
eines Stabes des Permanentmagneten ii anstelle von zvzei verringert die Anzahl schäd
licher Stoßfugen zwischen dem Magneten ii und dem Kern 11, was seinerseits die Möglichkeit
gibt, die Durchflutung, die für die Erzeugung des Hauptflusses erforderlich ist,
herabzusetzen, die Verluste in der Erregerwicklung 5 und deren Erwärmung zu vermindern.
Der in der Mitte des Kerns 1 liegende Permanentmagnet 11 wird der Wirkung der Fliehkräfte
nicht ausgesetzt, was seine Befestigung erleichtert und erlaubt, die Anforderungen
an die mechanische Festigkeit des Stabes des Permanentmagneten 11 zu ermäsigen.
Die Erregerwicklung 5 nimmt den gesamten Raum zwischen den Polen ein, was ebenfalls
den Grad der Ausstattung des Läufervolumens mit aktiven Materialien erhöht und die
Mäglichkeit gibt, die Erregerleistung herabzusetzen bzw. in anderen Fällen die Ausgangsleistung
des Generators bei Einhaltung seines Volumens zu erhöhen, Im Betrieb von Einphasengeneratoren
und bei einigen Betriebsbedingungen der Drehst.tomgeneratoren entsteht das sogenannte
synciiron umlaufende Gegenfeld, das den Kurvenverlauf der Generatorspannung stark
verzerrt.Zur Reduzierung der schädlichen Einwirkung dieses Feldes und anderer Felder
nichtsynchros
nisierter Frequenzen auf den Verlauf der Spannungskurve
werden die Generatoren gewöhnlich mit Dämpfungswicklungen ausgestattet.
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In dem vorgeschlagenen Läufer fällt die Notwendigkeit einer spe ziellen
Dämpfungswicklung weg, da die Bauelemente des Kenns 1 -die befestigenden Hohlelemente
3 und die Stäbe - mit deren Hilfe die Flansche 6 am Kern i befestigt werden Diese
Dämpfungsfunktionen einer Dämpfungswicklung ausüben. Diese Flemente werden aus pfer
oder M mit hoher elektrischer Leitfahigkeit, z. B. aus Kupfer oder Messing ausgeführt.
Boe weisen einen großer Querschnitt auf und dämpfen wirkungswoll die Felder nichtsynchrenisierter
Frequenzen, wodurch die engergetischen Konnziffern des Generators sowie die qualitativen
Oharakteristiken der Blektroenergie verbessert werden. Die Vereinigung konstruktiver
Funktionen und der Funktionen zur Dämpfung der Felder nichtsynchronisierter Frequenzen
in gleichen Elementen erhöhtferner den Ausnutzungsgrad des erfolglich die Die Erfindung
bietst folglich die Möglichkeit, die Erregerleistung der elektrischen Maschinen
bei Einhaltung der Abmessungen herabzusetzen, das Gewicht der Maschinen bei vorgegebener
Leistung zu verlässigkeit der Se der zu erzeugenden Maschnien zu er und die Zuverlässigkeit
der Selbsterregung der Maschine zu erhöhen.
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L e e r s e i t e