DE2815597A1

DE2815597A1 - Rotoranordnung fuer elektrische maschine

Info

Publication number: DE2815597A1
Application number: DE19782815597
Authority: DE
Inventors: David J Hucker
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1978-11-30
Also published as: CA1084571A; JPS54710A; JPS6346671B2; GB1588662A; DE2815597C2; FR2391586A1; IL54641A0; IL54641A; US4099076A; FR2391586B1; SU736892A3

Description

SUNDSTRAND CORPORATION 4751 Harrison Avenue Rockford, Illinois 6IIOI (V.St.A.)

Rotoranordnung für elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine.

Elektrische Generatorsysteme können mit ähnlichen Systemen parallel verbunden oder gekoppelt sein zur Bildung eines Mehrkanal-Generatorsystems. Ein Mehrkanal-System erreicht gleichförmigen Stromfluß zu einer Last. Jeder Kanal besitzt einen Synchrongenerator, und jeder Synchrongenerator besitzt einen Rotor und einen Stator. Eine auf den Rotor einwirkende Statorspannung erreicht eine Flußkopplung zwischen dem Rotor und dem Stator. Wegen der Flußkopplung kann ein Motorbetrieb oder Antrieb eines Rotors erfolgen, wenn dessen Antriebsmaschine vom System getrennt ist und dessen Feldwicklungen entregt worden sind. Um dieses Problem zu überwinden, werden Freilaufkupplungen verwendet,

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um den Rotor mechanisch von der Antriebsmaschine zu trennen, wenn das Generatorsystem von den anderen Generatorsystemen zu entfernen ist. Die Verwendung von Freilaufkupplungen ist jedoch nicht immer erwünscht, da diese eine fragliche Zuverlässigkeit besitzen. Auch werden gekürzte Dämpfungsstäbe an den Enden der Pole des Rotors verwendet, um das Ansprechen des Rotors auf vom Stator eingeprägte Spannungen zu verbessern. Dieser besondere Aufbau ist typisch für Synchrongeneratoren und besitzt hohe gegenseitige Flußkopplung zwischen dem Rotor und dem Stator. Dies ist unerwünscht für die Verwendung bei Mehrkanal-Generatorsystemen, da sie als Induktions- oder Asynchronmotor wirken, wenn sie durch andere Generatorsysteme erregt sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Rotoranordnung für ein elektrisches Generatorsystem zu schaffen, das durch vom Stator auf ihn eingeprägte Spannungen wenig beeinfluß ist und eine verringerte gegenseitige Kopplung zwischen dem Stator und dem Rotor besitzt.

Dämpfungswicklungen sind um abwechselnde Polpaare eines N-poligen Rotors gewickelt zur Verringerung der gegenseitigen Flußkopplung und damit des Drehmomentes zwischen dem Rotor und dem Stator eines Synchrongenerators in einem elektrischen Generatorsystem. Der Begriff abwechselnde Polpaare wird hier so verwendet, daß damit Paare benachbarter Pole zu verstehen sind, die entgegengesetzte elektrische Polarität besitzen. Die Dämpfungswicklungen erreichen Kurzschluß-■Weglängen zwischen den abwechselnden Polpaaren und können über den Feldwicklungen nahe dem Luftspalt oder gegebenenfalls zwischen den Feldwicklungen und der Rotormitte angeordnet sein. Die Dämpfungswicklungen können ein einziger

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Strang aus Draht sein, der von den Feldwicklungen und vom Rotor isoliert ist. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die gegenseitige Flußkopplung zwischen dem Rotor und dem Stator bei einem mehrkanaligen elektrischen Generatorsystem verringert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Flußkopplung zwischen dem Rotor und dem Stator bei einem mehrkanaligen Generatorsystem verringert, während ein Rotor vorgesehen ist, der durch auf ihn durch andere Statoren des Systems eingeprägte Spannungen wenig beeinflußbar ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Rotor für einen Synchrongenerator eines mehrkanaligen Generatorsystems vorgesehen, der sich synchron dreht mit geringen Verlusten, niedrigem Statorstrom und geringem Drehmoment, wenn die Feldwicklungen des Rotors unerregt sind.

Die Erfindung gibt eine Rotoranordnung für einen Generator an, der in einem mehrkanaligen parallelen elektrischen Generatorsystem verwendet wird. Mehrere geschichtete oder lameliierte Abschnitte mit jeweils N sich nach außen erstreckenden Polen sind aufeinandergestapelt zur Bildung eines Rotors. Feldwicklungen sind um die N Pole gewickelt, und Dämpfungswicklungen sind um benachbarte Polpaare gewickelt zur Verringerung der gegenseitigen Flußkopplung zwischen dem Rotor und dem Stator, wodurch die Grundkomponente des Drehmomentes zwischen dem Rotor und dem Stator verringert wird.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines mehrkanaligen parallelen elektrischen Generatorsystems,

Fig. 2, 3 einen herkömmlichen Rotor,

Fig. 4 in Vorderansicht den erfindungsgemäßen Rotor,

Fig. 5 perspektivisch ein abwechselndes Polpaar des erfindungsgemäßen Rotors mit einer Dämpfungswicklung.

Fig. 1 zeigt ein mehrkanaliges Generatorsystem 10. Das Generatorsystem 10 weist zwei Kanäle 12 und 14 auf, die einer Last 16 Leistung zuführen. Wenn auch lediglich zwei Kanäle 12j 14 dargestellt sind, so kann das mehrkanalige Generatorsystem 10 eine beliebige Anzahl parallel verbundener Kanäle aufweisen. Jeder Kanal ist ähnlich dem anderen, wobei lediglich der Kanal 12 erläutert wird.

Der Kanal 12 enthält eine Antriebsmaschine 18, eine
Freilaufkupplung 2O₃ einen Synchrongenerator 22 und einen
Kontaktgeber oder ein Schütz 24. Der Ausgang 26 ist mit einer Sammelschiene 28 verbunden, die die Ausgangssignale aller Kanäle 12, 14 empfängt. Während des Betriebs treibt die Antriebsmaschine 18, die über die Freilaufkupplung 20 gekuppelt ist, den Rotor des Synchrongenerators 22. Der Strom
vom Synchrongenerator 22 wird dem Schütz 24 zugeführt, der
normalerweise geschlossen ist, wenn der vom Synchrongenerator 22 abgegebene Strom geeignete Frequenz und Spannung besitzt. Der Schütz 24 erreicht einen offenen'Kreis für den
Stromfluß, falls die Antriebsmaschine 18 den Rotor des Syn-

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chrongenerators 22 mit ungeeigneter Drehzahl antreibt und die Freilaufkupplung 20 nicht ausrückt. Mehrere parallel gekoppelte Synchrongenerator-Kanäle 12, 14 stellen sicher, daß die Last 16 mit einem Strom versorgt ist, der stets die richtige Frequenz und Amplitude besitzt. Für den Fall, daß einer der Kanäle 12, 14 nicht richtig arbeitet, um Strom mit einem geeigneten Pegel oder geeigneter Frequenz zuzuführen, wirken die Freilaufkupplung 20 und das Schütz 24 zusammen, um den Kanal 12, Ik vom System 10 abzutrennen. Es gibt jedoch Augenblicke, bei denen das Schütz 2k oder die Freilaufkupplung 20 nicht richtig funktionieren und den nicht richtig funktionierenden Kanal 12, 14 vom System nicht abtrennen. In diesem Fall kann von einem anderen Kanal 12, 14 erzeugter Strom rückgekoppelt werden zum falsch funktionierenden Kanal 12, 14, um eine Spannung über den Stator des Synchrongenerators 22 einzuprägen. Eine derart auf den Stator eines Synchrongenerators 22 eingeprägte Spannung erreicht, daß ein Drehmoment erzeugt wird als Ergebnis der Flußkopplung zxiischen dem Rotor und dem Stator. Dadurch kann erreicht werden, daß der Rotor die Antriebsmaschine l8 antreibt, selbst wenn die Feldwicklung des Rotors nicht erregt ist. Das ist eine unerwünschte Bedingung, und der erfindungsgemäße Rotor verringert die gegenseitige Flußkopplung zwischen dem Rotor und dem Stator des Synchrongenerators 22 _s wobei der Rotor sich synchron drehen oder wirbeln kann mit geringen Verlusten, geringem Statorstrom und minimalem Drehmoment.

Es wurden schon Versuche unternommen, das Antreiben des Rotors bei einem mehrkanaligen Generatorsystem zu überwinden. Diese Versuche weisen auch Änderungen des Rotors des Synchrongenerators 22 auf. Beispielsweise ist in den Figuren 2 und 3 ein herkömmlicher Rotor mit ausgeprägten Polen dargestellt.

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Der Rotor 30 besteht aus einem Stapel ähnlicher lamellierter oder geschichteter Abschnitte 32, wobei jeder Abschnitt 32 eine Mitte 34 und sich nach außen erstreckende Pole 36, 38, 40, 42 besitzt. Eine Mittelöffnung 44 nimmt die (nicht dargestellte) Welle auf. Jeder Pol 36 bis 42 ist mit mehreren leitfähigen Stäben, wie die Stäbe 46 im Pol 42, versehen. Die leitfähigen oder leitenden Stäbe 46 erstrecken sich durch den Stapel der geschichteten Abschnitte 32. (Nicht dargestellte) Feldwicklungen sind um jeden Pol 36 bis 42 in üblicher Weise gewickelt. Leitfähige Platten 47, 48 sind an beiden Enden des Rotors 30 vorgesehen, um die leitfähigen Stäbe 46 kurzzuschließen. Ein derartiger Aufbau wird als Kurzschlußläufer bezeichnet, und benachbarte, ein Polpaar bildende Pole sind durch Flüsse (j)l, (j)2, (j)3 und (j)4, wie dargestellt, verkettet. Der Kurzschlußläufer-Aufbau hält den Fluß in einem Pol 36 bis 42 während des Betriebsauf einem relativ konstanten Pegel. Wenn der Fluß im Pol 36 bis 42 konstant ist, hält der Synchrongenerator 22 einen verbesserten Spannungsausgleich aufrecht während des Vorhandenseins unausgeglichener oder ungleicher Statorströme, die durch unabgeglichene Lastimpedanzen hervorgerufen sind. Unglücklicherweise ist jedoch die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Anordnung eine herkömmliche drehmomenterzeugende Asynchron-Rot or anordnung, wenn sie bei einem Synchrongenerator 22 eines mehrkanaligen Generatorsystems 10 verwendet wird. Wenn der Stator des Synchrongenerators 22 durch andere Statoren des parallelen Generatorsystems 10 erregt wird, wie beispielsweise vom Stator des Synchrongenerators im Kanal 14 (Fig. 1), wird ein Drehmoment auf den Rotor 30 selbst dann ausgeübt, wenn die Feldwicklungen nicht erregt sind.

Fig. 4 zeigt einen verbesserten erfindungsgemäßen Rotoraufbau. Der Rotor 50 besitzt eine Mitte 52, von der nach aus-

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wärts vorspringende Pole 54, 56, 58, 60 wegragen. Feldwicklungen sind in den Vertiefungen, wie die Vertiefung 62, zwischen benachbarten Polen 54 bis 60 wie üblich aufgenommen. Einzelne Dämpfungswicklungen 64, 66, 68, 70 sind um benachbarte Pole 54 bis 60 wie dargestellt gewickelt. Insbesondere ist eine Dämpfungswicklung 66 um die Pole 54 und 56, eine Dämpfungswicklung 68 um die Pole 56 und 58, eine Dämpfungswicklung 70 um die Pole 58 und 60 und eine Dämpfungswicklung 64 um die Pole 60 und 64 gewickelt. Die einzelnen Dämpfungswicklungen 64 bis 70 sind voneinander und von den Feldwicklungen isoliert, um Kurzschluß-Stromwege zu bilden, die abwechselnd Polpaare 54 - 56, 56-58, 58 - 60 und 60 - 54 zu verketten. Die Summe der Flüsse in den abwechselnden Polpaaren wird relativ konstant gehalten in einer Art, die der herkömmlichen, in den Figuren 2 und 3 dargestellten Anordnung ähnlich ist. Die Dämpfungswicklungen 64 bis 70 erreichen auch eine niedrige Rotorimpedanz, vom Stator gesehen, derart, daß unabgeglichene Statorströme nicht erreichen, daß im Stator zu große unabgeglichene Spannungen erzeugt werden.

Da die Dämpfungswicklungen 64 bis 70 die Impedanz der Statorwicklung gegenüber der eingeprägten Statorspannung in einem mehrkanaligen Generatorsystem 10 verringern, ist es vorteilhaft, jede Dämpfungswicklung 64 bis 70 so nahe an der Statorwicklung anzuordnen wie möglich. Daher ist, wie in Fig. 5 dargestellt, die Einstrang-Dämpfungswicklung 64 zwischen den Polen 60 und 54 angeordnet und an den Oberenden der nach außen ragenden Pole 60 - 54 vorgesehen unter sich in Umfangsrichtung erstreckenden Lippen 72 und 74. Die (nicht dargestellten) Feldwicklungen sind zwischen den Dämpfungswicklungen 64 bis 70 und der Mitte 52 des Rotors 50 vorgesehen.

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Selbstverständlich ist das Vorsehen von Dämpfungswieklungen für abwechselnde Polpaare nicht nur auf einen vier vorspringende Pole aufweisenden Rotor anwendbar, wie in Fig. 4 dargestellt, sondern auch auf einen Rotor mit N Polen. Dies ist aus Fig. 5 erkennbar, bei der die benachbarten Pole 60 -54 zur besseren Darstellung enger zueinander gebracht worden sind. Vielmehr erreicht ein Rotor mit einer größeren Polzahl, die geringere Umfangswinkel zwischen benachbarten Polspitzen aufweisen, eine zufriedenstellendere Wirkung, da bei einem derartigen Aufbau ein geringeres magnetisches Widerstandsmoment erzeugt wird.

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Claims

A nsprüche

( 1.)Generatorsystem mit mehreren Synchrongenerator-Kanälen, wobei jeder Kanal einen Synchrongenerator und jeder Synchrongenerator einen Rotor und einen Stator besitzt, wobei die Statoren der Synchrongeneratoren parallelgeschaltet sind, um einer LasfcStrom zuzuführen, wobei die Rotoren der Synchrongeneratoren mit Antriebsmaschinen verbunden sind, wobei jeder Rotor N Pole, Feldwicklungs-Nuten zwischen benachbarten Polen, Feldwicklungen, die um die N Pole gewikkelt und in den Nuten aufgenommen sind, aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß Dämpfungswicklungen (64, 66, 68, 70) an jedem Rotor (50) vorgesehen sind, um einen Kurzschluß-Stromweg vorzusehen, der abwechselnde Polpaare (54, 56, 58, 60) am Rotor (50) verkettet.
2. Generatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswicklungen (64 bis 70) zwischen den Feldwicklungen und dem Stator angeordnet sind.
3. Generatorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daßj ede Dämpfungswicklung (64 bis 70) aufweist N isolierte Leiter, wobei jeder Leiter um zwei benachbarte Pole (54 bis 60) gewickelt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Generatorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter durch einen einzigen Draht-Strang gebildet ist.
5· Generatorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die N Pole (54 bis 60) in Umfangsrichtung vorspringende Lippen (72, 74) an ihren Enden aufweisen, und daß die Dämpfungswxcklungen (64, 70) unter den Lippen (72, 74) über den Feldwicklungen angeordnet sind.
6. Rotor für einen Synchrongenerator bei einem mehrkanaligen Generatorsystem,

gekennzeichnet durch

mehrere geschichtete Abschnitte (32), wobei jeder Abschnitt (32) eine Mitte (52) und N davon nach außen ragende Pole (54 bis 60) aufweist, die zur Bildung eines Rotors (50) aufeinandergestapelt sind,

Feldwicklungen, die um die N Pole (54 bis 60) gewickelt sind und

elektrisch von den Feldwicklungen isolierte Dämpfungswicklungen (64 bis 70), die um jedes Paar benachbarter Pole (54 bis 60) entgegengesetzter Polarität gewickelt sind, um einen Kurzschluß-Stromweg zu erreichen, der das Paar benachbarter Pole (54 bis 60) entgegengesetzter Polarität verkettet.

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7· Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswicklungen (64 bis 70) über den Feldwicklungen angeordnet sind.
8. Rotor nach Anspruch 6 oder 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungswicklungen (64 bis 70) einzelne isolierte Leiter sind.

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