DE2818663C2

DE2818663C2 - Synchron-Synchron-Umformer nach dem Reluktanzprinzip

Info

Publication number: DE2818663C2
Application number: DE2818663A
Authority: DE
Inventors: Fujio Yokohama Ishikawa; Zenkichi Tsuchiya
Original assignee: Toyo Denki Seizo KK
Current assignee: Toyo Denki Seizo KK
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1984-07-12
Also published as: FR2389266B1; GB1578496A; JPS53133722A; US4155114A; FR2389266A1; DE2818663A1; CA1104645A

Description

Bedingung 1

0,55 ... 0,42
0,36 . . . 0,28
Verhältnis zwischen der ideellen Breite α τ eines Poles und der Polteilung τ des Läuferkerns im Luftspalt;

Verhältnis zwischen einer Breite β τ gemessen am Pol zwischen Punkten, die zwischen den Polrändern und der Polmitte liegen, und der Polteilung τ des Läuferkerns im Luftspalt;
1,5 ... 2^2 _Beding_{Ung 2}

radial gemessene Luftspaltbreite

in der Mitte des Poles

radial gemessene Luftspaltbreite

an um <— von der Polmitte ver-

setzten Stellen

radial gemessene Luftspaltbreite an den Rändern des Poles

und daß der Läufer (4) mit einem längs verlaufenden Schlitz (9) versehen ist.

worin

Die Erfindung bezieht sich auf einen umlaufenden Synchron-Synchron-Umformer nach dem Reluktanzprinzip nach dem Oberbegrilf des Patentanspruchs.

Ein solcher ist aus der DE-OS 1012367 bekannt. Er weist als vorteilhafte Eigenschaft auf, daß der Läufer keine Erregerwicklung besitzt und der Umformer daher keine Schleifringe hat. Der Läufer weist Ausnehmungen genügend großen Luftspaltes auf derart, daß von der Polteilung nur noch ein Drittel mit Eisen bedeckt ist. Wird die zweipolige Primärwicklung mit 50 Hz gespeist, entsteht ein Drehfeld, das den Läufer synchron mitnimmt. Als Folge wird in der sechspoligen Sekundärwicklung eine Spannung der Frequenz 150 Hz induziert. Die zwischen den Ausnehmungen gelegenen Läuferpole weisen eine gleichmäßige Luftspaltbreite auf, wie dies bei den Läufern elektrischer Maschinen im allgemeinen zu finden ist. Es hat sich gezeigt, daß diese Läufergestaltung zur Erzeugung einer in der Frequenz umgeformten Spannung nicht optimal ist.

Aus der DE-AS 11 25 539 ist ein Einanker-Gieichpol-Umformer bekannt, bei dem das Frequenzverhältnis zwischen Primär- und Sekundärspannung 1 : 4 beträgt. Zur Erzielung der für die Frequenzvervielfachung geeigneten Induktionsverteilung ist der magnetische Querwiderstand des Läufers bei dieser Maschine durch einen Längsspalt im Läuferblech gegenüber dem Längswiderstand erheblich vergrößert.

Die DE-PS 915 709 beschreibt einen Umformer für 50- und 16 %periodigen Wechselstrom. Der Ständer der Maschine trägt eine 6 /7-polige Drehstromentwicklung für den Anschluß an das 50-Hz-Netz und eine 2 π-polige Einphasenwicklung für den 16 %periodigen Strom. Um das Stärkeverhältnis des 50periodigen und des 16 %periodigen Erregerfeldes auf gewünschte Werte betriebsmäßig einstellen zu können, sind 6 η mit ίο Gleichstrom erregte Feldpole vorgesehen, die in Gruppen unterteilt und mit Gleichstrom gesondert regelbar erregt sind. Die Maschine weist daher für die Erregerstromzuführung Schleifringe auf, die bekanntlich Verschleiß unterworfen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Umformer der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß das Verhältnis der Amplitude der Grundwslle der magnetischen Induktion zu jener der Felddichte im Luftspalt zwischen 0,6 und 0,7 und das Verhältnis der Amplitude der dritten Oberwelle der magnetischen Induktion zu jener der Felddichte im Luftspalt zwischen 0,4 und 0,3 liegt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die obere Hälfte eines erfindungsgemäßen Umformers;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Umformer nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Abwicklung im Bereich des Luftspaltes am Pol des Läufers, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Umformer zur Erläuterung des Belastungsfalles.
Fig. 1 zeigt nur die obere Hälfte der Maschine. Der Ständer 1 hat im wesentlichen die gleiche Gestalt wie der einer üblichen Induktions- oder Synchronmaschine mit der Ausnahme, daß hier zwei Wicklungen vorhanden sind, deren Polzahlen sich wie 1 : 3 verhalten.
Die eine Ständerwicklung, die hier mit 2 bezeichnet ist, hat die geringere Anzahl von Polen, und zwar hier nur zwei Pole, während die andere Wicklung 3 insgesamt sechs Pole aufweist. Mit 4 ist der Läufer bezeichnet, 5 ist eine Dämpfungswicklung, 6 eine Welle, die mittels Kugellagern 7 im Ständer 1 drehbar gelagert ist. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Umformer. Die Wicklungen 2 und 3 sind, wie ersichtlich, in Nuten 8 untergebracht, die im Ständer 1 ausgebildet sind. Mit 9 ist ein Schlitz bezeichnet, so der im Läufer 4 ausgebildet ist, um den magnetischen Widerstand in Querrichtung zu vergrößern.

Fig. 3 zeigt abgewickelt den Luftspalt der Maschine. Dabei ist hier ein Zustand dargestellt, in dem das Maximum der Durchflutung der Ständerwicklung 2 mit der magnetischen Achse eines Läuferpoles zusammenfällt. Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Durchflutung 10 längs des Luftspaltes, die von der Ständerwicklung 2 hervorgerufen wird, der magnetischen Induktion 11, der Grundwelle der magnetischen Induktion 12 und einer dritten Harmonischen 13 der magnetischen Induktion auf der einen Seite und die Kontur des Läuferpols auf der anderen Seite.

Mit lgi, l_g2 und I^ sind die Laufspaltbreiten bezeichnet, d. h. die Abstände zwischen dem Läuferpol und dem Ständer in der Mitte des Läuferpols sowie an Stellen, die um — bzw. — von jenem Zentrum entfernt

2 2

sind. Mit β und α ist hier das Verhältnis der Längen des

Polwinkels (βτ oder on) gegen die Polteilung bezeichnet, die hier durch τ repräsentiert wird (s. Fig. 3).

Wenn man die Primärwicklung 2 an ein mehrphasiges Wechselstromnetz anschließt, dann wird von der Primärwicklung die Durchflutung 10 und von dieser die magnetische Induktion 11 erzeugt. Die Grundwelle 12 des magnetischen Flusses, die in der magnetischen Induktion 11 enthalten ist, treibt den Frequenzwandler als wechselstromerregten Synchronomotor an.

Wenn es gewünscht wird, eine höhere Motorleistungsabgabe zu erzielen, ist es günstig, die Grundwelle 12 der Induktion größer zu machen. Wenn jedoch gewünscht wird, die Leistung der dreifachen Frequenz höher zu machen, dann muß die dritte Harmonische 13 der magnetischen Induktion größer gemacht werden. Wenn jedoch diese dritte Harmonische 13 zu groß wird, dann wird die Grundwelle 12 der magnetischen Induktion zu klein. Hierdurch wird die Motorabs>,abeleistung zu gering, was wiederum auch eine Herabsetzung der Leistung dreifacher Frequenz zur Folge hat.

Die Amplitude der Durchflutung 10, d. h. die Amplitude Bi der Grundwelle 12, und die Amplitude B₃ der dritten Harmonischen 13 müssen festgelegt werden, nachdem man die oben erwähnten Gesamtcharakteristika sorgfältig geprüft hat.

Die Gestalt der magnetischen Induktion 11 über den Umfang kann dadurch beeinflußt werden, daß man den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor längs des Polwinkels in passender Weise gestaltet.

Gemäß der Erfindung ergeben sich die wirtschaftlichsten Verhältnisse, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:

B,/B₁ = 0,6 ... 0,7
Bj/B, = 0,4 ... 0,3

Der Grund dafür, daß die obigen Verhältnisse einen gewissen Bereich beinhalten, liegt darin, daß die exakte Festlegung von der jeweiligen Ausführungsart einer solchen elektrischen Maschine abhängt.

Um mit den oben genannten Verhältnissen wirtschaftlich eine Spannung dreifacher Frequenz an der Sekundärwicklung zu erhalten, müssen die folgenden Bedingungenerfüllt werden:

dann eilt die Mitte des Läuferpoles um einen Winkel θ nach, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

In einem solchen Fall, in welchem an den Generator eine Last angeschlossen ist, läßt sich die von der Ständerwicklung erzeugte magnetomotorische Durchflutung 16 in eine Komponente 14, die in die Läuferachse fallt, und in eine Komponente 15, mit einer Phasendifferenz von ^xh\ die quer dazu verläuft, zerlegen. Dementsprechend müssen die Induktion, ihre Grundwellen und die dritten Harmonischen in die Betrachtungen einbezogen werden.

1,2/1,1

= 0,55 . . . 0,42

= 0,36 . . . 0,28

= 1,5 ... 2,2

= 8 ... 12

Bedingung 1

Bedingung 2

Bezüglich der quer zur Läuferpolachse verlaufenden Komponente des magnetischen Feldes wird, du ihr Zentrum mit einem Mittelpunkt des Läuferpols zusammenfallt, die L'uftspaltlänge im magnetischen Weg sehr groß. Da außerdem im Läufer 4 Spalte 9 vorgesehen sind, können die Grundwelle der magnetischen Induktion und ihre dritte Harmonische, die in Querrichtung erzeugt werden, so klein gemacht werden, daß sie gegenüber den Induktionen, die von der in Läufer- eo polachse längs verlaufenden Komponente erzeugt werden, vernachlässigbar sind.

Die vorstehende Beschreibung wurde an einem Fall gegeben, in welchem das Maximum der Induktion der Ständerwicklung 2 mit der Mitte des Läuferpoles zusammenfällt. Dieser Zustand ergibt sich nur im Idealfall, wenn die Generatorbelastung Null ist. Ist jedoch eine endliche Last an den Generator angeschlossen, Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Umlaufender Synchron-Synchron-Umformer nach dem Reluktanzprinzip, bestehend aus einem Ständer mit zwei Wicklungen, deren Polzahlen sich zueinander wie 1 : 3 verhalten und wobei über eine Wicklung der Umformer ais Synchronmotor antreibbar ist und mit einem Läufer, dessen Polzahl der niedrigen Polzahl dereinen Ständerwicklung entspricht und der unterschiedlichen magnetischen Quer- und Längswiderstnd aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferkontur nach folgenden Bedingungen dimensioniert ist: