DE2943242A1 - Transformatorisch erregter stromrichter-synchronmotor - Google Patents

Transformatorisch erregter stromrichter-synchronmotor

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DE2943242A1 DE19792943242 DE2943242A DE2943242A1 DE 2943242 A1 DE2943242 A1 DE 2943242A1 DE 19792943242 DE19792943242 DE 19792943242 DE 2943242 A DE2943242 A DE 2943242A DE 2943242 A1 DE2943242 A1 DE 2943242A1
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Prof. Dr.-Ing. Egon 6109 Mühltal Andresen
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/10Synchronous motors for multi-phase current
    • H02K19/12Synchronous motors for multi-phase current characterised by the arrangement of exciting windings, e.g. for self-excitation, compounding or pole-changing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/16Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating

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  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

  • Transformatorisch erregter Stromrichter-
  • Synchronmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen trarsforrlatorisch erregten Stromrichter-Synchronmoter mit einer Drehstromwicklung im Ständer und Erreger- und Dämpferwicklungen im Läufer, bei dem die Erregerleistung über eine besondere Primärwicklung im Ständer auf eine besondere rotierende Sekundärwicklung im Läufer betragen wird, die über eine Gleichrichterbrücke mit der Erregerwicklung verbunden ist.
  • Stromrichter-Synchronmotoren mit transfermatorischer Erregung sind zum Beispiel aus der Zeitschrift "Proceedings IEE" Vol. 125 (1978) Nr. 8, S. 754 bis 760 bekannt geworden. Zur Übertragung der Erregerleistung werden dort Einphasentransformatoren mit einer oder mehreren Sekundärwicklungen eingesetzt, wobei mehreren elektrisch versetzten Sekundärwicklungen der Vorzug gegeben wird.
  • Nachteilig bei dieser Version ist, daß auf einen Lä.ngsddmp fer verzichtet werden muß, wodurch diese Art von Stromrichter-Synchronmotoren aus Kommutierungsgründen nicht für sehr große Leistungen und Drehzahlen in Frage kommt.
  • AufgaSe der Erfindung ist es, einen solchen Stromrichter-Synchronmotor auch für größere Leistungen und Drehzahlen, wie sie beim Traktionsbetrieb von Vollbahnen vorkommen, einsatzfähig zu machen, wobei Bauvolumen und Preis gegenüber der bei Vollbahnen z.Zt. vorherrschenden Technik mit Asynchronmotoren und Phasenfolgewechselrichter vergleichbar werden sollen.
  • Diese Aufgabe wird für einen Stromrichter-Synchronmotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß für die Übertragung der Erregerleistung magnetisch von den Motorwicklungen entkoppelte Drehstrom-Transformatorwicklungen Verwendung finden, die innerhalb der Nuten für die Motorwicklungen mit untergebracht sind.
  • Die Drehstromwicklungen des Drehstromtransformators stellen gegenüber verwendeten Wicklungen in Einphasentechnik keine besonderen Fremdkörper mehr dar, sie lassen sich relativ leicht in den vorhandenen Nuten unterbringen und verbessern die Maschine im gewünschten Sinne.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind im Läufer mit in Nuten verteilter Feldwicklung die Dämpfer- und Transformator-Sekundärwicklung als Zweischichtwicklungen verschiedener Polzahl untergebracht. Dabei können vorteilhaft auch die Spulen der Dämpfer- und Transformatorwicklung abwechselnd nebeneinander in denselhen Nuten des Läufers untergebracht sein. Günstig ist weiterhin, daß bei nur wenig voneinander verschiedenen Polzahlen von Dämpferwicklung und Transformator-Sekundärwicklung die Spulen der Wicklung mit der kleineren Polzahl durch Schrittverkürzung auf die Größe der Spulen mit der größeren Polzahl gebracht sind. Zweckmäßig kann eine Anordnung sein, bei der die Dämpfer- und Transformator-Sekundärwicklungen als Schleifenwicklung mit Spulen gleicher Weite ausgeführt sind. Zweckmäßig ist auch eine Ausführung, bei der die Dämpfer- und Transformator-Sekundärwicklungen als Wellenwicklung ausgeführt sind. In beiden Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Spulenenden der Dämpferwicklung und Transformator-Sekundärwicklung auf gegenüberliegenden Läuferseiten herausgeführt sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen entnehmbar.
  • Anhand von schematischen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltung des erfindungsgemäßen Motors, Fig. 2 eine Anordnung der Spulen im Läufer mit Dämpfer- und Transformatorwicklung als Zweischichtwicklung, Fig. 3 die Dämpfer- und Transformatorwicklung nach Fig. 2 mit ihren Stirnverbindungen, Fig. 4 das Wicklungsschema eines Dämpferwicklungsstranges im Läufer, ausgeführt als Schleifenwicklung, Fig. 5 das Wicklungsschema eines Transformatorwicklungsstranges im Läufer, ausgeführt als Schleifenwicklung, Fig. 6 einen Querschnitt durch den oberen Teil einer Nut mit Anordnung der Wicklungen, Fig. 7 das Wicklungsschema für einen Dämpferwicklungsstrang im Läufer, ausgeführt als Wellenwicklung, Fig. 8 das Wicklungsschema einer Transformatorwicklungsstranges im Läufer, ausgefiihrt als Wellenwicklung.
  • Fig. 1 zeigt die Schaltung für einen von einem Netz konstanter Spannung und Frequenz über einen Gleichstromzwischenkreis 1 mit Gleichrichterbrücke 3 und einen Wechselrichter 5 gespeisten Synchronmotor 2. Danach wird über den Gleichstromzwischenkreis 1 und den Wechselrichter 5 die Ständerwicklung 4 des Motors 2 variabel mit Spannung und Frequenz versorgt, wobei die Thyristoren 6 des Wechselrichters 5 polradwinkelgesteuert von der Maschine kommutiert werden. Die Erregerwicklung 7 im Läufer 8 des Synchronmotors 2 wird über eine Drehstrom-Gleichrichterbrücke 9 von einem Drehstrom-Transformator 10 gespeist, dessen Sekundärwicklung lOb im Läufer 8 und dessen Primärwicklung 10a im Ständer des Synchronmotors angeordnet ist. Die Erregerleistung wird als Drehstromleistung konstanter höherer Frequenz <fE > fN) aber stellbarer Spannung von einem Umrichter 11 bereitgestellt und von dem Drehstrom-Transformator 10 induktiv auf den Läufer 8 übertragen. Mit 13 ist noch eine Dämpferwicklung bezeichnet, die aus kurzgeschlossenen Dämpferspulen für die Längsachse (13a) und die Querachse (13b) besteht.
  • Das Erregerfeld überlagert sich in der Maschine dem Nutzdrehfeld, was jedoch in Anbetracht der sehr geringen Amplitude ohne Rückwirkungen ist.
  • Die Transformatorwicklungen 10a und lOb, die der Transformation der Erregerleistung dienen, sind von der Ständerwicklung 4 und der Dämpferwicklung 13 des Motors dadurch magnetisch entkoppelt, daß sie z.B. für die doppelte Polzahl ausgeführt werden. Die Dämpferspulen der Dämpferwicklung 13 werden zweckmäßig mit der Weite einer Polteilung ausgeführt.
  • Um Platz zu sparen, können im Läufer 8 mit in Nuten verteilter Erregerwicklung 7 die Spulen 13a und 13b der Dämpferwicklung 13 und die der Transformator-Sekundärwicklung 10b gemischt werden. Für letztere ergibt sich damit eine Zweischichtwicklung. Bei der Erregerwicklung 7 ist man dagegen hinsichtlich der Schichtung frei. Fig. 2 zeigt, wie die verschiedenen Wicklungen im Läufer platzsparend angeordnet werden können. Die Erreger- oder Feldwicklung 7 ist in herkömmlicher Weise in den Nuten verteilt. Die Spulen 13a und 13b der Dämpferwicklung 13 und die der Transformator-Sekundärwicklung lOb sind darüberliegend gemischt angeordnet.
  • Aus Fig. 3 ist die Anordnung der Dämpfer- (13) und Transformator-Sekundärwicklungsspulen (mob) und ihre Verbindung genauer ersichtlich. Den Spulen 13a und 13b der Dämpferwicklung 13 sind dabei die Stirnverbindungen 14 und den Spulen der Transformator-Sekundärwicklung 1Db die Stirnverbindungen 15 zugeordnet.
  • Bei Umrichterbetrieb und der dazu erforderlichen Phasenvoreilung des Ständerstromes wird dem Querdämpfer (Spulen 13b) ein Oberschwingungsstrom eingeprägt, der ein Mehrfaches des Stromes in den Längsdämpferspulen 13a beträgt. Dieser kann im Bedarfsfall durch zusätzliche Spulen 16 im Polkernbereich aufgenommen werden. Dazu wird auf Fig. 2 verwiesen. Diese zusätzlichen Spulen 16 sind mit den darüberliegenden Dämpferspulen 13b der Querachse wegen der Stromverdrängung und zum Zweck einer gleichmäßigen Stromverteilung in Reihe zu schalten.
  • Da bei Synchronmotoren die Thyristoren natürlich kommutiert werden, kann die Klemmenspannung wenigstens verdoppelt werden. Hierdurch kann die Ständerwicklung ohne parallele Kreise, nur mit parallelen Leitern je Spule ausgelegt werden.
  • Für einen solchen Fall können die Dämpferwicklung 13 und die Transformatorwicklung 10, vgl. Fig. 3, mit beliebig verschiedenen Polzahlen ausgeführt werden. Wählt man Polzahlen, die nur wenig voneinander verschieden sind, so können insgesamt Spulen gleicher Weite entstehen, wenn die Spulen der Wicklung der kleineren Polzahl, also der größeren Polteilung, durch Schrittverkürzung auf die Größe der Spulen der anderen Wicklung verkleinert werden. In diesem Fall kann man somit die Transformatorwicklung und die Dämpferwicklung im Läufer mit gleichen Spulen bauen.
  • In den Fig. 4 und 5 ist dies für den halben Umfang eines 6-poligen Motors in Schleifenwicklung durchgeführt. Die Dämpferwicklung 13 ist dann auch 6-polig. In Fig. 4 ist von der Dämpferwicklung 13 der Übersichtlichkeit halber nur einer der beiden Stränge und zwar die Längsdämpferwicklung 13a über drei Polteilungen gezeichnet. Mit 17 ist die Achse der Erregerwicklung 7 angedeutet. Alle Pole müssen in Serie geschaltet sein. Die Wicklung ist zwei-strängig ausgeführt, vgl. auch 13a und 13b in Fig. 1. Die Spulenbreite beträgt bei 48 Nuten jedoch 6 statt 8 Nutteilungen. Jeder Strang ist in sich kurzgeschlossen. DieSchaltverbindungen sind mit 18 bezeichnet.
  • Fig. 5 zeigt die Transformatorwicklung 10. Sie ist 8-polig.
  • Ihre Spulenweite umfaßt bei 48 Nuten ebenfalls 6 Nutteilungen. Diese Wicklung ist drei-strängig, alle Pole sind in Serie geschaltet. Die Schaltverbindungen sind mit 19 angegeben. Es ergibt sich scheinbar nur eine Wicklung zusätzlich zur Erregerwicklung.
  • Es ist vorteilhaft, beide Wicklungen, die Dämpferwicklung 13 und die Transformatorwicklung 10 nebeneinander in dieselben Nuten einzubringen. Dies wird in Fig. 6 durch die dargestellten Leiterquerschnitte in einer Nut gezeigt.
  • Diese Maßnahme bewirkt, daß die Felderregerkurve in feinere Stufen unterteilt wird, wodurch die Kommutierungsreaktanzen verkleinert und auch die Transformation der Erregerleistung verbessert wird.
  • Durch die Wicklungsausführung als Schleifenwicklung entstehen zahlreiche Schaltverbindungen 18 und 19, die fliehkraftsicher verlegt werden müssen. Die Fig. 7 und 8 zeigen die gleichen Wicklungen, jedoch als Wellenwicklung ausgeführt.
  • In Fig. 7 ist ein voller Strang der Dämpferwicklung über alle 6 Polteilungen der Maschine dargestellt. Es werden vorteilhaft hier nur zwei kurze Schaltverbindungen 18 benötigt. Von Nachteil ist gegebenenfalls eine etwas vergrößerte Ausladung der Spulenköpfe auf einer Seite. Dies muß jedoch nicht zu Behinderungen beim Einbau und beim Zusammenlöten der Spulen führen, da man die Spulenenden der beiden Wicklungen auf gegenüberliegenden Ankerseiten herausführen kann. Die Transformatorwicklung 10 in Fig. 8 stellt einen Strang einer 8-poligen Wellenwicklung dar. Sie kann so in die Nuten eingelegt werden, daß die offenen Spulenenden und somit alle Lötstellen nach oben zeigen, während die Dämpferwicklung 13 mit den Spulenenden, d.h. den Lötstellen, nach unten eingebaut wird.
  • Die Transformatorwicklung 12 im Ständer ist ebenfalls 8-polig und drei-phasig, jedoch mit 3 Nuten je Pol und Strang bei 72 Nuten auszuführen. Ihr Volumen kann sehr gering gehalten werden.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Wransformatorisch erregter Stromrichter-Synchronmotor somit einer Drehstromwicklung im Ständer und Erreger- und Dämpferwicklungen im Läufer, bei dem die Erregerleistung über eine besondere Primärwicklung im Ständer auf eine besondere rotierende Sekundärwicklung im Läufer übertragen wird, die über eine Gleichrichterbrücke mit der Erregerwicklung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Übertragung der Erregerleistung magnetisch von den Motorwicklungen (4,7,13) entkoppelte Drehstrom-Transformatorwicklungen tlOa,lOb) Verwendung finden, die innerhalb der Nuten für die Motorwicklungen (4,7,13) mit untergebracht sind.
  2. 2. Stromrichter-Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Läufer (8) mit in Nuten verteilter Feldwicklung (7) die Dämpfer- (13) und die Transformator- Sekundärwicklung (mob) als Zweischichtwicklungen verschiedener Polzahl untergebracht sind.
  3. 3. Stromrichter-Synchronmotor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen der Dämpfer- (13) und Transformatorwicklung (10) abwechselnd nebeneinander in denselben Nuten des Läufers (8) untergebracht sind.
  4. 4. Stromrichter-Synchronmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei nur wenig voneinander verschiedenen Polzahlen von Dämpferwicklung (13) und Transformator-Sekundärwicklung (lOb) die Spulen der Wicklung mit der kleineren Polzahl durch Schrittverkürzung auf die Größe der Spulen mit der größeren Polzahl gebracht sind.
  5. 5. Stromrichter-Synchronmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer- (13) und Transformator-Sekundärwicklungen (lOb) als Schleifenwicklung mit Spulen gleicher Weite ausgeführt sind.
  6. 6. Stromrichter-Synchronmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer- (13) und Transformator-Sekundärwicklungen (1Ob) als Wellenwicklung ausgeführt sind.
  7. 7. Stromrichter-Synchronmotor nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenenden der Dämpferwicklung (13) und Transformator-Sekundärwicklung (1Db) auf gegenüberliegenden Läuferseiten herausgeführt sind.
  8. 8. Stromrichter-Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Polmitten weitere Spulen (16) unterhalb der Querdampfer- wicklung (13b) und Transformator-Sekundärwicklung (mob) vorgesehen sind, die mit den darüberliegenden Spulen der Querdämpferwicklung (13b) in Reihe geschaltet sind.
  9. 9. Stromrichter-Synchronmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Spulen (16) in Zweischichtwicklung ausgeführt sind.
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EP0630094A2 (de) * 1993-06-18 1994-12-21 Hitachi, Ltd. Turbogenerator

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DE870721C (de) * 1939-07-15 1953-03-16 Siemens Ag Synchronmaschine ohne Schleifringe
US3406323A (en) * 1966-03-23 1968-10-15 Reliance Electric & Eng Co Synchronous machine with single rotor

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