DE386560C - Maschine zur Umformung, insbesondere zur gleichzeitigen Erzeugung von Wechselstroemen verschiedener Frequenz - Google Patents

Maschine zur Umformung, insbesondere zur gleichzeitigen Erzeugung von Wechselstroemen verschiedener Frequenz

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DE386560C
DE386560C DEB83275D DEB0083275D DE386560C DE 386560 C DE386560 C DE 386560C DE B83275 D DEB83275 D DE B83275D DE B0083275 D DEB0083275 D DE B0083275D DE 386560 C DE386560 C DE 386560C
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K47/00Dynamo-electric converters
    • H02K47/18AC/AC converters
    • H02K47/22Single-armature frequency converters with or without phase-number conversion
    • H02K47/24Single-armature frequency converters with or without phase-number conversion having windings for different numbers of poles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

  • Maschine zur Umformung, insbesondere zur gleichzeitigen Erzeugung von Wechselströmen verschiedener Frequenz. Gegenstand des Hauptpatentes 37239o bildet eine Maschine, durch die es ermöglicht werden soll, gleichzeitig zwei Wechselströme verschiedener Frequenz zu erzeugen oder aber einen Wechselstrom von gegebener Frequenz in einen Wechselstrom von anderer Frequenz umzuformen. Das wird dort erreicht durch die Verwendung zweier getrennter induzierter Wicklungen und deren besondere Anordnung. Es äst stattdessen auch bereits vorgeschlagen worden, eine gemeinsame Wicklung für die verschiedenen Frequenzen zu verwenden und die Ströme verschiedener Frequenz mittels eines Transformatorensystems zu trennen. Die vorliegende Erfindung -betrifft eine weitere Ausgestaltung derartiger Maschinen, die insbesondere für Doppelgeneratoren von Bedeutung ist. Es sollen danach zwar wie bei dem Hauptpatent getrennte Arbeitswicklungen für die Wechselströme verschiedener Frequenz benutzt werden, jedoch soll jede dieser Wicklungen gleichzeitig auch noch als Erregerwicklung für die andere dienen. Die eine Wicklung wird hierzu auf den Ständer, die andere auf .den Läufer der Maschine gelegt. In jedem der Wechselstromsysteme 'müssen dabei Nullpunkte geschaffen werden, an denen der Er.. regergleichstrom zugeführt werden kann.
  • Im folgenden soll an Hand der Zeichnungen das Wesen der Erfindung nebst verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten näher erläutert werden. Es ist dabei stets angenommen, daß die Maschine als Doppelgenerator arbeitet, .daß die erzeugten Ströme Drehströme sind und daß schließlich der am Läufer abgenommene Strom eine dreimal so hohe Frequenz aufweist wie der am Ständer abgenommene Strom. Das Erregerfeld für die mindere Frequenz soll demgemäß zweipolig, das für die hohe Frequenz sechspolig sein. Als Periodenzahl der beiden Ströme kommen praktisch besonders 50 Perioden und z62`2 Perioden in Betracht.
  • In der Abb. r ist zunächst rein schematisch die Schaltungsanordnung für eine Ausführung gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die Ständerwicklung W1 sowohl als die Läuferwicklung WZ ist danach an einen Transformator gelegt. Dabei .sind die drei Phasen a; b, c der Ständerwicklung W1 in Stern geschaltet, ebenso wie .die Primärwicklungen des zugehörigen Transformators T, Zwischen die beiden Sternpunkte ist die Erregerstromquelle G, und ein Regelwiderstand R1 eingeschaltet. Bei der Läuferwicklung W. besteht jede der drei Phasen aus drei Spulen a1, a" a3, b1, b=, b;:, cl, C,, c.,. Die mittleren Spulen a2, b2, c., sind in (!er Mitte angezapft und zu einem Nullpunkt verbunden, desgleichen die Mittelpunkte der Priiiiärwir-klungen des Transformators T_. Die Stromquelle G_ für den Erreg,-rgleichstroin ist dabei wieder unter Vorschaltung eines Regel-Z, R2 an die beiden Nullpunkte angeschlossen. Die für den Arbeitsstrom zweipolige Wicklung Thl 11111131 alsdann das sechsholige Erregerfeld für den Läuferstrom von ,5o Perioden, die für ;len Arbeitsstrom sechspolige Wicklung 11,7., das -zweipolige Feld für ,len Ständerstrom von 16=i.. Perioden liefern.
  • A. Anordnung der Ständerwicklung. Eine besonders einfache Ausführung der Ständerwicklung W1 zeigt die Ab!1). 2. Die Wicklung ist als Drehstromspulenwicklung ausgeführt, wobei jede Spulenseite 6o° elektrisch umfaßt. Wird alsdann ein Augenblick ins, Auge gefaßt, wo der Wechselstrom in Phase a gerade einen Höchstwert hat, so ergibt sich eine Stromverteilung, wie sie in der Abb. 2 durch Pfeile angedeutet ist. Die ausgezogenen Pfeile beziehen sich dabei auf den Erregergleichstrom, die gestrichelten Pfeile auf den rrzeugten Drehstrom. Der Drehstrom ist danach in den Abschnitten -b, a. -c einerseits und iii den Abschnitten b, -a. c andererseits, die den Spulenseiten der Spulen a, b, c ( Alb. i) entsprechen, entgegengesetzt gerichtet, während der Gleichstrom in den Abschnitten a, b, c eine und in d°11 Abschnitten -a, -b, -c die entgegengesetzte Richtung aufweist. Für die Stromverteilung über den C'infang des Ständers der Maschine erhält man demgemäß das durch die Abb. 3 wiedergegebene Bild, wenn die jeweilige Stromrichtung in bekannter Weise durch Punkte und Kreuze zum Ausdruck gebracht wird. Die linke Seite der Abbildung zeigt wieder mit den einzelnen Spulenabschnitten a, -b, c, -a, b. -e. die Verteilung des Drehstromes, die rechte die des Gleichstromes. Es kommt darin mit aller Deutlichkeit zum Ausdruck, daß die Stänaerwicklung W1 in der Tat als Arbeitswicklung zweipolig, als Erregerwicklung sechspolig wirkt.
  • Diese Ausführung -leg Ständerwicklung ist aber insofern nachteilig, als sie eine ungünstige Feldform für das Erregerfeld ergibt. Zur Erzielung einer besseren Feldform könnte man z. B. innerhalb jeder Phase die Nuten mit einer ungleichen Zahl von Stäben belegen oder jede Phase etwas über die benachbarten übergreifen lassen. Dasselbe kann man auch in besonders einfacher Weise dadurch erreichen, daß man einen etwas verkürzten Schritt anwendet. Die Wicklung ist alsdann etwa nach Abb. q. auszubilden. Dort ist der Stab i nicht mit dem diametral gegenüberliegenden Stab 13, sondern mit einem ihm näherliegenden Stab 12 verbunden, Stab 2 nnt 13 usw. 'Man erhält so eine Stromverteilung, wie sie in _ler Abb.-I durch Pfeile angedeutet ist. In Abb. 5 ist die Verteilung des sechspoligen Erregergleichstromes im Ständer noch besonders veranschaulicht, während der überlagerte Drehstrom nicht gezeichnet ist.
  • B. Anordnung der Läuferwicklung. Die Läuferwicklung W_ kann im Prinzip nach Abb. 6 ausgeführt werden. Die einzelnen Spulen a1, a_, a;, hl, b, b:, cl, c.,, c@ jeder Phase liegen iabei um eine doppelte Polteilung des Feldes hoher Polzahl voneinander entfernt. Die Drehstrom- und Gleichstromverteilung ist wieder durch gestrichelte bzw. ausgezogene Pfeileangedeutet, wobei auch hier derBetrachtung ein Augenblick zugrunde gelegt ist, in dein die Phase a einen Höchststrom führt. Der Drehstrom besitzt danach !in den Abschnitten a1, a_, a.,, die eine und in den Abschnitten hl, k_, b; , cl, c., c; die entgegengesetzte Richtung, während der Gleichstrom in den Abschnitten a1, hl, cl eine entgegen-,gesetzte Richtung aufweist als in den Abschnitten a,;-b.,, c.,; und in den Abschnitten z,. b" c, teilweise von -]er einen, teilweise von der anderen Richtung ist. Das hiernach sich ergebende Bild ist für die Drehstrornv erteilung in Abb. 7 links, für die Gleichstromverteilung in Abb.7 rechts dargestellt. Die Wicklung wirkt .demgemäß, wie das erforderlich ist, als Drehstromarbeitswicklung sechspolig, als Gleichstromerregerwicklung hingegen, da die Amperewindungen in den Abschnitten a 2, b2, c.
  • sich gegenseitig aufheben, zweipolig. Das Gleichstrornerregerfeld ist dabei stark verzerrt. Dieser Übelstand bat jedoch seinen Grund lediglich darin, daß der Deutlichkeit halber nur eine Stablage angenommen wurde. Bei der praktischen Ausführung muß hingegen jedem Stab ein diametral gegenüberliegenzäer zugeordnet sein. Die wirkliche Ausführung der Wicklung wird also entsprechend Abb.8 erfolgen. Dann ergibt sich aber für die Verteilung des Erregergleichstromes das durch die Abb. 9 veranschaulichte Bild (in welcher wiederum der überlagerte Drehstrom nicht eingezeichnet ist).
  • Etwas günstiger als :die vorstehend .beschriebene Wicklung ist noch die in Abb. lo dargestellte. Der Unterschied liegt darin, daß jede Phase statt 12o° elektrisch nur 6o° elektrisch iunfaßt. Die zu einer Spule gehörigen Stäbe liegen demgemäß nicht mehr nebeneinander in benachbarten Nuten, sondern in derselben Nut übereinander. Im übrigen wird ,die Verteilung des Erregergleichstromes nicht wesentlich geändert, wie die .@hb. i i für diesen Strom zeigt. Statt den Erregergleichstrom entsprechend Abb. i unter Benutzung eines Nullpunktes der Transformatorenwicklung einzuführen, kann man die Anordnung auch so treffen, daß die Maschinenwicklung aus parallelen Wicklungsgruppen besteht und einfach die Mitten dieser Gruppen über eine Erregerstromquelle verbunden werden. Das gilt sowohl für die Ständerals auch für die Läuferwicklung. In Abb. 12, ist die letztere zugrunde gelegt. Jede Phase weist danach zwei Wicklungsgruppen auf, deren jede aus drei hintereinanderliegenden Spulen, für Phase a z. B. a1, a2, a. einerseits und a4, a6, a6 andererseits, aufgebaut ist. Die Mitten der mittleren Spulen a2, afi sind angezapft, und in.dieVerbindungsleitungistdieErr egerstromquelle eingeschaltet. In gleicher Weise ist die Anordnung für Phase b und c getroffen. Jede Phase besitzt also ihre besondere Gleichstromerregerquelle. Es ist aber keineswegs erforderlich, daß für jede Phase eine besondere Erregermaschine benutzt wird. Vielmehr können, entsprechend wie bei Abb. i, die Mitten der Wicklungsgruppen unter sich zu einem Nullpunkt vereinigt sein, so daß nur eine Erregerstromquelle in die Verbindungsleitung eingeschaltet zu werden braucht. Allerdings hat die Schaltung nach A'bb. i2 mit drei besonderen Erregermaschinen den Vorteil, daß man ,die Gleichstromverteilung und damit die Feldform in weitgehender Weise ändern kann. Das läßt sich aber auch dadurch erreichen, daß man feste Widerstände von gewünschter Größe oder regelbare Widerstände in die Verzweigungen des Erregergleichstromes legt. Solche Regelwiderstände Ra, Rb, R, sind z. B. in Abb. 13 vorgesehen. Ganz entsprechende Maßnahmen kann man selbstverständlich auch bei der Schaltung nach Abb. i zur Anwendung bringen.
  • Das vollständige Wicklungsschema für eine aus zwei parallelen Gruppen .bestehende Läuferwicklung ist in Abb. 13 wiedergegeben. Die Stromverteilung ist dabei, wie in den früheren Abbildungen, durch Pfeile angedeutet. In jeder Nut liegt je ein Stab entsprechender Spulen der beiden parallelen Wicklungsgruppen. Umfaßt jede Spulenseite der mittleren Spulen, wie das meist der Fall sein wird, mehrere Nuten, so empfiehlt es sich, die einzelnen Stäbe einer Spulenhälfte auf alle Nuten zu verteilen, nicht aber die eine Spulenhälfte in die eine Hälfte der Nuten, .die zweite in die andere zu legen. Es kann dabei eine gleichförmige oder abgestufte Verteilung in Frage kommen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Maschine zur Umformung, insbesondere zur gleichzeitigen Erzeugung von Wechselströmen verschiedener Frequenz nach Patent 37239o, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung (Wl) für die eine Frequenz auf dem Ständer, die Arbeitswicklung (W2) für,die zweite Frequenz auf dem Läufer angebracht ist, und daß jede dieser Arbeitswicklungen (W1, WZ) zugleich die Erregerwicklung für die andere bildet.
  2. 2. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (W1, W,) an Transformatoren (T1, T2) angeschlossen sind und zwischen den Nullpunkten von Arbeitswicklung (z. B. W,,) und zugehöriger Transformatorwicklung (T1) eine Erregerstromquelle eingeschaltet ist (Abb. i).
  3. 3. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (W1, W2) aus parallelen Gruppen bestehen, deren Mitten über eine Erregerstromquelle verbunden sind (Abb. 1.2 und i3).
  4. 4. Maschine nach Anspruch i bis 3 für Mehrphasenströme, dadurch gekennzeichnet, .daß für jede Phase eine besondere Erregerstromquelle vorhanden ist (Abb. i2).
  5. 5. Maschine nach Anspruch i bis 3 für Mehrphasenströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitten der einzelnen Phasenwicklungen zunächst verbunden sind und zwischen die so gebildeten gemeinsamen Nullpunkte die Erregerstromquelle eingeschaltet ist (Abb. i und 5).
  6. 6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die einzelnen Verzweigungen des Erregergleichstromes Widerstände (Ra, Rb, R, Abb. 13) eingeschaltet sind, welche die Zweigströme verschieden einzustellen gestatten.
  7. 7. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung (W1) des Stromes niederer Frequenz in verkürztem Schritt ausgeführt ist zur Verbesserung der Feldform des Erregerfeldes für den Strom hoher Frequenz (Abb. 4 und 5). B. Maschine nach Anspruch 3, mit für die Erregerstromzuführung in der Mitte angezapften Spulen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spulenhälften für sich auf sämtlichen Nuten der betreffenden Spulen verteilt ist.
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