-
Synchron-Einankerumformer zur Umformung von Wechsel- in Gleichstrom
und umgekehrt, insbesondere für Betriebe mit niedrigem Belastungsfaktor und hoher
stoßweiser Belastung Die Erfindung hat zum Ziel, die Leistung eines svnchronen Einankerumformers
von gegebenen Abmessungen, insbesondere seine Aufnahmefäbigkeit für vorübergehende
starke Cberlastungen, zu steigern. Bekanntlich überlagern sich in der Ankerwicklung
der Wechselstrom, der durch :die Abzweigungen fließt, und der Gleichstrom, der durch
jeden Kommutatoranschluß der Reihe nach fließt. Hierdurch kommt es, daß die den
Abzweigstellen benachbarten Windungen stärkere Ströme als die von diesen Stellen
weiter entfernten Windungen führen. Schwere überlastungenhaben daher einen örtlichen
Temperaturanstieg in der Ankerwicklung zur Folge, der einen hohen Betrag erreichen
kann und der Leistungsfähigkeit der Maschine eine Grenze setzt. Das ist insbesondere
bei Betrilebsbedingungen der Fall, wie sie bei Anlagen mit elektrischen Zugmotoren
auftreten.
-
Zur Beseitigung dieses Nachteiles hat man bereits vorgeschlagen, zusätzlich
Wechselströme von der dritten harmonischen Frequenz mit entsprechender Phasenverschiebung
durch ein Zusatzgerät zu erzeugen und diese zusätzlichen Wicklungsströme so durch
die GVicklung zu schicken, daß die Stromverteilung gleichmäßig wird. Die vorliegende
Erfindung bezweckt, die Aufgabe auf andere Weise zu lösen, nämlich ohne irgendein
Zusatzgerät, allein durch eine Abänderung der Ankerbauart. Die Erfindung beruht
auf der Erkenntnis, daß man eine zufriedenstellende Kommutierung bei überlastung
erhalten kann, wenn der Querschnitt der die Ankerwicklung bildenden Leiter in der
Umfangsrichtung stufenweise so verändert wird, daß an den Stellen höherer Stromwerte
ein größerer Leiterquerschnitt zur Verfügung steht, so daß in den verschiedenen
Teilen der Wicklung der Widerstandsverlust gieichförmiger wird. Die Abstufung der
Leiterquerschnitte geht im allgemeinen Hand. in Hand mit entsprechender Änderung
der Nutenabmessungen, falls die Windungen in Nuten angeordnet sind. Die Zahl der
Stufen bestimmt sich aus der Abwägung der Vorteile einer mehr oder weniger gleichförmigen
Verteilung der Widerstandsverluste gegenüber den aufzuwendenden Kosten.
-
Wenn dieses Verfahren, den Querschnitt der Leitungen abzustufen, bei
Einamkerumformern verwendet wird, deren Ankerwindungen in Nuten von unveränderlicher
Tiefe rings um den Anker angeordnet sind, dann wird die Nutenweite gemäß der Leiterabstufung
t-erändert.
Das kann auf zweierlei Art geschehen.
-
Bei der einen Art wird die Teilung der Nuten, wie üblich, über den
ganzen Ankerumfang unverändert gelassen. Dies hat aber zur Wirkung, daß sich der
Widerstand des Kraftflusses durch irgendeinen Teil der Polfläche periodisch verändert,
wenn sich der Anker an diesem Teil vorbeibewegt. Bei einem sechsphasigen Umformer
beispielsweise ist die Periode der örtlichen Widerstandsänderung gleich einem Drittel
der Zeit, die irgendein Punkt auf dem Ankerumfang braucht, um eine Polteilung zu
durchlaufen. B--i Maschinen, bei denen Kurzschlußwindungen auf der Polfläche zu
dem Zweck der Dämpfung oder des Anlassens angeordnet ,sind, erfordert diese :durch
den periodischen ZViderstandswechsel verursachte Störung im Kraftfluß ganz besondere
Beachtung, sonst könnten hierdurch örtliche Ströme. in den Kurzschlußwindungen erzeugt
werden. Dementsprechend liegt nun ein weiterer Gegenstand der Erfindung in einer
Anordnung, bei der die Schwankungen des Kraftfeldes praktisch keine induzierende
Wirkung auf die Polflächenwindungen ausüben können. Dies -wird dadurch erreicht,
daß die Polflächenwindungen in unabhängige Kurzschlußgruppen unterteilt sind, deren
jede nur Leiter In einem solchen Abstand auf der Polfläche besitzt, daß die periodische
Störung keine Induktionswirkung auf sie ausübt.
-
Bei der anderen Ausführungsart werden die Verhältnisse und Beträge
der Nut- und Zahnabmessungen des Ankers eines Einankerumformers mit veränderlichem
Leiterquerschnitt so bemessen, daß eine nennenswerte Änderung des magnetischen Widerstandes
des Kraftflusses für eine bestimmte Stellung unter der Polfläche beim Vorbeistreichen
der verschiedenen Zähne vermieden ist. Man kann infolgedessen eine gewöhnliche Kurzschlußpolwicklung
bei einem Anker mit von Punkt zu Punkt abgestuften Leiterquerschnitt verwenden.
-
Die Erfindung ist nachstehend beispielsweise an Hand der beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
-
Abb. t zeigt schematisch eine Teilansicht des mit Nuten versehenen
Ankerumfanges eines sechspoligen synchronen Einankerumformers, wobei die Wicklung
fortgelassen ist, sowie einen Pol und Polschuh des dazugehörigen Feldes mit einer
auf der Polfläche gelegenen Dämpferwicklung.
-
Abb.2 gibt den abgewickelten Ankerumfang und mehrere eingelegte Ankerspulen
wieder. Abb. r und 2 veranschaulichen die erste Ausführungsart der Erfindung.
-
Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Ankernut eines Umformers, der
nicht mit abgestuften Windungen versehen ist. In der Nut sind vier Leiter gezeigt.
-
Abb. q. und 5 zeigen zum Vergleich entsprechende Ansichten von zwei
Nuten und ihren Leitern für einen Umformer mit abgestuften Windungen nach den Abb.
z, 2, 6 und 7.
-
Abb.6 stellt ebenfalls schematisch eine Teilansicht des mit Nuten
versehenen Ankerumfanges eines sechspoligen Einankerumformers dar, bei dem die Windungen
fortgelassen sind, sowie einen Pol und Polschuh für das dazugehörige Feld.
-
Abb. 7 zeigt wiederum die Abwicklung des Ankerumfanges sowie mehrere
eingelegte Ankerspulen. Abb. 6 und 7 veranschaulichen die zweite Ausführungsart
der Erfindung.
-
In den Abb. z, 2, 6 und 7 ist ein sechspoliger Anker mit z bezeichnet.
Er weist 15 Nuten für jeden Pol auf. Einer der sechs Pole ist mit 2 bezeichnet.
Er besitzt einen Polschuh 3, in dem eine geeignete Dämpferwicklung angeordnet ist.
DiegoAnkernutensind in 18 Gruppen von je 5 Nuten rings um den Ankerumfang verteilt
angeordnet (jede Gruppe umfaßt einen Bereich von 6o elektrischen Graden des Ankerumfanges).
Von den fünf Nuten jeder Gruppe sind jedesmal drei Nuten q. eng und zwei Nuten 5
weit. Das Schema der Ankerwicklung geht aus den Abb.2 und 7 hervor, in denen die:
.dicken Leiter 7, die durch starke Linien dargestellt sind, in den weiten Nuten
5 (Abb. 5) liegen, und die dünnen Leiter 8, die durch schwache Linien dargestellt
sind, in den engen Nuten q. liegen (Abb. q.). Die dicken Leiter 7 besitzen in Abständen
von 6o elektrischen Graden rings um die Wicklung herum an den Punkten 13 und r q.
Abzweigungen, mit denen sie an sechs Schleifringen, wie gewöhnlich, angeschlossen
sind. Die genaue Lage der Abzweigungspunkte an den dicken Leiter hängt von dem Leistungsfaktor
ab, aber bei dem in der Praxis am häufigsten vorkommenden Leistungsfaktor und bei
der dargestellten Wicklungsart sind die Leiter, die die stärksten Ströme aufzunehmen
haben, in Abb. 2 oder 7 diejenigen, die von der Abzweigungsstelle aus in der Ankerdrehrichtung
liegen. Deshalb liegen die meisten dicken Leiter in den Abb. 2 oder 7 auf der linken
Seite der Abzweigungsstellen, wobei die Ankerdrehrichtung in der Richtung der Pfeile
angenommen ist. Die Abzweigungen 15 führen, wie gewöhnlich, zu Kommutatorsegmenten.
-
Wie ersichtlich, ist bei der Ausführungsart der Abb. r und 2 die Nutenteilung,
also der Abstand zwischen den Mittellinlen benachbarter Nuten, überall gleich. Wie
oben erläutert wurde, wird hierdurch beim Vorbeistreichen
des Ankers
der magnetische Widerstand, den der durch irgendeinen bestimmten Teil der Polfläche
fließende Kraftfloß zu überwinden hat, periodisch verändert. Um dem Einfloß dieser
magnetischen Widerstandsänderung entgegenzuwirken, sind in jeden Polschuh 3 vier
getrennte Kurzschluß-«-i.ndungen angeordnet, vön denen jede eine solche Teilung
hat, daß auf sie durch die periodische Störung des Kraftflusses keine Induktionswirkung
ausgeübt werden kann, oder mit anderen Worten: die Teilung ist so gewählt, daß der
Gesamtwiderstand des durch jede Windung fließenden Kraftflusses unveränderlich bleibt.
So zeigt Abb. i zwei Stäbe 9, die um 6o elektrische: Grade voneinander getrennt
mit nicht dargestellten Endverbindungen nach Art eines Kurzschlußankers verbunden
sind. Ebenso bilden die Stabpaare io, i i und 12 mit ihren Endverbindungen drei
andere Kurzschlußwzndungen.
-
In den Abb.6 und 7 ist gezeigt, wie die stufenweise sich verändernden
Leiterquerschnitte in den Nuten untergebracht werden können, ohne daß periodische
Schwankungen im örtlichen Widerstand des Stromweges des durch die Zähne für ,eine
gegebene Stelle unter der Polfläche fließenden Kraftflusses entstehen, falls allgemein
üblicher Bauart entsprechend -die Nuten von einheitlicher Tiefe sind.
-
Aus diesen Abbildungen ist ersichtlich, daß der Notschritt, d. h.
der Abstand der Mittellinien zweier benachbarter Nuten, nicht konstant ist, sondern
sich periodisch um den Umfang des ganzen Ankers in solcher Weise ändert, daß die
Zahnbreite gleichzeitig mit der Notweite variiert wird, so daß jeder Teil des Ankerumfangs,
welcher einen Notschritt umfaßt, dieselben Verhältnisse zwischen Nut und Zahn aufweist.