DE564814C - Daempferkaefig fuer Einankerumformer - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß eine schnell einsetzende Überbelastung, beispielsweise ein Kurzschluß, an der Gleichstromseite eines Einankerumformers bisher gebräuchlicher Bauart Pendelungen bewirkt, die einen ungünstigen Einfluß auf die Stromwendung ausüben und zu deren Dämpfung man den Umformer gewöhnlich mit einem kurzgeschlossenen Dämpferkäfig versehen hat. Es wurde nun gefunden, daß der direkte Einfluß eines solchen Dämpferkäfigs in der bisher allgemein gebräuchlichen Ausführung auf die Stromwendung unbedeutend, wenn nicht sogar ungünstig war, daß es aber möglich ist, den Dämpferkäfig so anzuordnen, daß er die Stromwendung bei derartigen Erscheinungen verbessert. Eine derartige Anordnung des Dämpferkäfigs bildet den Gegenstand der Erfindung.

In der Zeichnung zeigt Abb. 1 schaubildlich eine im wesentlichen normale Dämpferwicklung, auf beiden Seiten eines Wendepols angeordnet, und Abb. 2 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.

In allen Abbildungen bezeichnet 1 die Kerne der Hauptrolle und 2 die der Wendepole; 3 bezeichnet die in den ersteren eingelegten Dämpferstäbe. Die Endverbindungen der letzteren sind gemäß der Erfindung zwecks Erreichens des angestrebten Ergebnisses verschiedenartig ausgeführt.

Bei der Beurteilung des Einflusses des Dämpferkäfigs auf die Stromwendung im Falle eines Kurzschlusses oder einer anderen Überbelastung, die für eine Auslösung auf der Gleichstromseite hinreicht, muß man die Verhältnisse während zweier verschiedener Zeitabschnitte berücksichtigen, und zwar vor und nach der genannten Auslösung. Während des ersten dieser Zeitabschnitte steigt der Strom im Gleichstromkreis mit einer Geschwindigkeit, die anfangs nur von der Selbstinduktanz im Kreis abhängt. Gleichzeitig steigt der Strom im Wechselstromkreis bedeutend langsamer, und ein Strom bildet sich in dem· Dämpferkäfig aus. Von Wechselstrom kann man absehen, wenn man gleichzeitig von einem mit ihm gleichwertigen Teil des Gleichstromes absieht und im folgenden nur mit dem zurückbleibenden Teil des letzteren rechnet. Betrachtet man in Abb. 1, die einen normalen Dämpferkäfig 3, 4, 5 für Einankerumformer zeigt, das Gebiet zwischen den Hauptpolen 1, so findet man, daß der resultierende Fluß liier gleich Null sein muß, denn er ist von einer vollständig kurzgeschlossenen Wicklung umgeben. Die magnetomotorischen Kräfte innerhalb dieses Gebietes stammen aus drei Quellen, nämlich vom Anker, von der Wendepolwicklung und von dem Dämpferkäfig. Die beiden erstgenannten Quellen sind völlig durch den äußeren Gleichstrom bestimmt, und die dritte muß sich dann so einstellen, daß die eben genannte Bedingung erfüllt ist.

Falls ein Wendefeld irgendeiner Bedeutung unter dem Wendepol 2 entstehen soll, muß infolge des eben Gesagten der Kraftfluß in

der Lücke zwischen dem Wendepol und dem Hauptpol teils entgegengesetzt dem Wendefeld gerichtet sein, teils einen hinreichenden Raum zur Ausbildung besitzen, so daß die Summe dieses Kraftflusses und des Wendeflusses gleich NuE wird. Die den Wendepol umgebende innerste kurzgeschlossene Windung des Dämpferkäfigs darf also nicht allzu nahe dem Wendepol liegen; denn in ίο solchem Falle würde auch der Wendefluß selbst auf Null abgedämpft werden, was weiterhin bedeuten würde, daß die genannte innerste Windung des Dämpferkäfigs einen Strom entgegengesetzter Richtung gegen die übrigen führen würde. Eine einfache Dämpferwicklung nach Abb. 1 wirkt deshalb am besten, wenn die axialen Dämpferstäbe nur in oder nahe den Hauptpolen liegen.

Falls dagegen, wie Abb. 2 zeigt, in Reihe mit den Endverbindungen 4, 5 des Dämpferkäfigs eine zusätzliche Windung 6 um den Wendepol 2 eingeschaltet wird, werden die Verhältnisse ganz anders. Diese Windung wird gezwungen, die ganze Resultante der Ströme der einzelnen Dämpferstäbe 3 zu führen, und da die MMK dieser Resultante natürlich derjenigen des Anker stromes entgegengesetzt gerichtet ist, muß sie also mit der Wendepolwicklung zusammenwirken. Die Bedingung, daß der Gesamtfluß in der innersten kurzgeschlossenen Windung gleich Null sein muß, ist natürlich auch jetzt noch gültig, aber die Schwächung· des Stromes in den äußersten, im Rande beider benachbarter Hauptpole liegenden Dämpferstäben, die hierdurch herbeigeführt wird, hat auf den Gesamtstrom, der direkt auf den Wendepol wirkt, keinen nennenswerten Einfluß.

Die in Abb. 2 dargestellte Anordnung kann in verschiedener Weise abgeändert werden. In Abb. 3 ist eine in elektrischer Hinsicht mit der Schleife 6 gleichwertige Schleife um den Wendepol 2 dadurch erzeugt, daß die Endverbindungen 4 in zwei getrennte Teile geteilt sind, die mit je einem Querstab 7 versehen sind, der die Rückleitung für die Stäbe 3 bildet, aber im Verhältnis zu dem letzteren jenseits des Wendepols Hegt. Letzterer wird also von gleich vielen Amperewindungen wie in Abb. 2 umgeben. Der Unterschied gegen die letztgenannte Abbildung liegt auf wickeltechnischem Gebiet, indem jeder Hauptpol mit seinem Dämpferkäfig· eine selbständige bauliche Einheit bildet, die ohne Lösen irgendwelcher Lötfugen in dem Dämpferkäfig ausgetauscht werden kann.

Es kann vorkommen, daß die in Abb. 2 oder 3 gezeigte Anordnung ein zu starkes Wendefeld (Überkommutierung) ergibt. Diesem Mangel kann dann leicht dadurch abigeholfen werden, daß man beispielsweise nach Abb. 4 Stäbe 8 einlegt, die die Endverbindungen zwischen den Haupt- und Wendepolen untereinander verbinden und also die letzteren von einem Teil der Amperewindungen befreien. Durch geeignete Anordnung der Stäbe 8 in der Pollücke können alle Abstufungen zwischen den nach Abb. 1 und nach Abb. 3 erreichten Wirkungen erzielt werden. Man kann zu demselben Zweck auch nach Abb. 5 die zusätzliche Erregerschleife 6 nur einen Teil des Wendepols umfassen lassen oder nach Abb. 6 besondere, elektrisch von dem eigentlichen Dämpferkäfig getrennte Kurzschlußkreise 9 zwischen den Haupt- und Wendepolen einlegen. Die Wirkung der letzteren wird im wesentlichen gleichartig der der Querstäbe 8 in Abb. 4 sein. Die in Abb. 4 bis 6 dargestellten Abänderungen können natürlich alle sowohl auf die Anordnung nach Abb. 2 als auch auf die nach Abb. 3 angewendet werden.

Eine oder mehrere zusätzliche, den Dämpferstrom führende Windungen auf dem Wendepol können auch dadurch erzeugt werden, daß der Dämpferkäfig an zwei Punkten 10 (Abb. 7) an die gewöhnliche Wendepolwicklung 11 derart angeschlossen wird, daß die erforderliche Anzahl Windungen der Wendewicklung vom Dämpferstrom durchflossen werden. Da hierbei die verschiedenen Wendepolen angehörigen Teile des Dämpferkäfigs keine andere Verbindung untereinander besitzen dürfen als die durch die genannten Anschlüsse bedingte, müssen die Endverbindungen 5 des Dämpferkäfigs in der Mitte der Hauptpole unterbrochen werden. Für die Hauptaufgabe des Dämpferkäfigs sind diese Unterbrechungen ohne wesentliche Bedeutung.

Während des zweiten der anfangs genannten Zeitabschnitte, nämlich nachdem der Gleichstrom unterbrochen ist, verhält sich der Umformer im großen und ganzen wie ein leer laufender Synchronmotor. Da er, wie bekannt, während der Dauer des Kurzschlusses oder der Überbelastung gewöhnlich stark gebremst wird, wird er nach Entlastung beträchtlich außerhalb der Phasenlage · bei Leerlauf liegen und während der Rückkehr in diese Phasenlage hin und her pendeln. Wäre er in jeder Hinsicht als leer laufender Synchronmotor zu betrachten, so würden diese allmählich abgedämpften Pendelungen keine Übelstände hervorrufen, aber mit Rücksicht auf das Arbeiten des Stromwenders bedeuten sie ein ernstes Gefahrmoment. Die entsprechenden Dämpferströme, deren Aufgabe ja die Abdämpfung der Pendelungen ist, erzeugen, sobald der Gleichstrom verschwunden ist, einen Fluß in der Wendezone, der

eine allzu hohe Lamellenspannung und dadurch Rundfeuer verursachen kann.

Während dieses Zeitabschnittes sind die Dämpferströme Wechselströme ziemlich niedriger Frequenz, nämlich gleich der der mechanischen Eigenschwingungszahl, weshalb im Gegensatz zur Zeit vor der Auslösung der Ohmsche Widerstand des Dämpferkäfigs eine wichtige Rolle für die Stromverteilung spielt.

to Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, den Durchschnittswiderstand der Dämpferwicklung wesentlich über den bei Synchronmotoren für den Dämpfungszweck üblichen hinaus zu . vergrößern, wodurch der Strom im äußeren Wechselstromkreis (Primärstrom) während des Pendeins vermindert wird.

Der Vektorenunterschied zwischen der Klemmenspannung und der durch das Hauptfeld induzierten Spannung ist durch die Amplitude der Pendelungen bestimmt. Dieser Unterschied wird seinerseits durch den gesamten Querfluß in der Maschine induziert, der durch die gesamten Queramperewindungen erzeugt wird. Diese Queramperewindungen beruhen auf dem Vektorenunterschied zwischen dem äußeren Strom (Primärstrom) und dem Strom in der Dämpferwicklung. Falls die Amperewindungen dieser beiden Ströme über den Raum zwischen zwei Hauptpolmitten gleichmäßig verteilt wären, würden die resultierenden Amperewindungen in der Wendezone durch den Vektorenunterschied zwischen Klemmenspannung und Hauptfeldspannung (welcher Unterschied als Pendlungsspannung bezeichnet werden kann) völlig bestimmt sein. Eine solche gleichmäßige Verteilung liegt aber nicht vor. Die primären Amperewindungen sind praktisch nach einem Sinusgesetz verteilt, aber der Dämpferstrom, der ein induzierter Strom in einer Käfigwicklung ist, bekommt die übliche Neigung, überwiegend um die Zonen maximaler gegenseitiger Induktion, d. h. unter den Hauptpolen, zu fließen. Er wird also in den Randstäben und in den Mittelstäben derselben Polhälfte in entgegengesetzten Richtungen fließen und die Wendezone ziemlich unberührt lassen. Die äußeren Amperewindungen sind deshalb in der Wendezone nur teilweise von dem Dämpferstrom ausgeglichen und sollten deshalb so niedrig wie möglich gehalten werden, um keinen gefährlichen Wechselfluß in der Wendezone zu erzeugen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Widerstand in der Dämpferwicklung hochgehalten wird, und gemäß der Erfindung wird er deshalb bedeutend höher gehalten, als es dem Maximum des Dämpfungsmoments entspricht. Der Dämpferkäfig kann z. B. aus einer besonderen Widerstandslegierung ausgeführt werden. Ferner kann man, um die obengenannte Neigung der Dämpferströme, sich überwiegend unter den Hauptpolen zu schließen und also in der ersten Windung der Dämpferwicklung in entgegengesetztem Sinne gegen den resultierenden Strom zu fließen, den Widerstand in der genannten Innenwindung so klein wie möglich bei hohem Durchschnittswiderstand des Dämpferkäfigs machen, indem man nämlich die in der Pollücke Kegenden Teile 4 der Endverbindungen mit niedrigem Widerstand ausführt, während die übrigen Teile der Endverbindungen 5 und die axialen Dämpferstäbe mit hohem Widerstand ausgeführt werden, wie in Abb. 1 bis 7 durch die Dicke der Linien angedeutet ist.

Obgleich in der Beschreibung an mehreren Stellen auf in der Wendezone befindliche Wendepole Bezug genommen ist, ist es nicht unbedingt nötig, daß hier besondere Polkerne vorhanden sind, oder daß diese Kerne, falls sie da sind, die die Wendezone umgebenden Windungen oder Schleifen unmittelbar durchsetzen. Wesentlich ist nur die Lage der letzteren im Verhältnis zur Wendezone selbst.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Dämpferkäfig für Einankerumformer, bestehend aus durch Endverbindungen parallel geschalteten Stäben, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Hauptpolen liegenden Teile der Endverbindungen auf einer oder beiden Seiten in einer oder mehreren zusätzliche Windungen um die Wendezone bildenden Schleifen gelegt sind.

2. Dämpferkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpferkäfig für jeden Hauptpol eine Einheit für sich bildet, dessen Endverbindungen jeweils die angrenzenden Wendezonen umschlingen.

3. Dämpferkäfig nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hauptpolen und den Wendezonen sich zwischen den Endverbindungen erstreckende Querstäbe angeordnet sind.

4. Dämpferkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Windung oder Windungen nur einen Teil der axialen Länge der Wendezone umgeben.

5. Dämpferkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hauptpolen und der Wendezone besondere, von dem eigentlichen Dämpferkäfig getrennte, in sich kurzgeschlossene Leiterkreise eingelegt sind.

6. Dämpferkäfig nach Anspruch 1 für Maschinen mit besonderer Wendewick-

lung, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpferkäfig an die Wendewicklung in solchen Punkten angeschlossen ist, daß eine erforderliche Anzahl Windungen der Wendewieklung vom Dämpferstrom durchflossen werden.

7. Dämpferkäfig nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Ohmscher Widerstand größer ist, als dem Maximum des Dämpfungsmoments entspricht.

8. Dämpferkäfig nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Hauptpolen liegenden Teile der Endverbindungen niedrigeren Widerstand pro Längeneinheit als die übrigen Teile der Dämpferwicklung besitzen.

Hierzu. 1 Blatt Zeichnungen