DE596808C

DE596808C - Ein- oder mehrphasige Synchronmaschine

Info

Publication number: DE596808C
Application number: DE1930596808D
Authority: DE
Original assignee: Sachsenwerk Licht und Kraft AG
Current assignee: VEM Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1930-09-02
Filing date: 1930-09-02
Publication date: 1934-05-11

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
11. MAI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 596808 KLASSE 21 d 2 GRUPPE

2i d² S 560. so

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. September 1930 ab

ist in Anspruch genommen.

Beim. Entwurf und bei der Durchbildung von Synchronmaschinen, insbesondere solchen, die ohne Schnellregler arbeiten sollen, war es bisher üblich, einen großen mechanischen Luftspalt vorzusehen, um eine verhältnismäßig kleine Ankerrückwirkung zu erhalten und so insbesondere bei hoher induktiver Last eine gute Spannungskonstanz zu erreichen. Durch die Wahl eines solchen, großen Luftspaltes, der bei Langsam- und Normalläufern aus mechanischen Gründen nicht notwendig war, ergaben sich für die Synchronmaschine, bezogen auf. die Leistung, verhältnismäßig große Dimensionen.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß für den Luftspalt im Leerlauf etwa nur ²/₃ oder weniger der gesamten magnetomotorischen Kraft der Felderregung verbraucht wird. Durch die Wahl

ao eines solchen kleinen Luftspaltes erhält man bei gleichem Kupf eraüfwand im Feld, d. h. bei konstanter Erregung, einen erheblich größeren magnetischen Kraftfluß, mit dem proportional die Ausnutzung des. betreffenden Modells steigt.

Damit nun dieser Vorteil nicht durch die Erhöhung der Ankerreaktanz, also durch eine bedenkliche betriebstechnische Verschlechterung, wieder zunichte gemacht wird, wird erfindungsgemäß für die Zähne des Ankers bzw. für die aktive Eisenschicht eine hohe Sättigung von etwa 20 000 Gauß und mehr, bezogen auf 50 Hertz, gewählt; diese Erhöhung der Sättigung bewirkt die Verringerung der relativen Spannungsänderung zwischen Leerlauf und Vollast. Derartige Sättigungsgrade sind bei der hoch entwickelten Werkstofftechnik ohne weiteres zulässig und rufen keine nachteilige Steigerung der Eisenverluste hervor. Schwierigkeiten durch Wirbelstrombildung im Ankerkupfer infolge der erhöhten Zahnsättigung können in bekannter Weise durch Verwendung halbgeschlossener oder schmaler Nuten oder stark unterteilter Leiter ohne weiteres behoben werden.

Durch die Erfindung ist man nun in der Lage, auch bei Synchronmaschinen vorteilhaft bis an die Grenze des mechanisch zulässigen Luftspaltes zu gehen, wie es bei Asynchronmaschinen seither gebräuchlich war, ohne die guten Eigenschaften der bisher üblichen Bauart zu verHeren.

Zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens und des durch diesen erzielten technischen Fortschrittes sollen die folgenden Überlegungen dienen.

Bekanntlich kann man davon ausgehen, daß sich die Ankerreaktanzen umgekehrt proportional mit den äquivalenten, auch den magnetischen Widerstand des Eisens einschließenden Luftspalten δ g" bzw. δ q" ändern. Wird nun lediglich durch Verkleinerung des L'uftspaltes ohne Änderung der FeId-AW der magnetische Kraftftuß erhöht, so steigt entsprechend die Zahnsättigung durch das Hauptfeld

ίο und damit auch ,nicht unwesentlich der magnetische Widerstand der Eisenpfade des Querfeldes. Ohne Berücksichtigung der Sättigung würde bei Verkleinerung des Luftspaltes entsprechend δ q" sinken und die Querfeldreaktanz steigen. Praktisch kann man aber die erhöhte Sättigung im Ankereisen außer acht lassen, denn bei ihrer Berücksichtigung wird sich δ q" nicht wesentlich ändern. Für ein gegebenes Modell ist es also möglich, δ q" samt zugehöriger Querfeldreaktanz R_q näherungsweise konstant zu halten, zum mindesten aber schwächer als umgekehrt proportional mit der Verkleinerung des mechanischen bzw. des korrigierten Luftspaltes δ bzw.

(S' wachsen zu lassen. Zweckmäßig wird also die für Synchronmaschinen erwünschte Sättigung nicht nur in die Magnetschenkel, sondern zum mindesten auch in die aktive Eisenschicht verlegt.

Noch besser zu ersehen sind die günstigen Wirkungen der Luftspaltverkleinerung in Verbindung mit der Erhöhung der Sättigung bei einem vorhandenen Modell bezüglich der Gegenreaktanzspannung.

Es möge der Luftspalt einer Synchronmaschine so weit verkleinert werden, daß bei ungeänderter Felderregung der Kraftfluß vom bisherigen Normalwert Φ auf den Wert α · Φ steige, wobei a >■ 1 ist.

Die normale Spannung des Modells möge aus naheliegenden Zweckmäßigkeitsgründen praktisch unverändert bleiben. Die Windungszahl Z der Ankerwicklung kann demgemäß

Z vermindert, der Querschnitt q je

Leiter also auf a · q gesteigert werden. Läßt man, wie üblich, die spezifische Strombelastung des Kupferquerschnittes konstant, so steigt der zulässige Ankerstrom von / auf α · / und im gleicheil Verhältnis die dem Anker entnehmbare Leistung.

Die Streufeldreaktanz würde quadratisch mit der verminderten Windungszahl auf den

Relativwert —₂- sinken, die zugehörige Spanriung also als Produkt von Strom 'und Blindwiderstand auf den Relativwert - <i.

Da die Windungszahlen im Anker von Z auf — · Z- vermindert sind, der Ankerstrom

auf —
a

aber auf ά · / gestiegen ist, bleiben die Gegen-AW des Ankers konstant. Da sie definitionsgemäß auf den gleichen magnetischen Pfad wirken wie die FeId-AW, muß also, da der Hauptfluß auf α · Φ gewachsen ist, auch das Ankergegenfeld auf den α-fachen Wert steigen. Das bedeutet also, daß in dem vorliegenden Fall der äquivalente Luftspalt dg' nicht konstant geblieben, sondern auf

— · dg" gesunken ist, doch ist dieses Sinken infolge der gesteigerten Sättigung in den Zähnen nicht proportional der Verkleinerung des mechanischen bzw. des korrigierten Luftspaltes, sondern geringer.

Entsprechend dem Verhältnis f— J : — -Sg" muß die Gegenreaktanz auf den Relativwert — sinken. Bildet man aber das Produkt α

aus Gegenreaktanz und Strom, das ist die Gegenreaktanzspannungj so zeigt sich, daß diese konstant geblieben ist.

Zusammengefaßt ergibt sich also als Ergebnis der Luftspaltverkleinerung bei ungeänderter Felderregung, daß die Leistung gestiegen, die Streufeldspannung im gleichen, aber umgekehrten Verhältnis gesunken und die Gegenfeldspannung des Ankers konstant geblieben ist, d. h. bei gesteigerter Modellausnutzung ist, bezogen auf gleiche Klemmenspannung, die relative Spannungsänderung trotz starker Luftspaltverkleinerung zum mindesten unverändert geblieben.

In der Praxis sind natürlich auch andere Fälle denkbar: z. B. kann man danach streben, den magnetischen Widerstand des Modells konstant und die Ankerwicklung ungeändert zu lassen, d. h. die Verkleinerung des Luft- too spaltes in vollem. Umfang wettzumachen durch Steigerung der Eisensättigung. In einem solchen Falle ergibt sich wiederum eine Leistungssteigerung, die sogar von einer sehr wesentlichen Verminderung der relativen Spannungserhöhung begleitet ist. Immerhin erfordert dieser Fall eine gewisse Steigerung der Felderregung, dürfte also nicht immer durchführbar sein.

Läßt man schließlich'eine Synchronmaschine in Anker und Feld, d. h. auch die Felderregung, ungeändert und verkleinert nur den Luftspalt, so ergibt sich noch immer sowohl eine Leistungssteigerung als auch eine Verminderung der Spannungserhöhung trotz einer Verkleinerung des magnetischen Widerstandes im Luftspalt.

Claims

Patentansprüche:

i. Ein- oder mehrphasige Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet", daß für

den Luftspalt im Leerlauf etwa nur ²/₃ oder weniger der gesamten magnetomotorischen Kraft verbraucht werden.
2. Ein- oder mehrphasige Synchronmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zähnen des Sekundärteils bzw. in der aktiven Eisenschicht hohe Sättigung von etwa 20 000 Gauß und mehr, bezogen auf 50 Hertz, auftreten.