DE611288C

DE611288C - Asynchron anlaufender Synchronmotor mit ausgepraegten Polen zur Erzeugung des synchronisierenden Momentes

Info

Publication number: DE611288C
Application number: DEA67288D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-09-29
Filing date: 1932-09-30
Publication date: 1935-03-25

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 25. MÄRZ 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d² GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. September 1932 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft asynchron anlaufende Synchronmotoren. An derartige Motoren werden bekanntlich einander im wesentlichen widersprechende Anforderungen gestellt. Einerseits soll der asynchron anlaufende Synchronmotor während des synchronen Betriebes ein kräftiges synchronisierendes Moment besitzen, andererseits aber von selbst anlaufen. Besitzt der Läufer ausgeprägte Pole der bekannten Art, so· ist zwar das synchronisierende Moment sehr kräftig, der Motor aber läuft dann sehr schwer an und es besteht die Gefahr, daß der Läufer bei einer untersynchronen Geschwindigkeit hängenbleibt. Würde andererseits der Motor mit einem gleichbleibenden Luftspalt ausgeführt werden, so würde kein ausreichendes synchronisierendes Moment während des synchronen Betriebes vorhanden sein.

Man hat nun bereits zur Bildung der ausgeprägten Pole flach verlaufende Aussparungen vorgeschlagen. Bei der bekannten Anordnung wird aber der flache Verlauf der Aussparungen durch eine stufenweise "Vergrößerung des zwischen Läufer und Ständer vorhandenen Luftspaltes erzielt. Zu diesem Zweck sind bei der bekannten Anordnung in einem gewissen Bereich des Ständers die Zähne bis zur Hälfte und in einem anderen Bereich ganz fortgenoimmen. Diese Maßnähme hat den Nachteil, daß der Feldverlauf sich nicht nach einer glatten Kurve, sondern stufenweise ändert und daß dadurch die Unterdrückung der Oberwellen schwierig ist.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung sind schmale Einschnitte vorgesehen. Diese Maßnahme allein genügt aber nicht, um ein genügendes synchronisierendes Moment zu erhalten.

Die.Erfindung beseitigt alle Nachteile der bekannten Anordnungen dadurch, daß die ausgeprägten Pole durch fläch verlaufende Aussparungen des sekundären Teiles gebildet und mit tiefen, senkrecht zur Achse des größten magnetischen Widerstandes liegenden Nuten versehen sind.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform veranschaulicht, und zwar stellen die Abb. 1, 2 und 3 verschiedene Ausführungsbeispiele dar.

Mit 10 ist der Primärteil und mit 11 sind die Lamellen des Sekundärteiles des Motors bezeichnet. Der Sekundärteil besitzt Nuten 12 zur Aufnahme der Leiter stäbe der Sekundärwicklung, im gezeichneten Fall der Kurzschlußstäbe 14. Zwischen den Blechlamellen

Ii des Sekundärteiles und der Welle 15 ist, sofern die Welle 15 aus magnetisierbarem Material besteht, eine unmagnetische Buchse 16 vorgesehen. Die ausgeprägten Pole des Sekundärteiles sind gemäß der Erfindung durch die in einer sanften Kurve verlaufende Aussparung 17 gebildet. Jeder dieser Pole besitzt eine tiefe Nut 18 bzw. 21. Die Nuten. 18 und 21 sind genügend breit und tief, so

Ό daß sie den Läufer in vier im wesentlichen gleiche, gegeneinander um 180 elektrische Grade versetzte Teile spalten.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung· des Läufers wird die Bildung untersynchroner

»5 Drehmomente weitgehend hintangehalten. Das Auftreten weiterer unerwünschter Drehmomente kann durch Verwendung von- ge¹ wisse Flußharmonische unterdrückenden Primärwicklungen verhindert werden. Die flache Aussparung 17 verbessert den Anlauf des Motors wesentlich, da es durch die Art der Aussparung möglich ist, jene Harmonischen des Luftspaltflusses zu beseitigen, die ein Hängenbleiben oder Schleichen des Läufers bewirken könnten.

Die besten Ergebnisse erhält man, wenn die Kurve der Aussparung 17 gemäß folgender Gleichung hergestellt ist:

— = P₀H-P₂.CQS20,

wobei g die Größe des Luftspalts zwischen Primär- und Sekundärteil, P₀ die durchschnittliche magnetische Leitfähigkeit, P₂ die maximale Abweichung von der durchschnittlichen magnetischen Leitfähigkeit und Θ die elektrischen Grade· am Umfang des Läufers gemessen bedeuten.

Nimmt man an,- daß die magnetomotorische Kraft gleich ist

-Wt),

• cos

K-I_n,

wobei K eine Konstante, I_max den maximalen Strom und Wt die Winkelgeschwindigkeit bedeuten, dann erhält man einen Fluß

(K-I_m

cos Wt])- (P₀ + P₂. cos2 0)

oder

K-1"

COS I

) — Wt)+±K-I_max.P.₂ -Wf) + ^

cos (

Wt).

Der erste Ausdruck dieser Gleichung stellt einen ein vorwärts gerichtetes Drehmoment erzeugenden Fluß und der zweite Ausdruck eine dritte Harmonische des Flusses dar. Diese dritte Harmonische könnte nun ein Hängenbleiben des Läufers bei einer untersynchronen Drehzahl verursachen, wenn in der Flußverteilung des Primärteiles eine Harmonische vorhanden sein würde, mit der sie zusammenwirken könnte. Dies kann aber durch richtige Verteilung der Primärwicklung leicht vermieden werden; beispielsweise kann das Auftreten der w-ten Harmonischen dadurch verhindert werden, daß eine Spule der

Primärwicklung nur -

• einer Polteüung umfaßt. Auf diese Weise wird der Motor dann, ohne bei einer untersynchronen Drehzahl hängenzubleiben und ohne zu schleichen, anlaufen. Hat er die synchrone Drehzahl erreicht, so wird der Strom stark vermindert, und der Primärfluß wird in bezug auf den sekundären stationär. Die Kraftlinien haben natürlich die Neigung, möglichst einen Pfad mit geringstem magnetischem Widerstand zu benutzen und werden daher nach Möglichkeit die einen verhältnismäßig großen magnetischen Widerstand besitzende Aussparung 17 vermeiden. Auf diese Weise erhält man infolgadessen die für einen synchronen Betrieb nötigen scharf ausgeprägten Pole.

Die tiefen Nuten 18 erhöhen das synchronisierende Moment im synchronen Betrieb. Dies zeigt ein Vergleich der Abb. 1 mit der Abb. 2. Die Abb. 1 und die Abb. 2 veranschaulichen · nämlich auch die Verteilung der Kraftlinien 19 und 20 bei Leerlauf und Vollast. Bei der Abb. ι entspricht der Kraftlinienverlauf dem Weg des geringsten magnetischen Widerstandes des Läufers. Bei der Abb. 2 dagegen, bei der der Motor belastet ist und infolgedessen der Läufer hinter dem Drehfeld nacheilt, muß ein verhältnismäßig großer Teil der Kraftlinien seinen Weg um die Nuten 18 und 21 nehmen. Der magnetische Widerstand dieses Pfades ist verhältnismäßig groß, da der Querschnitt, der den Kraftlinien zwischen der unmagnetischen Buchse 16 und dem unteren Teil der Nut 21 zur Verfügung steht, gering und durch den normalen Läuferfluß bereits gesättigt ist. Die Folge des hohen magnetischen Widerstandes dieses Pfades ist die Entstehung eines den Läufer in die in der Abb. 1 veranschaulichten Stellung bewegenden Drehmomentes. Der Motor kann daher dank der tiefen Nuten verhältnismäßig hoch überlastet werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß er außer Tritt fällt. Gegebenenfalls kann zur Erhöhung

des magnetischen Widerstandes zwischen dem inneren Durchmesser des Läufers und dem unteren Teil der Nuten 18 bzw. 21 der Läufer abwechselnd aus magnetischen und unmagnetischen Lamellen aufgebaut sein.

Die Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Zahl der Nuten nicht genau ein Mehrfaches der Polzahl ist und die tiefen Nuten nicht genau um 180 elektrische Grade

ίο gegeneinander versetzt sind. Auch dann kann durch eine geeignete Wahl der Zahl der Aussparungen 17 und der tiefen Nuten 18 und 21 und durch eine geeignete Bemessung der Aussparungen und der Nuten ein guter Motorbetrieb erzielt werden.

Die Erfindung kann sowohl bei Mehrphasen- als auch bei Einphasenmotoren Anwendung finden. In den Abbildungen ist zwar ein vierpoliger Motor veranschaulicht, die Erfindung ist aber natürlich nicht auf diese Polzahl beschränkt und auch nicht darauf, daß der Sekundärteil der Läufer und der Primärteil der Ständer ist. Es könnte ebensogut der Primärteil der Läufer und der Sekundärteil der Ständer sein.

Claims

Patentansprüche:

i. Asynchron anlaufender Synchronmotor mit ausgeprägten Polen zur Erzeugung des synchronisierenden Momentes, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgeprägten Pole durch flach verlaufende Aussparungen des sekundären Teiles gebildet und mit tiefen, senkrecht zur Achse des größten magnetischen Widerstandes liegenden Nuten versehen sind.
2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die ausgeprägten Pole bildenden Aussparungen nach der Gleichung

— = P₀+ P₂

₀+ ₂

hergestellt sind, wobei g den Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärteil, P₀ die durchschnittliche magnetische Leitfähigkeit, P₂ die maximale Abweichung von der durchschnittlichen magnetischen Leitfähigkeit und Θ die elektrischen Grade, gemessen am Umfang des Sekundärteiles, bedeuten.
3. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der ausgeprägten Pole abgerundet sind, die Zahl der tiefen Nuten gleich der Zahl der ausgeprägten Pole ist und die Achsen der tiefen Nuten mit den Achsen der ausgeprägten Pole zusammenfallen.
4. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lamellen des sekundären Teiles und der aus magnetischem Material bestehenden Welle eine unmagnetische Buchse vorgesehen ist.
5. Synchronmotor nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil abwechselnd aus magnetischen und unmagnetischen Lamellen besteht. "

Hierzu ι Blatt Zeichnungen