DE646081C

DE646081C - Equipment for electrical machines to avoid harmful shaft voltages (bearing currents)

Info

Publication number: DE646081C
Application number: DEA77216D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Robert Pohl
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1935-10-02
Filing date: 1935-10-02
Publication date: 1937-06-10

Description

Die Entstehung von Wellenspannungen beziehungsweise von Lagerströmen bei elektrischen Maschinen ist auf verschiedene Ursachen zurückzuführen. So können Teilfugen im Blechkranz mehrteiliger Maschinen dazu Anlaß geben, daß sich ein wechselnder, die Welle umschlingender Fluß ausbildet, welcher « in der Welle Spannungen induziert. Aber auch bei ungeteilten Blechkörpern treten solche Wellenspannungen auf. Es hat sich gezeigt, daß die durch die Stoß stellen der Blechsegmente gebildeten Verengungsstellen im gesamten Eisenquerschnitt eine ähnliche Wirkung wie jene Teilfugen bei geteilten Blechkränzen auslösen. Um in solchen Fällen die Vorgänge zu beurteilen, ist es üblich, sich den Fluß in einen die Welle rechtsläufig und einen sie linksläufig umschlingenden Teil zerlegt zu denken. Die Abb. 1 zeigt zur Erläuterung dieser Vorstellung einen Ständerblechkörper, bei dem jedes Blech aus drei Segmenten a, b, c besteht, zwischen denen die Stoßstellen 1, 2 und 3 liegen. Da nun die Stoßstellen i', 2' und 3' des in der Achsenrichtung folgenden Bleches gegen die des vorhergehenden über den Blechkörper gleichmäßig versetzt sind, so besitzt der Blechkörperkranz über den ganzen Umfang insgesamt sechs Verengungsstellen.The development of shaft voltages or bearing currents in electrical machines can be traced back to various causes. For example, butt joints in the sheet metal ring of multi-part machines can give rise to an alternating flow that wraps around the shaft and induces stresses in the shaft. But such shaft stresses also occur with undivided sheet metal bodies. It has been shown that the narrowing points formed by the buttocks of the sheet metal segments in the entire iron cross-section trigger a similar effect as those parting joints in divided sheet metal rings. In order to assess the processes in such cases, it is customary to think of the flow as being divided into a part that wraps around the wave to the right and a part that wraps around it to the left. To explain this idea, Fig. 1 shows a sheet metal stator body in which each sheet consists of three segments a, b, c , between which the joints 1, 2 and 3 are located. Since the joints i ', 2' and 3 'of the sheet following in the axial direction are now evenly offset from those of the preceding sheet over the sheet metal body, the sheet metal body rim has a total of six narrowing points over the entire circumference.

Der die Welle umschlingende Fluß ist nun bei diesem Beispiel das zwölfpolige Oberfeld des zweipoligen Grundfeldes. Es besteht aus dem linksläufigen Teil F₁ und dem rechtsläufigen Teil F_r. In this example, the flux that wraps around the wave is the twelve-pole upper field of the two-pole basic field. It consists of the left-hand part F ₁ and the right-hand part F _r .

Die Pole sind mit I bis XII bezeichnet. Besitzt bei der Drehung des zylindrischen zweipoligen Läufers der eine Teil des Oberfeldes seine volle Stärke, so ist der andere durch die Stoß stellen geschwächt, während nach einer weiteren Drehung des Läufers um einen halben Abstand zwischen den Verengungsstellen, d. h. um eine Polteilung des zwölfpoligen Oberfeldes, der erstere geschwächt und der zweite seinen vollen Wert erhält. So wiederholt sich der Vorgang nach jedem Fortschreiten des Läufers um jenen halben Abstand zwischen den Verengungsstellen. Der jeweils starke Teil des Flusses ist durch eine starke, der geschwächte Teil durch eine schwache Wellenlinie angedeutet. Sowohl das Ansteigen des linksläufigen wie das gleichzeitige Abfallen des rechtsläufigen Feldes induzieren die Welle in der gleichen Richtung, so daß eine Wellenspannung, und zwar von der sechsten Harmonischen, entsteht. The poles are labeled I to XII. Possesses the rotation of the cylindrical bipolar runner one part of the upper field is at its full strength, so is the other weakened by the impact, while after a further rotation of the rotor half a distance between the constrictions, d. H. a pole pitch of the twelve-pole upper field, the former weakened and the second its full value receives. So the process repeats itself after each step of the runner around that one half the distance between the constrictions. The strongest part of the river is indicated by a strong wavy line, the weakened part by a weak wavy line. Both the increase in the counterclockwise direction and the simultaneous decrease in the clockwise direction Field induce the wave in the same direction, so that a wave voltage, and although from the sixth harmonic, arises.

Die im vorstehenden dargelegte Erkenntnis der Entstehung solcher Oberfelder und ihrerThe knowledge presented above of the emergence of such upper fields and their

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin.Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin.

Einwirkung auf die Wellenspannung ist in der Literatur bekannt. Um nun die Schließung des Stromkreises für die in den Lagern sich schädlich auswirkenden Wellenströme verhindern, hat man die Lager wenigstens an einem Wellenende isoliert. Es können aber Fälle gegeben sein, bei denen eine solche Lagerisolierung nicht möglich oder praktisch mit großen Schwierigkeiten ausführbar ist ίο Deshalb liegt das Bedürfnis vor, die von den Oberfeldern induzierten Wellenspannungen unwirksam zu machen, so daß selbst bei geschlossenem Wellenkreis Lagerströme nicht oder nicht in schädlicher Stärke fließen kön-•5 nen. Dieses wird nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die durch die Stoßstellen bedingten Verengungsstellen im gesamten Eisenquerschnitt derart verteilt sind, daß sich die von den rechtsläufigen und linksläufigen Oberfeldern in der Welle induzierten Wechselspannungen völlig oder annähernd aufheben.Effect on the shaft voltage is known in the literature. To now the closure of the electrical circuit for the shaft currents which have a damaging effect in the bearings, one has the bearings at least isolated on one shaft end. However, there may be cases in which such Bearing isolation is not possible or practically feasible with great difficulty ίο This is why there is a need for the wave voltages induced by the upper fields To make ineffective, so that bearing currents not even with a closed shaft circle or cannot flow at a harmful level - • 5 nen. This is now achieved according to the invention in that the joints conditional constrictions in the entire iron cross-section are distributed in such a way that those induced by the clockwise and counterclockwise upper fields in the wave Eliminate alternating voltages completely or approximately.

Dieser Gedanke läßt sich praktisch bei dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Weise verwirklichen, daß die Verengungsstellen des gesamten Eisenquerschnittes in der einen Längshälfte des Blechkörpers gegen diejenigen in der anderen Längshälfte tangential so weit verschoben sind, daß sich die von den Oberfeldern der beiden Längshälften in der Welle induzierten Wechsel spannungen aufheben. Das Avird, wenn die Verengungsstellen 1, 1', 2, 2'. 3 und 3' gleichen Abstand besitzen, dann der Fall sein, wenn die Stoßstellen der Blechsegmente in der einen Längshälfte des Blechkörpers um die Hälfte des Abstandes i der Verengungsstellen tangential gegen die in der anderen Längshälfte versetzt sind.This idea can be practically applied to the exemplary embodiment shown in FIG in such a way that the constrictions of the entire iron cross-section in one longitudinal half of the sheet metal body moved tangentially so far against those in the other longitudinal half are that the induced by the upper fields of the two longitudinal halves in the wave Cancel alternating voltages. The Avird if the constrictions are 1, 1 ', 2, 2'. 3 and 3 'have the same distance, be the case when the joints of the sheet metal segments in one longitudinal half of the sheet metal body by half the distance i between the constrictions tangentially to that in the other longitudinal half are offset.

In Abb. 2 sind je zwei axial aufeinanderfolgende Bleche der vorderen und der hinteren Längshälfte des wirksamen Ständereisens von der Länge L dargestellt. Man erkennt die tangentiale Verschiebung der gesamten hinteren Längshälfte des BlechkörpersIn Fig. 2, two axially successive sheets of the front and rear longitudinal halves of the effective stator iron of length L are shown. You can see the tangential displacement of the entire rear longitudinal half of the sheet metal body

gegen die vordere um den Bogen —. Wirdagainst the front around the arch -. Will

nun in einem gegebenen Moment in der vorderen Längshälfte der rechtsläufige Fluß F_r durch die Teilfugen geschwächt, wie dieses die dünne Wellenlinie andeutet, so ist gleichzeitig in der zweiten Längshälfte der rechtsläufige Fluß in voller Stärke vorhanden, was die starke Wellenlinie zum Ausdruck bringt.Now at a given moment in the front longitudinal half of the right-hand flow F _r weakened by the buttocks, as indicated by the thin wavy line, at the same time the right-hand flow is present in full strength in the second longitudinal half, which expresses the strong wavy line.

Auf diese Weise entstehen in der einen Längshälfte der Welle Wechselspannungen, welche sich in jeder Läuferstellung gegen die der anderen aufheben.In this way, alternating voltages arise in one longitudinal half of the shaft, which in every runner position cancel out against those of the others.

Wenn jedes der Einzelbleche einen doppelten Eingriff in die Tragstege des Ständergehäuses erhalten soll, wird man im allgemeinen auch die Lage der Haltestege am inneren Umfang des Gehäuses in seiner einen Längshälfte gegen die in der anderen Längshälfte tangential versetzen müssen. Es ist ,aber nicht erforderlich, daß die tangentiale ^Verschiebung der Stoßstellen zwischen den Blechsegmenten sprungweise an der Halbierungsstelle der Ständerlänge vorgenommen wird. Sie kann auch kontinuierlich über die ganze Ständerlänge erfolgen. In solchem Fall werden die Haltestege der Blechsegmente im Ständergehäuse schraubenförmig gestaltet, wobei die Ganghöhe der Schraubenlinie für die gesamte gegenseitige Versetzung der Stoßstellen in beiden Längshälften zur Erzielung des Ausgleichs der Wellenspannungen maßgebend ist.When each of the individual sheets has a double engagement in the support webs of the stator housing is to get, you will generally also the position of the retaining webs on the inner circumference of the housing in its one Longitudinal half must offset tangentially in the other longitudinal half. It is , but not necessary that the tangential ^ displacement of the joints between the Sheet metal segments made leaps and bounds at the bisection of the stand length will. It can also be carried out continuously over the entire length of the stand. In such a case, the retaining webs are the Sheet metal segments in the stator housing designed helically, the pitch of the Helical line for the entire mutual displacement of the joints in both longitudinal halves is decisive for achieving the equalization of the shaft tensions.

Während Abb. 2 das Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem die Kompensation der Wellenspannungen zwischen den beiden Längshälften des Blechkörpers stattfindet, zeigt Abb. 3 eine andere Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens. Hier erfolgt ein Ausgleich zwischen den von den beiden Halbbögen des Blechkörpers induzierten Wellenspannungen. Die Lage der Stoßstellen am Umfang in der linken Bogenhälfte entspricht derjenigen des vordersten Blechpaares in Abb. 2, während sie in der go rechten Bogenhälfte mit derjenigen des Blechpaares der hinteren Längshälfte nach Abb. 2 übereinstimmt. Es sind hier also die Verengungsstellen in beiden Halbbögen des Ständers gegen die senkrechte Mittelebene um den halben Abstand t verschoben. Der rechtsläufige Fluß F_r ist in der linken Bogenhälfte durch die Verengungsstellen geschwächt, im gleichen Augenblick aber in der rechten Bogenhälfte in voller Stärke vorhanden. Daraus ergibt sich, daß sich die von den Verengungsstellen in den beiden Halbbögen des Ständers induzierten Wellenspannungen weitgehend gegeneinander aufheben. Die Unsymmetrie in der Lage der Stoßstellen bei beiden Halbbögen bedingt hier eine verschiedene tangentiale Längenbemessung der über den Umfang verteilten Blechsegmente oder die Einfügung schmalererWhile Fig. 2 illustrates the embodiment in which the compensation of the shaft tensions takes place between the two longitudinal halves of the sheet metal body, Fig. 3 shows another possible embodiment of the inventive concept. Here there is a balance between the shaft stresses induced by the two half-arcs of the sheet metal body. The position of the joints on the circumference in the left half of the arch corresponds to that of the foremost pair of sheets in Fig. 2, while in the right half of the sheet it corresponds to that of the pair of sheets of the rear longitudinal half according to Fig. 2. The constrictions in both semi-arcs of the stand are shifted here by half the distance t from the vertical center plane. The right-hand flow F _r is weakened in the left half of the arch by the narrowing points, but at the same time it is present in full strength in the right half of the arch. It follows that the shaft tensions induced by the constrictions in the two half-arcs of the stator largely cancel each other out. The asymmetry in the position of the joints in both semi-arches requires a different tangential length measurement of the sheet metal segments distributed over the circumference or the insertion of narrower ones

Einsatzsegmente von der Länge — in demInsert segments on the length - in that

einen Halbbogen, was aber keine Schwierigkeiten bietet.a semicircle, but this does not present any difficulties.

Claims

Patent claims:

i. Set up in electrical machines to avoid harmful Shaft tensions (bearing currents), which are caused by the joints of the sheet metal iao segments of the effective iron body caused upper fields are induced

the can, characterized in that through the joints of the sheet metal segments conditional constrictions in the entire iron cross-section are distributed in such a way that the clockwise and counter-clockwise upper fields completely or approximately cancel out alternating voltages induced in the shaft.

2. Device according to claim i, characterized in that the constriction points of the entire iron cross-section in one longitudinal half of the sheet metal body against those in the other longitudinal half are shifted tangentially so far that the from the upper fields of the two longitudinal halves in the wave induced alternating voltages completely or approximately cancel.

3. Device according to claim 1, characterized in that the constriction points of the sheet metal segments in one semicircle of the sheet metal body against those in the other semicircle are tangentially shifted so far that the two of the upper fields Half-arcs in the shaft induced alternating voltages completely or approximately lift.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the Joints of the sheet metal segments in one longitudinal or curved half of the sheet metal body shifted tangentially by half the distance between the constrictions against that in the other longitudinal or arch half are.

5. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the Butt put the sheet metal segments in the two longitudinal halves of the sheet metal body continuously are shifted tangentially against each other.

1 sheet of drawings