DE650894C - Einrichtung zum Vermindern der induzierten Wechselspannung an den Schleifringen asynchron anlaufender Synchronmaschinen - Google Patents

Description

Für den asynchronen Anlauf von Synchronmaschinen ist es bekannt, die Feldwicklung neben der Dämpferwicklung mit als Anlaufwicklung· zu benutzen und sie dabei über einen äußeren Widerstand zu schließen. Die Erregerwicklung besitzt eine verhältnismäßig große Masse für die Wärmespeicherung;, so daß sie die Verluste während der Anlaufzeit aufnehmen kann. Dient dagegen der Dämpferkäfig allein bei offener oder praktisch, für den Anlauf wirkungsloser Erregerwicklung als Anlaufwicklung, so ist häufig für ihn die Belastung zu hoch. Er wird in Anbetracht seiner unzulänglichen Wärmekapazität stark erhitzt, insbesondere wenn der Läufer eine sehr große Masse besitzt, deren Hochfahren eine größere Zeit in Anspruch nimmt. Soll aber die Erregerwicklung wirksam an der Erzeugung des Drehmomentes teilnehmen, genügt es nicht allein, daß sie während des asynchronen Laufes der Maschine über einen äußeren Widerstand geschlossen bleibt, sondern sie muß auch dabei mit dem Wechselfeld des Ständers möglichst eng verkettet sein.

Bei Synchronmaschinen, bei denen zum Vereinfachen der Schaltvorgänge auch beim Anlauf die Schleifringe der Feldwicklung dauernd mit der Erregerquelle verbunden bleiben, hat man einen unerwünschten Einfluß der beim asynchronen Lauf von dem Wechselfeld des Ständers in der Feldwicklung induzierten Spannung auf den äußeren Erregerkreis dadurch aufgehoben, daß man die Erregerwicklung sehr tief in die Nuten einsenkte und nur unter Freilassung eines schmalen Spaltes von dem wirksamen Eisen umschloß. Dann wird zufolge άέτ hohen Reaktanz der Feldwicklung der beim asynchronen Anlauf vom Ständerfeld in der Läuferwicklung in duzierte Wechselstrom nach dem äußeren Umfang, also in die Käfigwicklung gedrängt. Bei solchen vorbekannten Einrichtungen" ist durch diese räumliche Trennung der Feldwicklung vom Dämpferkäfig erstere nicht mehr aus- 45 · reichend mit dem Wechselfeld des Ständers verkettet, so daß sie an der Erzeugung des Drehmomentes beim Anlauf nicht teilnimmt. Wird sie aber für eine enge Verkettung nahe an den Umfang, also dicht unter die Dämpferstäbe gelegt, so kommt damit wiederum die gerade durch die tiefere Einsenkung gewollte Stromverdrängung beim Anlauf in Fortfall. Überdies lassen sich derart tiefe Nuten, insbesondere bei Maschinen hoher Drehzahl, mit verhältnismäßig kleinem Läuferdurchmesser meistens nicht anwenden. Die Zahnfüße werden dann für den Durchgang des Nutzflusses viel zu schmal. Außerdem bietet auch die-Einführung der Feldwicklung in die halb-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden.

Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin.

geschlossenen Nuten, welche wtndungsweisc durch den Spalt gezwängt werden müßte, erhebliche Schwierigkeiten.

Liegt jedoch die Feldwicklung normalerweise wegen-der damit verbundenen $|

in offenen, keil verschlossenen Nuten und
zufolge dicht unter den - als Dämpferst
dienenden Keilen, dann sind die günstigsten Verhältnisse für die Mitverweiidung der FeIdwicklung als Anlauf wicklung gegeben,, sofern die Schleifringe mit einem äußeren Widerstandskreis verbunden bleiben. An den Schleifringen können aber beim Anlauf Wechselspannungen auftreten, für welche die Isolation nicht ausreicht, besonders wenn sie einer erhöhten Prüfspannung ausgesetzt wird. Man hat sich bemüht, derartige Spannungen durch entsprechende Widerstandsbetnessung desäußeren geschlossenen Kreisies in zuträglichen Grenzen zu halten. Zwar lassen sich, auf diese Weise die induzierten Wechselspannungen an den Schleifringen vermindern, jedoch nicht in ausreichendem Maße.

Nimmt man beispielsweise an, daß in den Erregerspulen mit Beginn, des Anlaufs eine EMK von 2200 Volt induziert wird, so ergäbe sich, wenn der Widerstand des äußeren Kreises siebenfach größer gewählt würde als derjenige des inneren, an den Schleifringen eine Spannung von -?- · 2200 Volt, also annähernd

von 2000 Volt. Die Prüfspannung muß z. B. nach. den Regeln für die Bewertung und Prüfung von elektrischen Maschinen (REM) 2 U -j- 1000, demnach im vorliegenden Fall 5000 Volt betragen, was für normale Isolationen umlaufender Feldmagnete zu hoch, ist. Auch wenn man den Widerstand des äußeren Kreises auf den zur Erzeugung eines hinreichenden Anlaufmomentes kleinstmöglichen Betrag, beispielsweise etwa den dreifachen des Spulenwiderstandes,· vermindert, wird dadurch die induzierte Schleifringspannung noch nicht ausreichend'kleiner, sondern

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nur auf den Wert -^- · 2200 Volt, also auf

1650 Volt und die Prüf spannung auf 4300 Volt herabgesetzt. Auf diese Weise gelingt es somit nicht, während des Aalaufvorganges die induzierte Schleifringspannung genügend zu begrenzen.

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe bei in Nuten dicht unter den als¹ Stäbe des Dämpferkäfigs dienenden Nutenverschlußkeilen liegenden Feldwicklungen durch weit wirksamere Mittel als durch Widerstände des äußeren Kreises gelöst. Durch hochkantige Anordnung der Flachleiter jener Feldwicklung in der Nut oder durch Parallelschaltung in verschiedenen Tiefen der Nut angeordneter Gruppen flachseitig übereinanderliegender hintereinandergeschalteter Leiter erhöht die dadurch beim Anlaufvorgang in Erscheinung tretende starke Stromverdrängung innerhalb der Feldwicklung selbst deren effektiven inne- ■'■ten Widerstand so weit, daß die an den I^Schleifringen auftretende Wechselspannung '•'auf den für die Isolationsbeanspruchung zulässigen Wert begrenzt bleibt.

Es ist bekannt, Dämpferwicklungen mit innerer Stromverdrängung zu verwenden, um einen höheren Widerstand zur Erzeugung des Drehmomentes zu erhalten als nach der Synchronisierung. Eine Herabsetzung der Schleifringwechselspannung während des Anlaufes wird damit nicht erreicht. Dort bestand außerdem, wie dies bei der Feldwicklung der Fall ist, keine Möglichkeit, den Widerstand in einem äußeren Kreise zu erhöhen.

Andere bekannte Anordnungen, bei denen zwei Käfigwicklungen benutzt wurden, zwi- '■ sehen denen durch ihre verschiedene Reaktanz beim Anlauf eine Strom veränderung stattfindet, dienten ebensowenig dem nach der . Erfindung beabsichtigten Zweck.

In Abb. ι ist die normale Ausführung der Feldwicklung c einer Synchronmaschine bekannter Bauart mit Zähnen α dargestellt, welche in den massiven Kernkörper *£ eingesetzt sind. Die Befestigung der Wicklung erfolgt hier wie üblich durch Haltekeile b, die an ihren Enden zu einem Dämpferkreis· verbunden werden, der zugleich zusammen mit der Feldwicklung, für den asynchronen Anlauf der Synchronmaschine vom Netz aus dient. Die Abb. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungen der Feldwicklung, bei denen erfin·· dungsgemäß die hohe Stromverdrängung durch die Leiter selbst zustande kommt, indem diese in der Nut hochkant angeordnet sind.

Nimmt man . beispielsweise an, daß nach Abb. I vierzehn Flachleiter mit den Profilabmessungen 2,s X40 mm" flachseitig übereinander, bei gleichem Gesamtquerschnitt aber nach Abb. 2 sieben Leiter vom Profil 105 S X 20 mm nebeneinander und in zwei Gruppen^ und C₃ hochkant übereinanderliegen, so beträgt im letzten Fall der Stromverdrängungsfaktor angenähert 2^5. Bei vierfachem Gesamtwiderstand des Feldkreises brauchte 1.10 demnach nur noch ein 1,5 fächer Widerstand vorgeschaltet zu werden. Dann ist bei der angenommenen in den Erregerspulen induzierten EMK von 2200 Volt die Schleifringspannung ^ · 2200== 825 Volt und die Prüfspannung 2650 Volt. Hieraus folgt also bereits der Nutzen der Erfindung, der in einer beträchtlichen Herabnainderung der Spannung besteht. Würde man sämtliche Leiter von der ganzen Höhe der Nut nebeneinander anordnen, wie 'Abb. 3 veranschaulicht, und vier- '"

zehn hochkant gestellte Leiter vom Profil 40 χ 2,5 nebeneinanderlegen, so kann man einen JStromverdrängungsfaktor von etwa 4 erreichen. Dann wäre ein äußerer Widerstand überhaupt nicht mehr erforderlich, die Schleifringe könnten somit direkt oder über die Erregerquelle kurzgeschlossen werden.

Nun mag es aber bei Läufern hoher Drehzahl nicht erwünscht sein, die unter hoher Pressung stehenden Flachleiter hochkant zu stellen, da entlang der Wicklung verlaufende Kühlkanäle ein seitliche!) Ausbauchen der Flachleiter zulassen würden, so daß auf diese Weise eine Lockerung der Keilverspannung" eintritt. Will man diesen Bedenken Rechnung tragen, so ist es besser, wie Abb. 4 erkennen läßt, die Leiter flachseitig übereinanderliegend zu belassen und die Stromverdrängung dadurch zur Geltung zu bringen, daß die Spulen der Feldwicklung in Windungsgruppen g_t und ο·₂ unterteilt werden, welche in der Nut verschiedene Höhenlagen einnehmen und zu den Schleifringen S₁, S₂ parallel geschaltet sind. Bei Beginn des Anlauf es, also hoher Frequenz des Läuferstromes, wird letzterer durch die höhere Induktivität der am Nutengrund liegenden Windungsgruppe in die obere Gruppe gedrängt, so daß der innere Widerstand der gesamten Feldspulen erheblich größer ist als beim Übergang in den Synchronismus.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum Vermindern der induzierten Wechselspannung an den Schleifringen asynchron anlaufender Synchronmaschinen, deren in Nuten angeordnete Feldwicklung des Läufers dicht unter den als Stäbe des Dämpferkäfigs dienenden N utenverschlußkeilen, liegt und während des Anlassens über einen Widerstand geschlossen ist, um an der Erzeugung des ^! Drehmomentes teilzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß durch hochkantige Anordnung der Flachleiter dieser Feldwicklung in der Nut oder durch Parallelschaltung in verschiedenen Tiefen der Nut angeordneter Gruppen flachseitig 'übereinanderliegender hintereinandergeschalteter Leiter während des Anlaufvorganges eine starke Strom Verdrängung innerhalb der Feldwicklung selbst deren effektiven inneren Widerstand so weit erhöht, daß die an. den Schleifringen auftretende Wechselspannung auf den für die Isolationsbeanspruchung zulässigen Wert begrenzt bleibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei hochkantiger Anordnung der Flachleiter für die Feldwicklung in der Nut diese Flachleiter in zwei oder mehreren Schichten hochkantig übereinanderliegen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen