DE68917786T2 - Dynamoelektrische Gleichstrommaschine. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Gleichstrommaschine, die selbst bei schweren Betriebsbedingungen funkenfrei betrieben werden kann, insbesondere betrifft sie einen zum Betreiben eines Walzwerks, wie eines Kaltwalzwerks geeigneten Gleichstrommotor, für den Vierquadranten-Funktionen erforderlich sind, wie ein großer Drehzahlbereich, häufige Beschleunigung, Verzögerung, Drehung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, sowie wiederholte schwere Belastung um ein Walzblechs gewünschter Dicke aus dickem Walzmaterial zu erzeugen.
• Es ist wohlbekannt, daß sich der Bereich oder das Band funkenlosen Betriebs einer Zwischenpole enthaltenden dynamoelektrischen Gleichstrommaschine abhängig von der Drehzahl zur Seite mit verringerter Erregung verschiebt.
• JP-A-62-71463 (1987) offenbart eine Zwischenpole enthaltende dynamoelektrische Gleichstrommaschine, die Mittel zum Unterdrücken der Verschiebung des Bereichs funkenlosen Betriebs dahingehend enthält, daß ein magnetisches Einstellglied zwischen den jeweiligen Hauptpolen und den Zwischenpolen angeordnet ist, wahlweise über einen dazwischenliegenden Luftspalt, um das Auslecken des magnetischen Zwischenpolflusses auf solche Weise zu steuern, daß das Auslecken im Zeitraum des Betriebs mit niedriger Drehzahl begrenzt ist und während Betriebs mit hoher Drehzahl erhöht ist. Jedoch hat es sich gezeigt, daß eine solche dynamoelektrische Gleichstrommaschine die Verschiebung des Bereichs funkenlosen Betriebs und das Beibehalten funkenlosen Betriebs während Übergangsbetriebszuständen nur unzureichend verhindert, d.h. während einer plötzlichen Änderung des Laststroms während und über Lastbetrieb mit bis zu 200% des Sollaststroms, was während des Betriebs eines Kaltwalzwerks häufig auftritt.
• Eine dynamoelektrische Gleichstrommaschine mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegten Merkmalen ist in US-A- 2,482,526 offenbart.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zwischenpole enthaltende dynamoelektrische Gleichstrommaschine anzugeben, die eine Verschiebung des Bereichs funkenlosen Betriebs unterdrückt und funkenlosen Betrieb selbst bei Übergangs- und Überlastvorgängen beibehält.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zwischenpole enthaltende dynamoelektrische Gleichstrommaschine anzugeben, die eine lineare Beziehung zwischen ihrem Laststrom und dem magnetischen Zwischenpolfluß selbst unter schweren Vierquadranten-Betriebsbedingungen in solcher Weise beibehält, daß funkenloser Betrieb derselben erzielt wird.
• Diese Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst, wie sie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dargelegt ist.
• Die erfindungsgemäße, zwischen Haupt- oder Feldpolen angeordnete Zwischenpole enthaltende dynamoelektrische Gleichstrommaschine weist Magnetfluß-Umleitungsglieder auf, die jeweils zwischen einem Feldpol und einem Zwischenpol an deren ankerseitigen Enden angeordnet sind und aus einem magnetischen Material bestehen, das es erlaubt, daß ein Wirbelstrom in ihm fließt, und das seinen magnetischen Widerstand während magnetischer Flußänderungen in ihm ändert, um in Übergangsbetriebperioden eine plötzliche Änderung des magnetischen Leckflusses zu unterdrücken, der durch das Magnetfluß-Umleitungsglied fließt, wobei ferner das Magnetfluß-Umleitungsglied vom Zwischenpol gehalten wird und magnetisch über einen Luftspalt zwischen 2 mm und 15 mm mit dem Feldpol gekoppelt ist, um den magnetischen Widerstand des Magnetfluß-Umleitungsglieds insgesamt so einzustellen, daß der magnetische Leckfluß so eingestellt wird, daß das zwischen dem Feldpol und dem Zwischenpol der selben Polarität angeordnete Magnetfluß-Umleitungsteil einen Teil des vom Feldpol im Zwischenpol induzierten Magnetflusses umleitet, um den magnetischen Zwischenpolfluß zu erhöhen, um eine gewünschte elektromotorische Kommutierungskraft zu erzeugen, wenn die dynamoelektrische Gleichstrommaschine bei einem vorgegebenen Laststrom mit voller Erregung arbeitet, und das einen Teil des vom Zwischenpol im Feldpol induzierten Magnetflusses umleitet, um den magnetischen Zwischenpolfluß zu verringern, um eine gewünschte elektromotorische Kommutierungskraft zu erzeugen, wenn die dynamoelektrische Gleichstrommaschine bei einem vorgegebenen Laststrom unter verringerter Erregung betrieben wird.
• Ohne ein solches Magnetfluß- und Umleitungsteil aus magnetischem Material leckt der magnetische Zwischenpolfluß während eines plötzlichen Anstiegs des Laststroms übermäßig durch das Magnetfluß-Umleitungsglied aus, und zwar teilweise wegen einer plötzlichen Zunahme der durch eine Ankerreaktion hervorgerufenen magnetischen Gegenkraft, die unter dem Zwischenpol maximal ist, so daß kein für die gewünschte Kommutation erforderlicher magnetischer Zwischenpolfluß erzielt werden kann, und andererseits leckt während einer plötzlichen Abnahme des Laststroms der magnetische Zwischenpolfluß unzureichend durch das Magnetfluß-Umleitungsteil aus, und zwar teilweise wegen einer plötzlichen Abnahme der durch die Ankerreaktion verursachten magnetischen Gegenkraft, die unter dem Zwischenpol maximal ist, so daß der für die gewünschte Kommutation erforderliche magnetische Zwischenpolfluß überschritten wird. Anders gesagt, geht während eines Übergangsbetriebs der lineare Zusammenhang zwischen dem durch den Anker und die Zwischenpolwicklung fließenden Laststrom und dem magnetischen Zwischenpolfluß verloren.
• Darüber hinaus geht auch ohne eine solche geeignete Länge des Luftspalts im Magnetfluß-Umleitungskreis zwischen dem Feldpol und dem Zwischenpol die lineare Beziehung zwischen dem Laststrom und dem magnetischen Zwischenpolfluß während Überlaststrombetrieb ebenfalls verloren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine schematische, teilgeschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
• Fig. 2 ist eine abgewickelte Teilansicht von Fig. 1, die Magnetflüsse darin bei Betrieb mit voller Erregung zeigt.
• Fig. 3 ist dieselbe abgewickelte Teildarstellung von Fig. 2, und sie veranschaulicht die Magnetflüsse darin bei Betrieb mit verringerter Erregung.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Das eine Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen dynamoelektrischen Gleichstrommaschine, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, beinhaltet acht Hauptpole oder Feldpole 2, die an der Innenseite eines ringförmigen Jochs 1 befestigt sind.
• Zwischen den jeweiligen Feldpolen 2 sind Zwischenpole 3 vorhanden, die ebenfalls an der Innenseite des ringförmigen Jochs 1 befestigt sind. Im Innern des Stators der dynamoelektrischen Gleichstrommaschine mit den Feldpolen 2, den Zwischenpolen 3 und dem Joch 1 ist ein Anker 6 drehbar angeordnet. Jeder Feldpol 2 besteht aus einem am Joch 1 befestigten Feldpolstück 4 und einer das Feldpolstück 4 umgebenden Feldwicklung 5, und er dient zum Zuführen eines magnetischen Hauptflusses zu den Ankerwicklungen 7 des Ankers
• 6. Jeder Zwischenpol 3 besteht aus einem am Joch 1 befestigten Zwischenpolstück 8 und einer das Zwischenpolstück 8 umgebenden Zwischenpolwicklung 9 und dient dazu, einen magnetischen Zwischenpolfluß zu liefern, um während der Kommutation eine elektromotorische Kommutierungskraft zu induzieren, wenn sich der durch die Ankerwicklung 7 fließende Strom umkehrt. Aus festem Weicheisen 10 A bestehende Umleitungskerne sind jweils zwischen einem Feldpolstück 4 und einem Zwischenpolstück 8 derselben Polarität an deren dem Anker 6 benachbarten Enden angeordnet und werden vom Zwischenpolstück 8 mit einem Luftspalt von 2 mm - 15 mm zwischen der Polspitze 4 A des Feldpolstücks 4 gehalten. Ebenfalls aus festem Weicheisen gebildete Umleitungskerne 10 B sind jeweils zwischen einem Feldpolstück 4 und einem Zwischenpolstück 8 verschiedener Polarität an deren dem Anker 6 benachbarten Enden angebracht, und sie werden vom Zwischenpolstück 8 mit einem Luftspalt von 2 mm - 15 mm zwischen der Polspitze 4 A des Feldpolstücks 4 gehalten. Der Anker 6 mit der Ankerwicklung 7 sowie ein Kommutator 20 werden von einer drehbaren Welle 22 gehalten. Eine Bürstenanordnung 21 stellt gleitenden Kontakt zum Kommutator 20 her, und sie wird vom (nicht dargestellten) Stator gehalten.
• In Fig. 1 stehen "N" und "n" für einen Nordpol und "S" und "5" für einen Südpol; die Pfeile zeigen die Drehrichtung des Rotors an; die Punkte auf den Leitern zeigen dem Leser zugewandte Ströme an, während die Kreuze an den Leitern vom Leser wegzeigende Ströme anzeigen; und die Zeichen Plus und Minus an der Bürstenanordnung kennzeichnen die Polarität der Bürsten.
• Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen Magnetflüsse, wie sie von den Feldpolen 2 und den Zwischenpolen 3 in den innerhalb der dynamoelektrischen Gleichstrommaschine ausgebildeten magnetischen Kreisen bei Betrieb mit niedriger Drehzahl und voller Erregung bzw. bei Betrieb mit hoher Drehzahl und verringerter Erregung induziert werden.
• In Fig. 2 fließen, da die Feldpole 2 voll erregt sind und die durch die Feldpole 2 hervorgerufene magnetomotorische Kraft ATf höher eingestellt ist als diejenige ATIP, die durch die Zwischenpole 3 über Laststrombereichen hervorgerufen ist, die dadurch induzierten Magnetflüsse ΦMP1 und ΦMP2 jeweils durch den Feldpol 2 der Polarität "S", das Joch 1, den Feldpol 2 der Polarität "N", einen Luftspalt zwischen dem Feldpol 2 der Polarität "N" und dem Anker 6, den Anker 6, einen Luftspalt zwischen dem Anker 6 und dem Feldpol 2 der Polarität "S" und demselben Feldpol 2 der Polarität "S" bzw. durch den Feldpol 2 der Polarität "S", das Joch 1, den Feldpol 2 der Polarität "N", die Polspitze 4 A, einen Luftspalt lg1, den festen Weicheisenkern 10 A, den Zwischenpol 3 der Polarität "n", einen Luftspalt zwischen dem Zwischenpol 3 der Polarität "n" und dem Anker 6, den Anker 6, einen Luftspalt zwischen dem Anker 6 und dem Feldpol 2 der Polarität "S" und zum selben Feldpol 2 der Polarität "S" Die vom Zwischenpol 3 induzierten magnetischen Flüsse ΦIP1 und ΦIP2 fließen jeweils durch den Feldpol 2 der Polarität "S", das Joch 1, den Zwischenpol 3 der Polarität "n", den festen Weicheisenkern 10 B, einen Luftspalt lg1, die Polspitze 4 A und denselben Feldpol 2 der Polarität "S" bzw. durch den Feldpol 2 der Polarität "S", das Joch 1, den Zwischenpol 3 der Polarität "n", einen Luftspalt zwischen dem Zwischenpol 3 der Polarität "n" und dem Anker 6, den Anker 6, einen Luftspalt zwischen dem Anker 6 und dem Feldpol 2 der Polarität "S" und zum selben Feldpol 2 der Polarität "S". Da die dynamoelektrische Gleichstrommaschine voll erregt ist, sind die Feldpolstücke 4 im wesentlichen gesättigt und der magnetische Zwischenpolleckfluß ΦIP1 ist begrenzt, und ferner ergänzt der magnetische Feldpolleckfluß ΦMP2 den magnetischen Zwischenpolfluß ΦIP2 Infolgedessen wird ein kompensierender Kommutierungsmagnetfluß ΦIA als Summe von ΦIP1 und ΦMP2 erhalten, der die elektromotorische Kommutierungskraft induziert, und der dazu ausreicht, die Verschiebung des Bereichs funkenfreien Betriebs zu unterdrücken und den funkenfreien Betrieb aufrechtzuerhalten.
• Während Übergangsbetriebs der dynamoelektrischen Gleichstrommaschine dahingehend, daß eine plötzliche Erhöhung und Verringerung ihres Laststroms auftreten, ist eine plötzliche Änderung der magnetischen Leckflüsse ΦMP2 und ΦIP1 jeweils durch die festen Weicheisenkerne 10 A und 10 B unterdrückt, in denen ein Wirbelstrom fließt, um die Änderung in solcher Weise zu unterdrücken, daß der erforderliche kompensierende Kommutierungsmagnetfluß ΦIA aufrechterhalten wird.
• Anders als bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten Zustand leckt in Fig. 3, da die Feldpole 2 geringer erregt sind und die von den Feldpolen 2 verursachte magnetomotorische Kraft ATf auf weniger als den durch die Zwischenpole 3 verursachten Wert ATIP eingestellt ist, ein Teil des magnetischen Zwischenpolflusses ΦIP3 durch den festen Weicheisenkern 10 A und den Luftspalt lg1 zur Polspitze 4 A des Feldpols 2 der Polarität "N", anstatt den magnetischen Leckfluß ΦMP2 zu empfangen, wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, und ferner sind, da sich die dynamoelektrische Gleichstrommaschine unter verringerter Erregung befindet, die Feldpolstücke 4 nicht gesättigt, so daß der magnetische Zwischenpolleckfluß ΦIP1 im Vergleich zum Fall von Fig. 2 erhöht ist, so daß im Ergebnis der kompensierende Kommutierungsmagnetfluß ΦIA, wie ΦIP2, ausreichend begrenzt ist, um eine Verschiebung des Bereichs funkenfreien Betriebs zu unterdrücken und um den funkenfreien Betrieb beizubehalten, anders gesagt, um die lineare Beziehung zwischen dem Laststrom und dem magnetischen Zischenpolfluß aufrechtzuerhalten, die dazu beiträgt, die elektromotorische Kommutierungskraft zu erzeugen, d.h. den kompensierenden Kommutierungsmagnetfluß ΦIA
• Während Übergangsbetriebs der dynamoelektrischen Gleichstrommaschine, d.h. bei einer plötzlichen Zunahme und Abnahme ihres Laststroms wird eine plötzliche Änderung der magnetischen Leckflüsse ΦIP3 und ΦIP1 jeweils durch die festen Weicheisenkerne 10 A und 10 B auf solche Weise unterdrückt, daß der kompensierende Kommutierungsmagnetfluß auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.
• Beim obigen Ausführungsbeispiel kann, obwohl der feste Weicheisenkern für das Element im Magnetfluß-Umleitungsglied verwendet wird, jedes magnetische Material verwendet werden, das einen Wirbelstromfluß in ihm zuläßt.
• Ferner sind beim obigen Ausführungsbeispiel, obwohl ein Luftspalt im Magnetfluß-Umleitungskreis vorhanden ist, andere unmagnetische Elemente mit hohem magnetischen Widerstand wie rostfreier Stahl und elektrisch isolierendes Material stattdessen verwendbar.

Claims (5)

1. Dynamoelektrische Gleichstrommaschine mit

einem Stator, der ein ringförmiges Joch (1), mehrere Feldpole (2), die jeweils innenseitig am ringförmigen Joch (1) angebracht sind und ein Feldpolstück (4) umfassen, sowie eine Feldwicklung (5), welche die Feldpolstücke (4) umgibt, und mehrere Zwischenpole (3) aufweist, die jeweils zwischen den Feldpolen (2) angeordnet sind, innenseitig am ringförmigen Joch (1) angebracht sind und ein Zwischenpolstück (8) und eine Zwischenpolwicklung (9) aufweisen, welche die Zwischenpolstücke (8) umgeben;

einem Anker (6) und einem in Inneren des Stators drehbar angeordneten Kommutator (20);

einer Bürstenanordnung (21), die vom Stator gehalten ist und in Gleitkontakt mit dem Kommutator (20) steht, und

mehreren Magnetfluß-Umleitungsgliedern (10A, 10B) aus magnetischem Material, die jeweils zwischen dem Feldpolstück (4) und dem Zwischenpolstück (8) an deren ankerseitigen (6) Enden angeordnet sind und den magnetischen Fiuß umleiten;

dadurch gekennzeichnet, daß jedes Magnetfluß-Umleitungsglied (10A, 10B) aus einem den elektrischen Strom leitenden Werkstoff besteht, um einen Wirbelstromfluß zu ermöglichen, der von dem durch die mehreren Magnetfluß-Umleitungsglieder (10A, 10B) fließenden streumagnetischen Fluß erzeugt wird.

2. Dynamoelektrische Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, wobei das Magnetfluß-Umleitungsglied (10A, 10B) vom Zwischenpolstück (8) getragen wird und über einen Luftspalt mit vorgegebener Länge mit dem Feldpolstück (4) gekoppelt ist.

3. Dynamoelektrische Gleichstrommaschine nach Anspruch 2, wobei die Länge des Luftspaltes zwischen dem Magnetfluß-Umleitungsglied (10A, 10B) und den Feldpolstück (4) zwischen 2 und 15 mm beträgt.

4. Dynamoelektrische Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder der Magnetfluß-Umleitungsglieder (10A, 10B) ein massiver Weicheisenkern ist.

5. Dynamoelektrische Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zwischen dem Feldpolstück (4) und dem Zwischenpolstück (8) der gleichen Polarität angeordnete Magnetfluß-Umleitungsglied (10A, 10B) ein Teil des magnetischen Flusses, der vom Feldpol (2) während der vollen Anregung unter einem vorgegebenen Laststrom im Zwischenpol (3) induziert wird, umleitet, um einen magnetischen Fluß des Zwischenpols zu erhöhen, und ein Teil des magnetischen Flusses, der vom Zwischenpol (3) im Feldpol (2) während einer verminderten Anregung unter einem vorgegebenen Laststrom induziert wird, umleitet, um einen magnetischen Fluß des Zwischenpols zu vermindern.