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Elektrische Maschine Bei den elektrischen Maschinen für Wechselstrom
ist es üblich, .die eigentliche Maschinenwicklung für eine verhältnismäßig niedrige
Spannung zu isolieren und sie mit dem Netz, welches eine höhere Spannung aufweist,
über einen Transformator zu verbinden. Es ist für Tauchpumpenmotoren bekannt, den
Transformator als Drehfeldtransformator auszubilden und ihn derart dem Motor .anzupassen,
.daß die Leiter der Ständerwicklung .des Motors unmittelbar in die; Leiter der Transformatorenwicklung
übergehen. Der im Transformator erzeugte Fluß koppelt sie mit der Primärwicklung.
Diese Aggregate ergeben gegenüber der getrennten Ausbildung des Motors und des Transformators
keine Ersparnis an aktivem Material und auch keine Herabsetzung der Verluste.
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Die Erfindung. betrifft elektrische Maschinen, bei denen wie bei der
bekannten Anordnung Stromleiter (innere Leiter) ;sowohl mit relativ zu ihnen bewegten
Magnetfeldern äls auch mit relativ zu ihnen feststehenden Feldern verkettet sind,
welche sie mit weiteren (äußeren) Stromleitern koppeln. Die Erfindung besteht darin,
daß die Eisenwege der bewegten- und der feststehenden Magnetfelder miteinander derart
vereinigt sind, daß die Flüsse dieser Magnetfelder sich auf einem Teil ihrer Wege
ganz oder teilweise aufheben. Die Erfindung ergibt eine wesentliche Eisenersparnis
gegenüber den bekannten Anordnungen und gleichzeitig eine entsprechende Herabsetzung
der Eisenverluste.
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In den Abb. i und 2 ist ein Ausführu.iigsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Dabei stellt Abb. i perspektivisch. den erfindungsgemäßen Aufbau des Ständers einer
Wechselstrommaschine dar, während Abb. 2 den Verlauf der magnetischen Flüsse zeigt.
Es bedeuten dabei i das Magnetjoch, 2 die als innerer Leiter dienende, vorzugsweise
in sich kurzgeschlossene Spule für niedrige Spannungen und 3 die .als äußerer Leiter
dienende, für hohe Spannungen isolierte Spule. Die Spulen sind über den feststehenden
äußeren Magnetkreis
4. miteinander ,gekoppelt. Durch den Magnetkreis
4. tritt der gestrichelt dargestellte Fluß ä hindurch. Ferner ist 5 der Pol Beines
gleichstromerregten Läufers, der das bewegte 'Magnetfeld erzeugt. Der vom bewegten
Magnetfeld induzierte Fluß isst durch gestrichelte Pfeile 6 dargestellt. Der Fluß
6 verläuft vom Pol 5 über den Luftspalt durch die Zähme- 7 und das Joch i, während
der Fluß ä seinen Weg durch die Rückschlüsse 9, das, Joch i und durch die Zähne
7 nimmt. Erfindungsgemäß überlagern sich also beide Flüsse in den Zähnen und im
Joch, wobei sie sich vorzugsweise kreuzen. Bei dieser Art der Überlagerung müssen
die Zähne parallel zur Maschinenachse lamelliert werden. Sie können, wie dargestellt,
konstruktiv mit - den Rückschlüssen 9 zws.ammengefaßt werden. In Abb. i sind zur
besseren übersichtlichkeit die Rückschlüsse 9 mit den damit verbundenen Zähnen zum
Teil fortgelassen. Ebenso ist die vordere Hochspannungsspule 3 nicht dargestellt.
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Gegenüber den direkt am Netz liegenden Maschinen besteht der Vorteil
der Erfindung vor allem in der Anwendbarkeit beliebiger Spannungen als Arbeitsspannung,
insbesondere in der Beherrschung beliebig hoher Spannungen. Die Erfindung macht
es, bei nur geringem zusätzlichem Eisenbedarf möglich, die Innenleiter für die für
dien vorliegenden Aufbau am besten geeignete Spannung .auszulegen, da es ja nur
auf ihre Durchflutuüg ankommt. Die Außenleiter lassen sich im Gegensatz zu den kompliziert
geformten und aufgebauten bekannten Maschinenspulen sehr einfach ausbilden, .so
daß an ihnen die von Transformatoren und von Kabeln her bekannten Isolationsanordnungen
volle Anwendung finden können.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfaßt alle Gebiete des Elektromaschinenbaues,
sofern dort Wechselspannungen in Wicklungen auftreten. Bei Wechselstromerzeugern
ergibt die Erfindung die Möglichkeit, beliebig hohe _Spannungen im Generator selbst
zu erzeugen. Die Vermeidung besonderer Transformatoren ergibt eine wesentliche Verbilligung
der Anlagen. Infolge hoher mechanischer Festigkeit der massiven Innenleiter ergibt
sich eine wesentlich größere Kurzschlußfestigkeit der Generatoren. Bei Motoren findet
die Erfindung vor allem bei Großmotoren Anwendung, da diese ohne besondere Transformatoren
vom Hochspannungsnetz gespeist werden können. Dies gilt z. B. für Walzwerkmotoren,
vor allem jedoch für Bahnmotoren, da hier die durch Alen Wegfall von Transformatoren
erreichte Gewichtsersparnis ausschlaggebend ist. Aber auch bei kleinen und mittleren,
Motoren ergibt die Erfindung wesentliche Vorteile, da Motoren für verschiedene Spannungen
sich lediglich durch Ausbildung oder Schaltung der leicht zugänglichen und auswechselbaren
äußeren Spulen unterscheiden. Die Anker können mit gespritzten Wicklungen versehen
werden. Die Außenleiter können zu Ringspulen zusammengefaßt werden, die um die Maschinenhohrung
herum angeordnet sind und nacheinander die äußeren Magnetkreise der einzelnen Innenspulen
durchsetzen. Dadurch wird eine Reihenschaltung der von den einzelnen Innenspulen
induzierten Spannungen erreicht. Derartige Ringspulen sind also insbesondere für
Beherrschung hoher Spannungen geeignet. Es ist andererseits auch möglich, an den
einzelmen äußeren Magnetkreisen Teilspulen anzuordnen, die wahlweise in Reihe oder
parallel geschaltet werden können. E:ne zweckmäßige Ausbildung wird erhalten, wenn
die Innenleiter, die aus, in Nuten liegenden Teilen und Stirnverbindungen bestehen,
an ihren Stirnseiten mit den -äußeren Magnetkreisen verkettet .sind.
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Besonders bei Generatoren spielt die Erzielung einer möglichst sinusförmigen
Spannungskurve eine große Rolle. Dies wird bei bekannten Maschinen vor allem durch
Anpvendung verteilter Wicklungen sowie durch Abweichung der Spulenteilung von der
Polteilung erreicht. Die Erfindung ermöglicht als zusätzliche Maßnahme Birne Verkettung
mehrerer Magnetkreise, in denen zeitlich etwas verschobene. Flüsse induziert werden,
mit einem Außenleiter. Bei mehrphasigen Maschinen ist es ferner auch möglich, die
ä uCkren Magnetkreise von Stromleitern verschiedener Phasen durchsetzen zu lassen.
Hierbei lassen sich Vorteile erreichen, z. B. Ausgleich unsymmetrischer Belastungen,
dic bei Transformatoren durch Anwendung verschiedener Schaltungen erzielt werden.
Es ist auch möglich, die Verbindung der Innenspulen einzelner Phasengalvanischvorzunehmen.
Dann fliehen in, den Stirnverbindungen nur die Summen-bzw. Differenzströme.
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Es wird oft zweckmäßig sein, die Innenleiter als blanke Stäbe auszubilden.
Durch den: Fortfall der Leiterisolation ergibt sich eine wesentlich bessere Ausnutzung
des Nutenraumes, bessere Kühlung und höhere zulässige Betriebstemperatur. Werden
derartige Leiter verwendet, so ergibt sich eine besonders einfache und hochwertige
Anordnung dadurch, daß die Stäbe in: den Nuten durch einen oder mehrere Stirnringe,
z. B. nach Art der Kurzschlußringe von Asynchronmotoren, verbunden werden.
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Die innere Wicklung kann auch als eine in sich geschlossene Wellenwicklung
ausgebildet sein. Dann wird in. dieser Wicklung auch bei mehrpoligen Maschinen ein
einziger Strom
induziert. In diesem Fall ist es möglich, den Läufer
in Achsrichtung magnetisch leitfähig auszubilden und.als magnetischen Rücks.chluß
zu verwenden. Des ist besonders zweckmäßig, wenn die Erfindung auf den Läufer angewendet
wird. Wird nämlich der Läufer als Anker ausgebildet, so -ist es möglich., ihm Strom
transformatorisch zuzuführen oder abzunehmen. Die Außenleiter sowie Teile des äußeren
magnetischen Kreises könnten dabei feststehend angeordnet werden. Die Stromübertragung
auf den Läufer erfolgt darin unter Vermeidung von Schleifringen und unter gleichzeitiger
gewünschter Übersetzung transformatorisch.
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Abb.3 zeigt eine derartige Wechs;elstrommaschine. Zur besseren Übersichtlichkeit
ist eine zweipolige Maschine dargestellt. Der Läuferkörper 2q. weist Zähne 25 auf,
zwischen denen die einphasige Wellenwicklung eingebettet ist, die durch eine Spule
2o dargestellt ist. Die im Bild linke Stirnverbindung liegt hinter, die rechte vor
den zylindrischen Läuferteilen 26. Der Läufer rotiert zwischen den Polen 27 und
28, die ein im Raumstillstehendes Feld erzeugen. Ueses Feld -induziert in der Wicklung
2o einen Strom, der seinerseits einen im Raum bewegten Fluß 2 i in Achsrichtung
erzeugt. Beide Flüssie überlagern sich erfindungsgemäß- im Läuferkörper 24 und in
den Zähnen a5. Der bewegte Fluß 21 tritt durch die Läuferteile in die feststehenden
Schlußstücke 22, wobei er sich mit den gleichfalls feststehenden Hochspannungsspulen
23 verkettet. Sein Verlauf im Läufer hängt von den Abmessungen und Leitfähigkeiten
des Läuferkörpers in axialer und radialer Richtung ab. Der dargestellte Verlauf
entspricht hohen axialen Leitfähigkeiten und dem Betrieb als Motor, bei welchem
die Magnetisierungsströme in den feststehenden Hochspannungsspulen 23 fließen. Da
die Magnetwege dieses Kreises sehr kurz sind, ergeben sich trotz des Vorhandenseins
.der Luftspalte niedrige Magnetisierungsströme.
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Es ist möglich, die inneren Läuferspulen mit weiteren Spulen in Reihe
zu schalten, welche .axial angeordnet -sind, d. h. bei jRotation ihre Lage nicht
ändern. Diese Spulen werden zusammen mi.,t den gleichachsig angeordnot.en, jedoch
feststehenden äußeren Spulen und den äußeren -Magnatkre@sen, die teilweise feststehend
und teilweise rotierend sind, zu ein- oder mehrphasigen Transformatoren zusammengebaut.
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Ein Anwendungsgebiet für Maschinen mit derartigen Läufern sind Doppielfeldmotoren,
bei denen durch transformatorische Kopplung der Ständer- und der Läuferwicklungen
und durch Wegfall der Schleifringe _ besondere Vorteile erreicht werden. Ferner
ist der Fortfall der Schleifringe günstig bei Motoren, die fünkenfrei arbeiten müssen,
z. B. in von Schlagwettern gefährdeten Räumen. Di:e Änderung der Luftspalte in den
äußeren Magnetkreisen, die leicht durch Verschieben einzelner Teile erreicht wird,
kann zur Drehzahlregelung benutzt werden.