DE953447C - Maschinenumformer zur Umformung von im Frequenzverhaeltnis 1:3 (z. B. 50 und 16 2/3 Hertz) stehenden Wechselstroemen in einer Maschine - Google Patents

Description

• Maschinenumformer zur Umformung von im Frequenzverhältnis 1 : 3 (z. B. 50 und 162/3 Hertz) stehenden Wechselströmen in einer Maschine Für die Speisung von I62/3periodigen Bahnstromnetzen aus dem normalen 5o-Hertz-Landesnetz sind synchrone Maschinenumformer bekannt, bei denen der 5operiodige Drehstrommotor und der I62/3periodige Einphasengenerator in einer Maschine elektrisch vereinigt sind, derart, daß der Ständer der Maschine eine 6n-polige Drehstromwicklung für den Anschluß an das 5o-Hertz-Netz trägt und außerdem eine 2n-polige Einphasenwicklung. Der Erregerteil weist bei dieser bekannten Anordnung infolge Ausbildung als Walzenläufer nicht ausgeprägte Pole auf, und in den Nuten des Walzenläufers ist einerseits eine 6 n-polige Erregerwicklung für den 5operiodigen Drehstrom, andererseits eine 2n-polige Erregerwicklung für den I62/3periodigen Einphasenstrom untergebracht. Man kann dann beide Felder unabhängig voneinander regeln. Es ist auch bekannt, solche Teile dieser beiden Erregerwicklungen, die in denselben Nuten liegen und entgegengesetzte Stromrichtung haben, zusammenzufassen, wodurch zwar Material erspart wird, jedoch die Regelung der Felder der beiden Erregerwicklungen nicht mehr unabhängig voneinander ist.
• Die Erfindung betrifft einen Maschinenformer zur Umformung von im Frequenzverhältnis I : 3 (z. B. 5o und I62/3 Hertz) stehenden Wechselströmen in einer Maschine, der ebenfalls einen mit nicht ausgeprägten Polen (Walzenläufer) ausgerüsteten Gleichstromerregerteil aufweist. Gemäß der Erfindung besteht der Erregerwicklungsbelag am Umfang des Walzenläufers von den Enden der niedrigperiodigen Polteilung beginnend nach der Polmitte zu aus je einem Belag für die Erzeugung des Feldes der geringen Polzahl, an den sich je ein entgegengesetzt erregter Belag für das Feld der höheren Polzahl anschließt, worauf bis zur Mitte der Polteilung eine belagfreie Zone folgt. Bei dieser Anordnung sind also nicht zwei voneinander ganz oder teilweise unabhängige Erregerwicklungen vorgesehen, von denen die eine 6 n-polig und die zweite 2n-polig gewickelt ist. Die beiden erfindungsgemäß ausgebildeten. Erregerbeläge auf dem Walzenläufer besitzen vielmehr beide für sich eine 2n-polige Polteilung, sie erzeugen aber in ihrem gegenseitigen Zusammenwirken sowohl ein 2n-poliges als auch ein 6n-poliges Erregerfeld. Trotzdem ist eine Regelung sowohl des 2 n-poligen als auch des 6n-poligen Erregerfeldes in erheblichem Umfang und unabhängig voneinander möglich, so daß beispielsweise auf der I62/3-Perioden-Seite die Größe der abgegebenen Spannung geregelt werden kann und auf der 5operiodigen Motorseite der Leistungsfaktor des Umformers. Entsprechend der Ausbildung des Erregerteils als Walzenläufer, wie sie für Turbogeneratoren üblich sind, wird man den Umformer zweckmäßig für eine geringe Polzahl bzw. hohe Drehzahl ausführen, so daß er für I62/3 Hertz zweipolig ausgeführt ist und mit Iooo Umdrehungen je Minute umläuft.
• Im folgenden ist die Erfindung an Hand des Schemas der Fig. I und 2 der Zeichnung näher erläutert. Fig. I zeigt den abgerollten Umfang des Walzenläufers für die Polteilung r des Feldes geringerer Polzahl (I62/3 Hertz). An diesem Umfang sind ebenso wie beim Walzenläufer eines Turbogenerators Nuten I und 2 vorgesehen, in denen die Erregerwicklungen für die Felder niedriger und höherer Polzahl untergebracht sind. Die Erregerwicklungen sind entsprechend der Ausbildung des Walzenläufers mit nicht ausgeprägten Polen über den Umfang und in mehreren Nuten verteilt. Sie bedecken einzelne Zonen der Polteilung z. Von den Enden dieser Polteilung r beginnend nach der Mitte zu ist zunächst eine Erregerwicklungszone mit fünf tiefen Nuten I vorgesehen, in denen die Erregerwicklung für die Erzeugung des I62/3periodigen Feldes untergebracht ist. Daran schließt sich eine Erregerwicklungszone mit vier Nuten 2 an, in denen sich die Erregerwicklung für die Erzeugung des 5operiodigen Feldes befindet. Schließlich ist dann der mittlere Teil der gesamten Polteilung c ohne Erregerwicklungsbelag bzw. nutenfrei bzw. hat nur Nuten für die Dämpferwicklung.
• Fig. 2 zeigt ein Diagramm, dessen Abszisse wiederum die Polteilung a ist, während die Ordinaten die an den einzelnen Stellen der Polteilung i wirksamen Amperewindungen und damit auch (unter Vernachlässigung von Sättigungserscheinungen) die magnetischen Feldstärken bzw. die Induktion darstellen. Zunächst stellt der trapezförmige Linienzug 3 den Verlauf der magnetischen Induktion dar, wenn nur die Erregerwicklung I eingeschaltet ist. Man sieht, daß dadurch über der Polteilung z im wesentlichen ein Feld der Grundfrequenz (I62/3 Hertz) ausgebildet wird. Wenn man nun die in den Nuten 2 der Fig. I untergebrachte Erregerwicklung im entgegengesetzten Sinne erregt, so überlagert sich dem trapezförmigen Erregerfeld 3 der Fig. 2 ein zweites Erregerfeld, das für sich ebenfalls Trapezform besitzt und durch den Linienzug 4 veranschaulicht ist. Da es entgegengesetzte Richtung gegenüber dem Feld 3 der Grundfrequenz aufweist, so ergibt sich ein resultierendes Feld, das an der oberen Horizontale eines Trapezes eine starke Einsattelung besitzt und in Fig. 2 durch den Linienzug 3, 4, 4, 4, 3 veranschaulicht ist. Dieses Feld enthält eine starke Oberwelle dreifacher Frequenz, die das Erregerfeld für den 5operiodigen Teil des Maschinenumformers darstellt. Man sieht, daß man die Stärke der Einsattelung am oberen Teil des Trapezfeldes und damit die Stärke des 5operiodigen Erregerfeldes dadurch regeln kann, daß man die in den Nuten 2 untergebrachten Erregeramperewindungen im Strom regelt.
• Für eine gute Ausnutzung des Umformers sowohl bezüglich des 5operiodigen als auch des I62/3periodigen Teils ist es zweckmäßig, wenn die durch die Erregerwicklung für das 5operiodige Feld in der Mitte der Polteilung erzeugte magnetische Feldstärke oder Induktion BL2 etwa die Hälfte oder weniger beträgt als die Feldstärke BL1, die durch die Amperewindungen für das I62/3periodige Feld in der Mitte der Polteilung z erzeugt wird. Um dies zu erreichen, wird es im allgemeinen zweckmäßig sein, daß die Erregeramperewindungen für das 5operiodige Feld in Fig. I eine schmälere Zone der Polteilung t bedecken (also z. B. in weniger Nuten untergebracht sind) als die Erregeramperewindungen für das I62/3periodige Feld. Ferner wird man zu demselben Zweck die erstgenannten Erregeramperewindungen in seichten Nuten 2 unterbringen, während die Erregeramperewindungen für I62/3 Hertz in tieferen Nuten I untergebracht sind. Die maximale Amperewindungsdichte je Längeneinheit des Läuferumfanges ist dann für den Belag höherer Polzahl geringer als für den Belag niederer Polzahl. Unter Einhaltung dieser Bedingungen kann man einerseits eine gleiche magnetische Ausnutzung des Maschinenumformers für 5o und I62/3 Hertz erreichen, andererseits auch eine annähernd gleich hohe Strombeanspruchung für die in den Nuten i und 2 untergebrachten beiden Erregerwicklungen. Die-Breite der wicklungsfreien Zone in der Mitte einer Polteilung für 162/s Hertz beträgt zweckmäßig ein Drittel der Polteilung. Man erreicht dann, daß der resultierende Verlauf der magnetischen Induktion gemäß dem Diagramm der Fig.2 für die Erzeugung der beiden Nutzfelder besonders wirkungsvoll ist.

Claims (6)

1. PATENTANSPROCHE: r. Maschinenumformer zur Umformung von im Frequenzverhältnis i : 3 (z. B. 5o und 162/s Hertz) stehenden Wechselströmen in einer Maschine, an dem der Erregerteil nicht ausgeprägte Pole (Walzenläufer) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerwicklungsbelag des Walzenläufers von den Enden der niedrigperiodigen Polteilung beginnend nach der Polmitte zu aus je einem Belag für die Erzeugung des Feldes der geringen Polzahl besteht, an den sich je ein entgegengesetzt erregter Belag für das Feld der höheren Polzahl anschließt, worauf bis zur Mitte der Polteilung eine belagfreie Zone folgt.
2. 2. Maschinenumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die belagfreie Zone des Erregerteils annähernd ein Drittel der Polteilung für 162/s Hertz beträgt.
3. 3. Maschinenumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt erregten Amperewindungen für das Feld höherer Polzahl an der Polmitte etwa die Hälfte oder weniger als die Amperewindungen für das Feld geringerer Polzahl betragen.
4. 4. Maschinenumformer nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Belagzone für das Feld höherer Polzahl geringer ist als die Belagbreite des Feldes geringerer P61zah1.
5. 5. Maschinenumformer nach Anspruch i oder 4, dadurch gekennzeichnet; daß die maximale Amperewindungsdichbe je Längeneinheit das Läuferumfanges für den Belag höherer Polzahl geringer ist als für den Belag niederer Polzahl.
6. 6. Maschinenumformer nach Anspruch i oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregeramperewindungen für das Feld höherer .Polzahl in Nuten geringerer Tiefe untergebracht sind als die Erregeramperewindungen für das Feld niedriger Polzahl. Maschinenumformer nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Amperewindungen für das Feld niedrigerer und die Größe der Amperewindungen für das Feld höherer Polzahl zweckmäßig unabhängig voneinander regelbar sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 372 390, 380 710, 494439.