Synchronmaschine Es gibt Fälle, wo die Verwendung von Schleifringen
und Bürsten für elektrische Maschinen aus bestimmten Gründen unerwünscht ist, z.
B. bei Maschinen für den Höhenflug in Flugzeugen oder für Räume mit angreifenden
Gasen und Dämpfen. Dabei sollen diese Maschinen genau so betrieben werden, als wenn
sie Schleifringe hätten. Es wurde bereits eine Synchronmaschine ohne Schleifringe
vorgeschlagen, bei der im Ständer der Synchronmaschine neben der Hauptwicklung eine
mit Gleichstrom erregte Hilfswicklung mit einer anderen Polteilung als die Hauptwicklung
und im Läufer außer der gleichmäßig verteilten ein- oder mehrphasigen Haupterregerwicklung
eine mehrphasige Hilfswicklung vorgesehen ist, die die gleiche Polteilung wie die
Hilfswicklung im Ständer besitzt und über Gleichrichter mit der Haupterregerwicklung
im Läufer verbunden ist. Dabei werden durch die mit Gleichstrom erregte Hilfswicklung
im Ständer in der Läuferhilfswicklung Wechselströme erzeugt, die über die Gleichrichter
in Gleichstrom umgeformt und der Haupterregerwicklung zugeführt werden. Eine derartige
Anordnung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß die Gleichrichter zwecks Vermeidung
der Schleifringe auf dem Läufer untergebracht werden müssen, was auch bei Ausbildung
der Gleichrichter als Trockengleichrichter aus räumlichen Gründen schwer durchführbar
ist, wobei außerdem die Betriebssicherheit derartiger Gleichrichter leidet.Synchronous machine There are cases where the use of slip rings
and brushing for electrical machines is undesirable for certain reasons, e.g.
B. in machines for high-altitude flight in airplanes or for rooms with attacking
Gases and vapors. These machines should be operated in exactly the same way as when
they had slip rings. It was already a synchronous machine without slip rings
proposed that in the stator of the synchronous machine in addition to the main winding a
DC-excited auxiliary winding with a different pole pitch than the main winding
and in the rotor apart from the evenly distributed single or multi-phase main excitation winding
a polyphase auxiliary winding is provided which has the same pole pitch as the
Has auxiliary winding in the stator and via rectifier with the main field winding
connected in the runner. The auxiliary winding excited by direct current
Generates alternating currents in the auxiliary rotor winding in the stator, which are transmitted via the rectifier
converted into direct current and fed to the main field winding. Such a one
However, arrangement has the major disadvantage that the rectifier for the purpose of avoidance
the slip rings must be accommodated on the runner, which also applies to training
the rectifier as a dry rectifier difficult to implement for spatial reasons
is, and the operational safety of such rectifiers also suffers.
Die Erfindung betrifft eine schleifringlose Synchronmaschine, bei
der ebenfalls sowohl im Ständer als auch im Läufer je zwei Wicklungen vorhanden
sind, deren Polzahlen sich wie i : a verhalten, wobei nur die gleichpoligen Wicklungen
miteinander gekoppelt sind und die eine Ständerwicklung mit
Gleichstrom
erregt wird. Im Gegensatz zu der geschilderten vorgeschlagenen Anordnung erregt
jedoch erfindungsgemäß die vom Gleichstromfeld des Ständers induzierte Läuferwicklung
die zweite Läuferwicklung mit Wechselstrom, und diese Läuferwicklung liefert ihrerseits
das Erregerfeld für die zweite Ständerwicklung. Es werden also Gleichrichter zwischen
den beiden Läuferwicklungen vermieden.The invention relates to a synchronous machine without slip rings
which also has two windings each in both the stator and the rotor
are whose number of poles behave like i: a, with only the homopolar windings
are coupled to each other and with a stator winding
Direct current
is excited. In contrast to the proposed arrangement outlined, excited
however, according to the invention, the rotor winding induced by the direct current field of the stator
the second rotor winding with alternating current, and this rotor winding in turn supplies
the excitation field for the second stator winding. So there are rectifiers between
the two rotor windings avoided.
Es ist noch zu erwähnen, daß die schleifringlose induktive Übertragung
von Leistung zu umlaufenden elektrischen Maschinen unter Frequenzänderung bekannt
ist, und zwar für einen von einem fremdangetriebenen Frequenzumformer gespeisten
Asynchronmotor. Es handelt sich dabei um zwei mechanisch ineinandergebaute und mit
einem Zwischenläufer arbeitende Induktionsmaschinen, an denen die auf dem Zwischenläufer
angeordnete Sekundärwicklung der einen Maschine die ebenfalls auf dem Zwischenläufer
angebrachte Primärwicklung der anderen Maschine speist. Die Erfindung unterscheidet
sich von dieser bekannten Anordnung unter anderem dadurch, daß mechanisch nur eine
Maschine vorhanden ist und dementsprechend der Zwischenläufer entfällt. Außerdem
handelt es sich um einen Synchrongenerator, bei dem das Problem der schleifringlosen
Bauart bisher die geschilderten Schwierigkeiten bot.It should also be mentioned that the slip ringless inductive transmission
known from power to rotating electrical machines under frequency change
is, namely for one fed by an externally driven frequency converter
Asynchronous motor. There are two mechanically built into one another and with
induction machines working on an intermediate runner, on which those on the intermediate runner
arranged secondary winding of one machine which is also on the intermediate rotor
attached primary winding of the other machine. The invention differs
differs from this known arrangement, inter alia, in that mechanically only one
Machine is available and accordingly the intermediate runner is omitted. aside from that
it concerns a synchronous generator, with which the problem of the slip ringless
Design previously offered the difficulties described.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand des Ausführungsbeispiels der
Zeichnung näher erläutert. I ist der Ständer einer Synchronmaschine, z. B. eines
Synchrongenerators, der an das Netz II angeschlossen ist. Ebenso wie auf dem Ständer
befinden sich auf dem zur Verdeutlichung seitlich herausgezeichneten Läufer zwei
Wicklungen. Von diesen sind die gleichstromführende Erregerwcklung 2 im Ständer
und die mit ihr magnetisch gekoppelte Drehstromwicklung 4 im Läufer für die Polpaarzahl
2 ausgeführt, während die Wicklung 3 im Ständer und die ihr entsprechende Wicklung
5 im Läufer die Polpaarzahl 4 aufweisen. Bei Erregung der Wicklung 2 mit Gleichstrom
und bei einer Drehzahl von I5oo Umdrehungen/je Minute wird in der Wicklung 4 im
Läufer eine Frequenz fa von 5o Hz erzeugt. Diese Frequenz wird der Wicklung 5 zugeführt.
Da diese Wicklung die doppelte Polzahl aufweist, läuft sie mit einer Drehungsfrequenz
fb von Ioo Hz um. Wird nun die Drehstromwicklung 5 an die Drehstromwicklung 4 im
Läufer derart angeschlossen, daß die Drehfelder der beiden Wicklungen relativ zum
Läufer im entgegengesetzten Sinne umlaufen, so induziert das von der Wicklung 5
ausgehende Drehfeld die Wicklung 3 im Ständer mit einer Frequenz f = 5o Hz, so daß
die Wicklung 3 an ein 5o periodisches Netz II angeschlossen werden kann. Es gilt
für die Frequenz f in dieser Wicklung die Gleichung
wobei pa die Polpaarzahl der Wicklungen 2 und 4 und pb die Polpaarzahl der Wicklungen
3 und 5 bedeutet.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment in the drawing. I is the stator of a synchronous machine, e.g. B. a synchronous generator which is connected to the network II. As on the stand, there are two windings on the rotor, which is drawn out on the side for clarity. Of these, the DC exciter winding 2 in the stator and the three-phase winding 4 magnetically coupled to it in the rotor are designed for the number of pole pairs, while the winding 3 in the stator and the corresponding winding 5 in the rotor have the number of pole pairs 4. When winding 2 is excited with direct current and at a speed of 150 revolutions / per minute, a frequency fa of 50 Hz is generated in winding 4 in the rotor. This frequency is fed to the winding 5. Since this winding has twice the number of poles, it rotates with a rotation frequency fb of 100 Hz. If the three-phase winding 5 is now connected to the three-phase winding 4 in the rotor in such a way that the rotating fields of the two windings rotate in opposite directions relative to the rotor, the rotating field emanating from winding 5 induces winding 3 in the stator with a frequency f = 50 Hz, so that the winding 3 can be connected to a 50 periodic network II. The equation applies to the frequency f in this winding where pa is the number of pole pairs in windings 2 and 4 and pb is the number of pole pairs in windings 3 and 5.
Für die Speisung der Erregerwicklung 2 mit Gleichstrom dient der Trockengleichrichter
6, der seinerseits von der Zweitwicklung eines Transformators 7 mit Wechselstrom
gespeist wird. Die einzelnen Phasenwicklungen der Erstwicklung dieses Transformators
7 sind in der Mitte zu einem Sternpunkt vereinigt, und der untere Teil dieser Sternpunktschaltung
ist mit den Phasenwicklungen der Wicklung 3 in Reihe geschaltet, während der obere
Teil über eine Mehrphasendrosselspule 8 an die Netzspannung angeschlossen ist. Die
Drosselspule ist derart groß bemessen, daß sie den Strom im oberen Teil der Erstwicklung
des Transformators 7 vorschreibt; ebenso wird der Strom im unteren Teil von 7 durch
den Belastungsstrom der Maschine I vorgeschrieben. Die Erregerwicklung 2 der Maschine
wird daher einerseits mit einem dem Belastungsstrom der Maschine verhältnisgleichen
und andererseits mit einem der verhältnisgleichen Erregerstrom b -schickt. Dadurch
wird unter anderem der Vorteil erzielt, daß die Synchronmaschine bei Belastungsstößen
selbsttätig einen stärkeren Erregerstrom bekommt und dementsprechend nicht außer
Tritt fallen kann. Der Kondensator 9 ist bei einer bestimmten Frequenz in Resonanz
mit der Drosselspule 8 und ermöglicht die Selbsterregung Hilfe der kleinen Remanenz.
Man sieht, daß weder die Maschine I noch die Erregereinrichtung offene Kontakte
benötigt.The dry rectifier is used to supply the excitation winding 2 with direct current
6, in turn from the secondary winding of a transformer 7 with alternating current
is fed. The individual phase windings of the first winding of this transformer
7 are combined in the middle to form a star point, and the lower part of this star point circuit
is connected in series with the phase windings of winding 3, while the upper
Part is connected to the mains voltage via a multi-phase inductor 8. the
Choke coil is dimensioned so large that it carries the current in the upper part of the primary winding
the transformer 7 prescribes; likewise the current in the lower part of 7 is through
the load current of the machine I. The excitation winding 2 of the machine
is therefore on the one hand proportional to the load current of the machine
and on the other hand with one of the exciter current b -sends with the same ratio. Through this
is achieved, among other things, the advantage that the synchronous machine in the event of load surges
automatically gets a stronger excitation current and accordingly not except
Kick can fall. The capacitor 9 is in resonance at a certain frequency
with the choke coil 8 and enables the self-excitation help of the small remanence.
It can be seen that neither the machine I nor the excitation device have open contacts
needed.