DEP0019288DA - Verfahren zur Vermeidung schädlicher Entmagnetisierung von Dauermagneten in elektrischen Maschinen im Falle eines Kurzschlusses. - Google Patents

Description

S#T»f hiltpe ¹ ^lffilaHgiestal§rl»k©n, SiJÄOT®a/l©ll·. Ämefeagngtt« M «l*kt#i#$h«& Ks^fMaMMa im fall© eis». Xttr

SfhlUSfiSS»

Bei elektrischen Maschine» wie Generatoren and. Ioterea_i die sit eisern DauerEiagneten versehen sind, der entweder im Ständer oder im Läufer enthalten let, toast m häufig vor, dass die wioklung kurageechloseen wird. Bei solchen KurasohlÜsBen tritt oft die Irsohelnusg auf, dass der Strom, Vevor er den stationären Vert annimmt, in Abhängigkeit von der induktiven Satur der Tiokluns der Maeohlne und vom KarzeohlueBeugenhliok, Ausgleiohewerte durchläuft, in der die Amplitude wesentlioh grosser 1st Ale diejenige des DauerkurSBOhluBetroaee · Gemäss der stoseförmigen Hatur wird der Strom in diesem Ausgleichezustand nachstehend mit Stosakuraaohlußstrom bezeichnet»

Dieser Stoeakuraschluflstrom tritt hei einem Generator auf, vjenn der Kurasschluee (s.B. durch Kurseohluee in der Belastung) in oder nahe dem Augenblick stattfindet, in dem der Augenbliokswert der abgegebenen Spannung bei dem geringen Ei«·ssechlue»widerstand den Höchstwert aufweist*

Bei eine» Synehronmotor entsteht ein Kurseohluse In dem Augenblick, in dem der Motor infolge einer m hohen Belastung aus dem fritt fällt, wobei der Motor als Generator wirkt und die in seiner Wicklung erseugte E.M.K. über dae fet» kurzgeschlossen ist. Abgesehen von dem Sinfluss der Hetsepannung auf den KurBeohlngstrom kann hier in entsprechender Weiee_t wie vorstehend für einen Generator angegeben, ein Stosskursschlußstroa

SiSiftreten.. Tatsächlich Mtagt der XurzscblußBtros auch von der Efetss pannung ab und .ist a» gröesten» wenn die Attgenblickswerte Ietsepsamsg und Hotor· üfMfZf im ungünstigsten Augenblick au-

Solche Stoeskurzschlußetr Öme in Generatoren und Motoren üben infolge EntaagnetIbierung einen schädlichen Einfluse auf den Arboitepunlct des verwendeten Dauerxaagnetef^r am* Zur Erläuterung sei auf die Zeichnung Beaag genommen, die sich auf den Kurzschluss sowohl einee Seneratore als auch tinte lotore besieht, wenn im letzteren fall der Einfluss der Detsepßnnung auf den St©seäuriseoMmBstfos der Binfachheit halber vorläufig unberücksichtigt gelaeeen wird.

Mit 1 ist scheiaatiech eine Entnegneti eierunßs- oder BH-Kurve beaelohnet, welche &e Beziehung zwischen der Induktion B und der Feld st Jjirke H angibt, die auf den Aclieen 2 beasw. 3 aufgetra- · gen eind. Bie Schnittpunkte B_r und H_c der Aoheen mit der Entmannet ie ierung kurve 1 geben die Werte für die Hesfcnenz und die Koersltivtoeft an«

Der 3}eu©rasgaet _f der z.B. den Läufer der faschine bildet, wird, wie üblich» nach der Montage im Innern dee Ständer© magnetisiert. Jmgmmmn wird* daee der Arbeitspunkt dieeee Magne tjs* nach der Magnetisierung infolge des herrschenden^ magnetischen Wideretandee im iiäufer-Ständerkreie eich im' Punkt 4 einstellen wird* Durch dl©»» Punkt hindurch ist parallel zur B-Aehee * eine Achse 5 geführt. Die Achse 5 kann also gleichfalls ale B-Aohee wirksam sein, wobei die Skalenwerte auf der H-Achee mit dem Verhältnis f^S umgerechnet werden diesen.

Anstatt der Verte B und E können bekanntlich auch die er te der Spannungen bezw. der Striae auf die Achsen 5 und 3 aufgetragen werden, wobei als Anfangspunkt vom angegebenen Punkt O* ausgegangen wird. Hierbei aus« auf die Strom- oder H-Aehee diejenige Komponente der Ständer A.W. aufgetragen werden, die der Projektion des Vektors dee Ständerstromee auf die H-Riohtung

des Magnet? entspricht. Zur Erläuterung dee Grundsätzlichen wird der Einfachheit Iialber eine Keecliine ohne Ohm'sehen -Widerstand und ohne Streuung betrachtet, hei der also Im Pelle eines Ilursechlucses die Ständer AW völlig gegenphasig zu der MpMfJL/t de ε MüijnetB sind.

X>er Binkt 4 auf der Bntmagnetisierun^skurve 1 stellt z.B. eine Leerlaufsp&arung von 60 ? dar (J = 0 jpA, 3 = 60 V). Is wird angenommen, dass die Innenreaktans der Maschine 1000 Ohm beträgt j der Dauerkurζ a c hluP str om let in diesem lall gleich 60/1000 * 60 aA. Bei einem Verhältnis zwischen der Selbstinduktion 1 und dem Olua'sonen Widerstand E bei elektrischen la« schinen gleich •^{I * 0) wird, wie sich ergehen hat, das Ver-Mltnia gvrlsohen dem Stoeekur ßschlußetrom, der im ungünstigsten

Sali eintreten kann, und dem Dauerkur sschlußstroia gleich 2.

τ.

In der Praxis erreicht ■ · ■ «war nicht den Wert ^ , aber dieses Verhältnis wird z.B. 5 sein, wobei das Verhältnis zwischen dem ■

annähernd

StosskurssohluSstrosi und dem Dauerkurßschlußstroa^l,54 sein wird. Im allgemeiner, liegt das letstere Verhältnis zwischen etwa I_tI und 1,8. Der Sinfaclheit halber wurde im vorliegenden Beispiel . der Wert 2 angenommen. Diee bedeutet, dass bei dem vorstehend berechneten Dauerkuraschlußstrom von 60 aA ist ungünstigsten fall der doppelte Stosekurseolilußstrom auftritt. Bei diesem Wert von ca. 120 b4 wird der ArbeltBpunkt sich über die Sntaagnetisieruhgskurve 1 vom Punkt 4 zum Punkt 6 verschieben, d.h., dass der Arbeitspunkt dee Magnet» sich nach einem solchen Kurzschluss Im gewöhnlichen Betrieb auf dem besonders ungünstig: liegenden Ast der Viiederraagnetisierung^bewegen wird. Is 1st ohne weiteres ersichtlich, dass sich hierdurch eine sehr niedrige Ausbeute des Magne t/f ergibt.

Bs ist bereits bekannt, den Magnet nach der üblichen Magnetisierung im Magnetkreis wieder teilweise au entmagnetIeleren, s.B. durch Eurzscliluss der Wicklungen. Da in diesem Fall die i-ntzaagnetlßierung abhängig ist von der Spannung, die in Augenblick des Earsgohlußses vorhanden 1st, wird es klar sein, dass die hierdurch erzielte Sntiaagnetislerung sehr verschiedene Beträge aufweisen wird. Eine weitere Entmagnetisierung bei eine» Stosslcurssichluss ^ird durch diese Massnahme keinesfalls gewährleistet*

Μ® KMtinaung-verfolgt den Zweck, in dieser liaeicbt eine Verbesserung zu WGhBiten_i so dass ©tee höhere Auelseute des vtr-WfüBiexiöä MagnetfPdurch ©te,© Maesiiahiie möglich ist, die sur Polge hai» «iansg der Arbfeitepunirfc auf einen vorteilhafter .gelegenen Aet der Wiedermagnetisierung gelangt^ ale ohne diese Massnahme Bdglioh ware.

Semles <ler lrfinduiag· wird iieeem Zweci bei einer mit einen Daaerwags,et^#Teirs«heaeii elektrischen Mas^hiae_s bei der der Kagaet nach der übliohen Magnetielerung im Magnetkreie wieder teilweise entmagnetisiert Wiri₉ der Arheitspunkt des MagnetS*infolge der teilweisen Entmagnetisierung auf einem derart gelegenen Aste der Wledsrme^etieierung gewählt * dass das Verhältnis »ieehen des Sto sskarESefclußetyom rad dem Bamerter»©hlaB@tro»_f multipliziert mit dem Quotienten der dem Schnittpunkt des erwähnten Astes mit der jBtSÄgiMtieitFongetaw© entsprechend«». Leerlaufspannung und der Innenreaktans der Wicklung der Kaeohine_l gleich oder naheeu gleioh der dem Schnittpunkt entsprechenden StosskurzeehluSstrom- ©tifcrke ist.

Diese Sntmagüetieiejruag ist unter Zuhllfeaöw sowohl vos Slelohals auch von Wechselstromspelsung der Wicklung möglich. Bei Generatoren kaum sä diesem Zweok die Wioklasig m &im besonders gewählte Belastung angeschlossen werden, so dass der Uagnet infolge der im Generator seihst erseugten Spannung und des durch sie erseugten Stroms entmagnetisiert wird. Der Strom moss dabei allmählich von liull bis sum feetgesetfiten Wert gesteigert werden.

Bei HotOren₀ besondere Synchronmotoren, die am #ia Iete angesohloeeen sind, ist dieses Verfahren nicht so einfach durchzuführen. In diesem Pail wird die Wicklung aus einer Stromquelle alt der erforderlichen Stromstärke erregt. Hierbei ist die Erfindung von besonderer Bedeutung, da ihre Anwendung die Möglichkeit gibt, Synchronmotoren von verhältnismässig eehr geringe.» Ausmass anzufertigen, die z.B. als Antrieb in ein Trockenrasiergerät eingebaut werden können, dessen Abmessungen bei der Verwendung eines üblichen Schneidkopfes so gering sind, d&eg das

Gerät in einer itoeentasche oder sogar in einer Westentasche mitgenommen werden kann. Sogar im ungünstigsten Pail, feel einem Stoeekur jeschlue β, wird keine Entmagnetisierung des Magnet^* herbe Igef iihrt, so das β die abgegebene meohanieohe Leistung prsktieeli Btets konstant bleibt»

Die Erfindung wird an Hand der vorstehend bereits erwähnten Sigar näher erläutertι

Wie bereit® erwSb&t« fällt der Arbaitipuakt im angegebenen Beispiel bei eine«. Stosafcur»ohlt»© auf der Entaagnetieierungekurve vom PuÄt 4 auf den !Ponkt 6 herab, so das® sieh der Arbe itepunkt is Sormalbetrieb in Abhängigkeit von der Stroaetärke irgendwo auf dem Aet der Wl«d«raagnetieierung 7befindet« teas die gar IfltEf des Äg»t|*g«g«npl»ei§® Komponente der Setrieb®- atroastarke z.B. 20 ba beträgt, stellt sieh der Arbeitepunkt also auf den Iuakt 8 ein.

Wird nun jedoch der Magnet zuvor teilweise entaagnetieiert, B.B. bie sua Punkt 9 auf der Kurve I_t so beträgt die Stoeekuraechlußetroastärke nach der bereite vorstehend erwähnten Berechnung ■J^₀ · 2 » 100 aA, die a heieet, dass der Arbeitspunkt in dieeea Palle auf den Punkt 10 heruntereinkt, eo daee der Magnet ia Horaftlhetrieb mt dem Aet d#r Wiedermagnetieierung 11 erb©!** tet. Für die gleiche Be triebeetro»Bt ärke von 20 aA liegt der Arbeitepunkt im Punkt 12, deeeen Spannung bedeutend höher iet, d.h. sehr als dae Sopptlt« der^esiges des Bxaktts 8 beträgt. Der gleiche Magaet ermöglicht auf diese Weis® mehr als die doppelte Leistung su liefern.

Wird der Magnet bie es Poakt 15 entmagnetisiert, eo ergibt eich a©oh eine weiter« Verbeeeerung äm ArfeeItepunlrfees der gemäss der gleichen Berechnung von einer iCuxaeohluSetrometärke von · 2

» 75 sä auf den Punkt 14 und den Aet der Viedenaagnetisierung 15 beechränkt ißt, eo daee bei einem BetriebeetronVon 20 mA der endgültige Arbeitepunkt bei 16 zu liegen körnt.

Is let ©rtd^hilioto, Saee_f wenn wm in dieeer Weiee fortfährt, man @laen $unfct auf der Xuty© i erreichen lcann, bei dem die Bu&te 9 und Ii beOTl 13 and 14 übereinstimmen, wodurch suglaich der günstigste Ast der f iedeafmgnetisierang bestimmt ist. In dies« fall wird d#r legiiet von dem ungünstigsten Stoeefcurzsehlußatrosi gerade nicht mehr entmagnetie iert ·

Dieser Punkt ist der Punkt 17, der dadurch gekennzeichnet iat, dass er auf einem derart gelegenen Aet der fi©d@rmagaetieiemmg 18 liegt» im® üm Verhältnis swiscaen dem StosskurzBChlußstrom und dem Eauerkur ze ehlußstrom (in diesem Beispiel mit 2 angenommen), multipliziert mit dem Quotienten der dem Schnittpunkt 17 dieser Kurve mit der Entmagnet ia ierungekurve 1 (zugleich Strom-Spaxamngekurve) entsprechenden Leerlauf Spannung (ca. 33 T) und der Innenreaktanz der Wicklung der Maschine (ca.1000 Ohm), gleich oder nahezu gleich der dem Schnittpunkt 17 entapreohenden EtosskurzeehluBstromstarke (oa.66 mA) iet.

Hierzu ist m bemerken, dase Abweichungen von höchstens 30?ί iroa verteilhaftette» BaÄt 17 noch zulässig sein können. Aueeerdem 1st m b erüeke i cht igen, daee dae Verhältnis » dae ia vorstehenden Beispiel theoretisch gleich unendlich angenommen «ar, in Abhängigkeit von dem latwmrf der Miechine im der frsod.® geringer iat and* wia vorstÄent bemerkt, z.B. 5 betrauern kann, wodurch dae Verhältnis St oe ekur ze chlußetrom/Dauerkur ze ohluB-etrom nicht 2, sondern ca. 1.54 iet«

In der beschriebenen Weiee let die Siaechlne gegen die ungiinetigeten Betriebsstörungen» d.h. den Stoaskurzschluss, gesichert * Inwiefern elektrische Maachinen solchen Betriebsstörungen unterworfen sein Wnnm_t Mngt teilweite vom der Ausfüllung und der Anwendung der neecnine ab.

Im Torstehenden ist der Elnfluae de* Ketsepannung, für den Pall₉ dass die Maschine ein Synchronmotor ist, wie bemerkt^,vorläufig UBfeerliokaiehtigt gelassen. Tatsächlich Jedoch ist der Stosekurzeehlußetrom. auch durch die Netzspannung bedingt. Er let Aa

allgemeinen am grÖs^ten_# wenn die Ietaspemung und die vom Sag«» net*"«rzeugte S»K.X, ihren Höchstwert besitzen und wenn die eraeagtt IfMjI^ mit der IttaspenaiaBg in Plisse ist» weil iE diesem Pail der larsschlugstrom duroh di® üumaie der Spamaag des eis Seaer&tor wiÄ@jid@m Motors and dar augenblicklichen saxisaleii l@tsspaima.ag bedingt ist. Hierbei let jedoch ausserdem der Zeitverlauf SfiisoIieH dem erste» AagenblicJc der PhaBenvereohiedenheit und dem Augenblick der Iteeenglelenaeit der beiden Spannungen von weeentlicher Bedeutung,« dieser Zeitverlauf kann derart sein* ümM die erwähnte Sannae der in Phase befindliche» Spannungen einen Sßh©itslw©rt hat« Dieeer fell ist && aagönetige Pali. Ba 4ie Amp-Iitude dear KetBBpannung jedoch bekannt ist mud der Stromstoss infolge der Setsepannung berechnet werden Kans_f kann auch der in diesem Fall auftretende Stoeßkurzechlußetroa berechnet werden, 30 daee die Wahl dee Astes der Wiederaagnetielerung enteprechend geändert «reräem lcann. Der BsaaSrfc 17 liegt in dieeem Pail niedriger ale dies in der Pigur ©agegtben 1st.

Is ist aue tor stehendem ©J^sBioiitlioli_f das β bei Anwendung des Entmagnetieierungaverfahrens imeh der Irfiiidung der Arfeeitgpinfct des Magnetf*nledriger liegen wird al© ee möglich wäre, wenn kein Enrjcechlusa im Betrieb auftreten könnte. Blee hat aar Polge, dass aar ISagnetstahl im dieeer EiasieM nicht völlig ausgenutet wird.

Dümgögentiber steht je4o<& der schut» vor den &aoat*illgen Wiriaxagm. dee Stoeslar »seM.&ietr©ees_f der s.S. für Synehronao tor en uaeatbAhrllek Iat_j» wenn der StaM. möglichet wlrtaehaftllofa^enutat werden soll» um bei den hier in» Aftge gefassten Betritfesb©diu«» gongen den ^agnet⁴¹SaiSglichst klein bex&eeeen zu können.

Claims (1)

1. Patentansprücheι

   1* Terfaiireii jsur Yenaeidung schädlicher Entmagnetieierung von Dauermagneten in elektrischen Hasoliineii im falle eines Zursäsohlusäses, darcla den der "Magnet nach der üblichen Magnetisierung iE Magnetkreis wieder teilweis® entwgnetleiert wird, dadurch gekennzeichnet, dees der Arbeitepunkt des Mameti® infolge der teilweise» Ente-gnötleierung auf einem derart gelegenen Aet der Wiederaagnetieierane gewählt wird» dass das Verhältnis zwisohen dem Stoeekurzechluflstroa und dem 35SB.©rkurg©olilußstroffi5 isaltipiisiart mit dem Quotienten der dem Sohnittpunkt des erwähnten Aetes mit der EatmagnetisIsrongBkurve entsprechenden Leerlaufspannung und der Xnnenr«jaktasiä der Wicklung der MaeeMne_s gleich oder nah«» gleich der dem Schnittpunkt entsprechenden StoeekuraschluSetroaetärke let.

   2* Verfahren nach Anepruch I_y bei Synchronmotoren, dadurch gekennzeichnet, daes die Entmagnetieierung soweit durchgeführt wird, daes auch der Xinfluse der Hetzepannung auf den StoeekuTEBsohluSetrom unwirksam let.