NO121357B

NO121357B -

Info

Publication number: NO121357B
Application number: NO156599A
Authority: NO
Inventors: A Mattson
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1964-02-03
Filing date: 1965-02-02
Publication date: 1971-02-15
Also published as: GB1087435A; NL6501269A; FI45312C; BE659116A; FI45312B; DE1258570B; DK126582B; US3318463A

Description

Topolet synkronmaskin. Two-pole synchronous machine.

Ved topolede synkronmaskiner benyt-ter man i alminnelighet på magnetiseringsdelen en magnetiseringsvikling anbrakt og fordelt i spor. Magnetiseringsdelen har føl-gelig ingen utpregede poler, men er utført som valserotor. Det har vist seg at denne konstruksjon fører til vanskeligheter når man er tvunget til å anordne en kraftig dempervikling på magnetiseringsdelen. Dette er tilfelle når maskinen som syn-kronmotor eller som generator fører en-fasestrøm i statoren, da demperviklingen isåfall må dempe ned det motsatt roterende dreiefelt fra denne enfasestrøm. Anordnin-gen fører imidlertid ennvidere til vanskeligheter ved topolede synkronmaskiner med selvstart, da man også her må anordne en kraftig dempervikling på magnetiseringsdelen for starten. Vanskeligheten er be-tinget ved at der for det første, på grunn av den i spor fordelte magnetiseringsvikling, står liten plass til rådighet for anbringelsen av en dempervikling i sporene, og for anbringelsen av demperviklingens kortslutningsring under viklehodekappen, og at der for det annet inntrer sterkt for-skjellig oppvarmning av demperstavene i sporene og på overgangsstedene til demperviklingens kortslutningsringer, så der for det meste forekommer mekaniske spennin-ger mellom kortslutningsringen og demperstavene, noe som kan føre til at demperstavene på kortslutningsringen blir revet av. Å utforme kortslutningsringen slik at den kan tilpasse seg etter demperstavenes varmeutvidelser, ved å dele opp ringen og føye inn elastiske mellomstykker, er van-skelig da man ikke får den fornødne plass til rådighet for anbringelsen av kortslutningsringen under kappen og for å fast-holde magnetiseringsviklingens viklehoder. In the case of two-pole synchronous machines, a magnetizing winding placed and distributed in slots is generally used on the magnetizing part. The magnetizing part therefore has no distinct poles, but is designed as a roller rotor. It has been found that this construction leads to difficulties when one is forced to arrange a strong damper winding on the magnetizing part. This is the case when the machine as a synchronous motor or as a generator carries a single-phase current in the stator, as the damper winding must dampen the counter-rotating rotating field from this single-phase current. However, the device also leads to difficulties with two-pole synchronous machines with self-start, as here too a strong damper winding must be arranged on the magnetizing part for the start. The difficulty is due to the fact that, firstly, due to the magnetization winding distributed in slots, there is little space available for the placement of a damper winding in the slots, and for the placement of the damper winding's short-circuit ring under the winding head cover, and that, secondly, greatly different heating of the damper rods in the grooves and at the transition points to the short-circuit rings of the damper winding, so there mostly mechanical stresses occur between the short-circuit ring and the damper rods, which can lead to the damper rods on the short-circuit ring being torn off. Designing the short-circuit ring so that it can adapt to the heat expansion of the damper rods, by dividing the ring and adding in elastic spacers, is difficult as you do not have the necessary space available for placing the short-circuit ring under the jacket and for holding the magnetizing winding winding heads.

Oppfinnelsen går ut på en topolet synkronmaskin hvor de omtalte vanskeligheter er unngått ved at den er utført som benpol-maskin og de to magnetiseringspoler består av tre utpregede delpoler pr. pol, anordnet etter hverandre i omkretsretningen. Videre er den midtre delpol og polen som helhet omslynget av hver sin av to innbyrdes konsentriske magnetiseringsviklinger. På grunn av de utpregede poler, som oppviser et polskaft samt en polsko ved luftspalten, kan man for det første bedre få anbragt de to konsentriske magnetiseringsviklinger, da der står mer plass til rådighet i radial retning enn ved en magnetiseringsvikling som er anbragt fordelt i spor. For det annet kan man da, på den måte som er kjent ved utpregede poler, anbringe demperviklingen i polskoene hvor der foreligger tilstrekkelig plass, og hvor man også kan dele opp demperviklingens kortslutningsring i flere de-ler i omkretsretningen og forbinde disse ved elastiske mellomledd. The invention is based on a two-pole synchronous machine where the mentioned difficulties are avoided by the fact that it is designed as a leg-pole machine and the two magnetizing poles consist of three distinct partial poles per pole, arranged one behind the other in the circumferential direction. Furthermore, the central partial pole and the pole as a whole are each wrapped around by two mutually concentric magnetization windings. Due to the pronounced poles, which have a pole shaft and a pole shoe at the air gap, the two concentric magnetizing windings can firstly be placed better, as there is more space available in the radial direction than with a magnetizing winding that is placed distributed in slots . Secondly, one can then, in the manner known for pronounced poles, place the damper winding in the pole shoes where there is sufficient space, and where one can also divide the short circuit ring of the damper winding into several parts in the circumferential direction and connect these by means of elastic intermediate links.

Som det ses, er den nye utførelse av magnetiseringsdelen fordelaktig særlig når der kreves en kraftig dempervikling på magnetiseringsdelen. Dette er tilfelle ved synkronmotorer med selvstart, særlig under last. Videre er det tilfelle såvel ved enfase-motorer som ved enfasegeneratorer. Særlig vanskelige forhold melder seg også når maskinen for det første arbeider med en-fasestrøm og for det annet, f. eks. som generator, med en lav frekvens som 16% eller 25 perioder. På grunn av denne lave frekvens er man ved dimensjoneringen hen-vist til en kraftig magnetisk fluks, og føl-gelig kreves også en kraftig utførelse av demperviklingen til å dempe bort den motsatt løpende del av fluksen fra ankertil-bakevirkningen. As can be seen, the new design of the magnetizing part is particularly advantageous when a strong damper winding is required on the magnetizing part. This is the case with self-starting synchronous motors, especially under load. Furthermore, this is the case both with single-phase motors and with single-phase generators. Particularly difficult conditions also arise when the machine firstly works with single-phase current and secondly, e.g. as a generator, with a low frequency such as 16% or 25 periods. Due to this low frequency, the dimensioning refers to a strong magnetic flux, and consequently a strong design of the damper winding is also required to dampen the oppositely running part of the flux from the armature feedback.

I det følgende vil oppfinnelsen bli nær-mere belyst ved et utførelseseksempel under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser tverrsnitt av den øvre del av magnetiseringspolene hos en topolet, en-faset synkrongenerator for 16 2/3 Herz. Fig. 2 viser aksialt snitt gjennom denne øvre magnetiseringspol, og In the following, the invention will be explained in more detail by means of an embodiment with reference to the drawing. Fig. 1 shows a cross-section of the upper part of the magnetization poles of a two-pole, single-phase synchronous generator for 16 2/3 Hertz. Fig. 2 shows an axial section through this upper magnetization pole, and

fig. 3 fordelingen av induksjonen langs poldelingen t i magnetiseringsspolens luftspalte. fig. 3 the distribution of the induction along the pole division t in the air gap of the magnetizing coil.

Som det fremgår av fig. 2, er synkron-generatorens rotor på i og for seg kjent måte bygget opp av enkelte plater 1 som også danner jernkjernen for magnetise-ringspolen, resp. for dennes delpoler. Platene presses sammen ved hjelp av bolter 13 som går aksialt gjennom magnetiserings polene. Ved begynnelsen og enden av det magnetisk aktive rotorlegeme befinner seg en særlig kraftig plate 17 som er presset sammen med platene 1 ved hjelp av bol-tene 13. På disse endeplater 17 er så også akselendene 18 festet ved hjelp av forskru-ningen 19. Som det fremgår av fig. 1, består hver av de to samlede poler av tre delpoler 2, 3 og 4 som er anordnet etter hverandre i omkretsretningen. Den midtre delpol 2 har større bredde i omkretsretningen enn de to side-delpoler 3 og 4. Den midtre delpol 2 omslynges av en magnetiseringsvikling 5. Likeledes omslynges den samlede pol, som er sammensatt av de tre delpoler, av en magnetiseringsvikling 6 som er koaksial med viklingen 5. Den magnet-iske fluks går gjennom luftspalten i samme retning ved alle delpoler. Som det sees, står der tilstrekkelig plass til rådighet for anbringelsen av de to magnetiseringsviklinger mellom de enkelte delpoler og ved begynnelsen og enden av hele polen. Dessuten kan der imidlertid nu i de enkelte delpolers polsko 7, 8 og 9 anbringes en kraftig dempervikling på den måte som er kjent ved benpolmaskiner. Denne dempervikling befinner seg i spor 10 som er ut-tatt i polskoene og grenser til maskinens luftspalte. Demperviklingens staver er ut-ført som snodde gitterstaver for å unn-gå strømfortrengningsfenomener som ville hindre dannelsen av en demperstrøm. Pol- As can be seen from fig. 2, the rotor of the synchronous generator is built up in a manner known per se from individual plates 1 which also form the iron core for the magnetizing coil, resp. for its partial poles. The plates are pressed together by means of bolts 13 which pass axially through the magnetization poles. At the beginning and end of the magnetically active rotor body there is a particularly strong plate 17 which is pressed together with the plates 1 by means of the bolts 13. On these end plates 17 the shaft ends 18 are then also attached by means of the screw connection 19. As it appears from fig. 1, each of the two combined poles consists of three partial poles 2, 3 and 4 which are arranged one after the other in the circumferential direction. The central partial pole 2 has a greater width in the circumferential direction than the two side partial poles 3 and 4. The central partial pole 2 is wound by a magnetizing winding 5. Likewise, the overall pole, which is composed of the three partial poles, is wound by a magnetizing winding 6 which is coaxial with winding 5. The magnetic flux passes through the air gap in the same direction at all partial poles. As can be seen, there is sufficient space available for the placement of the two magnetizing windings between the individual partial poles and at the beginning and end of the entire pole. In addition, however, a strong damper winding can now be placed in the pole shoes 7, 8 and 9 of the individual partial poles in the manner known for leg pole machines. This damper winding is located in groove 10 which is taken out in the pole shoes and borders the machine's air gap. The rods of the damper winding are designed as twisted lattice rods to avoid current displacement phenomena that would prevent the formation of a damper current. Pol-

skoene dannes i sin nedre del ennu av rotorlegemets plater 1, mens der i den øvre the shoes are formed in their lower part still by the rotor body's plates 1, while there in the upper

del er anordnet polskodeler 11 oppbygget av enkeltlameller med svalehalefeste. part is arranged pole code parts 11 made up of single slats with dovetail attachment.

Av snittet på fig. 2 kan man se anord-ningen av viklehodene hos de to magnetiseringsviklinger 5 og 6 og av kortslutningsringen for demperstavene 10. Over viklehodene 5 og 6 hos de to magnetiseringsviklinger befinner seg en holdering 14 som forhindrer deformasjon av magnetiserings-viklingene ved sentrifugalkrefter. Ovenfor denne holdering er nu kortslutningsringen for demperviklingens demperstaver anordnet. Da kortslutningsringen består av godt ledende materiale (kobber), er der over den dessuten innskjøvet en svak holdering 16 av stål. Man ser at kortslutningsringen for demperburet ved denne anordning ikke lenger, som ved turbogeneratorer, er anordnet under rotorkappen hvor der står lite plass til rådighet, men befinner seg ovenfor holderingen 14 for magnetiseringsviklingens viklehoder. I denne forbindelse oppnås den ytterligere fordel at man, med hensyn til antallet av spor for anbringelsen av demperviklingen, er uavhengig av om og i hvor mange spor magnetiseringsviklingen skal anbringes. Som det sees, er der for anbringelsen av demperviklingen anordnet et stort antall demperstaver og spor ved maskinens luftspalte. Dette har den fordel at neddempningen av det inverse dreiefelt fra statorviklingens anker-tilbakevirkning blir særlig fullkommen, da der bare foreligger liten spredning mellom statoramperevin-dingene og demperviklingens amperevin-dinger. From the section in fig. 2 you can see the arrangement of the winding heads of the two magnetizing windings 5 and 6 and of the short circuit ring for the damper rods 10. Above the winding heads 5 and 6 of the two magnetizing windings is a retaining ring 14 which prevents deformation of the magnetizing windings by centrifugal forces. Above this retaining ring, the short-circuit ring for the damper winding's damper rods is now arranged. As the short-circuit ring consists of well-conducting material (copper), a weak retaining ring 16 of steel is also inserted above it. It can be seen that the short-circuit ring for the damper cage with this device is no longer, as with turbogenerators, arranged under the rotor casing where there is little space available, but is located above the holding ring 14 for the winding heads of the magnetizing winding. In this connection, the further advantage is achieved that, with regard to the number of slots for placing the damper winding, it is independent of whether and in how many slots the magnetizing winding is to be placed. As can be seen, a large number of damper rods and grooves are arranged at the machine's air gap for the placement of the damper winding. This has the advantage that the damping of the inverse rotating field from the stator winding's armature feedback is particularly perfect, as there is only a small spread between the stator ampere windings and the damper winding's ampere windings.

Fig. 3 viser fordelingen av luftspalte-induksjonen langs poldelingen x for den samlede pol på fig. 1. Man ser at induksjonen BLi under den midtre delpol 2 er vesentlig større enn induksjonen BL2 under side-delpolene. De innsnøringer i induksjonen som inntrer i luftspalten på overgangsstedene mellom delpolene, kan f. eks. ved valg av passende kordeskritt for sta-torviklingen, kompenseres med hensyn til sin innflytelse på dens spenningskurve. Fig. 3 shows the distribution of the air gap induction along the pole division x for the overall pole in fig. 1. It can be seen that the induction BLi under the middle subpole 2 is significantly greater than the induction BL2 under the side subpoles. The narrowings in the induction that enter the air gap at the transition points between the partial poles can, e.g. by choosing the appropriate chord pitch for the stator winding, is compensated with regard to its influence on its voltage curve.

Istedenfor å danne magnetiseringspolene ved hjelp av rotorlegemets plater kun-ne man også anordne magnetiseringspoler separat fra akselen • idet de enkelte delpoler, f. eks. med svalehaleinnsatser, inn-skyves i aksial retning i uttagninger i ma-skinakselen, eller idet akselen som likeledes kjent oppviser kamformede riller som ra-ger inn i tilsvarende kamformede fortset-telser av polskaftene. Befestigelsen skjer ved hjelp av aksiale bolter som går gjennom rilleansatsene og kamansatsene på Instead of forming the magnetization poles with the help of the rotor body's plates, magnetization poles can also be arranged separately from the shaft • as the individual partial poles, e.g. with dovetail inserts, are pushed in axially into recesses in the machine shaft, or as the shaft, which is also known, exhibits comb-shaped grooves that project into corresponding comb-shaped continuations of the pole shafts. The fixing is done by means of axial bolts that go through the groove and cam sets on

polskaftene. the pole shafts.

Claims

1. Two-pole synchronous machine with distinct poles, characterized in that the two magnetizing poles each consist of three distinct partial poles, arranged next to each other in the circumferential direction, and that the central

partial pole and the combined pole are each wound by two mutually concentric magnetization windings.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that the central prominent pole has a greater extent in the circumferential direction of the machine than the two side poles.

3. Device as stated in claim 1, characterized in that the rotor body of the synchronous machine is, in a manner known per se, made up of individual plates, which also form the pole shafts and, appropriately, also the pole shoes for the magnetizing poles.

4. Device as stated in claims 1-3, characterized in that a damper winding is placed in the pole shoes of the distinct poles in a manner known per se.

5. Device as stated in claim 4, characterized in that outside the winding heads of the two partial magnetization windings there is a retaining ring to absorb centrifugal forces, and the short circuit rings for the damper rods are arranged outside this retaining ring.

6. Device as stated in claim 4, characterized in that, outside of the damper rods' short circuit ring, there is another retaining ring to absorb centrifugal forces from the short circuit ring.