NO783310L - Synkronmaskin. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår synkronmaskiner.

Magnetisering av synkronmaskiner foregår vanligvis enten ved hjelp av statisk utstyr gjennom et sett sleperinger eller fra en vekselstrømgenerator gjennom en roterende like-

retter. Det hele er normalt bygget opp slik at ett sett av sleperinger i ett stykke eller et komplett magnetiseringsanker monteres på hovedmaskinens akselsystem.

Foreliggende oppfinnelse angår særlig synkronmaskiner som på grunn av sin størrelse eller fysiske oppbygning, ikke gjør anvendelse av vanlig magnetiseringsutstyr praktisk gjennomførlig. Et eksempel på dette er hydroelektriske genera-torer der rotorsystemet er montert på omkretsen av vannturbinen. I dette tilfelle må også magnetiseringsutstyret monteres rundt turbinen.

Dette utelukker anvendelse av magnetiseringsanord-ninger med liten diameter.

I slike tilfelle ville dessuten statisk magnetisering kreve anvendelse av sleperinger som er bygget opp av rekker av segmenter. Ringer av denne type er vanskelig å sette sammen og å holde riktig innrettet. Høy slitasje vil være uunn-gåelig sammen med produksjon av store mengder karbonstøv, og det kreves ettersyn og vedlikehold av børstesettene med korte mellomrom.

Av denne grunn er den eneste gjenværende løsning

å ta i bruk et børsteløst magnetiseringssystem.

Ved den normale utførelse av børsteløse magnetiser-ingsanordninger for vekselstrøm har det roterende anker utstansede ringer, eller når det gjelder større diametre, en kjerne som er bygget opp av overlappende lag av utstansede segmenter spent mellom endeplater. Denne utførelsesform har en rekke ulemper for den anvendelse det her er tale om. Selv om man bruker den minste praktisk mulige kjernelengde vil for det første den store diameter medføre en materiallengde i ankeret som er betydelig større enn^det som kreves for magnetiserings-anordningens ytelse, og man har derfor et betydelig unødig for-bruk av materiale. For det annet vil konstruksjonen av ankeret være tidskrevende og kostbar siden ankeret må bygges opp på stedet. Siden ankeret dessuten vikles på stedet uten tilfreds-stillende lakkering eller annen behandling vil viklingen for det tredje være mindre pålitelig enn normalt. Hvis et anker svikter, vil dessuten avbruddet under driften være kostbar og tidskrevende av den enkle grunn av reparasjonsarbeidet i stor utstrekning må gjøres på stedet.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er derfor

å komme frem til en synkronmaskin der de ovennevnte ulemper er opphevet.

Ved foreliggende oppfinnelse er man kommet frem

til en synkronmaskin med en børsteløs magnetiseringsanordning for vekselstrøm, hvis anker omfatter en rekke adskilte segmenter som står med betydelig mellomliggende luftgap.

Ankeret er fortrinnsvis montert på maskinens rotor.

Det er fordelaktig at hvert segment omfatter en uavhengig viklet og impregnert kjerneseksjon som er montert på en ramme.

Hvert segment kan ha en kjedevikling i ett lag

der den viklede lengde L av omkretsen for hvert ankersegment fortrinnsvis følger formelen:

der t er poldelingen, n er antall faser maskinen har og ng er et helt tall.

Som et alternativ kan ankersegmentet ha en dobbelt lappvikling, og i dette tilfellet er den viklede omkretslengde L for hvert ankersegment fortrinnsvis gitt med formelen der t er poldelingen, pc er forholdet mellom viklingsdelingen og poldelingen og n^er et helt tall.

Utgangen fra hvert ankersegment kan likerettes for

seg og i dette tilfellet innbefattes fortrinnsvis hvert ankersegment sin egen likeretterenhet.

Som et alternativ kan utgangene fra to eller flere

av ankersegmentene føres sammen før likeretning, og de to eller flere ankersegmenter står i en slik avstand fra hverandre at man får en ankersegmentdeling t asom gis av formelen

der t er poldelingen, n er antall faser maskinen har og n aer et helt tall.

Oppfinnelsen går også ut på en magnetiseringsanordning for vekselstrøm til anvendelse i en slik maskin.

Antallet og størrelsen på ankersegmentene bestem-mes bare av den ytelse som kreves for en bestemt anvendelse. Segmentene kan fremstilles på en fabrikk og ganske enkelt skrus på plass på stedet, slik at arbeid på stedet reduseres, og man sikrer et pålitelig viklingssystem. Hvis vedlikehold krever det kan et segment lett fjernes fra ankeret og erstattes med en reservedel.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene som, som eksempel, viser en hydrogene-rator med generatoren rundt omkretsen av turbinen og der: Fig. 1 i et forenklet snitt og sett fra siden, viser den komplette oppbygning av generatoren,

fig. 2 viser en del av magnetiseringsanordningen sett fra en ende,

fig. 3 viser en alternativ utførelse av magnetiseringsanordningen ,

fig. 4 viser et ankersegment med spor for viklingen,

fig. 5 viser en kjedevikling i et lag som egner

seg for det segment som er vist ved fig. 4, og

fig. 6 viser en dobbelt lappviklihgr som også egner seg for segmentet på fig. 4.

På fig. 1 betegner 1 bladene for et turbinhjul

som er lagret i ikke viste lager og som settes i rotasjon av vannstrømmen som er antydet med pilene. 2 angir innvendige flater av vannkanalen. Tetninger (ikke vist) mellom kanalene og turbinhjulet hindrer lekkasje av vann fra kanalen. På omkretsen av turbinhjulet, men utenfor vannkanalen finnes rotoren 3 for hovedgeneratoren. Generatorens rotor er omgitt av generatorens stator.4.

Maskinen innbefatter en børsteløs magnetiseringsanordning for vekselstrøm med et roterende ankersystem og et stasjonært feltmagnetsystem. Ifølge oppfinnelsen omfatter ankeret en rekke separate segmenter som står med betydelige gap mellom hverandre og er montert på et brakettsystem som bæres av generatorens rotor. Rundt disse segmenter finnes det sta-sjonære feltmagnetsystem 6 for magnetiseringsanordningen. For-delingen av spolene og ankersegmentene over omkretsen er vist på fig. 2. Ikke viste likeretterenheter er anbrakt enten mellom to og to ankersegmenter eller i andre tilgjengelige rom, f.eks. mellom magnetiseringsankeret og hovedmaskinens rotor. Som forklart i det følgende kan likeretterenhetene være utført i ett med ankersegmentene.

Fig. 1 og 2 viser magnetiseringsankeret vendt radielt utad og magnetpolsysternet vendt radielt innad. Andre utførelser er mulige, og en modifikasjon er vist på fig. 3, der magnetiseringsankeret 7 vender radielt innad og polsystemet 8 vender radielt utad.

For å få til en balansert virkning må den viklede omkretslengde L for et ankersegment ha en bestemt verdi som ligger innenfor en rekke av angitte verdier. Verdiene avhenger av den type som anvendes for viklingen og er:

kjedevikling i ett lag

og for dobbelt lappvikling Der t = poldeling, n = antall faser,

og n og ri, er hele tall.

^ s ^ d

For en kjedevikling i ett lag er størrelsen spor/ pol/fase et helt tall og middelverdien for pc er fast. For en dobbelt lappvikling kan man velge verdier for pc og spor/pol/ fase-størrelsen behøver ikke være helt tall under forutsetning av at antall spor over avstanden n^ t. eri_delelig med antall faser.

Antall faser kan også være forskjellig, men et typisk system er basert på trefaseviklinger som mater trefase brolikerettere. Dette er i alminnelighet betraktet som det mest effektive likerettersystem.

Utgangene fra ankersegmentene kan kombineres i serie/parallell-mønstre for å mate hver likeretterenhet og likestrømutgangene fra likeretterenhetene kan settes sammen og gi en total utgang som passer hovedmaskinens feltsystem. Hvert ankersegment kan ha en innbygget likeretterenhet. Imid-lertid kan også adskilte likeretterenheter monteres enten langs ankeret eller i rommene mellom ankersegmentene som et alternativ. En løsning som velges vil avhenge av den spesielle anvendelse det er tale om i hvert enkelt tilfelle.

Hvis utgangen fra hvert ankersegment likerettes hver for seg, er avstanden mellom ankersegmentene kritisk. Hvis segmentenes utganger settes sammen før likeretning må de enkelte utganger være i fase med hverandre. Dette krav kan tilfreds-stilles ved å velge avstanden mellom segmentene i henhold til følgende regel:

der t- er ankersegmentdelingen

t, og n er som tidligere definert

n er helt tall.

a

Et typisk ankersegment er vist på fig. 4. Det har tredve spor og spenner over fem poldelinger. Alternative viklingsanordninger for dette segment er vist på fig. 5 og 6.

Fig. 5 viser en hensiktsmessig kjedevikling med enkelt lag og for tre faser. Viklingen har to spor/pol/fase og middelverdien for p = 1. For oversiktens skyld er de typiske viklingstilkoplinger vist bare for en fase. Det finnes tomme spor ved eller nær ved hver ende av segmentet. Av denne grunn kunne segmentlengden reduseres ved en ende med to spor- delinger. Dette ville gi en lengde svarende til at man i formelen setter n =1.

s

Fig. 6 viser en trefase dobbelt lappvikling. Viklingen har to spor/pol/fase og p = 1. De vanlige viklings-tiikoplinger er vist bare for en fase. Det finnes halvtomme spor ved hver ende av segmentet. Sporene ved en ende inneholder bare toppsider av viklingen, og sporene ved den annen ende inneholder bare bunnsidene av viklingen. Segmentets lengde svarer til at man i formelen setter nd, = 4. Ved å bruke kortere viklingsdelinger kan segmentets lengde forkortes. Ved f.eks.

å gjøre Pc = "5 5 vil lengden reduseres med en spordeling og antallet halvtomme spor reduseres med to.

Claims (11)

1. Synkronmaskin med en børsteløs magnetiseringsanordning for vekselstrøm, karakterisert ved at ankeret i magnetiseringsanprdningen omfatter en rekke adskilte segmenter (5; 7) som står med betydelige mellomliggende gap.

2. Maskin som angitt i krav 1, karakterisert ved at ankeret er montert på maskinens rotor (3).

3. Maskin som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at hvert segment omfatter en egen viklet og impregnert kjerneseksjon montert på en ramme.

4. Maskin som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at hvert segment er viklet med en kjedevikling i enkelt lag (fig. 5).

5. Maskin som angitt i krav 4, karakterisert ved at den viklede lengde L av omkretsen av hvert ankersegment er gitt ved formelen

der t er poldelingen, n er antall faser for maskinen og ng er et helt tall.

6. Maskin som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at hvert ankersegment er viklet med en dobbelt lappvikling (fig. 6) .

7. Maskin som angitt i krav 6, karakterisert ved at den viklede lengde L av omkretsen av hvert ankersegment er gitt ved formelen

der t er poldelingen, pc er forholdet mellom viklingsdeling • og poldeling og n^ er et helt tall.

8. Maskin som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at utgangen fra hvert av ankersegmentene blir likerettet hver for seg.

9. Maskin som angitt i krav 8, karakterisert ved at hvert ankersegment har en innbygget likeretterenhet .

10. Maskin som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at utgangene fra to eller flere av ankersegmentene føres sammen før likeretning, idet to eller flere av de nevnte ankersegmenter står i slik avstand fra hverandre at de får en ankersegmentdeling t agitt ved formelen

der t er poldelingen, n er antall faser for maskinen og na er et helt tall.

11. Vekselstrøms magnetiseringsanordning for anvendelse i en maskin i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav.