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Zweipolige Synchronmaschine
Bei zweipoligen Synchronmaschinen sieht man im allgemeinen am Erregerteil eine in Nuten untergebrachte und verteilte Erregerwicklung vor. Der Erregerteil besitzt dementsprechend keine ausgeprägten Pole, sondern ist als Walzenläufer ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass diese Konstruktion zu Schwierigkeiten führt, wenn man gezwungen ist, am Erregerteil eine kräftige Dämpferwicklung anzuordnen.
Dies ist der Fall, wenn die Maschine als Synchronmotor oder als Generator im Ständer Einphasenstrom führt, da die Dämpferwicklung dann das gegenläufige Drehfeld dieses Einphasenstromes wegdämpfen muss. Die Anordnung führt ferner zu Schwierigkeiten bei zweipoligen Synchronmotoren mit Selbstanlauf, da man auch hier für den Anlauf am Erregerteil eine kräftige Dämpferwicklung vorsehen muss.
Die Schwierigkeiten sind dadurch bedingt, dass erstens infolge der in Nuten verteilten Erregerwicklung wenig Raum für die Unterbringung einer Dämpferwicklung in den Nuten und für die Unterbringung des Kurzschlussringes der Dämpferwicklung unterhalb der Wickelkopfkappe zur Verfügung steht, und dass zweitens die Erwärmung der Dämpferstäbe in den Nuten und an der Übergangsstelle zu den Kurzschlussringen der Dämpferwicklung sehr verschieden ist, so dass es zu mechanischen Spannungen zwischen dem Kurzschlussring und den Dämpferstäben kommt, die zu einem Abreissen der Dämpferstäbe am Kurzschlussring führen können.
Den Kurzschlussring durch Unterteilung und Einfügung von elastischen Zwischenstücken so auszubilden, dass er sich den Wärmedehnungen der Dämpferstäbe anpassen kann, ist schwierig, da dafür kein Raum für die Unterbringung desKurzschlussringes unterhalb der Kappe für das Festhalten der Wickelköpfe der Erregerwicklung zur Verfügung steht.
Es ist ferner aus der österr. Patentschrift Nr. 34642 und ausderbrit. Patentschrift Nr. 6,195/1906 bekannt, bei elektrischen Maschinen und Turboläufern die Erregerwicklungen pro Pol in vier Nuten unterzubringen, so dass sich also auf jeder Seite eines Poles zwei Nuten befinden. Die Erregerwicklung einer solchen Maschine besteht also pro Pol aus zwei konzentrischen Spulen, von denen die innere Erregerspule stärker als die äussere Erregerspule ausgebildet ist. Abgesehen davon, dass bei diesen bekannten Turbo- läufern ebenfalls die eingangs erwähnten Schwierigkeiten hinsichtlich der Unterbringung der Dämpferwicklung bestehen, haben die mit solchen Turboläufern ausgerüsteten Maschinen den Nachteil, dass bei ihnen die dritte Oberwelle ausserordentlich stark ausgebildet ist.
Zur Vermeidung der erwähnten Schwierigkeiten sieht die Erfindung demgegenüber für zweipolige, also hochtourige Synchronmaschinen grosser Leistung die Schenkelpolbauart vor, die bisher auf Maschinen geringerer Leistung beschränkt geblieben ist. Gemäss der Erfindung werden hiebei jeweils drei ausgeprägte Einzelpole, von denen der mittlere Einzelpol in der Umfangsrichtung der Maschine stärker ausgebildet ist als die beiden seitlichen Einzelpole, zu einem Erregerpol zusammengefasst, zur Erregung sind dabei pro Erregerpol zwei zueinander konzentrisch angeordnete, verschieden bemessene Erregerwicklungen vorgesehen, von denen die schwächer bemessene Erregerwicklung den stärker ausgebildeten mittleren Teilpol und die stärker bemessene Erregerwicklung den aus den drei Einzelpolen bestehenden Erregerpol umschlingt.
Durch diese Ausbildung einer zweipoligen Synchronmaschine grosser Leistung werden die Oberwellen auf ein Minimum reduziert. Ausserdem ergibt sich durch die Aufteilung der Erregerpole in ausgeprägte Einzelpole, die aus einem Polschaft und einem dem Luftspalt zugekehrten Polschuh bestehen, der Vorteil, dass neben der Erregerwicklung die Dämpferwicklung besser untergebracht werden kann,
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als es bei einem Turboläufer der Fall ist, da in radialer Richtung mehr Raum zur Verfügung steht als bei einer in Nuten angeordneten Erregerwicklung und da die Dämpferwicklung in der bei ausgeprägten Polen bekannten Weise in den Polschuhen untergebracht werden kann.
Die Erfindung hat vor allem für grosse einph asige Synchrongeneratoren mit niedriger Betriebsfrequenz, z. B. 16 2/3 oder 25 Hz Bedeutung, wie sie insbesondere zur Speisung eines Bahnnetzes Verwendung finden, da diese Maschinen eine besonders kräftig ausgebildete Dämpferwicklung benötigen. Die Erfindung eignet sich aber auch für alle andern Maschinen, die mit einer Dämpferwicklung versehen werden müssen, also beispielsweise für Synchronmotoren, die unter Last selbst anlaufen müssen.
An Hand des in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten AusfUhrungsbeispieles sei die Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die obere Hälfte der Erregerpole eines zweipoligen einphasigen Synchrongeneratorsfür 16 2/3 Hz, während in Fig. 2 ein axialer Schnitt durch diese Erregerpole dargestellt ist. In Fig. 3 ist die Verteilung der magnetischen Induktion längs der Polteilung T im Luftspalt wiedergegeben.
Der Läufer des in den Figuren dargestellten Synchrongenerators ist aus den Platten 1 aufgebaut, die den Eisenkern für die Erregerpole bilden. Am Anfang und am Ende des magnetischen aktiven Läuferkörpers befinden sich die besonders starken Platten 17, an denen die Wellenenden 18 mittels der Verschraubung 19 befestigt sind. Die Platten 1 und 17 werden mittels der die Erregerpole in axialer Richtung durchdringenden Bolzen 13'zusammengepresst.
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angeordneten Einzelpole 2,3 und 4 zu einem Erregerpol zusammengefasst, so dass die dargestellte Maschine zweipolig ist. Der mittlere Einzelpol 2 ist dabei in der Umfangsrichtung der Maschine stärker ausgebildet als die beiden seitlichen Einzelpole 3 und 4.
Zur Erregung sind die beiden zueinander konzentrisch angeordneten, verschieden bemessenen Erregerwicklungen 5 und 6 vorgesehen. Die schwächer bemessene Erregerwicklung 5 umschlingt den mittleren Einzelpol 2, während die stärker bemessene Erregerwicklung 6 den aus den drei Einzelpolen 2,3 und 4 bestehenden Erregerpol umschlingt. Auf diese Weise wird für den magnetischen Fluss, der den Luftspalt an allen drei Einzelpolen in der gleichen Richtung durchsetzt, eine Verteilung geschaffen, die zu sehr geringen dritten Oberwellen führt.
Wie die Figuren deutlich erkennen lassen, steht für die Unterbringung der beiden verschieden bemessenen Erregerwicklungen 5 und 6 zwischen den Einzelpolen und am Anfang und Ende des Erregerpoles ge- nügend Raum zur Verfügung. Ausserdem kann in den Nuten 10 der Polschuhe 7,8 und 9 der Einzelpole eine kräftig ausgebildete Dämpferwicklung der bei Schenkelpolmaschinen bekannten Art untergebracht werden. Die Dämpferwicklungsstäbe sind zur Vermeidung von Stromverdrängungserscheinungen, die die Ausbildung eines Dämpferstromes hindern würden, als verdrillte Gitterstäbe ausgeführt. Die Polschuhe werden im unteren Teil noch durch die Platten 1 des Läuferkörpers gebildet, im oberen Teil sind mittels Schwalbenschwanzbefestigung aus einzelnen Blechen aufgebaute Polschuhteile 11 vorgesehen.
Aus dem Schnittbild der Fig. 2 ist die Anordnung der Wickelköpfe der beiden Erregerwicklungen 5
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beiden Erregerwicklungen befipdet sich ein Haltering 14, der eine Verformung der Erregerwicklungen infolge der Fliehkräfte verhindert. Oberhalb dieses Halteringes ist nun der Kurzschlussring 15 fürdieDämpferstäbe 10 der Dämpferwicklung vorgesehen. Da der Kurzschlussring aus gutleitendem Material (Kupfer) besteht, ist über ihn noch ein schwacher Haltering 16 aus Stahl geschoben. Man sieht, dass bei dieser Anordnung der Kurzschlussring für den Dämpferkäfig nicht mehr wie bei Turbogeneratoren unterhalb der Läufer-
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Wickelköpfe der Erregerwicklung befindet.
Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, dass man bezüglich der Zahl der Nuten für die Unterbringung der Dämpferwicklung unabhängig davon ist, ob und in wieviel Nuten die Erregerwicklung untergebracht werden soll. Wie ersichtlich, ist für die Unterbringung der Dämpferwicklung eine. grosse Zahl von Dämpferstäben und Nuten am Luftspalt der Maschine vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die Wegdämpfung des inversen Ankerrl1ckwirkungsdrehfeldes der Ständerwicklung besonders vollkommen ist, da nur geringe Streuung zwischen den Ständeramperewindungen und den Amperewindungen der Dämpferwicklung besteht.
Fig. 3 zeigt die Verteilung der Luftspaltinduktion entlang der Polteilung r des Gesamtpols der Fig. 1.
Man sieht, dass unter dem mittleren Einzelpol 2 die Induktion BL, wesentlich grösser ist als die Induktion BL unter den seitlichen Einzelpolen. Die Einschnürungen der Induktion, die an den Übergangsstellen zwischen den Einzelpolen Im Luftspalt auftreten, können z. B. durch eine Sehnung der Ständerwicklung in ihrem Einfluss auf ihre Spannungskurve ausgeglichen werden.
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Statt die Erregerpole durch die Platten des Läuferkörpers zu bilde, könnte man auch von dsr Welle gesonderte Erregerpole vorsehen, wobei die einzelnen Einzelpole etwa mit Srhwalbenschwanzansätzen in Ausnehmungen der Maschinenwelle in axialer Richtung eingeschoben werden oder Indem-wie ebenfalls bekannt-die Welle kammartige Rillen aufweist, in die entsprechende Kammfortsätze der Polschäfte hineinragen. Die Befestigung erfolgt mittels axialer, die Rillenansätze und die Kammansätz8 der Polschäfte durchdringender Bolzen.
PATENTANSPRÜCHE :
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generatoren mit niedriger Betriebsfrequenz, z. B. von 16 2/3 oder 25 Perioden, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils drei ausgeprägte Einzelpole, von denen der mittlere Einzelpol in der Umfangsrichtung der Maschine stärker ausgebildet ist als die beiden seitlichen Einzelpole, zu einem Erregerpol zusammengefasst sind und dass zur Erregung pro Erregerpol zwei zueinander konzentrisch angeordnete, verschieden bemessene Erregerwicklungen vorgesehen sind, von denen die schwächer bemessene Erregerwicklung den stärker ausgebildeten mittleren Einzelpol und die stärker bemessene Erregerwicklung den aus den drei Einzelpolen bestehenden Erregerpol umschlingt.