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Synchronmaschine.
Die vorliegende Erfindung betrifft synchrone Wechselstrom-Dynamomaschinen. Die Schwierigkeit bei der Anwendung derartiger Maschinen liegt hauptsächlich im Anlassen und im Emporbringen auf die richtige Umdrehungszahl bei Belastung. In der Patentschrift Nr. 45457 sind Wicklungen beschrieben, durch die ein Induktionsmotor durch Kaskadenschaltung mit einer Umdrehungszahl läuft, welche. der Summe der Polzahlen entspricht, welche durch die Ströme. in den Stator-und Rotorwicklungen erzeugt werden, oder mit einer höheren Umdrehungszahl, wie sie einer der Normalpolzahlen entspricht.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine derartige Maschine als Synchronmaschine mit Kaskadenschaltung laufen gelassen, wobei die Möglichkeit, bei höherer Umdrehungszahl zu laufen, dazu benutzt wird, die Maschine als Induktionsmotor mit Belastung anzulassen und auf oder über die synchrone Umdrehungszahl für Kaskadengeschwindigkeit zu bringen, worauf die Verbindungen umgeschaltet werden, so dass das weitere Arbeiten im Synchronismus gesichert erscheint. Wenn z. B. die Maschine am Läufer Wicklungen mit den Normalpolzahlen 2 und 4 hat, so dass ihre Kaskadenumdrehungszahl gleich derjenigen einer sechspoligen Maschine ist, so kann sie als Induktionsmotor mit den Wicklungen in Arbeitsschaltung angelassen werden in Verbindung mit Wechselstrom-Ständerwicklungen und mit der vierpoligen nicht kaskaden Umdrehungszahl.
Wenn dann die Umdrehungszahl die für Kaskadenschaltung geeignete erreicht hat, nämlich die der sechspoligen Maschine, können die Verbindungen der Läufers auf Kaskadenschaltung umgeschaltet werden, während der
Ständer mit Gleichstrom gespeist wird, so dass die Maschine als Synchronmaschine bei sechspoliger Umdrehungszahl läuft.
Die Erfindung ist schematisch in den Zeichnungen dargestellt :
Fig. i stellt einen Ständer mit zwei Wicklungen dar, eine für dreiphasigen Wechsel- strom, die andere für Gleichstrom.
Fig. 2 zeigt eine Läuferwicklung mit sechs Schleifringen und der Schaltungsanordnung zur Regulierung.
Fig. 3 eine dreiphasige Ständerwicklung, wobei diese Figur ferner erkennen lässt, w : e der Gleichstrom für die Arbeitsweise als Synchronmaschine'dieser Wicklung zugeführt werden kann.
Fig. 4 zeigt das Wicklungsbild für einen direkt gekuppelten Generator, der, nach Fig. 3 geschaltet, verwendet werden kann.
In der vorliegenden Erfindung sind dieselben Bezeichnungen wie in den Zeichnungen des Patentes Nr. 45457 zur Darstellung der Ströme in den drei Phasen gewählt. Der Strom der Phase a ist durch vollausgezogene Linien dargestellt und befindet sich auf seinem Höchstwert, während die Ströme in den Phasen b und c durch gestrichelte bzw. strichpunktierte Linien dargestellt sind und sich in demselben Zeitpunkte auf der Hälfte des Höchstwertes befinden. In Figs i stellen die dicken Linien Gleichstromwindungen dar.
Im folgenden sollen die einzelnen Figuren näher erläutert werden. In Fig. i ist ein Stator dargestellt mit Dreiphasenwicklung, der durch die Klemmen 5, 6 und 7 Strom zugeführt wird, während die anderen Enden der Phasenwicklung bei 8 in Sternschaltung verbunden sind. Mit diesem Ständer wird ein Läufer verwendet, der eine. Wicklung nach Art der im Patente Nr. 45457 beschriebenen besitzt, z. B. eine solche nach Fig. 14 der genannten Patentschrift mit durch Widerstand verbundenen Schleifringen, so dass die Maschine als Induktionsmotor mit normaler Last anläuft, wenn der Strom in die Ständerwicklung fliesst, und sich gegen die normale Umdrehungszahl hin beschleunigt, z. B. nach einer vierpoligen Umdrehungszahl im vorliegenden Falle, während die Anlasswiderstände ausgeschaltet werden.
Die Zusatzwindungen, welche mit den Schleifringen 16 in Fig.'14 des Patentes Nr. 45457 verbunden sind, werden im vorliegenden Falle aus Leitern von kleinem Querschnitt hergestellt, da sie nur für kurze Zeit während des Anlassens benötigt und während des synchronen Betriebes bei Kaskadengeschwindigkeit ausgeschaltet werden. Sobald die Maschine die synchrone Umdrehungszahl erreicht cder etwas überschritten hat, wird Gleichstrom in die Zusatzspulen des Ständers mit Hilfe der Klemmen 9 und 10 geschickt, Hiedurch entsteht im vorliegenden Falle ein zweipoliges Feld. Zu derselben Zeit wird der Stromkreis der Schleifringe des Läufers geöffnet,. so dass in ihnen Ströme wie in Fig. 12 des Patentes Nr. 45457 fliessen und der Läufer läuft mit Kaskadengeschwindigkeit gemäss der Umdrehungszahl einer sechspoligen Maschine.
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Es kann zweckmässig sein, Vorkehrungen zu treffen, dass die Sternverbindung der Läuferwicklung geöffnet werden kann, damit Widerstände auch an diesem Punkte während des Anlassens eingeschaltet werden können, sonst können lokale Ströme in den geschlossenen Läuferwicklungen während des Anlassens induziert werden, welche die Erzeugung einer zu hohen Spannung in den Gleichstromwindungen begünstigen können.
Fig. 2 zeigt einen derartigen Läufer, bei welchem die Teile der Windungen, welche vorher andauernd in Sternschaltung lagen (25, Fig. 12 und 14 in der Patentschrift Nr. 45457), geöffnet und mit den Schleifringen 11 verbunden sind, deren Bürsten mit einem dreipoligen Regler 13 verbunden sind, während die Bürsten der drei anderen Schleifringe 16 mit einem geöffneten Regler 14 verbunden sind, wie in Fig. 2 dargestellt, wenn das Anlassen vollzogen ist und das Einlaufen in Synchronismus stattfindet. Normalerweise befindet sich der Schalter 13 in der Stellung, in welcher er die Schleifringe 11 während des synchronen Betriebes kurzschliesst, wie in Fig. 2 dargestellt.
Der Gleichstrom für das Feld des Ständers kann von einer besonderen Stromquelle geliefert werden oder vorzugsweise von einer direkt mit der Welle des Motors gekuppelten Erregermaschine. In einigen Fällen kann die Erregermaschine mit den Gleichstrom-Ständerwicklungen durch Widerstände während des Anlassens verbunden-, werden, so dass das Gleichstromfeld allmählich ausgebildet wird, je mehr sich der Läufer der synchronen Umdrehungszahl (Kaskadenschaltung) nähert. Es entstehen dann lokale Ströme in den geschlossenen Kreisen der Läuferwicklung, welche das Bestreben zeigen, die Maschine in Synchronismus zu bringen.
Im allgemeinen wird jedoch vorgezogen, den Gleichstromkreis offen zu lassen, bis die synchrone Umdrehungszahl erreicht oder um ein Geringes überschritten ist und dann erst den Gleichstromkreis zu schliessen und gleichzeitig den Kreis der Schleifringe 16 zu öffnen, um die Maschine nach der synchronen Umdrehungszahl laufen zu lassen,
Eine derartige Maschine unterscheidet sich von früher bekannten Synchronmaschinen in verschiedenen wichtigen Punkten. Die Maschine- kann mit Vollast ohne Schwierigkeit angelassen und auf Synchronismus gebracht werden, dies gelingt sogar mit erheblicher Überlast. Die Schleifring-Widerstandskreise 13 und 14 (Fig. 2) sind wie beim Anlassen offen und daher wird keine hohe Spannung in den Gleichstromwindungen am Ständer-Während des Anlassens induziert.
Bei anderen Arten von Synchronmaschinen bewirken derartige Ströme ernstliche Schwierigkeiten. Wenn Ständerwicklungen in Kaskadenschaltung für das WechselstromStänderfeld mit andauernd kurzgeschlossenen Anzapfpunkten benutzt werden, so dienen diese Wicklungen als Dämpferwicklungen ; um das Jagen während des synchronen Laufes zu verhindern. Der Magnetisierungsstrom ist viel geringer, als wenn das Anlassen bei der Polzahl der normalen Umdrehungszahl stattfinden müsste. Daher kann ein grösserer Luftzwischenraum zweckmässigerweise zugelassen werden, als er sonst bei den anderen Arten von Syn- chronmaschinen möglich ist.
An Stelle einer gesonderten Gleichstromwicklung in den Ständernuten kann man die
Ständerwicklung auch : für den Gleichstrom benutzen, wobei der Strom durch geeignete Anzapfungen zugeführt werden kann, und einer oder mehrere Erreger mit unabhängigen Stromkreisen zur Verbindung mit den Anzapfungen benutzt werden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher die dreiphasige Ständerwicklung, die Dreiphasenstrom durch die Klemmen 17, 18, 19 zugeführt erhält und bei 20 als Stern geschaltet ist, ihre Hilfsanzapfungspunkte in folgender Weise für synchrones Laufen angeordnet erhält.
Die Anzapfung 21 der einen Phasenwicklung wird durch den Regler 29 mit dem Kommutator 27 einer Gleichstrommaschine oder-wicklung verbunden, während die Anzapfungspunkte 22 einer anderen Phasenwicklung durch den Regler 30 mit einem zweiten Kommutator 28 eines gesonderten Stromerzeugers oder zum mindesten einer gesonderten Wicklung desselben Generators 26 verbunden sind. Die Anzapfungen 23 der dritten Phasenwindung können dann durch einen
Schalter 24 kurzgeschlossen werden, so dass ein lokaler geschlossener Dämpferstromkreis entsteht.
Ein geeigneter Erreger für die Erzeugung von Gleichstrom für die in Fig. 3 dargestellten
Ständerwicklungen ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die zwei vollkommen gesonderten Wicklungen sind in denselben Nuten untergebracht und mit den Kommutatoren 27 und 28 verbunden. Es ist zwar in Fig. 4 eine Wellenwicklung dargestellt, aber es kann auch eine gewöhnliche Armatur verwendet werden mit einer geraden Spulenzahl und zwei Spulen 31 bleiben als tote Spulen übrig, die nicht in den Stromkreis eingeschaltet sind. Wenn eine Armatur mit einer ungeraden Nutenzahl verwendet wird, ist es nicht nötig, tote Spulen vorzusehen. Es können natürlich auch zwei gesonderte Gleichstromerzeuger zur Lieferung des benötigten Gleichstroms verwendet werden oder irgendeine andere unabhängige geeignete
Stromquelle.
Der Gleichstrom braucht nicht notwendigerweise zweien Phasen der dreiphasigen Wicklung der Fig. zugeführt werden. Er kann auch, wenn es vorgezogen wird, nur einer
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Phase zugeführt werden, wobei die Anzapfungen der beiden anderen Wicklungen zu Dämpfungzwecken kurzgeschlossen werden könaen, oder er kann allein drei Phasen zugeführt werden.
Es ist jedoch am wirtschaftlichsten, zwei Phasen der Dreiphasenwicklung für das Gleichstromfeld zu benutzen, wie es beschrieben und in den Figuren dargestellt ist. Die Zahl des gesonderten Wicklungen auf der Erregermaschine (Fig. 4) hängt natürlich von der Zahl der Phasenwicklungen ab, welche mit Gleichstrom gespeist werden sollen.
Die vorliegende Erfindung lässt sich zum Anlassen von Synchronmaschinen verwenden, nicht nur mit einer Kaskadenwicklung in einer Maschine wie oben beschrieben, sondern auch in Fällen, in welchen zwei Maschinen in bekannter Weise zum Zusammenarbeiten in Kaskadenschaltung verbunden werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Synchronmaschine mit einer Rotor-Kaskadenwicklung gemäss Patent Nr. 45457, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine als Asynchronmaschine mit einer ihrer Normalpolzahlen angelassen wird und nach Erreichen der der Kaskadenschaltung entsprechenden Umlaufzahl auf den Synchronbetrieb dadurch umgeschaltet wird, dass die Rotorwicklung in Kaskade verbunden und gleichzeitig der Statorwicklung Gleichstrom zugeführt wird.