DE2402013A1 - Polumschaltbare elektrische maschine fuer 50 und 60 hz - Google Patents

Description

Polumschaltbare elektrische Maschine für 50 und 60 Hz

Die vorliegende Erfindung betrifft eine polumschaltbare elektrische Synchronmaschine für 50 und 60 Hz mit einem Läufer mit ausgeprägten Erregerpolen, dessen Umfang Platz für die der größeren Umschaltpolzahl entsprechenden Erregerpole besitzt, deren Abmessungen nach dem notwendigen Erregerstrom und dem magnetischen Fluß für die kleinere Umschaltpolzahl festgelegt sind, und bei dem am Kranzring Befestigungsmittel, insbesondere Nuten, vorgesehen sind, die für jede Polzahl eine symmetrische Anordnung der Pole ermöglichen, und einer umschaltbaren Ständerwicklung.

Eine solche umschaltbare elektrische Synchronmaschine ist aus der DT-PS 1 638 584 bekannt. Der Einsatz dieser Maschinen ist erforderlich, wenn ein Energieversorgungsnetz, z.B. von 50 PIz, nach einer gewissen Zeit des Betriebes auf die andere gebräuchliche Frequenz von 60 Hz umgestellt v/erden soll. Dazu ist es erforderlich, daß die energieerzeugenden Generatoren in ihrer Polzahl im Ständer und Läufer an die neue Frequenz angepaßt werden, weil im allgemeinen mit Rücksicht auf den optimalen Wirkungsgrad der antreibenden Turbine die Drehzahl unverändert bleiben soll. Bei der bekannten polumschaltbaren Synchronmaschine sind die Erregerpole auf einem massiven Kranzring mit Hilfe von Schrauben befestigt und es sind von vornherein die für eine symmetrische Anordnung·der Erregerpole bei beiden Betriebsarten, somit beiden Polzahlen, er-

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forderlichen Befestigungslöcher vorgesehen. Die Anpassung erfolgt also in einfacher Weise am Aufstellungsort der Maschine durch ein Versetzen der Pole entsprechend der gewünschten Polzahl. Dabei werden die gleichen Erregerpole für beide Umschaltpolzahlen verwendet, was zwar eine entsprechende Überdimensionierung bei der höheren Umschaltpolzahl bedingt, jedoch fällt dieser Nachteil gegenüber dem Vorteil geringer Lagerhaltung und daß die Maschine bei beiden Frequenzen die gleiche Leistung abgeben kann, nicht ins Gewicht.

Die Ständerwicklung der bekannten Maschine besteht aus einer Spulen- oder Stabschleifenwicklung, die für eine Ersatzpolzahl, zwischen beiden Betriebspolzahlen liegend, ausgelegt ist. Sie läßt sich durch eine entsprechende Änderung der Spulen- und Schaltverbindungen der jeweiligen Betriebsart anpassen, derart, daß durch die Umschaltung der Aufeinanderfolge von Wicklungsteilen lediglich eine Änderung des Wicklungsfaktors hervorgerufen wird, jedoch keine große Änderung der Leistungsabgabe.

Bei Synchronmaschinen mit niedrigen Drehzahlen wird nun aber die Ständerwicklung zur Vermeidung von Ringleitungen und zu vielen Schaltverbindungen häufig als Wellenwicklung ausgeführt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine von 50 auf 60 Hz polumschaltbar Synchronmaschine eine für beide Betriebsarten gleiche optimale Leistung abgebende, auch als Wellenwicklung ausführbare, umschaltbare Ständerwicklung zu finden. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer polumschaltbaren elektrischen Synchronmaschine für 50 und 60 Hz der eingangs beschriebenen Art, bei welcher die umschaltbare Standerwicklung aus einer zweischichtigen, symmetrischen Drehstromwicklung mit

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q = - als· Nutenzahl pro Pol und Phase (n>1) besteht. Gemäß der Erfindung ist der Zähler ζ so gewählt, daß er bei 50 Hz durch 6 und bei 60 Hz durch 5 ohne Rest teilbar ist, und sich eine Nutenzahl pro Pol ergibt, die jeweils angenähert entweder für 60 Hz-Betrieb bei 10 und für 50 Hz-Betrieb bei 12 oder aber bei 60 Hz-Betrieb bei 5 und bei 50 Hz-Betrieb bei 6 liegt, und auf beiden Maschinenseiten entspricht die Neigung der Stäbe im Wickelkopf angenähert einem Wicklungsschritt VQn dem Mittelwert beider Polteilungen und die Verbindung zwischen Ober- und Unterstab ist jeweils zumindest auf einer Maschinenseite" um mindestens eine Nutteilung abweichend von dem der Neigung entsprechenden Wicklungsschritt ausgeführt.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Ständerwicklung läßt sich sowohl als Wellen- wie auch als Schleifenwicklung ausbilden. Durch eine einmalige Umschaltung der Verbindungen : zwischen Ober- und Unterstab, unter Verwendung der gleichen Teile, die jeweils nur gedreht und anders ausgerichtet werden, erreicht man für beide Pplsahlen und somit für beide Betriebsarten einen weitgehend optimalen Wicklungsschritt und somit eine gute Leistungsabgabe. Es ändern sich jeweils zwar die Lage der notwendigen Schaltverbindungen, die Ausnutzung der Maschine ist aber bei beiden Polzahlen fast gleich gut. Trotz der durch die Erfindung gegebenen einschränkenden Bedingungen hat der Fachmann außerdem für jede Polzahl mindestens zwei Auslegungsmöglichkeiten für die Ständerwicklung, von denen die eine eine Umschaltung auf beiden und die. andere nur eine Umschaltung auf einer Maschinenseite erfordert. Von diesen kann er sich jeweils die hinsichtlich anderer für die Synchronmaschine gegebenen Bedingungen, wie z.B. Kühlung, günstigere heraussuchen.

Im allgemeinen wird man eine Abweichung des Wicklungsschrittes um jeweils eine Nutteilung von dem der Stabneigung im Wickel-

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kopf entsprechenden Wicklungsschritt vorsehen. Sofern aber für die Isolierung der Verbindung genügend Raum zur Verfügung steht, können auch zv/ei Nutteilungen als Abweichung in Betracht gezogen werden. Dadurch vergrößert sich die Auswahlmöglichkeit für die Wicklungsauslegung.

Die Umstellung des Läufers auf die andere Betriebsart wird in an sich bekannter Weise so vorgenommen, daß jeweils ein Teil der Erregerpole entfernt und unter Weglassung oder Hinzufügung von Erregerpolen in den dafür bereits vorhandenen Befestigungsmöglichkeiten in symmetrischer Anordnung wieder eingesetzt werden. Es empfiehlt sich, die Befestigung so vorzusehen, daß eine Veränderung des Maschinenluftspalts möglich ist, wofür für beide Betriebsarten die gewünschten Maschinenparameter einstellbar sind. Die Umschaltung der Erregerpole ist sowohl bei massivem Kranzring möglich, wenn die Erregerpole als Kammpole oder als Pole mit Hammerkopf- oder Schwalbenschwanzbefestigung ausgeführt sind, als auch bei einem aus einzelnen, überlappt geschichteten Blechen bestehenden Kranzring. Bei einem derartigen, als Blechkette ausgebildeten Kranzring empfiehlt es sich, als Befestigungsmöglichkeiten Nuten vorzusehen, mit jeweils sechs Nuten pro Pol - bezogen auf die Polteilung beim 50 Hz-Betrieb. Diese Nuten sind so ausgebildet, daß in ihnen die Befestigungselemente des Polschaftes gehalten werden können.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils schematisch die Anordnung der Erregerpole am Läufer bei 60 Hz (Fig. 1) und bei 50 Hz (Fig. 2). In der Fig. 3 ist schematisch ein Ausschnitt aus dem Wickelschema für die umschaltbare Ständerwicklung dargestellt; die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils die Lage der Schaltverbindungen zwischen dem Oberstab und Unterstab der Ständerwicklung in den beiden Betriebszuständen, Fig. 4 bei 60 Hz, Fig. 5 bei 50 Hz.

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Eine elektrische Synchronmaschine mit ausgeprägten Erregerpolen 1 im Läufer 2 soll bei einer Drehzahl von 600 U/min sowohl für eine Frequenz von 60 Hz als auch für eine Frequenz von 50 Hz eingesetzt werden. Diese Frequenzumstellung erfolgt jedoch, z.B. bedingt durch eine Netzumstellung, nur einmalig oder in sehr großen Zeitabständen. Die sich daraus ergebende Anpassung des Läufers 2 bzw. der Ständerwicklung 3 wird am Aufstellungsort der Synchronmaschine vorgenommen.

Bedingt durch die Drehzahl von 600 U/min sind am Läufer 2 für den 60 Hz-Betrieb 12 Erregerpole 1 und für den 50 Hz-Betrieb 10 Erregerpole 1 vorgesehen. Die Abmessungen der Erregerpole und der Erregerwicklung 4 sind nach dem notwendigen Erregerstrom und dem magnetischen Fluß für den 50 Hz-Betrieb, d.h. für die Polzahl 10, festgelegt. Die Erregerpole 1 werden von einer aus überlappt geschichteten Blechen aufgebauten Blechkette 5 getragen, die längs ihres äußeren Umfanges mit gleichmäßig verteilten Befestigungsnuten 6 versehen ist, derart, daß eine Polteilung für den 50 Hz-Betrieb (Fig. 2) jeweils sechs Befestigungsnuten 6 enthält. Die Befestigung jedes Erregerpoles 1 erfolgt durch den Befestigungsnuten 6 in der Form entsprechende Hammerkopfbefestigungsmittel 7 in jeweils zwei Befestigungsnuten 6. Bei der Umstellung von einem Betriebsfall auf den anderen, z.B. von 60 Hz auf 50 Hz, werden von den am Läufer 2 vorhandenen 12 Erregerpolen 1 jeweils zwei Erregerpole 1 ganz ausgebaut und neun der verbleibenden 10 Erregerpole 1 um jeweils eine, zwei, drei usw. Läufernutteilungen in Umfangsrichtung versetzt, um wiederum eine symmetrische Anordnung von zehn Erregerpolen 1 im Läufer 2 zu erzielen.

Die dreiphasige Standerwicklung 3» die als zweischichtige Stabwellenwicklung ausgeführt ist, erfüllt die durch die Erfindung gegebenen Kriterien und ist somit geeignet, bei der Synchronmaschine mit 600 U/min sowohl für eine Frequenz von 60 Hz als auch für eine Frequenz von 50 Hz geschaltet zu

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werden und eine gleich gute Leistung abzugeben. Die Ständerwicklung 3 ist für den 60 Hz-Betrieb als Garizlochwicklung mit einer Nutenzahl pro Pol und Phase qg_Q = 3 und für den 50 Hz-Betrieb als Bruchlochwicklung mit einer Nutenzahl pro Pol und Phase q^_Q = 3 3/5 ausgelegt. Dies ergibt für beide Betriebsarten eine Gesämtnutenzahl N= 108 und die Nutenzahl pro Pol beträgt beim 60 Hz-Betrieb 3 q^₀ = 9, beim 50 Hz-Betrieb 3 qcQ =10 4/5. Dies entspricht für den 60 Hz-Betrieb einem Wicklungsschritt bei der Wellenwicklung von 9 Nutteilungen, und beim 50 Hz-Betrieb einem Wicklungsschritt von 11 Nutteilungen.

Bei der Ständerwicklung 3 liegen in ,jeder Nut zwei Stäbe, der Oberstab 8 und der Unterstab 9, der in Fig. 3 jeweils strichpunktiert dargestellt ist. Im Wickelkopf 10 werden alle Stäbe gleichmäßig mit einer Neigung abgekröpft, die angenähert einem Wicklungsschritt von dem Mittelwert beider Polteilungen entspricht. Die Abkröpfung der Oberstäbe 8 erfolgt jeweils in einer Richtung (nach rechts in Fig. 3) und die Abkröpfung der Unterstäbe in der anderen, so daß eine direkte radiale Verbindung zwischen den sich jeweils gegenüberstehenden Enden eines Unterstabes 9 mit einem Oberstab 8 im Wickelkopf 10 einem Wicklungsschritt von 10 Nutteilungen entsprechen würde. Bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Synchronmaschine erfolgt in der Ständerwicklung 3 die Verbindung zwischen Oberstab 8 und Unterstab 9 aber jeweils abweichend von der radialen Verbindung. Die Verbindungsteile 11 werden jeweils schräg, um eine Nutteilung abweichend angeordnet, d.h. für den 60 Hz-Betrieb wird der Wicklungsschritt gegenüber der im Wickelkopf 10 vorhandenen Neigung der Stäbe um eine Nutteilung verkürzt (Fig. 4) und ergibt somit 9 Nutteilungen und für den 50 Hz-Betrieb wird der Wicklungsschritt um eine Nutteilung vergrößert (Fig. 5) und ergibt somit 11 Nutteilungen. Der Wicklungsschritt entspricht somit also, bei jeder Betriebsart

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angenähert der Polteilung, wodurch eine optimale ¥icklung£ auslegung erzielt ist.

3 Ansprüche
5 Figuren

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Claims (3)

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   Patentansprüche

   ( 1.JPolumschaltbare elektrische Synchronmaschine für 50 und oD Hz mit einem Läufer mit ausgeprägten Erregerpolen, dessen Umfang Platz für die der größeren Umschaltpolzahl entsprechenden Erregerpole besitzt, deren Abmessungen nach dem notwendigen Erregerstrom und dem magnetischen Fluß für die kleinere Umschaltpolzahl festgelegt sind, und bei dem am Kranzring Befestigungsmittel, insbesondere Nuten, vorgesehen sind, die für jede Polzahl eine symmetrische Anordnung der Pole ermöglichen, und einer umschaltbaren Ständerwicklung, bestehend aus einer zweischichtigen symmetrischen Drehstromwicklung mit q = r- als Nutenzahl pro Pol und Phase (n")> 1), dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler ζ so gewählt ist, daß- er bei 50 Hz durch 6 und bei 60 Hz durch 5 ohne Rest teilbar ist und sich eine Nutenzahl pro Pol ergibt, die jeweils angenähert entweder für 60 Hz-Betrieb bei 10 und für 50 Hz-Betrieb bei 12 oder aber bei 60 Hz-Betrieb bei 5 und bei 50 Hz-Betrieb bei 6 liegt und daß auf beiden Maschinenseiten die Neigung der Stäbe im Wickelkopf (10) angenähert einem Wicklungsschritt von dem Mittelwert beider Polteilungen entspricht und jeweils die Verbindung (11) zwischen Ober- (8) und Unterstab (9') zumindest auf einer Maschinenseite um mindestens eine Nutteilung abweichend von dem der Neigung entsprechendem Wicklungsschritt ausgeführt ist.
2. 2. Polumschaltbare elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Betrieb mit 60 Hz der durch die Verbindung (11) zwischen Ober- (8) und Unterstab (9) gegebene Wicklungsschritt um mindestens eine Nutteilung gegenüber dem der Neigung der Stäbe im Wickelkopf (10) entsprechenden Wicklungsschritt verkürzt ist.

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3. 3. Polumschaltbare "elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2 mit einer aus überlappt geschichteten Blechen bestehenden Blechkette im Läufer, an der die Erregerpole befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß gleichmäßig längs des Umfanges verteilte 'Befestigungsnuten (6) vorgesehen sind, von denen jeweils sechs Befestigungsnuten (6) in der dem 50 Hz-Betrieb entsprechenden Polteilung liegen.

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