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Rotierende elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft rotierende, elektrische Maschinen, insbesondere Synchronmotoren oder-gene- ratoren.
Ein kennzeichnendes Merkmal der Wechselstrom-Synchronmotoren herkömmlichen Aufbaues besteht darin, dass sie bei erregten Wicklungen aus dem Stand nicht von selbst anlaufen können. Ausserdem neigt die laufende Maschine, wenn am Rotor eine pulsierende Last wirkt, zum pendeln, d. h., dass die Augen- blicksdrehlage des Rotors um die sich bewegende mittlere Drehungslage schwingt. Es ist daher für gewohn- liche Synchronmaschinen üblich, eine geschlossene Start- und Dämpfungswicklung vorzusehen, die an den das Gleichstromfeld ergebenden Polen befestigt ist. Diese geschlossene Wicklung erzeugt ein Anlauf- drehmoment, das durch Reaktion mit dem Hauptfeld, das von dem wechselstromerregten Anker aufgebaut wird, zustandekommt. Diese Wicklung erzeugt ausserdem im Falle der angeführten pulsierenden Belastung eine Dämpfung.
Wenn die Maschine normal mit voller Drehzahl unter stetiger Last läuft, besteht zwischen dem Ankermagnetfeld und dieser Wicklung keine Relativbewegung.
Ein kennzeichnendes Merkmal des Wechselstrominduktionsmotors besteht darin, dass sowohl der Stator als auch der gewickelte Rotor eines Schleifring-Induktionsmotors gleichzeitig elektrisch erregt werden können, wobei die elektrischen Verbindungen so sind, dass sich die Geschwindigkeiten der Drehfelder addieren. Mit den folgenden Einschränkungen wird dann der Motor mit dem Doppelten seiner normalen Synchrondrehzahl laufen, d. h. er wird mit einer Geschwindigkeit von 4f/p Umdr/sec rotieren, wobei f die Speisefrequenz und p die Anzahl der Hauptpole des Motors bedeuten. Obgleich eine solche Maschine in konstruktiver Hinsicht den Aufbau eines Induktionsmotors hat, arbeitet sie als Synchronmotor, wenn sie in der beschriebenen Weise dopppelt gespeist wird.
Die Beschränkungen, die einer doppelt gespeisten Maschine anhaften, bestehen darin, dass ihr, wie jeder Synchronmaschine, die Fähigkeit des Selbstanlaufens und Dämpfens fehlt. Diese Tatsache stellte den Haupteinwand vor, der bisher gegen die Anwendung solcher Maschinen besteht. Es sind zwar von Zeit zu Zeit verschiedene doppeltgespeiste Maschinen vorgeschlagen worden, welche diese beiden Übelstände zu beseitigen vorgaben, allein keine hat sich bisher als voll befriedigend erwiesen.
Der eine Grund liegt darin, dass es unmöglich ist, eine geschlossene Dämpfungswicklung normaler Art entweder an den Stator oder den Rotor der Maschine anzupassen, weil beide Wicklungen wechselstromerregt sind und eine solche Dämpfungswicklung mit Bezug auf den Stator oder den Rotor, an welchem sie befestigt ist, wie eine Kurzschlusswicklung wirkt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche mit doppelter Drehzahl arbeitende Synchronmaschine, u. zw. entweder einen Motor oder einen Generator, verbesserter Form zu schaffen, die, wenn es sich um einen Motor handelt, Einrichtungen besitzt, um auf elektrischem Wege in Gang zu kommen und die elektrische Einrichtungen aufweist, um Drehzahlschwankungen zu dämpfen, all dies, um die Maschine für einen normalen Gebrauch verwendbar zu machen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung besitzt eine elektrische Maschine Stator- und Rotorwechselstrom- wicklungen, wobei die Statorwicklung so beschaffen und erregt ist, dass ein Hauptfeld mit p Polen und ein überlagerte Drehfeld von np Polen gebildet wird, wobei n eine kleine ganze Zahl ist und wobei die Spulen der Rotorwicklung so geschaltet sind, dass sie in bezug auf das Hauptfeld als offene Wicklung von p Polen und in bezug auf das überlagerte Feld als Kurzschlusswicklung von np Polen arbeitet.
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Vorzugsweise wird die Statorwicklung mit einer Frequenz f erregt, um das Hauptfeld von n Polen, und mit der Frequenz 2nf, um das überlagerte Drehfeld von np Polen zu ergeben.
Das von der Statorwicklung gelieferte Hauptfeld von p Polen und das überlagerte Feld von np Polen kann in zwei getrennten Teilen der Statorwicklung erzeugt werden, die in den gleichen Statornuten überlagert untergebracht sind, wobei der erste Teil so gewickelt ist, dass er bei Erregung mit der Frequenz f das Hauptfeld von p Polen ergibt, während der zweite Teil derart gewickelt ist, dass er np Pole liefert und wobei sich die Spulen der Wicklungen je über l/n mal der Anzahl von Nuten der Spulen de p-poli- gen Feldes erstrecken und mit der Frequenz 2nf erregt werden.
Die bevorzugte Anordnung sieht eine Statorwicklung vor, die zwei getrennte Sätze von PhasenwickJungen besitzt, wobei die eine mit Wechselstrom der Frequenz f erregt wird, um das Hauptfeld von n-Po- len zu liefern, wogegen die andere mit Wechselstrom der Frequenz 6f erregt wird, um das überlagerte
Feld einer Polanzahl von 3p zu erzeugen. Diese Anordnung ist besonders für eine Dreiphasenmaschine von
Wert, wie dies im folgenden ausführlicher dargelegt wird. Eine solche Anordnung mit einem überlager- ten Feld von 3p Polen erzeugt eine auf der dritten Harmonischen beruhende. Dämpfung von Schwankungen des Rotorgegendrehmomentes.
In Abänderung dieser Bauregeln kann eine Maschine so gewickelt werden, dass ein überlagertes Feld eine harmonische Dämpfung einer höheren Ordnung als der dritten Harmonischen liefert, doch würde eine solche harmonische Dämpfung höherer Ordnung sich als praktisch weniger zweckmässig als die niedere harmonische Dämpfung, worunter die auf der zweiten oder dritten Harmonischen beruhende Dämpfung verstanden wird, erweisen.
Gemäss einer Ausführungsform, die eine zweite harmonische Dämpfung anwendet, kann ein einfa- cher Satz von Phasenwicklungenverwendet werden, wobei die Spulen jeder Phasenwicklung seriengeschal- tet sind und eine Mittelanzapfung aufweisen. In jede Phasenwicklung wird dann Wechselstrom der Fre- quenz f zwischen die äusseren Enden, und Wechselstrom der Frequenz 4f zwischen die Mittelanzapfungen und die äusseren Enden eingespeist, wobei dann die beiden Hälften der Phasenwicklung parallelgespeist werden.
Für alle Ausführungsformen der Erfindung mag der Stator mit zwei Sätzen von Phasenwicklungen ver- sehen sein, die getrennt bei zwei verschiedenen Frequenzen erregt. werden, oder mag er mit einem ein- zigen Satz von Phasenwicklungen und gleichzeitiger Erregung mit zwei Frequenzen versehen sein, haben die entsprechenden Rotorphasenwicklungen derart geschaltete Spulen, dass die Wicklungen als offen hin- sichtlich des Hauptfeldes und als Kurzschlusswicklungen hinsichtlich des überlagerten Feldes höherer Pol- zahl wirken, um so einen umlaufenden Dämpfungsstrom einer harmonischen Frequenz zu liefern.
Die Ausdrücke"offen"und"kurzgeschlossen"werden hier in dem Sinne gebraucht, dass auf die Im- pedanz der Wicklung gegenüber dem-Strom abgezielt wird, der in ihr vom Hauptmagnetfeld bzw. vom überlagerten Magnetfeld erzeugt wird. Hinsichtlich der äusseren Schaltung sind die Rotorwicklungen na- türlich nicht offen, da sie mit Strom aus dem Netz gespeist werden, soferne die Maschine als Motor ar- beitet, und Strom in ein belastetes Netz liefern wenn die Maschine als Generator arbeitet.
Die praktische Schaltung der Rotorphasenwicklungen hängt vom Maschinentyp ab, von der Anzahl der Pole des Hauptfeldes und von der Ordnungszahl der verwendeten harmonischen Dämpfung.
Während eine geeignete Schaltung der Rotorphasenwicklungen nötig ist, um die vo. liegende Erfin- dung in ihren verschiedenen Erscheinungsformen zu verwirklichen, ist der gewünschte Effekt solcher ge- eignet geschalteter Rotorwicklungen an sich bekannt. Es ist daher ausreichend, im folgenden beispiels- weise Rotorwicklungen darzustellen, welche die bereits angegebenen Erfordernisse erfüllen.
Ein Beispiel einer Dreiphasenmaschine mit einem zweipoligen Hauptfeld und einer harmonischen
Dämpfung dritter'Ordnung, die von einem sechspoligen, überlagerten Feld geliefert wird, arbeitet mit einer offenen Dreiecks-Dreiphasenzweipolwicklung vollen Wicklungsschrittes, die zwischen den Punkten, die von der offenen Dreiecksschaltung geliefert werden, als seriengeschaltete Einphasen-Sechspolwick- lung wirkt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Dreiphasenmaschine mit einem vierpoligen Hauptfeld und einer zweiten harmonischen Dämpfung, die von einem überlagerten Achtpolfeld stammt, ist so beschaffen, dass jede Phasenwicklung der Rotorwicklung als Serienparallelschaltung ausgeführt ist, in welcher abwechselnd Spulen oder Spulengruppen jeder Phasenwicklung in Serie geschaltet sind, um die beiden parallelen Äste der Rotorwicklung zu schaffen. Für ein vierpoliges Feld sind die elektromotorischen Kräfte, die in den Spulen jedes Astes entstehen, gleich und gleichphasig, so dass keine zirkulierenden Ströme in jenen Leitern fliessen, welche die beiden Äste parallelschalten ; die Wicklungwirktals offene Wicklung.
Für ein achtpoliges Feld jedoch sind die elektromotorischen Kräfte, die von allen Spulen eines
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gen durch einfache und doppelte Zusatzstriche gekennzeichnet sind. Die erste Phase ist mit ihrem Ende 10 an den Schleifring 11 angeschlossen, wie dies für Fig. 2 der Fall ist. Die andern Enden 10'und 10"der beiden andern Phasen sind mit dem Schleifring 12 bzw. 13 verbunden. Die drei Ringe 11,12, 13 sind
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netzes verbunden.
Die Statorwicklungen der Fig. 4 umfassen zwei getrennte Sätze von Phasenwicklungen, die beide sterngeschaltet sind und in die Statornuten der Maschine gewickelt sind. Die Statorwicklungen der Fig. 4 liefern einHauptfeld mit vier Polen und ein überlagerte Dämpfungs- und Hilfsanlauffeld mit acht Polen, für welche die Rotorwicklung der Fig. l, 2 und 3 angeordnet ist.
Gemäss Fig. 4 umfasst die Feldwicklung A des vierpoligen Hauptfeldes drei Phasenwicklungen 51,52 und 53, die zwischen den Sternpunkt 50 und die zugeordneten Enden. 54, 55 bzw. 56 gelegt sind. Die Klemmen 54,55 und 56 sind mit den Leitern 40,41 und 42 eines 50 Hz-Dreiphasenwechselstromnetzes verbunden.
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und die Klemmen 24,25 und 26 gelegt sind. Die Enden 24,25 und 26 werden mit den Leitern 43,44 und 45 einer dreiphasigen Hilfswechselstromquelle von 200 Hz verbunden.
Fig. 5 zeigt das Nutenwicklungsschema der Statorwicklung nach Fig. 4, wobei die Wicklungen und ihre Endpunkte in beiden Figuren gleiche Bezugszeichen tragen. Die Phasenwicklungen A, die das vierpolige Hauptfeld erzeugen, sind im Oberteil des Schemas dargestellt. In diesen Wicklungen erfolgt der Wicklungsschritt von. Nut 1 zur Nut 8 usw., d. h. es wird ein Schritt von 7 Nuten eingehalten, was 7/9 des vollen Schrittes ist.
Die Phasenwicklungen B, die das überlagerte, dem Start dienende Achtpolfeld liefern, sind im Unterteil der Figur dargestellt. Diese Wicklungen haben einen Wicklungsschritt von Nut 1 zu Nut 5 usw., d. h. einen Schritt von vier Nuten gleich 8/9 des vollen (Achtpol-) Schrittes.
Fig. 6 zeigt eine andere Statorwicklungsanordnung, wonach sowohl das Vierpol- als auch das Achtpolfeld von einer einzigen Wicklung geliefert wird, welche für den Laufzustand gleichzeitig mit zwei Frequenzen erregt wird.
Die Statorwicklungen nach Fig. 6 umfassen drei mittelangezapfte Phasenwicklungen 21,22 und 23 mit ihren Mittelanzapfpunkten 24,25 und 26. Ein mit 50 Hz-Dreiphasenwechselstrom gespeister Erreger- transformator besitzt drei Primärwicklungen 27,28 und 29, die in diesem Falle zwischen die Klemmen 30, 31 und 32 dreieckgeschaltet sind. Der Transformator hat drei mittelangezapfte Sekundärwicklungen 33, 34 und 35, deren Mittelanzapfpunkte 36,37 und 38 mit dem Sternpunkt 39 verbunden sind.
Die Enden der Phasenwicklungen 21,22 bzw. 23 sind zwischen Klemmenpaare 61, 62 ; 63,64 und 65,66 über die Transformatorsekundärwicklungen 36,37 und 38 geschaltet. Die Primärklemmen 30,31 und 32 sind an einer 50 Hz fahrende Dreiphasenspeiseleitung 40,41 bzw. 42 angeschlossen. Die Mittel-
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Dreiphasenleitung 43,44, 45 angeschlossen.
Mit Bezug auf die 50 Hz fahrende Leitung 40,41 und 42 sind die drei Statorphasenwicklungen 21,22 und 23 wirkungsmässig in Serie geschaltet. Mit Bezug auf die 200 Hz führenden Leitungen 43,44 und 45 sind die Statorphasenwicklungen wirkungsmässig parallelgeschaltet.
Fig. 7 ist das Nutenwicklungsschema der Statorwicklung nach Fig. 6 ; Wicklungen und Klemmen sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Statorwicklung hat einen Spulenschritt von Nut 1 nach Nut 5 usw., d. h. einen Schritt von 4 Nuten entsprechend 4/9 des vollen (Vierpol-) Schrittes und 8/9 des vollen (Achtpol-) Schrittes.
Um eine Maschine in Lauf zu setzen, die mit einer Rotorwicklung gemäss den Fig. 1-3 und mit Statorwicklungen gemäss den Fig. 4 und 5 versehen ist, wird die Rotorwicklung nicht erregt und der 50 Hz Wechselstrom ftihrendeanschltiss von den Klemmen 54,55 und 56 isoliert. Der 200 Hz führende Wechselstrom wird an die Phasenwicklung B über die Punkte 24,25 und 26 angeschlossen. Die Phasenwicklungen 21,22 und 23 werden mit 200 Hz erregt und erzeugen ein Achtpolfeld, das um die Statorachse mit der doppelten 50 Hz-Synchrondrehzahl rotiert.
Die Rotorwicklungen der Fig. 1-3 verhalten sich als kurzgeschlossene Wicklung ; der Motor wird demgemäss in der Weise selbststartend, wie dies für einen Induktionsmotor der Fall ist und läuft auf fast die doppelte 50 Hz entsprechende Synchrongeschwindigkeit hoch.
Sobald diese Geschwindigkeit erreicht ist, werden die Rotorwicklungen und die Statorwicklungen A gleichzeitig mit 50 Hz erregt. Die Klemmen 54, 55 und 56 der Statorwicklung A werden aus den Leitungen 40,41 und 42 gespeist. Der Rotorschleifring 11 der Fig. 3 wird mit der Leitung 17 und die Schleifrin-
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ge 12 und 13 der beiden andern Phasen werden mit der Leitung 18 bzw. 19 verbunden. Die Leitungen 40, 41 und 42 kann man mit den Leitungen 17,18 und 19 als so verbunden betrachten, dass sie entgegengesetzt rotierende Rotor- und Statorfelder bewirken.
Die Rotordrehung kommt mit den beiden entgegengesetzt rotierenden Vierpol-50 Hz-Magnetfeldern bei der zweifachen Synchronfrequenz, in diesem Beispiel 3000 Umdr/min, in Tritt. Sodann wird die Wechselstromspeisung von 200 Hz in den Leitungen 43,44 und 45 auf einen niedrigen Wert ermässigt und der Motor wird, soweit die äussere mechanische Last der Rotorwelle in Betracht kommt, aus der 50 HzWechselstrom führenden Leitung 17,18 und 19 sowie den Leitungen 40,41 und 42 erregt.
Der Zweck der verbleibenden Wechselstromrestspeisung bei 200 Hz besteht nur darin, das Achtpolstatordrehfeld zu erregen, um den Dämpfungseffekt der Rotorwicklung zu erzielen. Wenn der Motor mit voller Geschwindigkeit läuft, d. h. mit 3000 Umdr/min, ist keine Relativdrehung zwischen dem StatorAchtpolfeld und der Rotorwicklung vorhanden. Jegliche Schwankungen der Rotorlast, welche die Rotordrehzahl zu einem Nacheilen hinter dem Achtpolfeld veranlassen, verursacht das Entstehen zirkulierender Ströme in den drei Rotorphasenwicklungsschaltungen und dadurch den erwünschten Dämpfungseffekt.
Um eine Maschine in Gang zu setzen, deren Rotorwicklungen gemäss den Fig. 1-3 und die Statorwicklungen gemäss den Fig. 6 und 7 ausgebildet sind, wird die Rotorwicklung nicht erregt ; die 50 HzWechselstromquelle wird von den Transformatorklemmen 30,31 und 32 getrennt. Die 200 Hz-Wechselstromzufuhr erfolgt an die Phasenwicklungsenden 24, 25 und 26. Die demgemäss erregten Phasenwicklungen 21,22 und 23 erzeugen ein Achtpolfeld, das um die Statorachse mit der doppelten 50 Hz-Synchrongeschwindigkeit rotiert.
Der Motor startet und erreicht seine normale Drehzahl in gleicher Weise wie ein Induktionsmotor, wie vorhin beschrieben.
Sobald die doppelte 50 Hz-Synchrongeschwindigkeit erreicht worden ist, werden Rotor und Statorwicklungen gleichzeitig mit 50 Hz erregt. Die Schleifringe 11,12 und 13 werden über Leiter 17,18 bzw.
19 versorgt. Die Transformatorklemmen 30,31 und 32 werden aus Leitungen 40,41 und 42 gespeist, die richtig mit den Leitungen 17,18 und 19 verbunden sind, um entgegengesetzt rotierende Rotor- und Statorfelder zu erzeugen.
Wenn die Rotordrehzahl in Tritt kommt, wird die Wechselstromspeisung der Leiter 43,44 und 45, d. h. die 200 Hz-Speisung auf jenen niedrigeren Wert ermässigt, der zur Aufrechterhaltung des überlagerten Achtpol-Dämpfungsfeldes genügt.
Durch Wahl eines geeigneten Verhältnisses für den die Statorwicklung speisenden Transformator kann die Flussdichte, die von der Statorwicklung sowohl für das Vierpolfeld als auch für das Achtpolfeld geliefert wird, gesondert auf geeignete Werte eingestellt werden.
Zweckmässig wird ein Hilfsfrequenzwandler verwendet, der eine Frequenzwandlung von 50 auf 200 Hz gestattet, um die Speisung der Leiter 43,44 und 45 zu bewirken. Der Leistungsverbrauch des Frequenzwandlers ist gering wenn der Motor auf voller Drehzahl arbeitet und während des Motorstarts von kurzer Dauer. Demgemäss ist ein Wandler geringer Leistung ausreichend. Ein einziger Frequenzwandler kann mehrere gleiche Motoren versorgen, vorausgesetzt, dass von ihnen immer nur einer gleichzeitig anläuft.
In einem solchen Fall kann die 200 Hz-Wechselstromspeisung für jeden Motor gesondert eingestellt werden, z. B. vermittels zwischengeschalteter Autotransformatoren.
Die mit Bezug auf die Fig. 1-3 und 4 und 5 oder 6 und 7 beschriebenen Maschinen sind hinsichtlich der Energiezufuhr umkehrbar und können wahlweise als Synchronmotoren oder als Synchrongeneratoren benützt werden. Im letzteren Falle ist die Energiezufuhr mit 200 Hz für einen elektrischen Start nicht erforderlich, weil der Rotor von einer Antriebsmaschine in Gang gesetzt wird. In diesem Falle ist die Wechselstromleistung, soweit es sich um die 200 Hz handelt, immer gering. Zweckmässigerweise wird ein den
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generator erregt wird.
Ein Synchronmotor für zwei Geschwindigkeiten, der mit einer die zweite Harmonische benetzenden Dämpfung und mit einerStartfeldeinrichtung der im Vorhergehenden beschriebenen Art versehen ist, wird zweckmässig als Zweipolhauptfeld- Vierpoldämpfungsfeldmaschine gebaut, wenn er eine Drehzahl von 6000 Umdr/min besitzen soll, oder als eine Maschine mit einem sechspoligen Hauptfeld und einem zwölfpoligen Dämpfungsfeld, die dann mit 2000 Umdr/min laufen wird, da diese beiden Geschwindigkeiten auf andere Weise direkt nicht erzielbar sind.
Als Synchrongenerator wird eine solche Maschine zweckmässig so ausgelegt, dass sie ein zweipolige Hauptfeld und ein vierpoliges Dämpfungsfeld aufweist, um mit 6000 Umdr/min angetrieben zu werden
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und dann Leistungen mit 50 Hz abzugeben. Der Hilfsgenerator ist dann eine Vierpolmaschine herkömm- licher Bauart.
Eine besonders vorteilhafte Verwirklichung der Erfindung zum Gebrauch als Motor oder Generator für
Dreiphasenwechselstromspeisung ist eine Maschine in der das überlagerte dämpfende Feld und das Start- hilfsfeld die dritte Harmonische des Hauptfeldes ist : sie hat demnach die dreifache anstatt der zweifachen
Anzahl von Polen wie dies für die im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen der Fall ist.
Nach einer Ausführungsform einer solchen Maschine weist diese ein zweipoliges Hauptfeld und ein sechspoliges Dämpfùngs- und Starterfeldauf and läuft mit der doppelten 50 Hz-Synchrondrehzahl von
6000 Umdr/min. Eine besondere Ausführungsform hat Zweipol-Sechspolrotorwicklungen nach Fig. 8 und getrennte Hauptfeld- und Dämpfungsfeldstatorwicklungen A und B, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, mit dem Unterschied, dass die höherfrequente Wechselstromspeisung bei 300 Hz anstatt bei 200 Hz, wie vorhin dargestellt, erfolgt. Die Statorwicklungen sind weiters in Fig. 9 gezeigt und die vollständige Maschine zeigt die Fig. 10.
Die Rotorwicklung der Fig. 8 ist eine vollen Wicklungsschritt aufweisende Zweipolwicklung, welche die Phasenwicklungen 85,86 und 87 umfasst, die. wie ersichtlich, zwischen den Enden 81,82, 83 und 84 inSerie geschaltet sind. Die Enden 81, 82, 83 und 84 sind mit Schleifringen 71, 72,73 bzw. 74 verbun- den. Die Schleifringe 71,72 und 73 sind mittels Bürstenleitern 14,15 und 16 mit einer Dreiphasenwech- selstrom von 50 Hz führenden Leitung 17, 18 und 19 verbunden.
Der Schleifring 74 liegt iiberseiner Bürstenleitung und einem Regelwiderstand 88 an der Bilrstenlei- tung 14 des Schleifringes 71 sowie an einer Seite eines Schalters 89, der in geschlossenem Zustand die
Endpunkte 81 und 84 über die Gleitringe 71 und 74 kurzschliesst.
Die Rotorwicklung nach Fig. 8 wirkt als eine Zweipol-Dreiecks-Dreiphasenwicklung sowie als Sechs- pol-Serien-Einphasenwicklung.
Als Motor wird diese Maschine genauso gestartet wie dies für die Ausführung mit zweiter harmonischer
Dämpfung beschrieben wurde. Der Schalter 89 ist offen und der Widerstand 88 daher für einen Start wirksam. Die Verwendung des Widerstandes 89 verbessert das Anfahrdrehmoment.
Ein Induktionsmotor mit einem Dreiphasenstator und einem Einphasemotor vermag das Görgesche Phä- nomen zu zeigen und mit halber Geschwindigkeit zu rotieren. Dieser Effekt kann im vorliegenden Fall durch Einschluss eines Serienwiderstandes in den Rotorkreis vermieden werden.
Der Rotor erreicht eine Geschwindigkeit, die fast das Doppelte der 50 Hz-Synchrondrehzahl beträgt, weil das Startdrehfeld, das von der Start- und D mpferfeldstatorwicklung B stammt, mit 300 Hz erregt wird. Der Schalter 89 ist geschlossen, um die Phasenwicklungen 85,86 und 87 im Dreieck an die 50 Hz- Wechselstromleitung anzuschliessen. Sowohl die Rotorwicklung als auch die Statorwicklung A werden dann bei 50 Hz erregt.
Wenn die Maschine mit der doppelten Synchrondrehzahl von 6000 Umdr/min rotiert, erscheint die Rotorwicklung in bezug auf Ströme, die in den Statorfeldern induziert werden, dem Zweipolfeld als offene Wicklung und dem Sechspolfeld als kurzgeschlossene Wicklung.
Die Schaltungsanordnung der Statorwicklungen wird mit Bezug auf Fig.10 beschrieben. In Fig. 10 umfasst die HauptfeldzweipolwicklungA dreistemgeschaltete Phasenwicklungen 51, 52 und 53, die zwischen den Stemmittelpunkt 50 und die Endpunkte 54, 55 bzw. 56 geschaltet sind. Die Endpunkte 54, 55 und 56 werden aus Leitern 40,41 bzw. 42 mit 50-periodigem Wechselstrom gespeist und es sind diese Leitungen in geeigneterweise an die Speiseleitung 17,18 und 19, welche Dreiphasenwechselstrom von 50 Hz führt, so angeschlossen, dass es zu entgegengesetzt rotierenden Rotor- und Statorzweipolfeldern kommt.
Die Dämpfungs-und Startsechspolwicklung B umfasst drei sterngeschaltete Phasenwicklungen 104, 105 und 106, die zwischen den Siernpunkt 100 und die Endpunkte 101, 102 bzw. 103 geschaltet sind. Die Enden 101,102 und 103 werden mit 300 Hz-Wechselstrom aus den Leitern 107,108 und 109 gespeist.
Die Anordnung der Wicklungen A und B auf dem Stator der Maschine zeigt das Nutenwicklungsschema der Fig. 9, in welchem die Bezugszeichen für Wicklungen und Endpunkte dieselben wie in Fig. 10 sind.
Die Zweipolwicklung 51 hat einen Wicklungsschritt von Nut 1 zu Nut 13 usw., d. i. 2/3 des vollen Schrittes (für Zweipolschaltung) und 6 Spulen pro Gruppe. Die andern Phasenwicklungen 52 und 53 sind in ähnlicher Weise gewickelt.
Die Sechspolwicklung 104 hat einen Spulenschritt von Nut 1 zu Nut 7 usw., d. i. der volle Schritt für Sechspolbetrieb und zwei Spulen pro Gruppe. Die beiden andern Phasenwicklungen 105 und 106 sind ähnlich ausgeführt. Die beiden Wicklungen A und B sind in den gleichen Statornuten einander überlagert wie dies die Fig. 9 zeigt. Die Sechspolwicklung B ist näher dem Nuten-Schlitz angeordnet.
Die in Fig. 10 gezeigte Maschine ist hinsichtlich der 50-Hz Energiezufuhr umkehrbarum entweder als
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Motor oder Generator zu arbeiten. Der Rotor ist durch den gestrichelten Rahmen 90 und die Rotorachse durch die gestrichelte Gerade 91 angedeutet. Die Linie 91 bildet die Achse der Schleifringe 71,72, 73 und 74 und der Rotorwelle 92. Die Rotorwelle 92 wird vom Rotor getrieben um eine Last zu drehen oder wird selbst von einer Antriebsmaschine angetrieben, um den Rotor in Drehung zu versetzen, je nachdem, ob die Maschine als Motor oder als Generator arbeitet.
Im letzteren Falle wird die Statorwicklung B zweckmässig mit 300 Hz-Wechselstrom von einem Ge- nerator gespeist, der von ein und derselben Antriebsmaschme wie der Hauptgenerator getrieben wird. So- wohl die Rotorwicklungen als auch die Statorwicklung A liefern Energie in die 50 Hz führende Leitung 17,
18 und 19.
Die Bedeutung dieser mit Dämpfung durch die dritte Harmonische arbeitenden Maschine für Drei- phasenspeisung ergibt sich aus der Tatsache, dass dreieckgeschaltete, tertiäre Wicklungen bekannt sind, um die dritte Harmonische des Hauptfeldflusses zu dämpfen. Daraus ergibt sich, dass eine Maschine, die mit voller, doppelter Synchrondrehzahl rotiert, eine schwache Speisung mit 300 Hz-Wechselstrom aus- reicht, um ein Sechspolfeld zu erzeugen, das eine gute Rotordämpfung ergibt.
Des weiteren wird ein Nachteil der bei einer mit Dämpfung durch die zweite Harmonische arbeiten- den Zweipol-Vierpol-Maschine bestehen würde, in einer mit dritter harmonischer Dämpfung arbeitenden
Maschine vermieden.
Ein solcher Zweipol-Vierpolmotor würde ein unausgeglichenes rotierendes Feld haben, das, obgleich es nicht von solcher Auswirkung ist, dass dies den praktischen Wert der Maschine stört, bestimmte kon- struktive Massnahmen erfordern würde. Dieser Effekt ergibt sich aus der bekannten Tatsache, dass, wo immer in einer Maschine zwei Drehfelder überlagert werden, deren Polnummern um zwei differieren, ein unausgeglichenes rotierendes Magnetdrehfeld entsteht. Beispielsweise rotiert, wenn die beiden überla- gerten Felder zweipolig und vierpolig sind und mit 3000 bzw. 6000 Umdr/min umlaufen, das unausge- glichene Magnetfeld mit 9000 Umdr/min. In der beschriebenen Ausführung, die Zweipol- und Sechspol- felder verwendet, besteht diese Unausgeglichenheit nicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rotierende elektrische Maschine mit Stator-und Rotorwechselstromwicklungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung so ausgelegt und erregt ist, dass sie ein Hauptfeld von p Polen und ein überlagerte Drehfeld von np Polen erzeugt, wobei n eine kleine ganze Zahl ist und wobei die Spulen der Rotorwicklung so verbunden sind, dass sie mit Bezug auf das Hauptfeld von p Polen als offene Wicklung und mit Bezug auf das überlagerte Feld von np Polen als kurzgeschlossene Wicklung arbeiten.