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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.
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Synchronous machine.
The present invention relates to synchronous AC dynamo machines. The main difficulty in using such machines is starting and bringing them up to the correct number of revolutions under load. In patent specification No. 45457 windings are described through which an induction motor is cascaded to run at a number of revolutions. corresponds to the sum of the number of poles which are caused by the currents. are generated in the stator and rotor windings, or with a higher number of revolutions, as corresponds to one of the normal pole numbers.
According to the present invention, such a machine is run as a synchronous machine with cascade connection, the possibility of running at a higher number of revolutions being used to start the machine as an induction motor with load and to bring it up to or above the synchronous number of revolutions for cascade speed, whereupon the Connections are switched so that further work in synchronism appears to be secured. If z. For example, if the machine has windings on the rotor with normal pole numbers 2 and 4, so that its number of cascade revolutions is the same as that of a six-pole machine, it can be started as an induction motor with the windings in working circuit in connection with alternating current stator windings and with the four-pole non-cascade Number of revolutions.
When the number of revolutions has reached that suitable for cascade connection, namely that of the six-pole machine, the connections of the rotor can be switched to cascade connection during the
Stator is fed with direct current so that the machine runs as a synchronous machine at six-pole speed.
The invention is shown schematically in the drawings:
Fig. I shows a stator with two windings, one for three-phase alternating current, the other for direct current.
Fig. 2 shows a rotor winding with six slip rings and the circuit arrangement for regulation.
3 shows a three-phase stator winding, this figure also showing how the direct current can be fed to this winding for operation as a synchronous machine.
FIG. 4 shows the winding diagram for a directly coupled generator which, switched according to FIG. 3, can be used.
In the present invention, the same designations as in the drawings of Patent No. 45457 are chosen to represent the currents in the three phases. The current in phase a is shown by solid lines and is at its maximum value, while the currents in phases b and c are shown by dashed and dashed lines and are at half the maximum value at the same point in time. In Figs i, the thick lines represent DC windings.
The individual figures are explained in more detail below. In Fig. I a stator is shown with three-phase winding, which is supplied through the terminals 5, 6 and 7, while the other ends of the phase winding are connected at 8 in a star connection. A runner is used with this stand that has a. Has winding of the type described in Patent No. 45457, e.g. B. one according to Fig. 14 of the cited patent with slip rings connected by resistance, so that the machine starts up as an induction motor with normal load when the current flows into the stator winding, and accelerates against the normal speed, z. B. after a four-pole number of revolutions in the present case, while the starting resistors are switched off.
The additional turns, which are connected to slip rings 16 in Fig. 14 of patent no. 45457, are made in the present case from conductors with a small cross-section, since they are only required for a short time during starting and switched off during synchronous operation at cascade speed will. As soon as the machine has reached or exceeded the synchronous speed, direct current is sent to the additional coils of the stator with the help of terminals 9 and 10, creating a two-pole field in the present case. At the same time the circuit of the slip rings of the rotor is opened. so that currents flow in them as in Fig. 12 of patent no. 45457 and the rotor runs at cascade speed according to the number of revolutions of a six-pole machine.
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It can be useful to take precautions so that the star connection of the rotor winding can be opened so that resistors can also be switched on at this point during starting, otherwise local currents can be induced in the closed rotor windings during starting, which lead to the generation of a high voltage in the DC windings.
Fig. 2 shows such a rotor, in which the parts of the windings which were previously permanently in a star connection (25, Fig. 12 and 14 in Patent No. 45457), are open and connected to the slip rings 11, the brushes of which with a three-pole regulator 13 are connected, while the brushes of the three other slip rings 16 are connected to an open regulator 14, as shown in Fig. 2, when starting is complete and running-in takes place in synchronism. The switch 13 is normally in the position in which it short-circuits the slip rings 11 during synchronous operation, as shown in FIG.
The direct current for the field of the stator can be supplied from a special power source or preferably from an exciter coupled directly to the shaft of the motor. In some cases, the exciter can be connected to the DC stator windings through resistors during starting, so that the DC field is gradually formed as the rotor approaches the synchronous speed (cascade connection). Local currents then arise in the closed circles of the rotor winding, which show the effort to bring the machine into synchronism.
In general, however, it is preferred to leave the DC circuit open until the synchronous number of revolutions is reached or exceeded by a small amount and only then to close the direct current circuit and at the same time to open the circle of slip rings 16 in order to let the machine run at the synchronous number of revolutions ,
Such a machine differs from previously known synchronous machines in several important respects. The machine can be started with full load without difficulty and brought to synchronism, this even works with considerable overload. The slip ring resistance circuits 13 and 14 (Fig. 2) are open as during starting and therefore no high voltage is induced in the DC windings on the stator during starting.
In other types of synchronous machines, such currents cause serious problems. If stator windings are used in cascade connection for the alternating current stator field with permanently short-circuited tapping points, these windings serve as damper windings; to prevent hunting during the synchronous run. The magnetizing current is much lower than if starting had to take place with the number of poles at the normal number of revolutions. A larger air gap can therefore expediently be permitted than is otherwise possible with other types of synchronous machines.
Instead of a separate DC winding in the stator slots, the
Stator winding also: use it for direct current, whereby the current can be supplied through suitable taps, and one or more exciters with independent circuits are used to connect to the taps. This is shown in Fig. 3, in which the three-phase stator winding, which receives three-phase power through terminals 17, 18, 19 and is connected as a star at 20, has its auxiliary tapping points arranged in the following manner for synchronous running.
The tap 21 of one phase winding is connected by the regulator 29 to the commutator 27 of a DC machine or winding, while the tap points 22 of another phase winding are connected by the regulator 30 to a second commutator 28 of a separate power generator or at least a separate winding of the same generator 26 are connected. The taps 23 of the third phase winding can then by a
Switch 24 are short-circuited, so that a local closed damper circuit is created.
A suitable exciter for the generation of direct current for those shown in FIG
Stator windings are illustrated in FIG. 4. The two completely separate windings are accommodated in the same slots and connected to the commutators 27 and 28. Although a wave winding is shown in FIG. 4, an ordinary armature can also be used with an even number of coils and two coils 31 are left as dead coils which are not connected to the circuit. If a fitting with an odd number of slots is used, it is not necessary to provide dead coils. Of course, two separate direct current generators can also be used to supply the required direct current, or any other independent suitable one
Power source.
The direct current need not necessarily be supplied to two phases of the three-phase winding of the figure. He can, if preferred, only one
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Phase can be fed, the taps of the other two windings can be short-circuited for damping purposes, or it can be fed to three phases alone.
However, it is most economical to use two phases of the three-phase winding for the DC field as described and illustrated in the figures. The number of separate windings on the exciter (Fig. 4) depends of course on the number of phase windings that are to be fed with direct current.
The present invention can be used for starting synchronous machines, not only with a cascade winding in a machine as described above, but also in cases in which two machines are connected in a known manner for cooperation in cascade connection.
PATENT CLAIMS: 1. Synchronous machine with a rotor cascade winding according to patent no. 45457, characterized in that the machine is started as an asynchronous machine with one of its normal pole numbers and, after reaching the number of revolutions corresponding to the cascade circuit, it is switched to synchronous operation by the rotor winding connected in cascade and at the same time direct current is supplied to the stator winding.