Einrichtung zur Neutralisierung der magnetisierenden Wirkungen der Wickelköpfe von Wechselstrommaschinen. Es ist bekannt, dass gelegentlich bei grossen Wechselstrommaschinen Schwierig keiten durch Erhitzung von Wicklungs schildern, Pressplatten und Gehäusen auf traten, die mit Recht auf Wirbelstrombildung zurückgeführt wurden. Dabei war es auf fallend, dass bei Maschinen gleicher Grösse und gleicher Ausnützung nur in manchen scheinbar unregelmässigen Fällen die Schwie rigkeiten bemerkt wurden.
Genaue Unter suchungen haben nun gezeigt, wann die Schwierigkeiten nach der Natur der Wick lung erwartet werden können, und haben das in der folgenden Beschreibung erläuterte Verfahren gezeitigt, um schädliche Wirbel strombildung zu unterdrücken.
Auf die Wicklungsschilder und Press- platten können in erster Linie die Leiter der Wickelköpfe induzierend wirken. Nun gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Anord nungen der Wickelköpfe in mehrpoligen Maschinen. In Fig. 1 ist schematisch eine vierpolige Einphasenwicklung dargestellt. Die Ströme in den Leitern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 fliessen zu einer gewissen Zeit im Sinne der Punkte und Kreuze, die Ströme in den Endverbindungen im Sinne der Pfeile.
Während in der Verbindung von 1 nach 2 und von 5 _ nach 6 der Strom die Achse in der Richtung des Uhrzeigers umfliesst, fliesst er in der Verbindung von 3 nach 4 und von 7 nach 8 entgegengesetzt, so dass wohl kleine lokale Streuflüsse, aber keine Gesamt- magnetisierurig in der Richtung der Maschi nenachse erfolgt.
Ordnet man dagegen, wie in Fig. 2, die Endverbindungen nur in zwei statt in vier Wickelköpfen an, zum Beispiel um zu ermöglichen, dass der ruhende Aussen anker einer Maschine horizontal geteilt wird, ohne dass die Wicklung aus den Nuten her ausgenommen werden müsste, so ergibt sich, dass der Strom in allen Endverbindungen in dem in Fig. 2 dargestellten Zeitpunkt die Achse im Sinne des Uhrzeigers umfliesst.
Auch dreiphasige Wicklungen müssen häufig zur Erzielung einer Teilbarkeit des Ankers so angeordnet werden, dass ebenso wie bei der einphasigen, in Fig. 2 dargestell- ten Wicklung eine Magnetisierung in der Längsachse erfolgt. Das so erzeugte Wech selfeld hat die Tendenz, in allen in der Nähe befindlichen Leitern koaxiale, entgegen gesetzt gerichtete Ströme zii erzeugen.
Es können daher Ströme in Wicklungsschildern, in den Pressplatten des Ankerpresskörpers und im Gehäuse selbst enstehen. Diese Teile sind meist aus Guss- oder Flusseisen hergestellt; Wechselströme in Eisen wer den durch die Hautwirkung an die Ober fläche gedrängt; der Eisenkörper bietet daher einen hohen Widerstand, und die Verluste, auch die Erwärmung, in diesen Eisenteilen können, besonders bei Maschinen für hohe Leistung, beträchtlich werden.
Versucht man die Ströme durch Isolierung der einzelnen Eisenteile voneinander zu un terbrechen, so vergrössert man das von den Strömen erzeugte Feld, weil nun den Pri märströmen verringerte Sekundärströme ent gegenwirken, und es wird unter Umständen Erwärmung in fernab liegenden Teilen her vorgerufen. Auch kann eine unvollständig durchgeführte Isolation sehr nachteilig sein, weil dann der Strom, dessen Endstellung ver hindert werden sollte, über einen schlechten Kontakt sich schliesst und gefährliche ört liche Erwärmung erzeugt.
Bei wirksamer Verhinderung von Sekundärströmen in den Pressplatten und andern Konstruktionsteileu bildet sich anderseits, wie bereits erwähnt, das Wechselfeld in der Richtung der magne tischen Achse stärker aua und gibt Anlass zu schädlichen Lagerströmen.
Man hat in manchen Fällen versucht, die Erwärmung der Wicklungsschilder und Pressplatten dadurch zu verringern, dass man sie aus unmagnetischem Material von ver hältnismässig hohem Widerstand, zum Bei spiel aus Bronze, hergestellt hat. Dieses Auskunftsmittel ist teuer.
Gemäss vorliegender Erfindung wird den Sekundärströmen durch kurzschliessende Ringe ein möglichst widerstandsloser Weg geboten. auf dem sie sich mit geringen Ver lusten zu solcher Grösse entwickeln können, dass sie die magnetisierenden Wirkungen des Stromes in den Wicklungsköpfen möglichst vollständig aufheben. Diese Ringe werden zweckmässig aus Kupfer oder sonst einem sehr gut leitenden Material hergestellt, und es wird bei der Anfertigung der Ringe aus mehreren Teilen für gut leitende Verbindung der Teile untereinander Sorge zu tragen sein.
Da. man die Zahl der Amperewindungen im Wickelkopf bei normaler Belastung und bei irgend einer bestimmten Überlast genau be rechnen kann und der Strom in dem Se kundärring geringen Widerstandes der geo metrischen Summe der Amperewindungen der Wickelköpfe nahezu entgegengesetzt gleich ist, so lässt sich der Querschnitt des Kurzschlussringes so dimensionieren, dass der Energieverlust im Ring einen bestimmten kleinen Betrag erreicht.
In grossen Maschinen entfallen auf die Wickelköpfe viele tausend Amperewindungen, und es müssen daher die Wickelkopf-,Iiurzschlussringe für viele tau send Ampere dimensioniert sein. Wenn man sie aus Kupfer oder einem andern sehr gu ten Leiter herstellt, so kann dies aber mit geringem Energieverlust und weit weniger Kostenaufwand geschehen, als wenn man Pressringe und Wicklungsschilder aus un- magnetischem Material herstellt.
Die Kurz schlussringe schützen dritte Körper, zum Beispiel Wicklungsschilder, Endplatten, Ge häuse, da, die Amperewindungen der Wickel köpfe durch die des Kurzschlussringes fast ganz neutralisiert werden. Dies findet so wohl bei normaler Belastung, als bei plötz lichem Kurzschluss der Maschinenklemmen statt, bei dem bekanntlich der Strom manch mal das Zehnfache des normalen Wertes und noch mehr erreicht.
Von grossem Wert ist es, die aus elek trischen Gründen vorhandenen Kurzschluss- ringe dieser Erfindung auch zu einer me chanischen Versteifung der Wicklungsköpfe für den Fall des plötzlichen Kurzschlusses zu verwenden. Fig. 3 ist ein .Schnitt durch den Wickelkopf einer grossen dreiphasigen Maschine.
IF sind die Wickelköpfe, E ist die Endscheibe (Pressplatte) des Eisenblech körpers der Maschine, B das Wicklungs- Schild, das eine zufällige Berührung der -\@'icklung verhindert und am gusseisernen Gehäuse befestigt ist. Um Verlagerungen bei plötzlichem Kurzschluss' zu vermeiden, werden in bekannter Weise Schraubenbolzen S und metallene Pressstücke P verwendet, die mittelst zsolierender Zwischenstücke z die Wickelköpfe gegeneinander und gegen die Pressplatte E stützen.
Da bei ganz gro ssen Maschinen trotz dieser scheinbar starken Konstruktion bei plötzlichem Kurzschluss gelegentlich eine Verlagerung der Wickel köpfe mit Abbiegen der Bolzen und daher dauerndem Schaden eingetreten ist, so wur den die Bolzen manchmal gegeneinander durch Zwischenstücke versteift, oder auch um alle äussern Bolzen oder alle innern Bol zen, oder beide, Versteifungsringe herum gelegt, die lediglich mechanische Versteifung zum Zwecke haben.
Führt man nun diese Ringe R (Fug. 3) im Sinne der vorliegenden Erfindung aus gut leitendem Material mit guten Kontaktverbindungen und mit so klei nem Widerstand aus, dass die Ringe als Kurzschluss'ringe mit kleinem Verlust bei normalem Strom wirken, so haben sie auch meist von selbst genügende mechanische Festigkeit, um den Zweck als Versteifungs ringe vorzüglich zu erfüllen; eventuell lässt sich ohne Mehraufwand von Material durch zweckmässige Querschnittsform das notwen dige Trägheitsmoment und die notwendige Steifigkeit erzielen.
In Fig. 4 sind als Ausführungsbeispiele die zwei Kurzschlussringe, als Winkelringe Hl, gezeichnet, in Fig. 5 und 6 als je zwei parallele, hochkantige Ringe R2 mit Verbin dungslaschen L und Verbindungsstücken 'P, die die Löcher für die Schraubenbolzen ent halten. Die Schraubenbolzen selbst können gegen die Kurzschlussringe isoliert sein, oder sie können mit ihnen auch ohne Isolation ver bunden werden. Auf jeden Fall geht weitaus der Hauptteil des neutralisierenden Stromes durch die Kurzschlussringe.
Die Kurzschlussringe bieten einen weite ren grossen Vorteil in bezug auf die Kräfte, die in einzelnen Wicklungsteilen bei Stoss- kurzschluss auftreten. Bekanntlich erfahren Leiter, in denen gleichgerichtete Ströme fliessen, eine Anziehung, solche in denen entgegengesetzt gerichtete Ströme flie ssen, eine Abstossung. Die Ströme, in den Wicklungsköpfen zweier verschiedener Pha sen sind in einem Teil jeder Periode gleich gerichtet, in einem andern Teil jeder Periode entgegengerichtet, und es können daher, - je nach dem Augenblicke des Stosskurzschlusses, grosse Kräfte auftreten, deren Richtung un bestimmt ist.
Wenn starke Wirbelströme in den Press'platten und Wicklungsschildern auftreten können, so werden auch diese auf die Wicklungsköpfe Kraftwirkungen äussern. Die Richtung der resultierenden Kräfte ist aber unberechenbar, wenn man nicht die relative Grösse der Wirbelströme in den ver schiedenen Teilen kennt. Sieht man gemäss der Erfindung gurzschlussringe mit kleinem Widerstand vor, so treten gegenüber den Strömen in diesen Ringen die Wirbelströme in den massiven Eisenteilen vollkommen zurück. Die Ringe bilden gewissermassen die Sekundärwicklung eines Transformators.
Bei Einphasenmaschinen ist der Strom in die sen Ringen dem Strom in jedem Leiter des Wickelkopfes entgegengesetzt, so dass mit Sicherheit eine Abstossung zwischen Wickel kopf und Ring erfolgt. Bei einphasigem Kurzschluss einer Mehrphasenmaschine tritt die gleiche Erscheinung auf.
Man kann oft unbedenklich das metallene Pressstück P der Fig. 3 weglassen, wie dies in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. In Fig. 6 ist ein einzelner Doppelring von Fig. 5 her ausgezeichnet. Die beiden gut leitenden Ringe R2 sind der einfacheren Montage hal ber in Halbringe geteilt, die durch gut ver schraubte Laschen L elektrisch und mecha nisch vorzüglich verbunden sind. Zwischen den Ringen sind die Verbindungsstücke V, die die Löcher C für die Schraubenbolzen enthalten.
In manchen Fällen ist es durchaus zu lässig, auf die Schraubenbolzen und Press- stücke zu verzichten und die Wickelköpfe lediglich an den Kurzschlussring mit geeig- neter Bandage anzubinden. Dies ist in Fig. 7 schematisch für eine einphasige Maschine dargestellt. Au den Ring R' sind mittelst Bandagen D die Wickelköpfe TV-' angebun den.
Da. stets (insbesondere bei Stosskurz- sehluss) Abstossung zwischen jedem Wickel kopf und dem Kurzschlussring stattfindet, so tritt überall eine Zugbeanspruchung der Bandagen ein. Man hat bisher solche Ringe aus isolierendem Material gemacht, oder wo Metall angewendet wurde, es aufgeschnitten, damit der Stromdurchgang verhindert werde.
Die Erfindung kann naturgemäss sowohl auf ruhende, als auf rotierende Anker von Wechselstrommaschinen angewendet werden.