WYDZIAIY POLITECHNICZNE KRAKOW

BIBLIQTEKA OtÖWNA

;V .'-/VW,

uv.

CO

wmm

F. NIETHAMMER

TURBODYNAMOS

kj

iv.'v***'-/.-.'.    x-'.va    ■ ■ ■

VERWANDTE MASCHINEN

• •

Fr : UND =

r;

»•«

-:;:V

jfi

tj.v

’t/«

* ,’V •• • ■

it:;;

V.

mm.

rßfS-iZ

'»fi*.*

_______________

: vjV-    "W

-viv.V:-

*>v:

sr;

■fi.*

v>*.

iTJt?

iri!«

rt

iiV

,V *

’;V,

!«P!t

,v.

.1

BL

■HUR

Hl

.v

-T:

Biblioteka Politechniki Krakowskiej

100000297224

i K‘*

‘4m

Hl

il

•VJggg

.-. .:r |.VS#Mp

i,' ■    . sä

■r |:pl ■’«

»

: ’

IS

m

-,,₃.

Ü'

■

H"

■ V

P

P;

fc

I

SSI

S3

m

'X;

If*. :    ' sS -uva

.. »

msm&B

' >

m

'tm-M

41m

V

SSSlss

I

SS

SSa

m

■i ps;.

msm

,

»S

ig

II

¥

If®.

-

IS

■M

Mi

.

»“ ¥ * i

E

■y;

'

,

■

KW '

pl

-V

V

wm.

r

TURBODYNAMOS

VERWANDTE MASCHINEN

VON □ DR. F. NIETHAMMER Q

O. Ö. PROFESSOR FÜR ELEKTROTECHNIK AN DER TECHNISCHEN HOCHSCHULE BRÜNN

MIT 209 ABBILDUNGEN

VRiTZ

BIMEReER

BflCit)

BÜRKbl

ölfeeUich« Aibtitt«

4*

fTh

iÜRII

ZÜRICH

DRUCK UND VERLAG VON FRITZ AMBERGER VORM. DAVID BÜRK1I 1906

PN

:

•. ■ *

BIBLittlEU PÖUIEßHillStfM

KRAKOW

./

ii 1 iH

Akc. Nr.

Mi/ in

ü

EINLEITUNG.

<3 C--3 O

&Ue Schwierigkeiten, die sich beim Entwurf und Bau '11 von Turbodynamos ergeben, sind durch die einer gegebenen Leistung entsprechenden hohen Umlaufzahlen bedingt, wie sie die direkte Kupplung mit den bis jetzt üblichen Dampfturbinen mit sich bringt. Diese Umlaufzahlen sind in meiner Broschüre „Die Dampfturbinen“ unter „Praktische Daten“ ausführlich zusammengestellt; dort finden sich auch noch andere für den Konstrukteur von Turbodynamos wichtige Gesichtspunkte betr. Dampfturbinen aufgeführt, namentlich in konstruktiver Hinsicht (Lager etc.) hängt jenes kleine Werk eng mit dem vorliegenden zusammen.¹)

Die hohen Umlaufzahlen von Turbodynamos führen zu Umfangsgeschwindigkeiten des rotierenden Teiles von 60 bis

150 m/Sek., während man bei üblichen Dynamos kaum je 30 bis 40 m/Sek. überschritten hat. Bei den verhältnismässig kleinen Durchmessern dieser hochtourigen Maschinen von etwa 0,3 bis kaum 2 m kommt man pro 1 kg Eigengewicht auf Flieh-

kräfte von 1000 bis 10,000 kg.

Da bekanntlich der Rotor in der Regel Wicklungen trägt mit den gebrechlichsten unserer Konstruktionsmaterialien, d. h. mit Isolation aus Papier, Leinen, Glimmer etc., die sich alle leicht verschieben und verbiegen, bezw. wie man sagt, die während des Betriebes leicht „arbeiten“, so leuchtet von vorneherein ein, dass betriebssichere Turbodynamos nur von vorzüglich eingerichteten Werkstätten zu erwarten sind, die über zuverlässige und erfahrene Arbeiter verfügen und wo bestes Material verwendet wird. Neben der sorgfältigen mechanischen Durchkonstruktion der raschlaufenden Rotoren und Lager, entsprechend den grossen Fliehkräften, hat der Konstrukteur von Turbogeneratoren durch geeignete Hilfsvorrichtungen für eine energische Kühlung und durch entsprechende Formgebung des Rotors für geräuschlosen Gang zu sorgen; bei Gleichstrom-Turbodynamos bereitet weiterhin die funkenfreie Kommutierung ganz erhebliche Schwierigkeiten.

Leicht ist es bei allen raschlaufenden Dynamos, guten Wirkungsgrad, kleinen Spannungsabfall sowie bei Drehstrom einwandfreien Parallelbetrieb selbst bei Belastung durch Synchronmotoren und Einankerumformern zu erzielen. Ohne weiters lässt sich auch das Gewicht pro KW, die Grundfläche pro KW (besonders bei vertikaler Anordnung) und der Preis pro KW niedrig halten, obwohl namentlich der Preis keineswegs auch nur annähernd umgekehrt proportional mit der Tourenzahl sinkt, da bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten einmal die Materialien sorgfältig ausgewählt werden müssen und anderseits die Herstellung grosse Präzision, also hohe Löhne bedingt.

Zweifelsohne ist für Turbodynamos die gleiche dauernde Betriebssicherheit viel schwerer zu erreichen als hei den mit gewöhnlichen Pendeldampfmaschinen gekuppelten Typen. Jede Reduktion der Tourenzahl der Dampfturbinen bis auf etwa die Hälfte der jetzt üblichen ist im Interesse des elektrischen Teiles jedenfalls zu begriissen. Der Preisunterschied gegenüber den jetzigen übermässig hohen Tourenzahlen dürfte nur ein geringer sein, da die Materialien weniger schwierig zu beschaffen und die Löhne geringer wären. Trotzdem mag erwähnt werden, dass durchaus erprobte Typen von Turbodynamos bereits auf dem Markte sind, die bezüglich Betriebssicherheit nichts zu wünschen übrig lassen.

Dieselben Gesichtspunkte wie für Dampfturbinen-Dynamos gelten auch für Turbo-Dynamos in direkter Kupplung mit Wasserturbinen für hohes Gefälle von .50 bis 1000 m, ferner für hochtourige Umformer mit hohem Schwungmoment und schliesslich für Elektromotoren zum Antrieb von Zentrifugalpumpen für grosse Druckhöhen von 50 bis 500 m.

DREHSTROMDYNAMOS.

<J C~—1 O

MECHANISCHER AUFBAU DER DREHSTROM-TURBOGENERA TOREN.

Theoretisch genommen können Turboalternatoren ebenso wie gewöhnliche Drehstromdynamos in folgender Weise aufgebaut werden :

als Gleichpoltype mit durchwegs ruhenden Wicklungen; als Wechselpoltype und zwar diese wieder als Aussenpolmaschine, die wiederum mit rotierendem Anker oder mit rotierendem Feld ausgeführt werden kann; als Innenpolm3LSQ,h.mQ, bei der man unterscheidet ausgeprägte Pole und

'walzenförmige Feldkörper mit verteilter Feldwicklung. Ausser den Synchrongeneratoren kann man auch Asynchronmaschinen verwenden, die an sich bei hohen Umlaufzahlen und geringer Polzahl günstiger ausfallen als bei niedriger Tourenzahl. In ihrer einfachsten Form erregen sie sich durch wattlose Ströme vom Netz, dem sie von Synchrongeneratoren- und -motoren oder von Umformern geliefert werden. Durch An-

DREHSTROMDYNAMOS

bringung eines Kommutators kann die Asynchronmaschine selbsterregend gemacht werden.

Tatsächlich sind alle obigen Formen, abgesehen von den Asynchron gen eratoren, als hochtourige Turbodynamos gebaut worden und zwar noch im Laufe der letzten fünf Jahre, trotzdem sind aber alle bis auf die Innenpoltype sozusagen „historisch“ geworden, was mich indessen nicht hindert, im Interesse der jungen Ingenieure hier einzeln auf dieselben einzugehen.

r«

/300

TiT

so#

I

Nf-

-2000

300%^

’3>

;n.‘

<0

-a

A~ r

irr-

\

>o,<

;

ir

“TS $

\j\

T>

200

S/6

II

8¹

i 0 / 2 3 4 Scd/Of

Fig. 1. Maschinenfabrik Oerlikon, 1200 KVA, 1500 Touren, AW (total) = 30000.

Charakteristisch für alle Drehstrom-Turbodynamos ist, dass sie wenige grosse Pole (etwa 2—12) und deshalb schwere Feldspulen pro Pol besitzen.

Bei der Gleichpol- oder Induktor type rotiert ein einfaches Stahlrad ohne jegliche Wicklung; auf dem Rad sitzen nebeneinander zwei Kränze von Polansätzen. Die Zahl der Ansätze jedes Kranzes entspricht der Polpaarzahl; um im Stator eine einzige durchgehende Wicklung zu erhalten, werden die zwei Kränze um 1 /2p des Umfangs gegen einander versetzt.

____£---

/    0/23256739 /C//m.

Fig. 2. Maschinenfabrik Oerlikon, 650 KVA (einphasig), 500 Touren.

wovon

(Oerlikon) sind die lamellierten Polansätze durch Schwalbenschwänze und Keile befestigt: 650 KVA einphasig, 500 Touren, 50 Perioden, 4000 Volt, 2X6 Pole, 2x36 Nuten,

2X12 leer.

Hy«

Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt eine vierpolige (2 X2) Induktortype der Maschinenfabrik Oerlikon für 1200 KVA, 1500 Touren, 50 Perioden, 2000 Volt, 2X24 Nuten, v = 0,92, Flux K=18 • 10⁶. Das rotierende Rad besteht aus 2x10 Schmiedeisenplatten von

In Fig. 2

20

mm

Stärke, an denen die Polansätze sitzen.

_n

Ver

- -a—k. ——

es

# 2360

-    306

all

Y4-

o}*

<ö

•G-

-~©

ßC

IT

Fp

/.

cf

Die Firma Sautter, Harle & Cie., Paris, gibt der Induktortype nur einen Polkranz (Fig. 3), dafür aber zwei ruhende Erregerspulen E! und E₂, die zur Kühlung noch unterteilt sind; die Maschine hat überdies drei Luftspalte Ll5 L₂ und L₂; die zwei letzteren liegen allerdings sehr nahe an der Drehachse, so dass sie klein gehalten werden können. Da jeder Polkranz einer zweipoligen Induktortype nur einen Polansatz bekommt, so ist das Ausbalancieren einer derartigen raschlaufenden Maschine so gut wie ausgeschlossen. Die Maschinenfabrik Oerlikon hat nun für diesen Fall die Kon-

struktion Fig. 4 ausgebildet: Der eine Polansatz wird in zwei gleiche Hälften Pj zerlegt, dazwischen liegt um 180 Grade versetzt der zweite Polansatz P₂.

E/ Mj Ex M2 E3

Lz

w*r'\

E/\. i H Ä/rC

Ul Ml

Die Polansätze sind auf der Gegen-seite durch Messingklötze Qx Q2 ausgeglichen. Der Stator weist ebenfalls drei Eisenkörper E1? E₂, und E₃ und zwei Erregerspulen M,,

Fig. 4.

M₂ auf. Die über die Lager gebauten Erregerspulen m1? m₂ sind umgekehrt erregt wie die benachbarten Haupterregerspulen, um den durch die Welle, die Lager und das Gehäuse gehenden Streullux aufzuheben (D. R. P. 144 054 und 153 163).

Die Gleichpoltype hat wohl den Vorteil, dass ihre Umfangsgeschwindigkeit etwas höher sein kann als bei den andern Typen ; sie fällt jedoch schwerer und teurer aus. Namentlich die Streuung ist grösser, die Spannungskurve ist häufig un-symetrisch und enthält unerwünschte höhere harmonische Glieder ; die Streufelder geben auch häufig bei hohen Tourenzahlen zu unzulässiger Erwärmung durch Eisen- und Wirbelstromverluste Veranlassung.

Die Aussenpoltype mit rotierendem Anker gestattet, die rotierende Wicklung in einzelnen Spulen gleichmässig über den Umgang zu verteilen, und diese können in geschlossenen Nuten oder in offenen Nuten mit Keilabschluss zuverlässig festgehalten werden. Deckt man die als Fass Wicklung ausgeführten Stirnverbindungen durch einen geschlossenen Metallzylinder oder eine Reihe Bandagen ab, so erhält man einen ziemlich glatten geräuschlos arbeitenden Rotor. Parsons hat die Aussenpol-maschine nach Fig. 5 und 6 öfters ausgeführt*): 350 Amp. 1000 Volt, 3000 Touren, einphasig.

*) Nach S. Thompson: Die dynamoelektrische Maschine.

Die Maschinenfabrik Oerlikon hat die in Fig. 7 und 8 dargestellten Aussenpolmaschinen entworfen: Fig. 7 leistet bei 3000Touren 200 KW 190 Volt Drehstrom, 50 Perioden; es

lif I, 1 1 1 1-1 I I 1 I ,

/ 0 / 2 S 1 5 6 7 8 0 warn

I.

s. '•

j | ^W- -|

tT

““HD

Fig. 5. Masse siehe Tabelle I.

ok

O' •

sind /2 Nuten vorgesehen, wovon 24 leer bleiben, in 48 Nuten liegt je 1 Stab 8 X 35 mm ; die Spulen der einzelnen Phasen liegen nebeneinander, sie greifen nicht ineinander über, deshalb ist der Spannungsfaktor*) c nicht 2,1, sondern

ZT

etwa 1,6. Fig. 8 leistet 400 KW

ft

zweiphasig, 42 Perioden und 2520

Touren; sie hat 108

Nuten, 4x7 Nuten blei-4X2

Fig. 6. Schnitt AB aus Fig. 5.

ben ungestanzt, sind leer, in 72 Nuten ist ein Stab 5X42 mm. In Fig. 9 sind die Spulen einer Einphasenmaschine durch Klammern an Bolzen befestigt. Die Versuchsmaschine Fig. 10 der A. E. G.

*) E = c • n Z K • 10-⁸. E = E. m. K. n — Periodenzahl. Z = Leiterzahl pro Phase. K. = Flux pro Pol.

Berlin ist ebenfalls eine Aussenpolmaschine, sie leistet bei 3000 Touren und niedriger Spannung 300 KVA. In jeder der geschlossenen Rotornuten (Fig. 1 1), ist je ein Kupferstab ein-

«1

'    \,\ fOOO ---------

TMrfHLp

—1    ~-~~t

__ _i _

4-

\m

f

iä»

. j-

f/s/o

t'"l

//mo

/§.

'OSO

Av

Vs¹

VutmJ7

Fig. 7. Maschinenfabrik Oerlikon, 200 KW 3000 Touren. K — 9 • 10⁶, AW pro Pol = 15000, Gewicht = 5,5 t.

/S00

-Ml

OSO

ZO0

/ o / < j 4 sdm.

Fig. 9.

Fig. S. Maschinenfabrik Oerlikon, 400 KW 2520 Touren.

K = 16 • IO⁶, 390 Volt.

gebettet; die Stirnverbindungen bestehen aus hochkant gestellten Kupferringen, in denen Löcher zur Aufnahme der Kupferstäbe ausgespart sind (Fig. 12 und 13). Die mit zahlreichen Luftkanälen durchsetzte vierpolige Aussenpolmaschine Fig. 13 a der Maschinenfabrik Oerlikon leistet bei 1.500 Touren 1200 KVA,

DREHSTROMDYNAMOS

IO

ooOO Volt und oO Per.-Sek. Die Seitenverbindungen sind um Ansätze an den Flanschen gewickelt und werden durch Metallhauben gehalten; K = 22,7 • 10⁶, 48 Nuten 25 X 58 mm, Luftspalt —■ 5 mm, Wellendurchmesser — 220 mm, Stromdichte = 1,7 Amp./qmm.

efc

Sö

-06-*

— Ni.

riQ

— SV

's.

Jazz— ttf

-Oft ~

X.

5/0 —

ö Öj _2HH)

F?!

1410

- OOP

WM -

LjÄ-B#

Ywm

2450

rm

Yf^ -0607 -3r & -

q>

EI

II

,o

w

OTTO

r—ft:

090

1100

5276—MO

X:

r v-imr *

AJi

i u 096— u 06 t---

- m/\

JJ

690

Oft ~

067-----J ;

OPU---:

.....

3>Vi ^ -

"t

—im

2450 —--------------------- ••

Fig. 10. A. E. (f. Berlin, 300 KVA 3000 Touren. Hiezu gehören die Details Fig. 11—13.

- 'g*

—49 0

Für Hochspannung wird es bei hohen Umlaufzahlen sehr schwierig, die Wicklung der Aussenpoltype auf die Dauer betriebsicher zu isolieren, auch die Stromabführung durch die

Oy

fo

lo

iO'

.o

14 -

Fig. 11.

o.

©V xdji

o©F

Fig. 13.

SiLorher jm l/mfonji

\-0

74

ff

/fsJCs

/om.

Vte

Fig. 12.

O'

.O'

O.

Oy

Oy

*10- *

,i0

|Mi

::

=^=r

3d/n.

lüllllllll II III

10 1*34 sc/rn.

Fig. I3a. Maschinenfabrik Oerlikon. 1200 KVA, 1500 Touren.

drei Schleifringe ist nicht gerade einfach, so dass diese Type durch die für Hoch- und Niederspannung gleich einfache Innenpoltype, bei der nur die niedervoltige Gleichstromerregerwicklung rotiert, verdrängt wurde.

Wie nahe übrigens die Tourenzahlen der Wasserturbinen denen der Dampfturbinen kommen, zeigt ein von der Cie. de

X

jffl

.jr

f

:%m

äs

<v»__

Fig. 14. Compagnie de l’Industrie Klectrique Genf, 2000 KW “50 Touren.

‘JL-

Fig. 15. Compagnie de l’Industrie Electrique Genf, 2000 KW 750 Touren.

Der betr.

l’Industrie Electrique Genf ausgeführter Generator für 2000 KW, 750 Touren und 6000 Volt Drehstrom, Fig. 14 und 15; die Tourenzahl ist dieselbe wie die der Curtisturbine.

Drehstromgenerator hat feststehendes Aussenfeid. Der Anker mit der rotierenden Hochspannungswicklung hat einen Durchmesser von 1,5 m, eine Eisenlänge von 1,5 m, d. h. eine Umfangsgeschwindigkeit von 55 m/Sek., beim Durchgehen über

100. Die Grössenkonstante C

ist etwa 0,8. Der

KVA d² 1 u

Anker hat nur einen 50 mm breiten Ventilationskanal, dem beiderseits Flügel Luft zuführen ; um ein Pfeifen zu vermeiden, ist über die Pole gegenüber dem Luftschlitz ein Blechring genietet. Auch das Polgehäuse hat in der Mitte einen Luftschlitz. Die Schleifringe sitzen auf radial gestellten Isolatoren. Die Lager haben einen spezifischen Druck von p = 9,5 kg und eine Umfangsgeschwindigkeit von w₂ = 10,2 m, d. h. pwz == c^lOO; es ist Wasserkühlung vorgesehen. Die Wicklung liegt in ganz geschlossenen Nuten, 2 Stäbe 16X7,2 mm pro Nut. Das Gesamtgewicht des Generators ist 43 t.

JA«

+t

fN

Die Aussenpoltype mit ro-tirendemjFe/dist eigentlich nur für recht langsamlaufende Maschinen mit hohem Schwungmoment, z. B. für Gasdynamos berechtigt. Als einziges hierher gehöriges Beispiel sind die ersten zweiphasigen Niagara-Turbodynamos für 3750 KVA,

2500 Volt und 250 Touren mit stehender Welle anzuführen.

Fig. 16. 3750 KVA, 25 Perioden.

Die Type ist zuerst von der Westinghouse Co.*) entwickelt worden. Der zweite Satz Aussenpolmaschinen für die Niagara-Anlage ist von der General

Electric Co. nach Fig. 16*) für die gleiche Leistung und Tourenzahl wie die ersten geliefert worden. Diese Type hat wohl den Vorteil, dass die Polbefestigungsmittel nicht beansprucht werden, da die Fliehkraft die Pole einfach gegen den geschlossenen Jochring aus Nickelstahl presst. Das Ausbalancieren**) der rotierenden Glocke ist indessen ziemlich schwierig, auch im übrigen ist der konstruktive Aufbau weniger einfach als der der Innenpoltype, die für alle neueren Niagaramaschinen von 3750 und 7500 KW benützt worden ist. Bezüglich des Aufbaues der Erregerwicklung muss auf die Innenpoltype hingewiesen werden.

Der Rotor der Innenpoltype kann aus dünnen Blechen von 1—3 mm oder aus Stücken von 50—100 mm Dicke oder ganz massiv aus einem Stück oder aus einer Nabe mit aufgesetzten Polen aufgebaut werden.

Die Innenpoltype mit ausgeprägten Polen lässt sich für

äussere Umfangsgeschwindigkeiten bis gegen 70 m pro Sekunde anstandslos verwenden.

Bei mässigen Umfangsgeschwindigkeiten kann der Feldkörper aus Stahlguss bestehen, bei höheren Geschwindigkeiten aber aus gepresstem Schmiedestahl oder Gusstabl, bezw. 1—3 mm starken gestanzten Schmiedeisenblechen. Die einzelnen Teile eines zusammengesetzten Feldkörpers können auch aus verschiedenartigem Material sein, z. B. joch und Nabe aus Stahlguss, Pol und Polschuhe aus dünnen Blechen.

Für den Aufbau des Feldkörpers mit ausgeprägten Polen gibt es drei Möglichkeiten :

1.    [och, Pole und Polschuhe ein Stück;

2.    Joch und Pole ein Stück, Polschuhe aufgesetzt;

3.    Pole und Polschuhe ein Stück, auf dem separaten Joch befestigt.

*) Z. V. D. I. 1904.

**) Siehe im Kapitel „Ausbalancieren“ am Schluss dieses Werkes.

c

Zu Seite 17-

CT

CT

r

■m

V. H i

T

Sn

1

'

/9

s

xS

Ü

s>

wis rr

=

—

S

VT':

<iS

gffCTffr

i/1

■ x-x .

- -1

m

,

/V

_zz

HÜ

x:

'

X

=3

JC

,

CTZäSiüü ~rZZ~'~'7~T/ -x ’ ~⁷3!

rimlfflr

S7 | F?

i///-

y////y/C

Hü

■4-

S23

zrx

MfflMJU

II!

:    ' -j.

hT

: n

w

nm

!

9mm

U

b.fe

IT

!

E:i:t

szrB

Sit:

fT

r

X

)\

d

4C

\\\S

*

-V9

i

z~S

CT\

\

w

CT

o

1dm.

Fig. 18. A.-Cj. J. J. Rieter & Co., Winterthur. 1/0 KVA, 1000 Touren. Hiezu gehört Fig. 19.

Im ersten Fall muss man die Feldwicklung ganz direkt auf den Feldkörper wickeln, Fig. 17, was für hohe Geschwindigkeiten kaum betriebssicher ausgeführt werden kann.

*_____

Im zweiten Fall werden die Polschuhe entweder mit den Polen verschraubt Fig. 18 — 21, oder sie werden mit Hilfe

Fig. 17.

w#tEH"=Cp

vQ

IO/

PV

mM

ifsa

,'vm

;?■

m;/mk

v\ *

iP..;

ST

kt \

Ö\

fvA'

‘Ö""r

idm

i.. . . . i , , i , i ¹

/ o

Fig. 19. Querschnitt von Fig. 18.

von Schwalbenschwänzen, Fig. 22, eingesetzt oder sie werden nach Fig. 23 —26b*) (General Electric Co.) verzapft. Fig. 18

*) Fig. 25 a—b sowie 26 a—b aus E. P. 22912 (1903).

DREHST R () MD YN AM O S

oc

und 19 der A. G. J. J. Rieter & Co. leistet 170 KVA bei 1000 Touren, 4000 Volt, 50Perioden; Bohrung = 660 mm zahl = 36, 36 Drähte 3,4 mm $ pro Nut. Die Polschuhe sind geblättert, die Polschuhschrauben stark versenkt, um Wirbelströme zu vermeiden.*) Fig. 20 von Ganz & Co. leistet 1300 KVA

•>

Nut-

4.i V

40

£90

0~ ' i;

\ AM

*4 - n*

«

J VS

— OOP

700

-P*

/ 0/23456789 /odffl.

Fig. 20. 1300 KVA 420 Touren.

.>

Fig. 21 (h'= 1,5 <5)

Fig. 22.

Fig. 23.

bei 420 Touren, auf den Armstern ist ein Stahlkranz mit den Polansätzen aufgezogen. Die Maschinenfabrik Oerlikon legt in

Fig. 27 und 28 einen Ring über die Pole, der aus verzapften und vernieteten Metallsegmenten von Eisen und Messing besteht. Auch die Pole werden mit Hilfe von Schrauben,

10

Fig. 24.

11

°\g

w.

12

«Miß

16

/s

29"

iS

16

(ST*

fl

29'

*70-+/#

f 4 „ ö-ZK

30'

11

-30"

d>

iii

Fig. 25 a.

Fig. 26 a.

25a—26b stellen denselben Rotor dar.

29

~~^©15~ i

M.A

10

«p

f©

29

J3

21

i©

17

©•

©©!©

■O

-30

HSE

Fig. 25 b.

Fig. 26b.

Fig. 29 — 32a, oder von Schwalbenschwänzen mit Keilen, Fig. 33 bis 34 b, oder mit Hilfe einer anderen Verkeilung, am jochring befestigt. Für Schrauben ist allerdings in den wenigsten Fällen bei hohen Geschwindigkeiten ge

Fig. 35 — 37,

nügender Platz vorhanden; am ehesten sind Stift-

KW, 500 Touren. In Fig.

39 — 41 sind Pol- und Joch-Blechpackete abwechselnd miteinander verzapft. Damit mehrere Schwalbenschwänze gleich-

5000 Volt,

sen

CI

///

.J..

LJ 1 1 i bl 1

101234567&9 tödm

Fig. 27. Maschinenfabrik. Oerlikon.

2400 KVA, 1000 Touren, 50 Per.

Fig. 31 der General Electric Co. (Niagara) 7500 KVA,

250 Touren, 11000 Volt,

25 Perioden ; Fig. 32 von Ganz & Co. 3500 KVA,

210 Touren, 42 Perioden, 10000 Volt; Fig. 35 und 36 der Maschinenfabrik Oerlikon leistet 2400 KW bei 1000 Touren; Fig. 37 der General Electric Co. 5000

schrauben, die durch den ganzen Pol bis zum joch gehen, möglich, Fig. 38. Fig. 29 der Maschinenfabrik Oerlikon leistet bei 214 Touren 3250 KVA(14 Pole, 25 Perioden, 10000 Volt); Fig. 30 derselben Firma 3000 KVA 300 Touren, 45 Perioden,

18 Pole; Fig. 30a 6500 KVA, 300 Touren, 25 Perioden 10000 Volt, 10 Pole;

e:

all

zi

Fig. 28. Rotor zu Fig. 27.

mässig die Fliehkräfte aufnehmen, sieht die General Electric Co.

nach Fig. 34 (E. P. 6500 einen radialen Schlitz 13 vor. presst nach Fig. 42 die Bleche, die aus je einem Pol und einem jochseg-ment bestehen, zwischen zwei Stahlgussflansche.

Fig. 42*) leistet 425 KV A,

3600 Volt,

Touren, 50 Perioden und 12 Polen. Die Feldbleche,

bei

450

'TYT,

vom Jahr 1903) im Pol zur Federung Die Maschinenfabrik Oerlikon

Ehenbreite lz&0

360

160

e-tiiT

— n ■

__o_

lli

<$oo

/ 0 / z J 4 5 dm.

(K

S40

Fig. 29. Maschinenfabrik Oerlikon. 3250 KVA. 214 Touren.

tel-l—l-IU

f § si

amm

1-

Fig. 43 — 45 der General Electric Co. umfassen je zwei Pole und das zugehörige Jochstück B, die Bleche werden versetzt aufgebaut und mit Hilfe von Schwalben-

2700

Jahr 1903).

Für die Erregerwicklung hochtouriger Maschinen mit aus-

me

K=15-10⁶^

/    0 12 3 + j dm

Fig. 30. Maschinenfabrik Oerlikon. 3000 KVA. 300 Touren.

schwänzen vom Armstern gefasst ; die Polschuhe sind in die Pole eingesetzt. (E. P. 22909 vom

mm in Frage. Die Oberfläche des

geprägten Polen kommt vor allem Flochkantkupfer von 30 X 1 bis 60 X 4 und 20 X 4

*) Die Fig. 42. 34a und 32a finden sich ausführlicher behandelt in Z.V. D. I. 1905, S. 763 ff.

Kupfers muss absolut glatt und gratfrei sein, die Isolation aus Rotpapier zwischen den einzelnen Windungen nehme man ge-

/400

© ©j

Ansicht hiezu wie Fig. 29.

ifh

h A is

3! v. !!

c;

ir

Si

ii ? SW

i'

JL _Ü„

TT

f

irrpr, q ; n

..........

;! TriJ li'lilu 'Ü

nr

:i; ii ;!!!!

W!

Lo ii ifrU

3400 —

- m/tf 0Z6/(f

er

C7

- 0-2500-

iiiiiiiini i i i i i

/    0/234 5am.

Fig. 30 a. Maschinenfabrik Oerlikon. 6500 KVA, 300 Touren.

Jp

Ge 4- Gm + Gs -T Gp

J 0/234 sdm.

y,= 101 ; y2 = 103.

Fl

iMm

iMm

¹

Zum Studium der elektrischen Grundlagen für den Entwurf von Turbodynamos verweise ich auf meine zwei grösseren Werke „Elektrische Maschinen und Apparate“, sowie „Elektrische Maschinen und Anlagen“, wo die für Turbodynamos wichtigen Probleme bereits im Zusammenhang erörtert sind. Über Turbodynamos habe ich Aufsätze veröffentlicht in „Z. V. D. I.“, 1905, S. 762 ff.; „Zeitschr. f. d. g. Turbinenwesen“, 1905, Heft 1—3; „Z. f. E.“, 1904. 7. und 14. Februar und 1905, S. 1. sowie S. 495; „Electrical World“, 1904, 19. und 26. Mai und 15. Oktober. Weitere Turbodynamos finden sich im Handbuch der Elektrotechnik Bd. IV (2. Aufl.)

Jp

-OZZ3

dp«!

•<572Dmr-

— 3809D.m,r-

Otm--

"1

0 Q) Q) 001

---ocfJ

r®

---5180 Dmr

gcO 0,0 ll 0OH

rrrzi

■Q>

ffl <D 0 0 0

®.

0-

fl

-S390Dmr

- 3505Dmr--

/V/

■sam

---*'///////,

’7

Fig. 31. 7500 KVA, 250 Touren.

nügend stark, mindestens 0,o mm oder mehr. Vor dem Auf-setzen presse man die Hochkantspulen hydraulisch zu einem festen Packet zusammen; in Fig. 30 und 30a, sowie 42 werden die Hochkantspulen durch kräftige Bolzen zusammengepresst. Da ein möglichst grosser Querschnitt des Erregerkupfers wünschenswert ist, so hält man in der Regel die Erregerspannung niedrig, häufig nur 20—50 Volt; aus verschiedenen Gründen ist es jedoch wünschenswert, als Erregerspannung 65 oder 110—120 Volt zu verwenden. Um die Pressung innerhalb der Erregerspulen zu vermindern und die Fliehkraft stufenweise auf den Pol zu übertragen, kann man sie in einzelne Spulenkästen nach Fig. 46 Siemens & Halske oder durch unmagnetische Zwischenstücke nach Fig. 47 und 48 von Lah-meyer-Frankfurt unterteilen. Dadurch wird ein Ausbauchen der Spulen auch bei verhältnismässig dünnem Leiterquerschnitt vermieden.

-I

von

AK

v/v

*3$0+

In Fig. 37, 43 — 45

Fig. 32. 3500 KVA, 210 Touren. * A = Armstern aus Gusseisen K = Stahlkranz, S = Keile, R — Flügel.

und 48a werden die Erregerspulen durch Klammern und Presskeile an dem Feldkörper festgehalten, letztere nehmen die tangentiell wirkende Komponente der Fliehkraft auf, die bestrebt ist, die Spulen auszubauchen. Die Firma Siemens & Halske presst die Hochkantspulen nach Fig. 49 durch Federn solid zusammen, um damit ein Arbeiten der Spulen auszuschliessen. Die Pressung pro qcm durch die Fliehkraft erreicht bei den letzten Windungen 100 kg und mehr. In Fig. 25a bis 26 a sind die Feldspulen allseitig mit Blechen umbaut; in Fig. 27 und 28, sowie 35 und 36 sind in der Achsrichtung einstellbare Keile,

auf den Stirnseiten Stahlkappen vorgesehen; die Taschen e in Fig. 28 dienen zum Ausbalancieren.¹)

Die Feldspulen grosser niederperiodiger und hochtouriger Maschinen muss man wohl auch in zwei konzentrischen Teilen,

L240

todm

4300

-240

*5#i-

fite¹ t|

mm

nJpg

Nf

■■■

273 —~226

-280

- MO

*    3020

,r~: ^

ff

7ZW

>-130 ; 130

343

/,

- O/Är¹- 0/6

~omt- oio

4730

2060

~/S6¹

Fig. 32 a. E. G. Alioth — Centrale Hauterive.

^ 950 KVA, 8600 Volt, 300 Touren, 20 Pole. Ringspurzapfen mit Wasserkühlung.

Fig. 50 bis 50c, ausführen; die Spule Fig. 50 wird durch Bolzen zusammengepresst und hat Luftkanäle.

Flach liegendes Kupferband, Fig. 22, ist für hohe Tourenzahlen wegen des Ausbauchens nicht empfehlenswert.

Feldkörper mit ausgeprägten Polen sollten durch nichtmagnetische Scheiben und durch Bandagen seitlich vollständig

abgedeckt werden, sodass sie wie ein allseitig glatter Zylinder wirken, wobei jedoch durch radiale und achsiale Kanäle für genügende Kühlung zu sorgen ist.

ifr

Fig. 33

Maschinenfabrik Oerlikon.

Auch bei ausgeprägten Polen kann man, wie das im nächsen Abschnitt erörtert wird, die Feldwicklung in eine Reihe Nuten unterteilen. Eine solche Anordnung wird z. B. von der Westinghouse Co. nach Fig. 38 ausgeführt. Ausser den eingefrästen Nuten zur Aufnahme der Wicklung sind noch eine grosse Zahl radial eingedrehter Luftkanäle

hoc

•V

^r/4

ns

/O

Fig. 34.

Der in

vorgesehen. Der ganze Feldkörper besteht aus massivem Flussstahl. Das Einwickeln des flachen Kupferbandes geschieht auf einem horizontalen Karussel-Drehwerk nach Fig. 51.

Fig. o2 und 53 dargestellte Turboalternator der Westinghouse Co. leistet dreiphasig 3500 KW bei 1000 Touren, 11000 Volt und 33Va Per. Der Stator hat 10 Nuten per Pol und Phase, d. h. insgesamt 120 nahezu geschlossene Nuten mit einem Stab per

ESül

VM

W"

i!

"ITT"!

fnl

Ni

NS!

f=

'T

HL*..

ItL

/ 0 12 3 4

6 67

sdin.

Fig 34 a. Oesterr. Union E. G. (Sillwerke) 2500 KVA, 315 Touren, 42 Perioden, 11000 Volt.

Der Vollast-

Nut.

Die Grössenkonstante ist nahezu 1 • 5.

Wirkungsgrad ist zu 96 72% garantiert.

Ein sechspoliger 1500 KW-Generator der Westinghouse Co. hat in jedem Pol 5 Nuten und jeder der massiven Pole wird mit der Nabe durch 2X6 kräftige Bolzen verschraubt, Fig. 38. Die Rotoren der 5500 KW-Generatoren der British Westinghouse Co. für 1000 Touren (8 Pole) bestehen aus

ca

;<3)

y\

M-

SS

(L

-ya

\ FP_rm

ly—I r~~

wu

/7/s / I I I I I l

Xy/ / o / f 3 t 5 6dm

€>

CtD

Fig. 34 b. Schnitt und Ansicht von Fig. 34 a.

-a

liinliml 1 ! i i

1 o 1 Z 3 A sdffl.

EU

isiMi

LninJ 1 1 I 1 1 -

/ 0 / A 3 4 scf/n.

Fig. 36. Schnitt durch Fig. 35.

Fig. 35. Maschinenfabrik Oerlikon 2400 KVA, 1000 Touren, 50 Perioden.

DREHSTROMDYNAMOS

massivem gepresstem Whitworth-Schmiedestahl; das Schmiedestück wird zur Aufnahme der Welle, die durch den massiven Rotor ausserordentlich versteift wird, ausgebohrt.

Die in Fig. 54 gezeichnete Befestigung der Erregerwicklung in Löchern von eingesetzten Stahloder Bronce-Segmenten H rührt von Parsons her. Die Stirnverbin-

J/ä

düngen werden durch geschlossene Metallkappen mit Luftkanälen abgedeckt.

Fig. 3/. 5000 KW, 500 Touren.

Die Verwendung einer glatten Walze mit einer in Nuten ver-

!< JJt >S

IM!

Imnl

::

jr.

Fig. 38.

teilten Feldwicklung ist wohl die betriebsicherste Konstruktion eines Feldkörpers für Turbodynämos ; damit erzielt man auch am ehesten geräuschlosen Gang und es sind Umfangsgeschwindig-

DREHSTROMDYNAMOS

to

keiten von gegen 150 m pro Sekunde möglich. Die Firma Brown, Boveri & Cie. hat diese Konstruktion*) nach der Fig. 55 und 56 für zahlreiche Maschinen mit Leistungen bis 10000 PS

ainffli

Details zu Fig. 39.

jj

J>_©_

Fig. 39.

Fig. 40.

Fig. 41.

700

-Pn

560

/•

^

V /w

!JJ j

-170*

(§>*Ä

o o/' 7 °

zte-

//

Si

mm

I*

Lim.l

/ 0/234 sdm.

Fig. 42. Maschinenfabrik Oerlikon. 425 KVA, 450 Touren.

Der Drehstromalternator

ausgeführt (D. R. P. 138,253).

Fig. 56 leistet bei 3000 Touren 500 KVA, 2000 Volt, 50 Per. Die Nuten zur Aufnahme der Feldwicklung werden in der

*) In der Z. f. E. Wien 1905 S. 495, habe ich einen Drehstromgenerator von C. E. Brown für 1000 KW, 1500 Touren ausführlich besprochen, dort ist auch die von unten kommende Kühlung ersichtlich. Diese Tvpe wird auch zur direkten Kupplung mit hochtourigen Wasserturbinen und Wasserpumpen verwendet (Olten-Aarburg, Elektr. Bahnen, 1905. S. 442).

Regel in den massiven Feldkörper eingefräst. Die Feldspulen bestehen aus umklöppeltem Flachkupfer, sie werden durch

6—10 mm starke Metallkeile in , den Nuten festgehalten. Über 20 die Stirn verbin düngen, an denen in sorgfältiger Weise die Lötstellen von Spule zu Spule vorgesehen sind, kommt unter

16

zz

■₀<°

/ /<

\ „ y VßmJJ

/5

Cn»

Ha

er*“⁰

io p

k° (4

/ o //

? / t-

o—

2,-

9'

Fig. 43.

Fig. 44.

16

ZS

ZI

zz

24 *

16

bis

J7

r24

7%.

25

- -~4 25

22" 7' /2'

26

27

26

Fig. 45.

Zwischenlegung eines geeigneten Isolationszylinders eine Bronzekappe mit Ventilationsflügeln und Löchern zum Ausbalancieren. In manchen Fällen wird der Rotor nach Fig. 57 (D. R. P. 1,52389) aus Blechen aufgebaut; aus dieser Abbildung ist auch zu ersehen, dass die Lagerzapfen beiderseits in den Rotor-

körper eingesetzt sind, erkennt man am deutlichsten aus Fig. 58 und 59. Es ist üb

Den Herstellungsprozess des Rotors

lich, die Rotornuten 20—40 mm breit und 60—90 mm tief zu machen; das flache Kupferband hat etwa die Abmessungen 1 X 10 bis 2 X 25 mm; bei grossen Typen legt man 2 Lagen nebeneinander; pro Pol verwendet man 2X3 bis 2x5 Rotor-

«ill

SS

m

I .V

*k

MT

Fig. 46.

Fig. 47.

Fig. 48.

\V

-ör

Siehe auch Fig.27 und 35.

.y

TT

Fig. 49.

Fig. 48 a.

nuten. Der Teil des Rotors, der keine Nuten trägt, entspricht 35 — 50 °/° des Umfangs. Die Isolation zwischen zwei Kupferbändern ist 0,3—0,6 mm Presspahn oder Umklöpplung, die Nutauskleidung ist 1,5—2,5 mm stark.

B. A. Behrend verwendet nach Fig. 60 und 61 die Brown’sche Konstruktion für die Turbogeneratoren der Bullock Mfg. Co. Nach ähnlichen Prinzipien bildet die Westinghouse Mfg. Co. ihre zweipoligen Feldkörper aus, Fig. 62 — 64.

C/j

fco

Der Westinghouse-Turbogenerator auf der Ausstellung in St. Louis leistete 400 KW bei 3600 Touren, 400 Volt und 60 Per. Der Stator trägt 36 nahezu geschlossene Nuten mit einem massiven Stab per Nut, der von der Seite eingeschoben

Luft

PolscAit//

ftei/esc//

Fig. 50 a.

Fig. 50.

IS

V.

-t-Lu/?

Fig. 50 c.

f-

Kupfer

Keil

JsoUtio«-

Fig. 50 b.

C La/t

""

ruirut

/L

uumaru

ü.

Fig. 51.

wird. Die Rotormasse gibt Fig. 64. Die Umfangsgeschwindigkeit ist etwa 110 m/Sek. und die Grössenkonstante C — KVA “ dTu

sungen 20x70 mm, und zwar sind es insgesamt 16 Nuten. Der Nutkeil aus Bronze ist 20 mm dick. Der Stator besitzt 11 Ventilationskanäle von 25 mm Breite, der Rotor drei.

- = cX) 0-5.

Die Nuten des Rotors haben die Abmes-

^gj

V-

/.

W\

\

&

H

kV

ii i •

! ■ 4a

UM •

1

Bl

I

VW V

r .< j

-

'

* ‘,*L

1

w

-

pp

3

F!Aa

Fig. 52. Westinghouse Co., 3500 KM⁷, 1000 Touren.

Rotor zu Fig. 52.

■

r

Fig. 53. Westinghouse Co., 3500 KW, 1000 Touren.

Der Luftspalt beträgt 25 mm. — Die A. E. G. Berlin versieht nach D. R. P. 146115 und 146 116 die Rotorwalzen mit

///

-/

\\

»\

Z/AY/AVZ

Fig. 54.

<A-

Fig. 55.

Schwalbenschwänzen, auf welche oben die formgewickelten Feldspulen gelegt werden Auf die Spulen werden dann durch einen Keilverschluss E die Zähne B gepresst. Diese Konstruktion scheint nicht so einfach und betriebssicher, wie eine in Nuten festgelegte Feldwicklung; sie hat je-

(Fig. 65).

. i :: J

Hi

UK

ff

Fig. 56. Brown, Boveri & Co., 500 KVA. 3000 Touren.

doch den Vorteil, dass die Spulen vor dem Auflegen vollständig fertig gewickelt und umpresst werden können, überdies können die Zähne aus unmagnetischem Material bestehen, was aber

Fig. 60.

am

.......p fl 1 DO

ii ii ii il ii i u u

n li ii 11 ii ii 11'

UL

ITT

JUUUUULJUUl

geringer Bedeutung ist.. Die einzelnen Spulen werden wie Hochkantfeldspulen durch Rotpapiereinlagen isoliert, hydraulisch zusammengepresst, mit Glimmer umpresst und bei 65 —110 Volt Erregerspannung mit 3000 Volt Wechselstrom geprüft.

Werkstätte der A. E. G. Berlin in der die Rotoren angefertigt

von

Die

Fig. 57.

Sä?

Fig. 58. Brown, Boveri & Co.

Fig. 59. Brown, Boveri & Co.

ili

Fig. 61.

werden, zeigt Fig. 66; vorne ist der später erwähnte Prüfapparat zum Äusbalancieren sichtbar. Bei einer neueren Konstruktion der A. E. G. werden die Zähne des Rotors als Ganzes in Schwalbenschwänze des Rotors eingesetzt, zum Teil bestehen die Zähne aus nichtmagnetischer Bronze (D. R. P. 160 391, Z. f. E., Wien 1905, S. 496, Schweiz. Patent 32 488).

Die bis jetzt besprochenen verteilten Feldwicklungen bedecken nur etwa die Hälfte bis ²/₃ des Umfangs; man kann

,v,

-3

.2

«di

Jpii

12

73

0®,

fl

ffÖH

f \ _a w \J

—als

77

*/iV

li

72

73

Fig. 62.

wssa

Fig. 63

ScAniN ßß 600--v

!•-^700

L\

4M

!hv/

~y

*C

B\

Fig. 64.

Fig. 65.

aber auch eine gleichmässig verteilte Gleichstromwicklung und zwar eine Trommel- oder eine Ringwicklung verwenden, obwohl dann die Ausnützung des Kupfers eine schlechtere ist.*)

*) Die resultierenden Feld-AW entsprechen dann nicht Strom mal Windungszahl, sondern etwa 60°/o davon. Bei gleichem Kupferaufwand ist der Spannungsabfall der auf dem ganzen Umfang bewickelten Rotoren bedeutend grösser als derjenigen mit P : r = rc ²/„.

Dafür dürfte aber das Ausbalancieren sich einfacher gestalten. Eine derartig gleichmässig verteilte Trommelwicklung für Feldkörper von Turbodynamos zeigen die Fig. 67 und 68 *). Die Maschinenfabrik Oerlikon gibt in D. R. P. 157 306 die gleichmässig verteilte Feldwicklung Fig. 69 an, wobei die Stirnverbindungen durch konzentrisch zur Welle liegende von einander isolierte Kupferscheiben gebildet sind, welche geschlossene oder

sf

sFll

EE£

H9I'.

■m ä

SS

jTk

lug. 66. Turbinenwerkstätte der A. E. G. Berlin.

schliessbare Aussparungen an ihrem Umfange besitzen, innerhalb derer die Leiter des Läufers isoliert bis zu der Scheibe durchlaufen, mit der sie leitend verbunden sind. Es sind dann keine Schutzkappen oder Bandagen erforderlich; die Scheiben können auch zur Ventilation ausgenützt werden. Dieselbe Konstruk-

*) Auch die Maschinenfabrik Oerlikon hat für Rüschlikon einen gleichmässig mit Nuten bedeckten lamellierten Rotor ausgeführt, die Nutteilung ist aber viel gröber als in Fig. 68; er leistet 400 KW, 5600 Volt, 42 Per., 2520 Touren, siehe Handbuch der Elektrotechnik Bd. IV, 2. Auf!. (Niethammer).

tion hat übrigens die A. E. G. für die Aussenpolmaschine Fig. 10 ebenfalls verwendet. Für diesen Fall können die Rotornuten ganz oder nahezu geschlossen sein, wobei die Stäbe von der Seite eingeschoben werden. Eine betriebssichere Feldkonstruktion erhält man auch, wenn man eine aus Hochkantstäben bestehende Ringwicklung nach Fig. / () (1200 KVA, 1500 Touren, 50 Perioden der Maschinenfabrik Oerlikon)ver-wendet; diese Konstruktion führt aber zu einem unverhältnismässig hohen Kupferaufwand. — Für den ruhigen Gang ist die Verwendung homogenen Materials für den Rotor sehr wichtig (Kruppstahl). Lamellierte Pole baut man zweckmässig aus einzeln

<sr

Fig. 67.

....

vv

Fig. 68. Zweipoliger Rotor einer Turbodynamo der Siemens-Schuckertwerke für 550 KW, 750 Volt, 3000 Touren.

ausbalancierten Paketen von 25 — 50 mm Dicke auf, diese Pakete aus 10 — 30 Blechen von 1—3 mm Stärke werden durch Nieten von 10— 15 mm Stärke zusammengepresst und aus ihnen wird vermittelst 20 : 30 mm starker Bolzen oder Nieten der ganze Pol aufgebaut.

Sehr ähnlich den Turbogeneratoren sind die Rotoren der hochtourigen Drehstrommotoren zur direkten Kupplung mit

Zentrifugalpumpen. Am solidesten lässt sich für diesen Fall ein Kurzschlussanker ausbilden, dessen Rotorstäbe in nahezu geschlossenen Nuten liegen und dessen Kurzschlussringe hoch-

⁵¹¹

-------3 GUI

ZEIED

3-

SB

Fig. 60. Siehe auch E. P. 13051 (Jahr 1904).

kant liegen. Die Fig. / 1 zeigt einen Wasserhaltungsmotor mit Schleifringanker von Lahmeyer, Frankfurt, für den folgende Daten gelten :

.1 /600

Fig. /(). Maschinenfabrik Oerlikon, 1200 KVA. 1500 Touren.

Förderquantum der Pumpe cbm in der Minute .

Förderhöhe......

Leistung des Motors .

Umdrehungen in der Minute

Spannung ......

Wechselzahl......

620

PS

520

Volt

1500

5000

Polzahl

Primäranker Durchmesser......

Breite inkl. Ventilationsschlitze

Bohrung ........

Nutenzahl.......

Draht........

Widerstand pro Phase . cos (p........

mm

1000

55

55

55

55

55

55

ooo

55

55

800

680

60

5,0 ; 5,9 Ohm 0,69

mm

0,94

«a,

-4

ZB

•-4>j

. Qr

EZZ3

0i

0"

JLJI-JJ._lI II ll II LLlL-LL

x;

Fig. 71. Lahmeyer- Frankfurt.

Sekundäranker Durchmesser Bohrung . Phasenzahl .

mm

6/4

55

55

450

55

55

Nutenzahl......

Draht........

Widerstand pro Phase .    .    . Ohm

84

9X11 0,0192 1,25 95,1

Der Motor hat Lagerschilder, Kugellager und Metallkappen

55

55

Schlüpfung

Wirkungsgrad

mm

0/

lo

über den Rotorverbindungen.

Der Drehstrommotor der A. E. G. (Fig. 72) leistet bei 1035 Umdrehungen und 5000 Volt 600 PS, seine Hauptabmessungen sind nachstehend gegeben :

Bohrung (Stator) Eisenbreite .... 3 Luftschlitze Polzahl . Kranzstärke Stator | Rotor I Nutentiefe Stator Rotor Nutenbreite Stator .

Rotor .

radial

55

55

Hangs

iW

850

490

20

170

105

38

19

28

8,4

mm

55

55

mm

55

55

i“¹..

Fig. 72.

Nuten pro Pol und Phase, Stator .

Drähte pro Nut.........

Schaltung...........

Nuten im Rotor.........

Stäbe pro Nut ;........

Stabquerschnitt.........

Luftzwischenraum........

126

185

1,85

mm²

mm

Die Statorbleche sind nur durch zwei Gusswangen gehalten.*) Die österr. A. E. G.-Union befestigt die Stirnverbindungen

1500 Touren durch

eines Drehstrommotors für 250 PS,

Klammern an einem Tragflansche (Fig. 73 und 74).

*) Glückauf, 1904, S. 1085.

Im Aufbau mit den Induktionsmotoren übereinstimmend ist der Asynchrongenerator, der aber bis jetzt weder als Turbogenerator noch sonst nennenswerte Verbreitung gefunden hat.

Fig. 73.

Durch Anwendung eines Erregerkommutators Hesse er sich kompoundieren, wodurch man wesentlich an Feldkupfer sparen könnte. Diese Y)\'^\\^\xoxwkompoundierung mit einem Kommu-

/VSv'

Fig. 74.

tator sowie drei Strom- und drei Spannungstransformatoren ist aber recht kompliziert und kapriziös, obwohl die grosse Kupfermenge, welche zur Erzielung einer einwandsfreien Spannungsregulierung auf dem Felde erforderlich ist, die Anwendung einer Kompoundierung der Drehstrom-Turbogeneratoren besonders nahe legt. Bei der geringen Polzahl der Turbody-namos ist die Kompoundierung der direkt gekuppelten Erregermaschine²) am zweckmässigsten. Die Erregermaschine muss

Erregermaschine

Drehstromgenerator

Cr

Fig. 75.

ebensoviel Pole wie der Generator haben, der Hauptstrom wird direkt oder durch einen Serientransformator in die Ankerwicklung des Erregers geschickt (Eig. 75 und 7b); die Anschlüsse erfolgen so, dass der Hauptstrom im Generator und Erreger um 180° verschobene Dreh-AW = AW, erzeugt, d. h. wenn die Ankerrückwirkung AWa im Generator den Feld-AW ent-

Gen^rd/or

Erreger

SfsssA

P⁷⁷⁵}

Fig. 76.

gegenwirkt, wirkt sie im Sinne der Feld-AW des Erregers. Die Leitungen 1, 2, 3 (Fig. 73) brauchen nicht notwendig an eine

besondere Ankerwicklung abc angeschlossen zu sein, sondern können direkt in a, bj C! an der Gleichstromwicklung liegen.*)

JE

Fig. 77-

Da die feststehenden Statoren der Turboalternatoren sehr lang werden, so kann es angezeigt erscheinen, die Statorbleche paketweise zusammenzupressen (Fig. 30a) und die einzelnen Pakete zum ganzen Stator zu vereinigen. Im äussersten Falle kann man auch Stator und Rotor nach Fig. 77 von Brown, Boveri & Co. in zwei

Mit Schleifringen 0-507,5 6/57,5 c-zezo Mit Kurzschluss:dnhr a /57,5 b-u>7,s c ■ euo

-    567,5 4

<7/5

-4— 567,5 -

/096

0 CD.

-O-GD

0 O

CD

GDI

CD ; CD

O¹

CID CID,

560

tY

6/5

. L-

6/5

/S50

/050

<rso

■*-

0/7 3 4 5 6 7 69 /OCfm

Fig. 77 a. Union E. G., 400 PS, 1500 Touren, vierpolig.

ganz getrennte Blechpakete unterteilen (Drehstrommotor für 1000 PS, 544 Touren) oder zwei Maschinen nach Fig. 77a zusammenbauen.

*) In der Z. f. E., Wien 1905, Heft 34 (20. August), habe ich auf S. 498 ein Schema eines kompoundierten Turbogenerators wiedergegeben. Das Feld der kom-poundierten Erregerdynamo sollte nicht eigenerregt sein, sondern durch eine Batterie gespeist werden.

DREHSTROMDYNAMOS

4-

Die Statorwicklung unterscheidet sich kaum von der der gewöhnlichen Drehstromgeneratoren. Man findet sowohl offene wie geschlossene Nuten ; erstere sind auch bei massiven Feldkörpern möglich, da der Luftspalt und die Nutzahl pro Pol in der Regel sehr gross sind. Das Einfädeln oder das Einschieben der Leiter in die langen Statornuten ist allerdings weniger einfach als das Einlegen der formgewickelten Spulen von oben herein. Von grösster Wichtigkeit ist es, die langen Stirnverbindungen der Statoren von Turbodynamos gründlich festzulegen, da sie sonst bei Belastungsänderungen und Kurzschlüssen sich verbiegen oder vom Rotor mitgenommen werden*)

(Fig. 70, 78, die zu 31 gehört, und 79).

Die Wickelei der A. E. G. Berlin für Turbodynamos zeigt Fig. 80.

Die Schleifringe zur

C-’

y Zuführung des Erregerstromes bestehen aus zäher Bronze oder hartem Gusseisen oder Stahlguss. Als Bürsten findet man häufig Messinglaubbürsten, seltener auch Kohlenbürsten, die aber entschieden anzustreben sind. Pis ist zweckmässig, je einen Schleifring links und rechts vom Feldkörper anzuordnen (Fig. 5b). PPäufig nützt sich ein Schleifring oder ein Bürstensatz bei den an sich rasch verschleissenden Metallbürsten mehr ab, als der andere, was durch eine Art elektrolytische Wirkung bedingt ist.

Fig. 79.

-m

/o*

Sk

WWW

8/

7'

Wwv

Fig. 78.

*) Man kann die Stirnverbindungen auch mit imprägnierten Holzklammern festlegen oder auf Isolatoren festbinden; siehe Z. f. E. Wien 1905, S. 497 (Heft 34) und E. T. Z. 1905, S. 806 (Fig. 40).

Man sollte es stets vermeiden, ein Ende der Erregerwicklung an die Welle zu legen, was von verschiedenen Firmen zur Ersparnis einer Leitung zwischen der Erregerwicklung und der direkt gekuppelten Erregerdynamo ausgeführt wird. Es treten dabei leicht zwischen Wellenzapfen und Lagerschale Spannungen von 5 — 20 V auf, welche durch Funkenbildung die Lagerschalen anfressen. Nachträglich kann dem Uebel

K>.s

/.

.TAX

Fig. 80. Wickelei der A. E. G. Berlin.

dadurch abgeholfen werden, dass inan auf der Welle eine an Erde liegende Bürste schleifen lässt.

Die Bürsten müssen dauernd soliden Kontakt auf den Schleifringen herstellen und nicht abgeschleudert werden. Die A. E. G. Berlin erreicht dies z. B. nach D. R. P. 154 261 durch Verwendung von Doppelbürsten (Fig. 81). Sollte eine Bürste abspringen, so wird eine andere umso mehr angepresst. Um die Auflagefläche der Bürsten zu verbessern, hat die A. E. G.

DREHSTROMDYNAMOS

4-

die Schleifringe in Fig. 10 mit konischen Rillen versehen. Die A. E. G. falzt nach Fig. 82 (D. R. P. 154 671) mehrteilige Ringe ineinander und versetzt die Trennfugen gegeneinander.

Nach dem öster. Patent No. 16416 ziehen Siemens & Halske die Schleif- ** ringe auf konische Flächen auf (Fig. 83).

'C

Fig. 81.

Für ein dauernd gutes Rundlaufen ist es sehr zweckmässig, die Schleifringe auf konischen Pressflächen zusammen-

'?&////,

V 't c"ö

bei

zupressen, wie dies z. ß. von der Westinghouse Co. nach Fig. 84 ausgeführt wird.³) Am üblichsten ist es, die Schleifringe warm auf die Welle aufzuziehen, welche durch einen beiderseits reichlich überstehenden 2 mm starken Glimmer-

Zylinder isoliert wird. Siehe auch das bei ■d Gleichstromdynamos über „Bürsten“ Ge-yy^ sagte.

Fig. 82.

(rr¹'

Da zwei die geringst mögliche Polzahl für Dynamos ist, so ist es ausgeschlossen, Turbodynamos bei 15 Perioden für mehr als 900 Touren pro Minute zu bauen, bei 50 Perioden für mehr als 3000, bezw. allgemein für mehr als 60 mal n (n = sek.

500 KW

Fig. 83.

1. Parsons kuppelt nach dem E. P. 6734 (1902) mit der Dampfturbine c, Fig. 85, den Drehstromrotor a, dessen zwei-

Periodenzahl). Dieses Dilemma macht sich besonders bei kleinen Leistungen von und weniger bemerkbar. Es gibt einige allerdings nicht sehr einfache Mittel, es zu umgehen:

S. 116.

poliger Feldkörper b drehbar angeordnet und mit einem zweiten Drehstromrotor at direkt gekuppelt ist. körper bt steht fest. bt und ax drehen sich halb so rasch im gleichen Sinne wie a, so dass zur Erzeugung von ti Perioden

120 n

Der zweite Feld-

- sein kann (p Polpaare).

2. Das Lauf- und Leitradsystem der Turbine dreht sich im umgekehrten Sinn, je mit u Touren, was 2 u Touren bei stillstehendem Leitradsystem entspricht. Jede der beiden Wellen, Fig. 86, ist mit einer besonderen Dynamo gekuppelt (D. R. P. 150990). Parsons hat nach dem öster. Patent 19279 ebenfalls eine solche gegenläufige Turbine, Fig. 87, ausgebildet.

die Tourenzahl von a gleich

\S

S3

mis . //

-Ml JO

Fig. 84.

<b'

,b

a*

J'

rrrm

£k

T-i-f c\

Fig. 85.

3. Denselben Zweck wie in Fig. 86 und 87 kann man auch rein elektrisch erreichen : man gibt dem Stator der Turbo-dynamo eine Drehstromwicklung, in der ein Drehfeld mit n, Perioden rotiert; wird der Rotor mit n₂ n, Perioden angetrieben, so entstehen in seiner Drehstromwicklung Drehstromspannungen von der Periodenzahl nx —n₂ — n^ Ist n₂ = 2 nl7 so wird nx = n₁. Siehe das öster. Patent 20745 von J. Seidener auf einen Induktionsgenerator, dessen Stator und Rotor mit oder ohne Vermittlung von Transformatoren an dasselbe Netz

Auch Ziehl hat in E. T. Z. 1905 Heft 27

angeschlossen sind, einen solchen Generator (Doppelfeldgenerator) ausführlich be

sprochen.

iVi

Die grösseren Drehstrom-Dy-namos der amerikanischen Laval-turbinen (50 bis 300 PS) werden nach Fig. 88 als Doppelgenerator ausgeführt, dessen zwei Einheiten gegen einander versetzt sind; es sind normale Innenpolmaschinen mit lamelliertem Feldkörper. Häufig sitzt auf der Verlängerung der beiden Generatorwellen je ein

cV

Fig. 86.

sv

Lff

\k

Fig. 87.

C³⁵⁵^

llhfi

_A_

U*o]

'-5,

mm

MT

Fig. 88.

Erreger. In andern Fällen wird der Erreger durch Riemen von der Dynamowelle angetrieben oder es wird eine besondere Erregerturbine vorgesehen.

MECHANISCHE BEANSPRUCHUNG IN TURBO

ALTERNATOREN.

Die Beanspruchung sollte nicht höher als auf '/₄—¹ ;₈ der Elastizitätsgrenze des verwendeten Materials gehen.

Der rotierende Teil eines Turboalternators kann im allgemeinen als geschlossener Ring (Jochring) aufgefasst werden, an dem die Pole und die Feldwicklung befestigt sind und der meist direkt auf die Welle aufgeschoben wird; nur in seltenen Fällen bei grosser Leistung und mässiger Tourenzahl kommt ein Armstern in Frage, der aber meist als volle Scheibe event. mit Ausparungen ausgebildet wird. Bei grösseren Durchmessern und hoher Tourenzahl ist eine Verbindung von Kranz und Nabe durch schmiedeiserne Scheiben oder Arme angezeigt. Für die Rotoren von Turbodynamos verwende man möglichst homogenen Schmiedestahl oder gestanzte Schmiedeisenbleche. Die maximale Beanspruchung eines frei rotierenden Ringes mit dem Innenradius⁴) r; und dem Aussenradius ra je in cm ist:

in kg/'c²

(1)

' U \² S    ~l -5

<s =

24 r² T- 104 r² 10

30/ 128

spezifisches Gewicht in kg

u minütliche Umdrehungen, s pro cdm.

Für den Fall, dass die radiale Höhe des Ringes klein

2 rt rn "60 U

ra und falls

ist, wird r keit des Ringes in mjSek. erhält man

v die Umfangsgeschwindig-

cf =

U \²    —5

_ S r; • 10 =

v²

30

10 • n~

0,0102 sv² in kg/c².

(2)

Dagegen wird für kleine Werte von r im Falle die mittlere Umfangsgeschwindigkeit vm des Ringes

bzw. für ^ = 0

7r ra

60

u i n mfSek.

ö“ =

104

128

•r²- 10

—5

0,033 s v

r< E

in kg/c².

(3)

eisen

s = 7,2 für Gusseisen, s = 7,3 für Stahl und Schmied-8,5 für Bronze.

~ B-470 *■

*i

ZZZZZ7

I '

*<—300

2 r-6/70

fl S2S0

Mftj

t

OP/

2/t - 28 Pole i -- 8/trme

T^L2>~-

27?    •'»

//JS0----

V₄\\\l

t\\«

srr

M§

ufi⁵°

'*

ßSr.______

Fig. 89.

Die Formel (2) wird auch geschrieben

(4)

6‘ =

<v

²    — spezifische Masse =

g

kg pro cm'¹

981

Umfangsge-

schwindigkeit in cm.

Die Beanspruchung des Kranzes oder Jochringes ist jedoch grösser als die angegebenen Werte <?, o‘ und <j", da der Ring durch die Pole und Feldwicklung belastet ist.

Für ausgeprägte Pole ist unter Voraussetzung einer Tourensteigerung von zo°/₀ gegenüber der Vollasttourenzahl u die Fliehkraft pro Pol in kg (Fig. 89):

₂ Gp -P Gs /2 n Rp V ₂ 1

9-81

Gc

1,1

60

Rr

0,00112 1,21 (Gp b Gs) • Rp • u². p= Gewicht eines Poles samt Polschuh in kg. s= Gewicht einer Feldspule samt Isolation in kg. Rp= Schwerpunktsradius für (Gp-f-Gs) in m. Umdrehungen pro Minute.

(5)

JJs

Ferner sei Gm = magnetischer

Zug für einen

Pol =

R ' ²

-^max

5000

J:

'in

Bmi/t

<*/

Bmasc

F F in cm²;

Luftspalt entnimmt man für die maximale Exzentrizität e im Luft-

Polrandfläche pro Pol die Induktion B

max

im

Abrma/e Errejfurtg

Fig. 90.

Gm— 2 p• GJ= 2p• Gk

-Jft⁷ spalt <5 aus Fig. 90.*)

G/—0,00112 [2 p (Gp f Gs)+Gk] Rm- 1,21 -u² (in kg. u. m).

Rmax

5000

Fp-

Rm

totales Kranzgewicht; 2p Schwerpunktsradius in m für Pole und Kranz :

Polzahl.

Rm

2p(Gp + Gs)R²m-4-GkR²k 2 p (Gp -f- Gs) 4- Gk

*) Fig. 90 gibt in der Kurve o m n den Zusammenhang zwischen Erreger-Amperewindungen (AW) und Luftinduktion Bj; OX ist die Tangente an omn im Ursprung O, sie gibt die AW zur Überwindung des Luftspaltes 6 an. Mache z x || Op und gleich ö und z y = e (Exzentrizität des Luftspaltes), o p sei die normale Erregung und p u die mittlere Luftinduktion Bi , ziehe O y und parallel dazu p q. so ist das Lot q s = B

IIKIN-

**) Es ist etwas zu reichlich gerechnet, wenn man B

variiert.

für G'm benützt, da

die Luftinduktion nach Fig. 90 von Bmin bis Bt

nax

Schwerpunktsradius des Kranzes in m Fig. 89,

= Kranzquerschnitt in cm².

Damit wird die totale im Jochring oder Kranz auftretende Zugbeanspruchung ok kg/cm², erzeugt durch die Fliehkraft der Pole, der Erregerwicklung und des Kranzes, sowie durch den gleichmässigen magnetischen Zug

G'c+G',"

2?rqk

6k< 200 kg/cm² für Gusseisen.

(?k S 500 kg/cm² für Stahlguss.

Für den Fall, dass keine ausgeprägten Pole, sondern in Nuten gleichmässig verteilte Erregerspulen (Fig. 55) benützt werden, ist zu setzen:

2p Gp

Rk

9k

in kg/cm²

(6)

Gewicht des Materials ausserhalb des Zahngrundkreises (Zähne -r Polschuhe).

Gewicht sämtlicher Erregerspulen (ohne Stirnverbindungen).

Sofern der Kranz nach Fig. 89 mit i Armen zusammengegossen wird, tritt extrem gerechnet im Kranz eine Biegungsbeanspruchung (Jk kg/cm² auf

2 p G,

(Tk

(Gc'-hGm'-t-Gk)f₂

Wk

(7)

2 TT Rk

in cm.

Wk

Widerstandsmoment des Kranzquerschnittes, rechteckigen Querschnitt ist

Für

Wk = - b h² in cm³. 6

Für Fig. 91 ist

B H³ — b h³

Fig. 91.

ferner für Fig. 92

jr* r

/ffö

a

Fig. 92.

//

...f

Ö = -; (Bl,³—bh³-al₂³) 3

1    arf+bd²

2    aH + bd

i,=

(c->)

(h)

W == —

" ■ T. m    i

1₂ = H — 1,

tfk'X200 kg/cm² für Gusseisen, <>k'    500 kg/cm² für Stahlguss.

Setzt man in Formel (7) GQ 4~ Gk = 0 und für G'c die einfache Fliehkraft des Kranzes, so ergibt sich bei rechteckigem Kranzquerschnitt

Gk v2 i²bh²

an Stelle der Formel (2); v = mittlere Kranzgeschwindigkeit in m/Sek., s = spez. Gewicht (7,0—8,5), Rk — Trägheitsradius des Kranzes in m, h — Kranzhöhe in cm.

(j‘k — 32

= 0,1 V²S ,₂

Rk

i²h

(7a)

Werden die ausgeprägten Pole samt Polschuh und Wicklung mit dem Kranz verschraubt (Fig. 29 und 32), so sind pro Pol m Schrauben vom Kern-Querschnitt q erforderlich:

¹s

¹

Die Bullock El. Mfg. Co. teilt nach dem E. P. 10 172 (1904) jede Feldspule in 2 Hälften übereinander und legt eine I-förmige Platte dazwischen, deren Seitenflansche die Wicklung gegen Ausbauchen schützen.

²

Niethammer, Elektr. Maschinen und Apparate (Oldenburg) S. 34. Kom-poundierte Drehstromgeneratoren neigen mehr zum Pendeln als gewöhnliche; die kompoundierenden Erregerleitungen parallel arbeitender Maschinen müssen' durch drei Ausgleichsleitungen verbunden werden, d. h. der Verkettungspunkt von T (Fig. 76) ist zu öffnen.

³

Siehe auch Niethammer: „Mod. Ges. f. d. Entw. el. Masch. u. App.“, Fig. 142,

⁴

Es ist nur unverletzte Fleischstärke zu rechnen.

(10)

(in kg u. cm).

Ge 4- Gm + Gs -T Gp

kz für Stahlschrauben < 500 kg/cm²; die Gewindetiefe sei 2,5 X Bolzendurchmesser.

Die Summe der m Schraubenquerschnittsflächen qs (Kern) bei auf geschraubten Polschuhen muss sein :

G TG -4- G 4-G

v-* c    in    ^ s ¹ ps

m q

¹s

in kg u. cm.

(ii)

Gps bedeutet das PoB'CÄwÄgewicht; in dem Ausdruck für Gc ist auch das Yo\sch^gewicht einzusetzen. Die Polschuhflansche werden durch die Fliehkraft Gc des Spulengewichtes

Gs und des Eigengewichtes Gps auf Biegung beansprucht und zwar ist die Biegungsbeanspruchung im Querschnitt c d (Fig. 93) angenähert:

i(Gc-fGs+Gps)f “X (y + y')²

x, y und a siehe Fig. 93. Man setze y = y/.

Dieselbe Beanspruchung tritt auch bei Polschuhflanschen auf, die mit den Polen ein Stück sind, a ist dann kleiner (siehe Flanschtiefe bis zum Pol.

Bei Schwalbenschwanzbefestigung der Pole (Fig. 93) ist die Biegungsbeanspruchung im Querschnitt ab:

Fig. 35), a

6b

in kg/cm².

(12)

t^=f==?&IZansck

Fig. 93.

(Gc4- Gm-+- Gs 4- Gp) h cotg «

2 • 2 • -71 h²

1    + Gm + Gs -4- Gp)

COtg (X

lh

in kg/cm². (13)

a ist meist 60 : /0°, d. h. cotg«

0,58 : 0,36, 1 = axiale

Länge.

Verwendet man m Schwalbenschwänze nebeneinander,

so wird

1,5

(Gc-4- Gm-+- Gs4- Gp)

cotg ot

lh

(14)

öh < 500    900 kg/cm² bei Stahl und Schmiedeisen,

6h < 200 kg/cm² bei Gusseisen. Zu 6h ist noch die Schubbeanspruchung

r 1,5

Gc 4 Gm 4 Gs 4 Gp

hl

(15)

zuzuschlagen, so dass die totale Beanspruchung 0,35 ff„ ± 0,65 Vö² + 4 («₀T)²

ö'l,

(16)

Werden die Po\schuhe durch Schwalbenschwänze befestigt, so ist in (13) und (14) Gp durch Gps = Polschuhgewicht zu ersetzen, auch in dem Wert Gc ist Gps statt Gp zu benützen.

Bei m Schwalbenschwänzen ist die Zugbeanspruchung in den Querschnitten gl (Fig. 94), 1 = axiale Länge:

(17)

Gc 4- Gm -b Gs Gp

mgl

Fig. 94.

Fig. 95.

Dieselbe Formel gilt für Fig. 95, wobei für den Querschnitt hl noch die Beanspruchung zu ermitteln ist.

(18

(Gc + Gra+Gs + Gp);

2m -‘ lh²

6

ps

Für <3Z und 6uh gilt dasselbe wie für 6h. Für Polschuhe, die für sich befestigt sind, gelten dieselben Formeln, falls Gp durch G„c ersetzt wird.

+P

znu

-p -p

Fig. 96.

Für den Fall, dass die Pole mit dem Joch verzapft sind (Fig. 39), sind die durchgehenden Verbindungsbolzen auf Biegung und ¹ Schub zu berechnen. Nach Fig. 96 ist die Biegebeanspruchung runder Bolzen vom Durchmesser d

0,5 P • a 0,1 d³

und die Schubbeanspruchung

(?b =

in kg/cm²

(19)

(20)

■■ in kg/cm²

Die resultierende Beanspruchung ist 6 = 0,35 <?b4-0,65 ]/^X4r².

Sind die Bolzen rechteckig, so heisst der Nenner in (19) Sind auf der ganzen Breite des Pols m

’bh², in (20) bh.

Pakete und n Bolzen vorhanden, so ist

P — 2 (Gc 4- Gm 4- Gp 4- Gj : (m • n)

Sind die Polschuhe verzapft, so ist Gp durch Gps zu er-

(-21)

setzen.

Man ermittle übrigens auch die spezifischen Flächenpressungen in den Keilflächen Fig. 94 und in den Gewindegängen der Polschrauben.

Ist die Erregerwicklung gleichmässig in radialen Nuten verteilt, so wird jeder Zahn durch seine Fliehkraft und die der Wicklung pro Nut in der Zahnwurzel beansprucht durch die Zugbeanspruchung

0,00112 (Gz 4' Gw    Ge) Rz • u² • 1,21

⁶ 7. ⁼

bz-l

kg/cm²

(22)

Gewicht eines Zahns in kg; Gw = Gewicht einer Hälfte einer Erregerspule, soweit sie in Nuten liegt, bezw. soweit sie nicht anderweitig gehalten wird; Ge == Gewicht des Nutkeils;

Radius entsprechend Mitte Zahnhöhe in m, Fig. 9/ ; bz Zahnbreite am Zahnfuss im cm; 1 = axiale Zahnlänge in cm. Sind die Nuten nicht

Gz

Rz

■yh/i

T7/77,

radial,

sondern nach Fig. 38 und 56 schräg gegen einen

— Radius ausgebildet, so ist die radiale Fliehkraft F = 0,00136 /

(GZ4~GW4- Ge) Rz u² in zwei

senkrechte Komponenten Fj und F₂, Fig. 98 zu zerlegen;

«z

Fig. 97.

Fig. 98. \

F, beansprucht die Zahnwurzel auf Zug

6y

bz 1

F₂ jedoch auf Biegung

°b

F₂ • h„ 1 b ²

3 z

Zudem wird durch F₂ die Wicklung leicht verschoben und die Isolation durchgescheuert. Diese seitliche Komponente F2 tritt auch bei allen Feldkörpern mit ausgeprägten Polen auf und sucht die Spulen auszubauchen.

Die Keile, welche die Wicklung in den Nuten festhalten, werden auf Biegung beansprucht und zwar ist nach Fig. 9/

kg cm²

(24)

0,00112 (Gw+G„) R, u² • 1,21 •

¹ h²l

b

bn, h und 1 in cm, Rz in m, Gw und Ge in kg.

für Holz < 100 kg/cm², für Bronze < 500 kg cm² und für Aluminium < 200 kg/cm².

Liegen die Stirnverbindungen der in Nuten verteilten Feldwicklung frei, so müssen sie durch Bandagen oder Schrumpfbänder oder geschlossene Metallzylinder (Bronze, Aluminium, Nickelstahl, Schmiedestahl o. a.) festgehalten werden. Ist das Gewicht der Stirnverbindungen pro Seite Gy und das Eigengewicht der Bronzekappe oder der Bandagen Gb, so ist die Zugbeanspruchung in einem Zylinder- oder Bandagenquer-

schnitt qh |bei m Bandagendrähten von d mm <p ist qb

0,00112 (Gy + Gb) Rx*1,2 • u2 2 ⁷¹

Rx = Trägheitsradius für Gy -4- Gb ⁶z ^ 500 kg/c² his 1000 kg/c², je nach Güte des Bandagendrahtes oder der Bronze. Die Bandagen oder Schrumpfringe, bezw. Tragringe sollten nun möglichst mit einer Spannung aufgezogen werden, die dieser spezifischen Beanspruchung durch die Fliehkräfte entspricht, damit die Wicklung bei Lauf nicht locker wird, was bei Ringen schwer angeht.

Hat der Rotor einen Armstern, Fig. 89, so ist angenähert die Zugbeanspruchung der i Arme:

d² 7t \

m~4— / (25)

G"

0,00112 GaRa 1,2 u²

Fliehkraft eines Arms bezw.

(G'eAG'm-f-Gk)AG"cH- Ga

qa

kg cnr

(26)

Doppelarms vom Gewicht Ga und dem totalen Querschnitt qa, Ra — Schwerpunkts-(Trägheits-)Radius der Arme. Die Biegungsbeanspruchung eines Arms, bezw. eines Doppelarms ist, V₃ der Arme als sicher tragend angenommen:

°'b

100 000

KW

u 1 4- p i Wa <?b < 200 kg/cm² bei Gusseisen, tfa ~F ⁶h = 500 kg/cm² bei Stahlguss ;

KW Leistung der Maschine in Kilowatt.

kg/cm²

(27)

1, p siehe Fig. 89; i Anzahl der Arme;

Wa Widerstandsmoment eines Arms bzw. eines Doppelarms.

Wa

Bei elliptischem Querschnitt (x grosse, y kleine Achse) 0,0982 x²y; bei rechteckigem Armquerschnitt (x Höhe,

y Dicke) Wa

x² y.

6

2 bis 3. Anlauf der Arme : Schmal-

seite (y)

200 ’

Breitseite (x)

40

Ist der Rotor geteilt, was bei Turbodynamos selten vorkommt, so seien in der Ebene einer Trennfuge im ganzen, d. h. an den zwei Trennfugen am Kranz und den zwei Fugen an der Nabe

Schrauben vom Kernquerschnitt qs, ß Schrumpfringe vom Querschnitt q , sowie y Schrumpfbänder (oder Schliessen) vom Querschnitt qL vorhanden.

Diese sämtlichen Querschnitte werden beansprucht durch G'c+G'm + iG"c

die Zugkraft

Gk 4- i Ga

d. h. es ist

7t

K S 1000 kg/cm². Der Schrumpfringdurchmesser ds am Kranz sei > 0,1h 1 qr k, an der Nabe 2 l'/₂ mal Wellen <p.

<1

Fig. 99.

G'e ¹ G'm4" 1 G"c

4-

Gk 4- i Ga

7T

(28)

Eine sehr widerstandsfähige Teilung lässt sich nach Fig. 99 (D. R. P. 137 441) dadurch erzielen, dass das Rad in zwei Scheiben ge-teilt ist, deren Trennfugen e e und f f versetzt sind.

Die mechanische Berechnung des Gehäuses ist bei Turbo-dynamos weniger wichtig, sie sei jedoch hier der Vollständigkeit halber aufgeführt. Es ist die Biegungsbeanspruchung kg/cm² des Gehäusequerschnittes, angenähert

( ₊ ;) (G,+co

(in kg/cm²) (29)

o'b < 400 kg/cm² für Gusseisen. 2 r Schwerpunktsdurchmesser des tragenden Gehäuses, siehe Fig. 89. Gf = totales Gehäuse-

• 2 F : Tr

px p

gewicht; Gz =

max

5000

Projektion des gleichmässig

siehe

max 5

auf einen Durchmesser des tragenden Gehäuses verteilten magnetischen Zuges für den Fall, dass überall im Luftspalt B Fig. 90, entsprechend dem kleinsten Lufspalt (ö s) herrscht.

(y

= Widerstandsmoment des tragenden Querschnittes, siehe Fig. 89. F— tragende Gehäusequerschnittsfläche in cm² (aktives Eisen nicht oder nur halb rechnen).

tx r³ (in cm).

<9 = Trägheitsmoment des tragenden Gebäudequerschnittes ; = Dehnungskoeffizient

(30)

Die grösste Gehäuseeinsenkung f cm im Scheitel ist Gf 4- Gz

ELEKTRISCHE UND MAGNETISCHE

DIMENSIONIERUNG.

Die Umfangsgeschwindigkeit der Feldkörper mit ausgeprägten Polen und konzentrierter Feldwicklung liegt beim direkten Antrieb durch die jetzt bekannten Dampfturbinen etwa zwischen 60 und 80 m pro Sekunde; bei stark unterteilter Feldwicklung kann man sogar auf 80 bis 150 m pro Sekunde gehen. Mit der Wahl der Umfangsgeschwindigkeit ist der Durchmesser d am Luftspalt festgelegt. Die aktive Eisenlänge kann man dann nach der Beziehung

(32)

KVA = C- d²lu aus der Grössenkonstante C entwickeln. (KVA Leistung in Kilovoltampere, d Durchmesser am Luftspalt, 1 = Eisenlänge, minutl. Touren, alle Masse in Meter). C ist für kleinere Turbogeneratoren etwa 0,5 und erreicht bei grossen Typen Werte bis gegen 1,5, während bekanntlich grosse Drehstrommaschinen mit mässiger Umlaufszahl Grössenkonstanten von 2 bis

1 P

•ASBrcl0

10 bei Gusseisen,

bei Stahlguss J

(30)

10

0,9

c kann, solange keine genauen Versuche vorliegen, =0,005 gesetzt werden.

Für die n Stücke Befestigungsschrauben pro Teilfuge des Gehäuses gilt bei einem Kernquerschnitt q

2.1

-0

Fig. 100.

1 Gf D 5500    1

D — äusserer Gehäusedurchmesser und 1 aus Fig. 100.

<rq

(in

HG

u. cm).

(31)

3 zeigen. Die Grössenkonstante ist C =

wobei —

Polbogen : Polteilung, AS

Ampereleiter pro cm

üblichen Maschinen,

ist wie sonst ca ²/₃. Da der Durch

messer d durch die Umfangsgeschwindigkeit sehr beschränkt ist, werden sich aus obiger Beziehung für KVA in der Regel grosse Werte der Länge 1 und auch eine grosse Polteilung r ergeben. Die Polteilung r wird bei Turboalternatoren für 25 Perioden 1200 bis 1600 mm, bei 50 Perioden 500 bis 900 mm.

Die Polzahl 2 p bestimmt sich direkt aus der minütlichen Tourenzahl u und der Periodenzahl n (meist 50 oder 25) zu

2P

Luftinduktion, c

Spannungsfaktor (1,8 : 2,3);

Umfang, B,

bei Turboalternatoren ist demnach AS und B, kleiner als bei

K0 n . muss e;ne ganze gerade Zahl sein, nach dieser

Forderung ist u abzuändern. 2 p ist praktisch 2, 4, 6, 8 und äusserst 10 oder 12.

Will man nun den Maschinenumfang durch die induzierte Wicklung genügend ausnutzen, so wählt man bei grösseren Typen AS 100 bis 180 Amperestäbe pro cm Umfang, auf den effektiven Strom bezogen. Das führt zu Anker-AW pro Pol¹) von der Grösse 4000 bis 10000 gegenüber nur 1500 bis 3000 bei mässig raschlaufenden Maschinen. Die weitere Folge ist die, dass auch die Feld-AWr, die meist etwa das dreifache der Anker-AW sind, sehr beträchtlich werden. Es stellen sich wenig grosse Pole mit schweren Erregerspulen heraus, es entfallen oft 500 KW auf einen Pol, gegen 100 und weniger bei langsamlaufenden Typen. Zu der grossen AW-Zahl auf dem F'elde gehört auch ein grosser magnetischer Widerstand. Da die Luftinduktion B, mit Rücksicht auf den

magnetischen Zug

B '²

F in kg, sowie auf die Induktion im Pol, die 14000 bis 16000 nicht übersteigen darf, kaum

5000

grösser als etwa 8000 : 12000 im Maximum gewählt werden kann, so stellt sich notwendigerweise ein Luftspalt ein, der zwei- bis viermal grösser ist als bei massig raschlaufenden Typen, d. h. man kommt zu einseitigen Luftspalten von 15 bis 50 mm. Ein Drehstromgenerator der Westinghouse Co. für 1000 KW, 1500 Touren, 25 Perioden, 2 Pole hat z. B. einen Luftspalt von 60 mm, eine Maschine für 5000 KW, 15 Touren nur 15 mm. Zwei andere Maschinen zeigen folgende Werte:

KW

(!)

Touren

3500

3500

12

75

50

750

Im Interesse eines wirtschaftlichen Entwurfs ist allerdings auch bei l urbodynamos 8 nicht grösser als 8 bis 20 mm zu machen. Bei Anwendung einer intensiven Kühlung ist es zulässig mit den Stromdichten der induzierten Wicklung auf 2,5 bis 3,5 A. pro mm² und in der Feldwicklung auf gegen 3 A. pro mm² zu gehen; besonders wichtig ist es jedoch, die Eisendichten im Statorrücken und in den Zähnen mässig zu halten, ersten Wert etwa 4000 bis 6000, den letzten etwa 8000 bis 15000 je bei 50 Perioden.*) Anderseits hat es keinen Zweck, die radiale Blechtiefe im Stator von der Zahnwurzel ab gerechnet viel grösser als etwa ein Drittel der Polteilung am Luftspalt zu machen, da die Kraftlinien wegen der grossen Weglängen doch nicht durch die weitabliegenden Blechteile verlaufen.

Die Zahl der Nuten pro Pol ist bei Turboalternatoren meist wesentlich grösser, als bei langsamlaufenden Typen, man findet häufig bei Dreiphasenstrom 4 bis 10 Nuten pro Pol und Phase. Da die Leiterzahl entsprechend dem grossen Flux pro Pol relativ klein ist, so lassen sich gewisse Turbodynamos für

*) Bei intensiver Kühlung sind im Rücken sogar Induktionen von 6000 — 7500

möglich.

Niederspannung überhaupt nicht bauen; bei oOOO bis 10000 KW sind Spannungen unter 1000 Volt kaum möglich, aber Span-bis 15 000 Volt.

b'lux im Pol

ist bei der

Flux im Anker

Der Streukoeffizient des Feldkörpers Innen- und Aussenpoltype ziemlich klein und liegt meist zwischen 1,1 und 1,2; verteilt man die Wicklung in einzelne Nuten, so dürfte er selten 1,1 nennenswert überschreiten, besonders wenn die Zähne aus unmagnetischem Material bestehen, obwohl der Unterschied bei magnetischen und unmagnetischen Zähnen nicht erheblich ist.

Die Form des von einem walzenförmigen Rotor erzeugten Feldes kann man trapezförmig annehmen mit r als Basis und dem nutlosen Kreisbogen als obere Grundlinie.

Sind pro Pol m Feldnuten vorgesehen, ist die Nuthöhe ohne Keil hn, die Keilstärke hk, die Nutbreite bn und die axiale Eisenlänge 1, so sind die Feldstreulinien pro Pol angenähert

AW

Ks

2,5 AM/ f (hn ~b 2 hk)

-4- 1,2

mb,,

Feld-AW pro Pol (ohne AW für Pol und Joch).

(33)

Bei Ermittlung der erforderlichen Feld-AW ist besonders auch die Streuspannung Es der induzierten Wicklung zu berücksichtigen, sie ist namentlich bei hohen Polinduktionen von grossem Einfluss.

Die Streuspannung Es pro Phase ist angenähert*)

n Z²

Es

2 7t II

LJ

Oh

(a le ~b b t) J 10

-8

(34)

L — Selbstinduktionskoeffizient pro Phase, n, Periodenzahl, Z = Leiter pro Phase, 2 p — Polzahl, le effektive Eisenlänge, r = Polteilung, a und b Koeffizienten, die stark von der Nutform und -zahl abhängen, im Mittel a — 5, b 1,5; } — Strom pro Phase.

*) Genaueres siehe Niethammer, Handb. d. Elektrot. Bd. VI (2. Aufl.)

Ist Ek die Klemmenspannung pro Phase und <p der Phasenwinkel zwischen Ek und dem Strom J pro Phase, Fig. 101*), so addiere man zu Ekden ohmischen Abfall J w || J und Es _L J, woraus die E. M. K. E resultiert. Zu E gehören aus der Leerlaufcharakteristik AWf an

\Ei-Ek

Jn-

Ek i

Ei

ad-

Amperewindungen, diere dazu unter dem <51 (cf) + 8 -4- 90°) die Ankerrückwirkung

~ÄW

Fig. 101*).

AWa

0,58 p' c"

in( )JZ

to

(35)

P/r

um die resultierenden Feld-AW=AWr zu erhalten, p' = Phasenzahl, c" = Breitenfaktor der Wicklung (meist l-p0,9)

bogen zu Polteilung, J = Strom pro Phase, Z = Leiter pro Phase, 2 p= Polzahl. Zu AWr gehört bei Leerlauf Ej; Ej — Ek ist die Spannungserhöhung beim Aus-I ~~ schalten der Vollast. Zur Verminderung der Querer—Uzr magnetisierung sieht man wohl in den Polschuhen nach Fig. 101a Schlitze vor.

Die Aussenpoltype mit rotierendem Anker hat den Vorteil, dass ihre Kupfer- und Eisenverluste relativ kleiner aus-fallen, als bei der Innenpoltvpe, dagegen ist ihre ausstrahlende Oberfläche geringer.

In Fig. 101b gebe ich noch für einen 1500 KVA- Drehstromgenerator von Brown, Boveri & Cie. (1500 Touren, 3500 Volt) die charakteristischen Kurven.

= Pol-

Fig. 101a.

*) In Fig. 101 ist cp der Winkel zwischen J und Ek, £ der zwischen Ek u. E. Die mit E, Ek und mit AWf bezeichneten Geraden sind die Koordinatenachsen.

Nachstehend habe ich zwei Tabellen I und II ausgeführter oder projektierter hochtouriger, einphasiger und mehrphasiger Wechselstromerzeuger und Asynchronmotoren zusammengestellt.

lölt

4-500

ISOnk tV.Drf Utr iWOT 50R r. iS, IO 5hl *

4000

1. Kurzschlusstrom.

5500

5000

tsoo

Amn

s5~

2.    Leerlaufcharakteristik.

3.    Äussere Charakteristik bei 250 A. und bei cos cp — 1.

2000

/soo

fOOO

400-^

JOSAt

100% *

⁹⁰ $1

70    s*¹    ^ei cos V — 0,8

60 3

’S

(Strom 310 A.).

^ 5. Wirkungsgrad bei cos cp

= 1,0.

Too

/L 00

SO > l’CtO o—o-. ■ . . ... i ........1 i

70 SO 90

too

w ec jo 40 sc ec £rregfrj/rom Fig. 101b.

Vergleich von Drehstromgeneratoren gleicher Leistung und verschiedener Tourenzahl:

a) 5000 KW, 25 Perioden

Touren

500

250

75

Durchmesser am Luftspalt

2200

3300

0600 mm

Achsiale

Eisenlänge

1200

900

600 mm

Erbauer

Gen. El. Co. für eine Curtis-turbine

Gen. El. Co. zwischen die Niagaramaschin. interpoliert

W estinghouseCo. Schwungradmaschine, New-York

b) Für 500 KVA, 50 Perioden

3000

T ouren .

500

94

600

Durchmesser = Eisenlänge . =    740

1500    4800 mm

450    1/0 mm.

Alle Maschinen sind 2- oder 3-phasig, falls nicht Einph. = einphasig angegeben ist.

$ = Durchmesser.

Tabelle I.

Zu Seite 66.

Tabelle II.

Zu Seite 66.

Gleichpoltype

Aussenpoltype, rotierender Anker

Aussenpoltype

Rotierendes Feld

Asynchronmotoren

Bezeichnungen wie in 'Tabelle I.

KVA

\

Volt

600

(Einph.)

1200

200    330

350    350

(Einph.) (Einph.)

400    560    1200    2000

3750

60

(Einph.)

170

290

360 520 PS

(Einph.) (Einph.)

400    425    500

■>5G

(Einph.)

920    930

1000 1200**)

1300    1400    1500

1500    1560    1860    1860

1900    2340    2400    2600    3000    3250

3500 ! 3500 3750f): 3750

3750    5000    6500    6590    7500    300 PS 50

335

400

520    600

630

AS = 340

800    850    1000

Innenpoltype

5600    4000 i 2000

1000    5800

2400    5500

6000

250

4000

3600

1100 u. 700

400

3600 2000 I *500    13500

5500

3000

12000 6000    2000    5000    15000 9000

11000 5000    10000

10000 11000 2200

3500

2500

10000 10000 12000

2000

2000    6000    5000    5000    2000    600

2500

KVA

350    1000    1860

700    270

300    950

500

| Touren (u)

2520    500 ! 1500

3000    3000

3000

1000

2520

500    1500

2300

1500 j 1000

, 600 1200 1000

3600

450    3000 | 3/5    500    3/5

1500    1500

420    500    1000

450    200    250    300

180    315    1000    315    300    214

225    1000    180    300

250    500    214 : 30b    250    3000    1500

1000    500

1500    1040    1000    375    340    544

Volt

2000 2000 6000

2000 2000

500    8600

3800

Perioden/Sek. II 42

l!

50    50    50    50    100

50

42    100

50

50

25

125    50

50

50    60    45

50    5 0    5 0    50

50    50

50

50

45    50    50

50 I 42    ,    42

50

42

45

25

45    33-3    30    50

25

25

25    25    25

50    50

50

25

50

52    :    50

25

45

46

1500    1500    300

1500 ¹ 3000

-h

3000    300

2000

Polzahl

2x2;2x6

2x2 i 2

24

12

10

2 12

16

16

16

12

12

12    30    24

20 28

16

16

18

14

24

20 20

12

14    10    12

16

10

50    50    50

50    50    50    50    33,3

Rotordurchm.(d)

(aussen)

690    1370    1194    500 I 400

457

1000

650 : 1500    900

1476

3626 (2/50 Bohrung)

410    660

895    1200    796 OOO^o, 1390

600 ! 1/90    1980 , 1964

1150 ; 860

1950    1600    1170

1590    3485 | 2790

2390    4080 i 2390

1350    2700

2690    2985 ! 4000

ca.

1700 3900    2490    3320    2250    3485    2485    3830    458    385

'-i

1098

674    846    670

1497    2000    1560

24

20

Eisei(a^aife ^ ²-^380 '2x315 2 X220| 650 I 869    1280

900    520    700 ! 1500

940

290 I 300

400

450    300 700,750) 250 ; 740

'30    450    450

500    850

430

550

720

500    610

600    550

660

710

660

540    550    540    800 : 630    760    630    1230

850    1025    1300 ! 630    280

350    400

v in m/Sek.

91

36

94    87*4    63

52-4

85-7    39-3    71    55

43-6

32-2    33

28    75-3    41-7    113

32-7    93

35    52    38

82-4    67

43    42

61-2

37-5

36*6    36*5    37-6    38*5 | 39-4    71    44-5

42-3    33-5    47    89 | 36-8 ! 39    43-5

59

39

39    50    72    30

39-3    28-8

800 490 600 53    46    35

520    400 2x350

29-4    35-6    45

cl

750    820    2390

440    650

600

1150

400    460    2380    910

320    410    630    470    1020

C*) =

KVA

cP 1 u

0-44    P01

1-27

0-41    0-79    0*43?

0-41₈    0-96    1-41    0-82

2-3

0-82    1-3

1-5    0-46

PS: d²l u ^

2V₃

0-44

2-45

0-63    >63 | 1-04    0*84₅ ! 1-21    1-3    ¹ 1*9    1-6

2-0

P8₃    1.2₈

L67

1-81    L15    1.9₇    1.86

172

2-55    3-1    1-8    1-51    2-75    2-66    2-16

1-61    2-95    3-43    L58

PS : d² 1 u

(>S ,j 0-8

1-7

1-0

L6

2-3

L8

1 -5ä    1 -08

56    64

38

90    63

37

95,5

Flux pro Pol: 10⁶

17

18

16

23

5-3

4-

30*5

21

14

13

8-5

11

10

17-6

15    23-5

15

ca. 60

36

CO

Oi

ca. 18

1 -93

7-1

0,94    1,5

1,8

1,1    1,3a    0,7a

1,2    0,3

Luftspalt S

20

2*5

CJ1

18

13

5    7‘5    5

10

7-5

10

19

16

7-5

23

12

1-0

L5

1-3

3-0    1 -8

2-5

1-7 L8

K. 10-°

12

18

40

Bauart

Fig. 4 Fig. 2 Fig. 1 Fig. 7 Fig. 10 Fig. 5

Fig. 8

Fig. 13a

j Wasserkllhlg. pwz=9,5-10,2

Fig. 16

Fig. 18

Aufgeschr. i

Pole

Lager dzxL

200 (P 180$ 130$ 110X300

150 $

260x698

85x210

-    190 $    __

Aufgeschr. Ausgeprägte i Ringwicklung Ausgeprägte

Fig. 70

Pole

Pole

Pole

Pols mit

Schwalben- |Fig, 34i< schwänz ! ö

Autgeschr. Aufgeschr. Aufgeschr. Ausgeprägte Ausgeprägte

Pole

Pole

Pole

Polo

Pole

Aufgeschr. Fin\ 42

D I

r 018 (gepresst)

Aufgeschr. Aufgeschr. Ausgeprägte :

Pole

Pole

Pole

Fig. 52

Aufgeschr.

Pole

Ausgeprägte Aufgeschr.

Pole

Poie

200X570

150X450 175X520

200X600

280* 780

300X740

300X900

420 $

S ~C3    j

Ausgeprägte    Verteilte

Pole    Wicklung

Fig. 71 Fig. 72

Fig. 77|

15

15

10

12

12

15

100 $

130 $

Kugellager |

dz = 95 |

125X300

170X600

dz x L

260x700

*100$ 80 $ 100 0

100X400

Erbauer

Oerlikon Oerlikon Oerlikon Oerlikon A. E. G. Parsons

Cie. de l’lnd. Elecfrique

Oerlikon

talmeyer

Frankfurt

Oerlikon

Cie. de find. Elecfrique

General Electric Co.

Rieter

Oerlikon

Oerlikon

Westinghouse

Co.

Oerlikon

Brown,

Boueri & Co. Mikon Oerlikon Oerlikon

Oerlikon Ganz & Co.

Union E. G- Gen. El. Co. Oerlikon

Oerlikon Oerlikon

Oerlikon

Brown, Boveri & Go.

Oerlikon Oerlikon Union. E. G.

Oerlikon Oerlikon Ganz & Co.

Westinghouse Westinghouse

Co.

Co.

Oerlikon

Sen. El. Cc. Oerlikon Oerlikon Gen. El. Co. Kolben Union E.G. Oerlikon Oerlikon

Lahmeyer

Frankfurt

A. E. G. Union E. G. I Oerlikon

Oerlikon

Brown, Boveri & Co.

Erbauer

Brown, Boveri & Co

Oerlikon

Schuckert

Siemens-

Schuckert

Kolben Alioth Alioth

s

Von besonderem Interesse ist ein von Behrend gegebener Vergleich der Gewichte einer 1000-KW-Drehstrommaschine, wenn man sie für stark auseinanderliegende Tourenzahlen zu entwerfen hat:

100    250    800    1250    1600

32    23    15

Touren pro Minute .

27 t,

18

Gewicht total . d. h. von 800 Touren ab wächst das Gewicht mit zunehmender Tourenzahl.

440 t

105 t.

Ein 5000-K W-Drehstromgenerator wiegt: bei 75 Touren . bei 750 Touren .

Die neuen Turbogeneratoren der Wiener Zentrale (Siemens-Schuckert-Werke) für 1000 PS, 8500 KVA, 1500 Volt, 960 Touren und 48 Perioden haben 6 ausgeprägte Pole, welche je in 2 runde massive Stahlzylinder mit Hochkanterregerkupfer zerlegt sind; äusserer Polraddurchmesser = 1660, axiale Eisenlänge = 1040 mm mit einem Lüftekanal — 50 mm; Flux pro Pol = oo 40 • 10⁶, d = 20 mm, AS = oo 440, Induktion im Eisenkern = 8000. Die Kühlung erfolgt durch Ventilatoren, welche die Luft axial durch das Statoreisen und das Feldrad führen.

GLEICHSTROMDYNAMOS.

KOMMUTIERUNGSPROBLEM.

Von grundlegender Bedeutung für den Entwurf von Gleichstrom-Turbodynamos ist die Forderung, ein wandsfreie Kommu-tation d. h. funkenfreien Gang zu erzielen. Die Kommutierung bei hohen Tourenzahlen bietet derartige Schwierigkeiten, dass manche Firmen überhaupt keine Gleichstromturbodynamos, besonders keine grossen bauen oder aber dieselben bei gegebener Leistung wesentlich langsamer laufen lassen als Turboalternatoren, wodurch allerdings, in der Regel der Dampfverbrauch der Turbine vergrössert wird. An und für sich liegt kein Bedarf für grosse Gleichstromdynamos vor, da grosse Netze meist mit hochgespanntem Drehstrom gespeist werden; Gleichstrom wird dann in Umformern erzeugt. Für grosse Turboanlagen dürfte sich tatsächlich die Erzeugung von Drehstrom und die Umformung, soweit sie erforderlich ist, aus Betriebs- und Preisrücksichten empfehlen und zwar noch mehr, wenn es gelingen sollte, billige, ruhende (nicht rotierende) Drehstromgleichstrom-Umformer zu bauen.

Die grössten Gleichstromturbodvnamos haben bis jetzt in Europa wohl Brown, Boveri & Cie für Elberfeld gebaut, sie leisten 1500 KW bei 600 Volt und 1000 Touren; die Antriebsturbine für 10 000 PS treibt überdies einen Drehstromgenerator für 6250 KVA 5000 Volt an, sodass das Aggregat überhaupt die grösste gebaute Einheit darstellt. Die General Electric Co. New-Vork hat allerdings ausser mehreren 500- und 800-KW-

«?

12SJ

7J!

Hfl

Sn

■\

ijj

Fig. 102. Brown, Boveri & Co.

Drehstromgenerator für 6250 KYA und Gleichstromgenerator für 1500 KW

je bei 1000 Touren.

Gleichstrommaschinen auch eine 2000-KW-Turbogleichstrom-dynamo hergestellt. Der erwähnte Doppelturbogenerator von Brown, Boveri & Cie. ist aus Fig. 102 ersichtlich; zuvorderst steht die Turbine, rechts davon zuerst der Drehstromgenerator und ganz rechts die kompensierte Gleichstromdynamo.

London beschreibt im Journal Inst. El. Eng. 1905, S. 180 (Juni) die erste 10 PS-Gleichstrom-Turbodynamo von Parsons aus dem Jahre 1884 für 18,000 Umdr. per Min.; der Ankerdurchmesser ist 76 mm, die Ankereisenlänge 120 mm, die totale Ankerlänge 250 mm, die Kommutatorlänge 139 mm, der Kommutatordurchmesser 63 mm. Der Anker trägt eine glatte Wicklung aus Rundstäben in einer Lage, die durch eine durchgehende Stahldrahtbandage gehalten werden. Der Kommutator ist in der Längsrichtung 8 mal unterteilt und jedes dieser 8 kurzen Stücke ist in 2 Schwalbenschwänzen gehalten, d. h. es sind 8 gewöhnliche Kommutatoren ineinander geschoben.

Mit Rücksicht auf die Kommutierung kann man unterscheiden :

Gewöhnliche Gleichstrommaschinen derselben Bauart wie langsamlaufende Typen, nur elektrisch und mechanisch sorgfältiger ausgelegt;

Kompensierte Maschinen mit Hilfswicklungen oder Hilfspolen zur Erzeugung eines geeigneten Kommutierungsfeldes;

Ausser der mittleren Spannung (em << 12    15 Volt) pro

Kommutatorsegment = Klemmenspannung dividiert durch die Segmentzahl zwischen 2 benachbarten Bürstensätzen sowie dem Verhältnis*) AW für Luft und Zähne : Anker-AW pro Polbogen, das möglichst nicht kleiner als 1,5 sein sollte, ist zur Beurteilung der Kommutierung von ausschlaggebender Bedeutung die

Reaktanzspannung' er der durch die Bürsten kurzgeschlossenen Spule

er

c, le f c₂t

• 10

—8

(36)

15,

vk = Kommutatorgeschwindigkeit, sb Bürstendicke, Z : 2 k == Windungen pro Kommutatorsegment, le = aktive (axiale) Eisenlänge, r = Polteilung, J = Strom pro Zweig, im Mittel ist Ci c₂=3; die Formel gilt genau nur für Schleifenwicklung, c, und c₂ hängen stark von der Nutenform und Wicklung ab.

*) AW = Amperewindungen.

Man kann auch schreiben:

—8

(36a)

er

bO

(k,lc + k₂ls)(- J ■ k u • 10

k = Lamellenzahl, u min. Drehzahl, 2 p = Polzahl, 2 a = parallele Zweige, ^ = 0,8-^-1,5, k₂=0,l    0,3, ls= freie Wickel

länge pro Leiter. Masse für (36) und (36a) in cm.

er soll für funkenfreie Kommutierung kleiner als 2 bis 3 Volt sein. Man kann nun er an sich so klein halten oder grössere Werte von er durch eine entgegengesetzte EMK ea, die durch ein geeignetes Hilfsfeld erzeugt wird, kompensieren, so dass er — ea 2 bis 3 Volt wird. Bei den üblichen hohen Drehzahlen von Turbodynamos ergeben sich Reaktanzspannungen von 5 bis 20 Volt. Die Mittel, die Reaktanzspannung an sich klein zu halten sind folgende : Geringe axiale Ankereisenlänge le, was zu hohen Umfangsgeschwindigkeiten führt, kleiner Strom J pro Ankerzweig d. h. grosse Anzahl Kommutatorsegmente, was eine hohe Kommutatorgeschwindigkeit nötig macht; weiterhin ist die Verwendung

n*

L.

nur einer Windung pro Segment, ferner , einer glatten Ankerwicklung oder mög-

___i

l

Fig. 103.

liehst seichter breiter Nuten und hoher Zahnsättigung angezeigt. Hohe Polschuhsättigung bzw. Schlitze in den Polen und Polschuhen verringern ebenfalls die Verzerrung des Hauptfeldes. Auch bei sorgfältigstem Entwurf einer solchen Turbodynamo dürfte eine beträchtliche Bürsten Verstellung zwischen Leerlauf und Vollast erforderlich sein, insbesondere weil meist Metallbürsten verwendet werden müssen.

In dem E. P. 11471 vom Jahre 1904 ist für Gleichstrom-turbodynamos die Ausführung (Fig. 103) angegeben. Es wird jeder Leiter noch mehrmals unterteilt und die einzelnen Stücke verbindet man je mit besonderen Kommutatorsegmenten, wodurch die Reaktanzspannung wesentlich erniedrigt wird.

Fig. 104.

Hüllt man die Ankerleiter, besonders die Stirnverbindungen in Metall- (Kupfer-) Zylinder ein, so lässt sich ein Teil des selbstinduzierten Feldes und damit der Reaktanzspannung wegdämpfen. Die Schiittorfer Maschinenfabrik²) unterteilt das Ankereisen in axialer Richtung, nicht senkrecht zur Achse, wodurch der Widerstand des selbstinduzierten Feldes erhöht wird. Parsons hat als Ankerleiter zur Erzielung eines kleinen Selbstinduktionskoeffizienten die hohlen Kabel (Fig. 104) auf einem glatten Anker vorgeschlagen.

Grosser Widerstand in dem unter den Bürsten kurzgeschlossenen Stromkreise gestaltet ebenfalls die Kommutierung günstiger ³); deshalb wählt man öfters die Kommutatorverbindungen aus Nickelin o. ä. und benützt Kohlenbürsten, die auch geringere Bürsten Verstellung erheischen als Metallbürsten. Kohlenbürsten sind aber nur für Kommutatorgeschwindigkeiten kleiner als 20 bis 25 m/Sek. angängig, da sie bei höheren Geschwindigkeiten abgeschleudert werden und dann leicht zu Überschlägen von Pol zu Pol Veranlassung geben. Man hat auch versucht, Kohlenbürsten für Turbodynamos in kleine Blöcke zu unterteilen, die nicht alle gleichzeitig abgeschleudert werden können, überdies kann man zwischen die einzelnen Blöcke Widerstände legen. Am ehesten sind für Turbodynamos ausser Metallbürsten Kupferkohlenbürsten (Fig. 104a) angängig.

In gewissen Fällen wird es zur Krmöglichung einwandfreier Kommutation vorteilhaft, Turbodynamos mit Doppelkommutator zu versehen, um die Stromstärke pro Bürstenspindel ringern; dasselbe wird in vollkommenerer Weise durch Unterteilung in zwei nebeneinander gekuppelte Dynamos von halber

zu ver-

20

23

fisx (W*

-a. fl

fö.5

/J

föf

ff Cs

p}

+ 43

///9M

tt

*jN

U— —»-

8*30

Fig. 104 a.

-JO

;r

I 9/

Pf

MF®

IT

l.

jfcsSl

¹

A\V — Amperewindungen.

²

Elektr. Maschinen und Anlagen (Niethammer) Bd. I, S. 171, Fig. 240.

³

Über weitere Hilfsmittel zur Verbesserung der Kommutierung (Längs-und Querschlitze in den Polen, siehe Abb. 101a, hohe Polschuh- und Zahnsättigung) siehe Niethammer, Elektrische Maschinen und Anlagen Bd. I, S. 157.

J 0/234 sdm.

Fig. 104b.

Leistung erreicht (Tandemdynamos), siehe „ Dampfturbinenu Fig. 47- Bei mehr als zwei Polen ist, sofern nicht Kompensationswicklungen für die Ankerrückwirkung vorgesehen sind, wobei Wellenwicklung angezeigt sein mag, nur Schleifenwicklung zu verwenden, es kann sogar doppelte Parallelschaltung mit doppelt soviel Ankerzweigen wie Polen (2a = 4p) zur Verringerung der Spannung pro Segment von Nutzen sein; die Reaktanzspannung ist allerdings bei a = 2p nicht wesentlich anders als bei a p *). Bei Schleifenwicklung sind stets (von 4 Polen aufwärts) 5 oder mehr Ausgleichsringe oder Ausgleichsverbindungen (Gabeln) anzubringen, siehe R Fig. 104b der Maschinenfabrik Oerlikon : 20 Ausgleichringe von 2X10 mm für J ^ eine 6-polige Maschine 600 Volt, 550 Amp., 370 Touren, a p, Leiterquerschnitt 1,8X20.

L FM

iw

Thury verwendet mechanische und elektrische FunkcnausblaseVorrichtungen z. B. Druckluft, die von innen zwischen die Lamellen geblasen wird, oder aber parallel zu den Lamellen geschaltete Kondensatoren, welche die Selbstinduktion neutralisieren oder den Extrastrom aufnehmen.

Fig. 105.

Die EMK ea zur Kompensation der Reaktanzspannung kann erzeugt werden: a) durch automatische Bürstenverstellung

b)

a) entsprechend dem mittleren Dampfdruck d. h. entsprechend der Belastung, Fig. 105 (Parsons), siehe E. P. 9203 (Jahr 1900), ß) entsprechend dem variablen Strom (Thury), y) entsprechend der Spannung zwischen einer Hauptbürste und einer ganz schmalen Hilfsbürste, die mit der ablaufenden Bürstenspitze in einer Flucht liegt (Spannung zwischen Lamelle und ablaufender Bürstenspitze), siehe E. P. 3777, Jahr 1903 von Siemens Bros.**) In allen drei Fällen ist es wichtig, dass durch geeignete Polschuhabschrägung ein flach abfallendes Hauptfeld geschaffen wird; durch Variation des Streufeldes, das die kurzgeschlossene Spule trifft. Man kann z. B. das ganze Polgehäuse

*) Siehe Niethammer, Elektrische Maschinen und Anlagen Bd. 1, S. 163. Reihenparallelschaltung mit a — 2 p ist dagegen zu vermeiden.

**) Siehe Niethammer, Elektrische Maschinen und Anlagen, Bd. I, S. 172, Fig. 241 a und b.

m

r*-

7000

J

h 262 -h 738

r

1-4

'3

7

820

A

!_

e

n

fva

1

ol

-~>S

Ü

E3

778

1-

SS

KT

Mg?

\V

>x

- r

Kskä

T

c=H

---500

850

' mföfe

W

Dß30 -

ß/40 A

A250

§

I

500 —*-|

-575

I

BT)

--sa

s

=5=

ÜT

\p

iL

\

/

rr

mi

rM

P

ffi

■■

v

H

zz

v///

—350

'--l

\

; 11

.........Wßmmk

T

f-

I ilM

\ \

s

--d

/

V/

/

V

/

v /

/

O]

//

y

,

v//7m,

y

J_    ¹    i    ¹    1    1    1    !    ;    ₇

12    3    4    3 6    7 8    9 JOdfO.

L____

•S;

t*

m-

Fig. 117- Brown, Boveri & Co., 250 KW, 2700 Touren, 150 Volt.

n

iT> ff;

n

© © © ©

© I ©

© @

(850

m

Pr

w

t

m

1

Wr

'A

—458

-320

—j-*r

//V

>rp

AAw/Ä

•Z

drehbar anordnen, oder die Polschuhspitzen P (Fig. 105a) oder unbewickelte Hilfspole gegenüber der kurzgeschlossenen Spule S entsprechend der Last verstellbar einrichten; bezüglich Fig. 105a siehe das öster. Patent No. 20678 von Siemens & Halske (Pichelmayer).

l-tr

Fig. 106.

c) durch Hilfspole, Wendepole oder Kommutierungspole*) gegenüber den kurzgeschlossenen Leitern (Pole a in Fig. 106, Fig. 107 — 110), dieselben werden vom Hauptstrom erregt;

m\

Fig. 105 a.

\\

1 y ho

\>

Hi o-

r.

|0 ifbi Gi

yapj

Fig. 107.

Lahmeyer - Frankfurt, 30 KW, 5000 Touren, 110 Volt.

d) durch verteilte Hilfswicklungen auf dem Feld (Fig. 111 bis 117, 106), die sowohl die Ankerrückwirkung wie die Reaktanzspannung aufheben (Ryan, Deri) und deshalb am vollkommensten wirken. Gegenüber den kurzgeschlossenen Spulen ist ein Kommutationszahn *) Siehe E. T. Z. 1905, S. 640.

(Fig. 111) ausgespart, der die Reaktanzspannung aufhebt. Auch Parsons verwendet neuerdings eine verteilte Kompensationswicklung nach Fig. 118, die patentiert

Flachrisen t2*tUÄ250 *V»

rtF

j- 58-j- Sg-j

n; ■ SSO .. - .

X L . I- te «• - . .yl ;Ll

458    .«C \ Mrs. ri ngstiftcn 5 V,■„

srhhßch konisch

• fl

w'

<A

Schnurbaudu

W-S0    Breite,

-t&O __i

Fig. 108. Maschinenfabrik Oerlikon.

40 PS, 530—1080 Touren, 500 Volt.

ist. In Fig. 106 ist die Wirkung einer solchen Kompensationswicklung in ihre zwei Elemente : Hilfspole a und Quer-AWb zerlegt. Auch in Fig. 116 und 116a der Maschinenfabrik Oerlikon ist ein Hilfspol S mit einer verteilten

g.m

's

._n

\ Schnurbundu$c,3 f 01

ä ii! i

E.

TXl

fr*----

Fig. 1 10.

Fig. 109.

Kompensationswicklung K kombiniert; F ist die Erregerwicklung. In dem Schweiz. Patent 32080 kom: binieren die Siemens-Schuckert-Werke die Hauptfeld-und die Kompensationswicklung miteinander und legen sie geneigt zum Hauptfeld und zum Ankerfeld. e) durch Hilfswicklungen auf dem Anker; in die Verbindungen zwischen der Ankerwicklung und dem Kommutator werden Windungen gelegt, die auf einem Hilfsanker liegen ; diese Windungen sind entweder gegen

die Hauptwicklung vorgeschoben, so dass sie während des Kurzschlusses einer Spule der Hauptwicklung unter

ÜF

HP

[mpmalions-- if/rklmip

nj j Mmch/uss-j j Wicklung

ui

Commtalionszahi/

Fig. 111.

mm

>1

Fig. 112. Brown, Boveri & Co.

ea

einer Polspitze liegen und so induziert werden, dass er wird (Sayers), oder aber sie werden durch ein besonderes vom Hauptstrom erregtes Hilfsfeld*) (hs, hn in Fig. 119 und 119a) induziert (Seidener).

Diese Anordnung (e) kann man im Gegensatz zu allen anderen mit „ Aussenkommutierung“ bezeichnen, die übrigen mit „Innenkommutierung“.

", .

•J

*■

Fig. 113. Brown, Boveri & Co. 135 KW, 3500 Touren, 250 Volt.

■-zsA

Fig. 114. Brown, Boveri & Co.

Konstruktiv ist die Aussenkommutierung nicht empfehlenswert, die erste Anordnung (e) kann ohne weiteres durch dauernden Bürstenvorschub, die zweite durch die gewöhnlichen Hilfspole (c.) ersetzt werden.

*• i

Die Wendepole sind konstruktiv einfacher, leichter und betriebssicherer herzustellen als verteilte Hilfswicklungen nach Fig. 111; auch der Kupferaufwand für die Kompensationswicklung ist wesentlich geringer, besonders wenn die Wendepole nach Fig. 110 ausgeführt werden.

V'—* - K

i?

Fig. 115. Brown, Boveri & Co.

Die Hilfspol dicke sollte in Richtung des Umfangs nicht kleiner als etwa eine Nutteilung sein; dicke Hilfspole sind aber ungünstig, insofern sie das Magnetfeld der Reaktanzspannung und die Streuung der Hauptpole stark vergrössern, so dass die nützliche Wirkung illusorisch werden kann. Die Hilfspole benötigen etwa 70—100% soviel Kupfer wie der Anker; sie bedingen eine Erhöhung der Verluste um 15—30% der ohm’schen Gesamtverluste im Anker, dagegen wird der Kupferaufwand und der Verlust in der Hauptfelderregung geringer.

Wm-hi

J 0 S '0 /S 20 SS 30 SS 40 45 SOC/Tl.

Fig. 116.

Mechanisch zu schwache Hilfspole können durch die periodisch schwankenden magnetischen Zugkräfte in Vibration versetzt werden.

mo 9Z0

WF

gf

W///A

MO

om

--MS

Fig. 116 a.

In allen Fällen bestimmt sich die erforderliche Induktion Bx des Hilfsfeldes aus folgender Beziehung

= er

(1 = axiale Länge des Hilfspoles, v = Umfangsgeschwindigkeit des Ankers, Zk = Leiter der kurzgeschlossenen Spule, er = Reak-

Bx 1 v Zk • 10

—8

(36 a)

tanzspannung einer kurzgeschlossenen Spule, Masse in cm). Es ist dabei zu beachten, dass die Reaktanzspannung durch den Hilfspol selbst erhöht wird, d.h. cl in Formel (36) grösser wie gewöhnlich; in erster Annäherung kann man annehmen, dass der Hilfspol er verdoppelt; siehe E. T. Z. 1905, S. 510.

rx

16

fl

20

■fzz Y .    <?/A-

F26 X '    ZS

:    37 jt

-Zi

'28

jS

*40]

Wm

Fig. 118.

Die Amperewindungszahl der Hilfswicklungen auf den Wendepolen und der Ryan oder Deri’schen Kompensationsanordnung muss sein AWh = AWX + AWa, AWa sind die Anker - AW pro Pol, AWX erzeugen die Induktion Bx am Wendepol oder am Kommutierungszahn:

AWX = 0,8 Bx (5 + AWe (für die Eisenwege) =coBs 6', sofern <5 der Luftspalt am Hilfspol oder Hilfszahn ist. Meist gilt angenähert Die Breite des Kommutierungszahnes oder -poles in Richtung des Umfangs entspreche etwa der doppelten Bürstendicke auf gleichen Umfang reduziert. Die axiale Eisenlänge 1 ist häufig gleich der Ankereisenlänge, kann aber auch beliebig kleiner sein (Fig. 109 und 110). Bei Verwendung von Hilfspolen ist der Polbogen der Hauptpole kleiner als gewöhnlich

AWh = 1,3 A W

a’

jm

Am

üü

cz

tihsr

Will

Fig. 119.

zu halten, da sich sonst störende Streufelder einstellen, man macht etwa P/r = 0,65 bis 0,5. Die Befestigung der Wendepole soll derart sein, dass sie im Prüffeld leicht radial und in Richtung des Umfangs justiert werden können, zweckmässig lässt man sie

Gehört

Fig. 119 a.

etwas schräg zur Ankerachse verlaufen (Abb. 119b¹). Die Hilfserregerwicklung ist so reichlich zu wählen, dass sie durch einen Nebenschlusswiderstand einjustiert werden kann. Maschinen mit Kommutierungspolen und -zähnen sind bezüglich Bürstenstellung sehr empfindlich d. h. die funkenfreie Zone ist sehr klein, sie hängt von der Breite des Hilfspoles ab.

Da die Wendepole den magnetischen Wider-    ji

stand des Ankerquerfeldes verringern, spart die (    | f österreichische Union nach dem ö. Patent 17937 Schlitze²) (Fig. 120) in denselben aus.

Fig. 119b.

Auch die Reaktanzspannung der kurz geschlossenen Spulen wird durch den Eisenrückschluss der Hilfspole erheblich erhöht, die Schlitze Fig. 120

und namentlich die axial kurzen Pole Fig. 110 sind in dieser Hinsicht sehr vorteilhaft, da dadurch der magnetische Widerstand beträchtlich steigt.

Fig. 120.

Die Induktion im Hilfspol soll bei Vollast kleiner als 10000 und im [och, das meist das Hauptjoch ist, auch nicht grösser als 10000 sein. In D. R. P. 149 242 geben Siemens & Halske den Hilfspolen h ein

21

eigenes Joch 1, Fig. 121, damit Hilfsfeld und Hauptstrom möglichst proportional bleiben.

Die kleineren Gleichstrom-Turbodynamos bis etwa 20 KW werden meist ohne jegliche Hilfsvorrichtung mit Kohlenbürsten ausgeführt; die General Electric Co. hat auch noch eine 500 KW Maschine für 500 Volt, 1800 Touren vierpolig und mit Kohlenbürsten in ganz gewöhnlicher Weise ausgeführt, Fig. 122. Die meisten Firmen haben sich indessen entschlossen, grössere Gleichstrom-Turbo-maschinen entweder mit Wendepolen oder mit einer Kompensationswicklung nach Ryan oder Deri auszuführen.

Parsons hat eine Gleichstromturbo-dynamo für 900 KW (u = 1000 Touren) mit glattem Anker ohne jegliche Hilfsvorrichtung ausgeführt: Ankerdurchmesser

IS

-t'

Mh

■J

PP

aussen d = 1420 mm, achsiale Eisenlänge ^

1 — 305 mm, Umfangsgeschwindigkeit =    ~~~

75 m/Sek., Grössenkonstante KW: d²1 u = 1,6, Bürstenverstellung erforderlich.

Fig. 121.

Kompensierte Gleichstromdynamos (mit Wendepolen oder Deri-Wicklung) haben bei Parallelbetrieb eine Tendenz zum Pendeln und damit auch etwas zum Feuern. Im Interesse eines ruhigen Ganges ist es, Fremderregung, z. B. eine direkt gekuppelte Erregermaschine oder eine Batterie zu verwenden (Fig. 117 von Brown, Boveri & Cie., sowie das Schema Fig. 122a), oder mindestens die Erregung von den Sammelschienen, nicht von den Ankerklemmen abzunehmen ; in kritischen Fällen legt man vor jede Maschine eine Drosselspule, Fig. 123. Besonders schwierig wird das Parallelschalten von Generatoren, die durch die Kompensationswicklung überkompoundiert sind. In jedem

Falle empfiehlt sich eine Ausgleichsleitung zwischen den Verbindungspunkten von Kompensationswicklung c und Anker A für parallel arbeitende Maschinen (Fig. 123).

w.

mm

k

?jy

Fig. 122. General Electric Co.

Es gibt Fälle, wo z. B. zur nachträglichen Anbringung der Wendepole kein Platz vorhanden ist; dann kann man sich nach D. R. P. 155 284 (Lahmeyer-Frankfurt) dadurch helfen,

dass man die Wendepole ausserhalb des Feldgestells, z. B. am Bürstenhalterjoch montiert und nur die Polschuhe auf die Wicklung hineinragen lässt, Fig. 123 a.

Der Kommutationszahn, Fig. 124, öster. Patent 19522 der Union E. G. ist samt den Kompensationsspulen leicht ersetzbar.

fr reger* wck/ung

Widerst

Widers'

fr rege»

dusg/e'C/} ‘ 1 Haupidunomo ivictrti/'fg

■ fr reger * ’ wcJr/t/ng

V'J

Fig. 122 a.

Nach Fig. 125 D. R. P. 157 935 erregt Uahmeyer-Frank-furt die Hilfspole H direkt von der zugehörigen Bürstenspindel b aus, so dass die Erregung der Hilfspole proportional dem Strom im zugehörigen Ankerzweig ist, was für Schleifenwicklung wichtig ist. Für Motorgeneratoren, die geringe Spannung er-

zeugen, erregt Lahmeyer-Frankfurt die Niederspannungs-Hilfspole, Fig. 126, aus wickeltechnischen Gründen von der Hochspannungs-Motorseite (D. R. P. L57 527).

f W/ebenschluss -¥icllux£

hf

Komptns-fV.

d%J)r vsselspult!

Fig. 123.

Fig. 123 a.

Dr. Lehmann konstatiert im D. R. P. Nr. 160 392, dass das richtige Wendefeld für die einzelnen kurzgeschlossenen Spulen wesentlich verschiedene Werte haben muss; es muss für die mittleren Spulen grösser sein als für die äusseren und

Hauptpol

(omp.Rd

-!

o+

Hetz

Fig. 124.

Fig. 125.

für die austretenden Windungen grösser als für die ein tretenden. Ferner wird ein gewöhnlicher Hilfspol ein stark fluktuierendes Feld zeigen, weil er alternierend einem Ankerzahn und einer Ankernut gegenübersteht, was eine beträchtliche Änderung des magnetischen Widerstandes bedingt. Lehmann bildet aus diesen zwei Gründen den Hilfspol folgendermassen

aus*): Der Hilfspol besteht aus einer Reihe radial verstellbarer Lamellen, deren Gesamtdicke der Bürstendicke auf dem Kommutator entspricht; ausserdem ist der Hilfspol gegen die Ankerleiter um eine Nutteilung schräg gestellt. Mittelst dieses Poles — kann man die Grösse und den Ver-

^JhUspel

5Volt

Fig. 126.

lauf der Kommutierungsspannung beliebig justieren. Der Hilfspol ist ausserdem achsial wesentlich kürzer gehalten als der Anker, was unter anderem eine Kupferersparnis bedeutet. Für Ankerwicklungen mit stark verkürztem Schritte liegen die kurzgeschlossenen Stäbe nicht mehr in der geometrischen neutralen Zone, sondern links und rechts

davon, deshalb gibt Lehmann dem Hilfspol in diesem Falle zwei vorspringende Polansätze, die eine Lücke zwischen sich lassen; der Pol rechts liegt wohl in der neutralen Zone, die gegenüber dem —

Anker liegenden Polansätze sind jedoch links und rechts davon

iiii

II

■li

km

Z/AZ//\

II

angeordnet.

Fig. 127.

Die ganze Kommutierungsschwierigkeit lässt sich durch Verwendung der Unipolarmcischine (homopolare, acyclische Maschine, Fig. 127—131) umgehen. Im einfachsten Falle besteht sie aus einem Metallzylinder (axiale Type, Fig. 128), oder einer Metallscheibe (radiale Type, Fig. 127), die in einem konstanten Magnetfeld rotieren. Die erzeugte EMK ist

-8

E = B. 1. v. 10

in Volt

*) Z. f. E. Wien 1905, S. 499.

mittlere Induktion, v

mittlere Rotationsgeschwindigkeit, Länge des Zylinders oder radiale Ausdehnung der Scheibe,

soweit sie vom Magnetfeld durchsetzt werden ; alle Masse in cm.

Für Scheiben vom äusseren Durchmesser d kann man 1

00; CO

0,525 d

u setzen, woraus für B= 15000 folgt, E = 3,l d²

u- 10~⁶. Selbst für die extremen Werte B= 15000, v= 10000 cm und 1

E = 75 Volt, grossem Querschnitt beliebig. Der Strom wird durch Bürsten, die an beiden Enden des Zylinders oder innen und aussen an der Scheibe schleifen, abgenommen.

Obwohl die Stromabnahme in diesem Falle so einfach ist, wie bei Schleifringen, dürfte doch bei mehr als 50 bis 60 m/Sek. Funkenbildung zu erwarten sein. Seidener schlägt deshalb vor, die Bürsten nach Fig. 129 seitlich schleifen zu lassen, wobei die Gefahr des Abschleuderns verringert würde. Zugleich sind in dieser Skizze zwei Scheiben hintereinander geschaltet, wodurch die Spannung verdoppelt wird; die Naben beider Scheiben sind durch die Welle leitend verbunden. Diese Hintereinanderschaltung mehrerer Scheiben oder Zylinder, Fig. 128, bezw. auch mehrerer Zylinderstreifen, Fig. 130, Scheibensegmente, Fig. 131, liefert die Möglichkeit der Erzeugung höherer Gleichspannungen. Allerdings werden dann eine grosse Anzahl Bürstensätze erforderlich, die

und v = 7t

60

50 cm ergibt sich in der einfachen Maschine erst Die Stromstärke ist dagegen bei genügend

vnaaaa

Fig. 128.

22

den Wirkungsgrad herabdrücken. Ein weiterer Nachteil der Unipolarmaschine ist die grosse Ankerrückwirkung und der dadurch bedingte Spannungsabfall, sowie die dadurch erzeugten Wirbelstrom- und Hystereseverluste. Die Ankerrückwirkung    Zp:

muss deshalb z. B. durch eine    Tjp

vom Hauptstrom erregte Kom-    T

V/.

pensationswicklung aufgehoben

werden. Zur Ermöglichung ho- _____

her Umfangsgeschwindigkeiten sollte man den rotierenden Teil aus Stahl oder Bronze herstellen.

Fig. 129.

Z-Blv.10 ⁸

1,66 K Z

Auch in D. R. P. 126 307 ist eine Unipolarmaschine für Turbinenbetrieb angegeben, dabei ist eine mehrteilige Trommel angewendet. Hat man Z Scheiben oder Segmente oder Streifen oder Leiter in Serie, so wird E

u- 10⁻¹⁰, K — totaler Flux, u = Umdrehungen per Minute.

\\\

Fig. 130.

Q-----f—U

Fig.

Mi

j,

TZ

.--I -

M

Fig. 132.

In neuerer Zeit hat die General Electric Co. nach Entwürfen von Noeggerath³) eine kompensierte Unipolarmaschine für 300 KW, 3000 Touren und 500 Volt gebaut. Sie besteht, Fig. 132—134, aus einem Feldgehäuse aus Stahlguss mit zwei koachsialen Feldwicklungen f und einer zylindrischen Armatur aus Stahlguss, welche eine geringe Anzahl von hintereinander geschalteten Leitern a an der Mantelfläche trägt, die an den beiden Enden durch Schleifringe s verbunden sind. Die Leiter a sind durch im Gehäuse liegende Leiter c miteinander verbunden. Durch 8 Löcher im Feldgehäuse gelangt man je zu 3 Bürsten. Die angeführte Maschine hat nicht nur 2, wie gezeichnet, sondern 12 Leiter a, 12 Leiter c und 2X 12 (statt 2x2) Schleifringe s aus Gusstahl. Der Stromlauf durch einen Leiter C, 2 Schleifringe und eine Rückleitung R zeigt für sich Fig. 134. Es treten nun 2 Ankerreaktionen auf: Ringreaktion, Fig. 134; 2. die Reaktion Fig. 133 der axialen Leiter; beide erzeugen Wirbelstromverluste und einen Spannungsabfall; die Ringreaktion entspricht den üblichen Gegen-AW, die zweite Reaktion den Quer-AW. Der Strom in den Ringsegmenten B, SP, und B, H P, wechselt fortwährend mit der variablen Entfernung der Bürste B, von P„ da der Strom sich in P, in 2 Ringströme entsprechend dem variablen Widerstand der Segmente verzweigt.

i?

Fig. 133.

’J-

1. die

!\

v<

Zf

Fig. 134.

ff

SK

Fig. 135.

Diese Ringreaktion lässt sich praktisch dadurch kompensieren, dass man die Bürsten der aufeinanderfolgenden Ringe spiralförmig gegeneinander versetzt und zwar im entgegengesetzten Sinne wie die Anschlüsse der Leiter a, Fig. 132. Die Bürsten des 1., 5., 9. Rings mögen in der Ebene 0 Grad liegen, die der Ringe 2, 6 und 10 in der Ebene 90 Grad,

die der Ringe 3, 7 und 11 in der Ebene 180 Grad, und die der Ringe, 4, 8 und 12 in der Ebene 270 Grad. In diesem Falle neutralisieren sich die Ringreaktionen. Zur Überwindung der axialen Reaktion verwende man flache, dicht zusammen-gelegtc Anker- und Gehäuseleiter a und c. Benachbarte Ringe und Leiter sind so zu montieren, dass die geringste Spannung dazwischen auftritt. Durch Verschiebung der Bürsten oder durch eine geeignete Winkelverschiebung der Anker- oder Gehäuseleiter gegenüber den Anschlusskontakten kann diese Maschine über- oder unterkompoundiert werden. Sie ist selbsterregend und kann z. B. als Serienmaschine ohne Erregerspulen ausgeführt werden. Die Hauptverluste rühren von den Bürsten her, die ohmschen Verluste im Rotorkupfer sind verschwindend. Der Wirkungsgrad der zitierten Dynamo ist bei 300 KW 90%, bei 150 KW 88%, bei 450 KW 92%, ohne Lager- und Luftreibung. Die 24 flachen Ankerleiter von etwa 350 mm axialer Länge sind nach dem Zylinderradius gebogen und auf der glatten Ankeroberfläche mittelst Stahlbandagen gehalten; zur Aufnahme der Umfangskräfte sind Treibhörner in den massiven Ankerzylinder aus Stahl, Fig. 133, eingelassen. Es ist also kein lamellierter Ankerkörper wie bei gewöhnlichen Gleichstromdynamos erforderlich. Wegen der Ankerreaktion wurden die Leiter nicht in Nuten gebettet. Der Luftspalt wird bei den verschiedenen Typen zu 1,5 bis 12 mm angegeben.

MECHANISCHER AUFBAU DER GLEICHSTROM-

TURBODYNAMOS.

Die maschinengewickelten Ankerspulen von gewöhnlichen Gleichstrom-Turbodynamos werden in den offenen Nuten mit 5—10 mm starken Metallkeilen (Bronze, Aluminium), seltener durch Bandagen, wobei Fiberkeile verwendet werden, festge-

halten; bei Stabwicklung verwendet man wohl auch nahezu geschlossene Nuten und schiebt die Stäbe von der Seite ein. Die als Fasswicklung ausgebildeten Stirnverbindungen liegen nach innen auf einem mit Ventilationsflügeln ausgerüsteten Flansch, Fig. 117 und werden auf diesem unter Zwischenlegung geeigneter Isolationszylinder durch Bandagen oder Metallzylinder (Bronze, Aluminium, Nickelstahl) festgepresst, Fig. 135, siehe

mm

Mi

3r

Fig. 135 a. Ankerwickelei der A. E. G. Berlin.

Eine

auch die Ankerwickelei der A. E. G. Berlin, Fig. 135 a. schwierige Aufgabe ist es, das Arbeiten und Durchscheuern dieser Isolation der Stirnverbindungen zu vermeiden. Die Stirnverbindungen des Ankers Fig. 135 b der Siemens-Schuckert-Werke für 170 KW, 3000 Touren und 220 Volt sind durch Bronzezylinder festgehalten.

Die Bandagen sind in einzelne 20 — 30 mm breite Streifen zu unterteilen und mit einem Glimmerring zu unterlegen; auf den Stirnverbindungen verwendet man Stahl-(Piano)-Draht von mm Durchmesser, auf Eisenlänge Durana- oder Bronzedraht von 1,5 mm Durchmesser. Das Material von Bandagendrähten ist zuverlässiger als das massiver Metallkappen, die möglichst aus gewalztem Material bestehen sollten. Überdies sollten sie konisch anlaufen, so dass sie stetig auf die Wicklung aufgepresst werden können. Selbst bei Verwendung von Kappen empfiehlt es sich, auf die Wicklung erst einen Isolationszylinder und dann eine Bandage, z. B. von Vierkantdraht, zu legen,

1,5

'msrm,

Fig. 135 b. Siemens - Schlickert -Werke.

über die erst der Metallzylinder geschoben wird. Um die Fliehkräfte auf die Stirnverbin düngen zu verringern, hat sie die öster. Union nach Fig. 135 c abgekröpft. — Die Kommutatorsegmente der Turbodynamos werden fast allgemein durch zwei oder mehr Schrumpfringe, die durch 2 mm starke Glimmerringe isoliert werden, auf einem mit konischen Flächen versehenen Körper festgepresst, Fig. 117- Andere Methoden der Befestigung von raschlaufenden Kommutatoren sind aus Fig. 145, 135d (Oerlikon) und 107 ersichtlich. Die Bürstenbrille muss mechanisch so stabil wie möglich ausgeführt werden, die langen Bürsten stifte sind an ihrem freien Ende durch einen kräftigen

Ring zu halten, Fig. 115. Der Bürstenhalter muss sehr elastisch und fein justierbar sein und darf nicht vom Kommutator abspringen.*) Meist werden Metallbürsten und zwar aus Messinglaub oder Draht oder Gauze verwendet, nur wenige Firmen haben es mit Kohlen- Fig. 135c. bürsten oder Kupfer-Kohlenbürsten, Fig. 104a von Schuckert,

il

-4-95

linilmil    I I    I    1    1

i o    /    z    3    4    5dm

Fig. 135 d.

versucht. Die Metallbürsten nützen sich allerdings sehr rasch ab, eine Messingdrahtbürste von 1 kg. war z. B. auf einer Parsonsdynamo in 336 Stunden aufgebraucht. Um Wirbelströme in den Lamellen des Kommutators zu vermeiden, versieht sie Brown, Boveri & Cie. mit

iii

langen Schlitzen, Fig. 117-

Fig. 136.

Um die Bürstenauflage auf dem Kommutator zu verbessern, hat Parsons denselben mit zahlreichen Rillen versehen, auch Lahmeyer-Frankfurt hat nach Fig. 136 die Bürsten in schwalbenschwanzförmige Rillen gesetzt und sie derart der Einwirkung der Fliehkraft

• •. ,.i

entzogen. Noch empfehlenswerter dürfte es sein, die Kommutatorlauffläche als Ebene senkrecht zur Achse auszubilden und die Bürsten seitlich aufzupressen, da dann für den Anpressungsdruck die Flieh-

kraft ausser Frage bleibt. Ein ähnlicher Kommutator ist in E. P. 1/527 vom Jahre 1904 angegeben (Abb. 137).

Damit die Bürsten keine Rillen in die

Fig. 137.

Lauffläche einfressen, gebe man dem Anker ein IFe/A/^spiel, das ihn periodisch axial hin- und her

bewegt.

Die äussersten Umfangsgeschwindigkeit liegen für den Anker zwischen 50 und 90 m/Sek., für den Kommutator zwischen 20 und 50 m/Sek. *)

Die Ermittlung der mechanischen Beanspruchung der Gleichstromanker geschieht nach den für Drehstromdynamos gegebenen Formeln, Seite 50 ff. Zunächst handelt es sich um die Zugbeanspruchung in dem Blechpaketring des Ankers nach Formel 1 bis 3. Die Beanspruchung der Zähne in ihrer Wurzel gibt Formel 22 und der Nutkeile Formel 24. Die Zugbeanspruchung in den Bandagen oder Kappen auf den Stirnverbindungen berechnet man aus Formel 25. Es erübrigt noch die mechanische Berechnung des Kommutators. Jedes Kommutatorsegment vom Gewicht Ge, soweit es zwischen zwei

Schrumpfringen liegt, wird mit <yb kg/c² auf Biegung beansprucht :

0,00112 Ge Re u² • 1,2 • a

(37)

7* sh²

Re = Schwerpunktradius des Segments in m, a = Abstand der beiden Schrumpfringe in cm, s == mittlere Segmentstärke in cm, h == Segmenthöhe in cm. Man kann auch schreiben:

(38)

tfb = 9-10

:

CT- :

-6 Re u² a²

Fasst man die Segmente als eingespannten Balken auf, so

ist in (37) ₈

durch

es

12

zu ersetzen. Da durch wiederholtes

Abdrehen h stark reduziert wird, wodurch 6b steigt, so tritt die Gefahr ein, dass die Segmente sich ausbauchen; man sehe deshalb eine Marke vor, bis zur welcher abgedreht werden kann.

Die Schrumpfringe, welche die Kommutatorsegmente Zusammenhalten, werden durch die Fliehkraft ihres Eigengewichtes

*) Eine Dynamo der Maschinenfabrik Oerlikon für 150 KW 3000 Touren, die durch einen kräftigen Ventilator gekühlt wird, hat 43 m/Sek. Kommutatorgeschwindigkeit.

Gs und diejenige des Gewichtes Ge • k sämtlicher Lamellen auf Zug beansprucht.

(39)

0z =

0,00112 (Gs Rs -h k Ge Re) uM ,21

m • 2 n qg

Rs = Schwerpunktradius der Schrumpfringe, k = Lamellenzahl, Ge = Gewicht einer Lamelle, Re — Schwerpunktradius der Segmente, qg = Querschnitt jedes der m Schrumpfringe.

Die Schrumpfringe sind nun so aufzuziehen, dass bei Ruhe diese Spannung herrscht, damit der Kommutator bei Lauf nicht locker wird.

Fig. 138.

Grössere Lavalturbinen werden mit zwei in verkehrtem Sinne rotierenden Dynamos gekuppelt (siehe „Dampfturbinen“, Fig. 36). Die Joche der beiden Maschinen

IS 30

ES

fifr—fTtrr

---1S76 y

760    - //

-+ «Vf,

£L

CD

■ y-?" ~"s- i j

M|--------►(

| S

!—*/y-Ü

Fär J

k .

D i U

iLi_2

CD

--

LI

.u-

-J

il

ff

MSS,6

tijir

IM -+

CD

9M>

--fffi _i--

1....1....1 i i |/ i    ~

/ Jr⁻/ " t 3 htm

Fig. I38a. Deutsche Elektrizitätswerke Aachen. 100 PS, 750 Touren.

1*30

vereinigt man zweckmässig nach Fig. 138 (I). R. P. 143 121), da man dadurch an Platz und Material spart.*) Die Doppeldynamo Fig. 138 a der Deutschen Elektrizitätswerke Aachen ist für 100 PS bei 730 Touren normiert.

*) Eine zweipolige Lavaldynamo, siehe Niethammer, Elektrische Maschinen und Anlagen Bd. I, Abb. 614.

ELEKTRISCHER ENTWURF VON GLEICHSTROMDYNAMOS.

Die Gleichstromturbodynamos für Leistungen unter 100 bis 200 KW werden meist zweipolig gebaut, bis gegen 1000 KW vierpolig⁴), darüber sechspolig. Die Periodenzahl wird dabei je zwischen 40 und 100 liegen. Kleine Gleichstromturbodynamos bis etwa 200 KW werden öfters nur für 60 : 12.5 Volt gebaut, grössere von 100 bis 1000 KW nur für 250 bis 500 Volt, siehe Niethammer, Dampfturbinen, S. 69.

Die Grössenkonstante C —

KW

der Gleichstromturbo-

d²l u

dynamos ist kleiner als die üblicher Maschinen, etwa 1 bis 2 von 100 KW aufwärts. Ebenso sind die Amperestabzahl AS pro cm Umfang und die Luftinduktion Bj massig anzunehmen, AS — c/d 100 bis 150 und B! = 5000 bis 7000 bei grösseren Einheiten.

Die Nuten sind so seicht als möglich, d. h. nur 15-1-25 mm tief zu machen. Auch bei kompensierten Typen gehe man mit der Lamellenzahl so hoch als irgendwie möglich, die Nutenzahl mache man gleich der Lamellen zahl oder höchstens gleich der Hälfte, nicht kleiner. Die Induktion im Ankereisen hängt von der Periodenzahl und Kühlung ab, sie liegt etwa zwischen 4000 und 8000, in den Zähnen, wenn sie niedrig sind, zwischen 15 000 und 20 000. Bei nichtkompensierten Maschinen sollte das Verhältnis AW für Luft und Zähne zu AWa unter dem Polbogen⁵) 7> 2 sein. Der Luftspalt ö fällt bei hochtourigen Maschinen ziemlich gross aus, 5 bis 20 mm bei Typen über 100 KW; auch bei kompensierten Typen mache man <5 nicht'

kleiner, wenn dies auch theoretisch anginge. Die Stromdichte im Anker ist etwa 2,5    3,5 Amp./qmm, im Feld einschliesslich

Kompensationswicklung 1,0 bis 1,5 Amp./qmm.

Die Berechnung der Reaktanzspannung er (S. 70) gibt stets das Mittel an die Hand zu entscheiden, ob eine Maschine ohne Kompensationswicklung gebaut werden kann oder nicht. Wird selbst bei Verwendung von Ankerumfangsgeschwindigkeiten von 50    60 m/Sek. und von Kommutatorgeschwindigkeiten von

20 : 30 m/Sek. er > 4 bis 5 Volt, so sind Hilfspole oder Hilfswicklungen zu verwenden.

JgBS

H]

Wählt man die AW der Kompensationswicklung > AWa +- AWX (S. 81) oder schiebt man die Bürsten kompensierter Dynamos nach rückwärts, so erhält man eine kompoundierte oder über-kompoundierte Maschine, deren Spannung mit der Belastung etwas wächst.

Fig. 139.

Den Strom in der Kompensationswicklung muss man durch einen parallelen Widerstand entsprechend der Bürstenstellung regeln können. Natürlich kann eine Turbodynamo auch durch eine Serienwicklung auf den Feldpolen kompoundiert werden. Statt der Kompoundierung kann man auch selbsttätig wirkende Feldregler vorsehen, die z. B. durch den Dampfdruck (Fig. 139) entsprechend der Belastung verstellt werden (D. R. P. 136 689 von Brown, Boveri & Cie.), diese Vorrichtung kann gleichzeitig auch die Bürsten verstellen. Anderseits ist auch eine direkte Beeinflussung der Steuerung der Dampfturbine durch den elektrischen Strom sehr angezeigt. Ein Relais, das von der Klemmenspannung oder dem Hauptstrom beeinflusst wird, schliesst oder öffnet den Stromkreis zu elektrisch betätigten Ventilen, die die Düsen schliessen und öffnen.

BEISPIELE VON GLEICHSTROMDYNAMOS.⁶)

Die Gleichstromdynamo (Fig. 140) ohne elektrische Hilfsvorrichtung von Lahmeyer-Frankfurt leistet bei 3000 Touren 160 KW 230 Volt. Sie ist vierpolig. Die Bürstenstifte sind in der Mitte gefasst, um die freitragende Länge zu halbieren.

CTQ

TT⁶

Der äussere Ankerdurchmesser ist 550 mm, der innere 2o0 mm, die Eisenlänge 300 mm, der Anker trägt eine Ringwicklung mit 130 Spulen in 130 Nuten von 5,6 X 15,5 mm mit einem

r-J

__EL

R-

Fig. 141. A. E. G. Berlin, 200 KW, 2000 Touren.

Die Wicklung wird in den Nuten durch

mm.

Stab 3,5 X 11

Keile, auf den Stirnverbindungen durch Stahlgusskappen gehalten ; auch der mit Kanälen versehene Ankerkörper besteht

aus Stahlguss. Der Kommutatordurchmesser ist 230 mm, seine totale Breite 420 mm (310 mm nutzbar). In der Mitte und am Anker ist auf den Kommutator je ein Schrumpfring aufgezogen, aussen besorgt ein Pressring und eine Mutter die Befestigung. Die Zahl der Lamellen ist 130, sie sind durch Ausgleichsdrähte verbunden. Die Stromabnahme geschieht durch vier Spindeln zu sechs Messingbürsten von je 2,4 qcm Querschnitt. Der runde Pol hat einen Durchmesser von 185 mm. Der kleine zweipolige Turbogenerator Fig. 107 von Lahmeyer-Frankfurt mit Hilfspolen für 30 KW, 5000 Touren, 110 Volt

27

2$

31

.20

30

27

jg_

Fig. 142. General Electric Co.

150

mm;

hat einen Ankerdurchmesser aussen = 260 mm, eine Eisenlänge 100 mm und einen Kommutatordurchmesser 44 Ankernuten mit 88 Stäben 5x7 mm; 44 Lamellen, die 210 mm breit sind. Der Polquerschnitt ist 108 qcm. Jeder Hilfspol hat 16 Windungen von 3 X 70 mm Band.

Die Gleichstromdynamo Fig. 141 der A. E.-G. Berlin leistet 200 KW bei 2000 Touren und 230 Volt. Der Ankerdurchmesser aussen beträgt 500 mm, die Eisenlänge 260 mm, der Kommutatordurchmesser ist 280 mm. Die Maschine läuft mit Kupferkohlenbürsten.

Die Figuren 142 und 143 zeigen die konstruktive Durchbildung der kleinen Turbodynamos der General Electric Co. mit

horizontaler Welle und Leistungen von zweipolige Dynamogehäuse ist ganz abgeschlossen, da diese

1 v₂ bis 75 KW. Das

Typen z. B. für Zugsbeleuchtung direkt auf die Lokomotiven gesetzt werden. Die Ankerwicklung ist in üblicher Weise

mittelst Bandagen festgehalten, der Kommutator durch drei Schrumpfringe. Die Lager besitzen Ringschmierung ; das fliegende Turbinenrad hat drei Schaufelkränze

20

q_

!L

i/Qj

(Amerikanisches Patent 768 593).

Die Fig. 112 bis 115 schaulichen in recht deutlicher

z/oA&t

■V

veranlag. 143. Zu Fig. 142.

Weise die Konstruktion der Turbogleichstromdynamos der A.-G. Brown, Boveri & Cie., die im Bau von Turbodynamos Hervorragendes geleistet hat. Die Gleichstromdynamos werden durchweg mit Deri’s Kompensation ausgeführt. Das lamellierte

■äsR.

Ipfr

fl

i.

iTYIT'

tr

LU I !

/ 0 / 2

6 7 s 3dm.

Fig. 144. J. J. Rieter & Co., 640 KW, 500 Touren.

Feld mit den Kommutierungszähnen ist ohne und mit Wicklung dargestellt; der Anker hat Fasswicklung, die in den Nuten durch Bronzekeile und auf den Stirnflächen durch eine fortlaufende Drahtbandage festgehalten wird. Besonders kräftig ist das Bürstenhalterjoch aufgebaut, die Messinglaubbürsten sind elastisch und fein justierbar ausgeführt. Der im Schnitt und in verschiedenen Ansichten dargestellte Gleichstromturbogenerator Fig. 117 von Brown, Boveri & Cie. leistet 250 KW bei 150 Volt und 2700 Touren; man beachte vor allem die Art der Kühlung, die Kühlluft strömt unten zu und oben ab.

700 bis 800 Volt von J. [. Rieter & Cie.,

Figur 144 Gleichstromgenerator von 920 PS oder 640 KW, 500 Touren,

Winterthur :

Diameter der Armatur

Anzahl Nuten......

Windungen pro Nut

Leiter pro Armatur ....

Leiterdimension.....

Schaltung.......

Anzahl Kollektorlamellen

Kollektordiameter.....

Kollektorlänge......

Nebenschlussabteilungen pro Pol Windungen pro Abteilung .

Drahtdimension......

Serienwicklung pro Pol . Querschnitt.......

1140 mm,

4-

1056,

1,7 X 9 mm, 2-fach parallel, 528,

700, 430 2, 925,

1,8 mm <p,

5'h,

460 qmm.

Fig. 145 der Maschinenfabrik Oerlikon, Umformer mit stehender Welle, 560 KW, 333 Touren, 160 Volt.

Die Fig. 145 a veranschaulicht einen Schwungrad - Umformer (Puffermaschine) der Union E. G. für 500 KW, 0 bis 500 Volt Gleichstrom, 300 bis 375 Touren, 50 Per./Sek. und 5800 Volt Drehstrom, GD² = 210000 kgm² (Schwungrad) und 295000 (total); Lagerdruck k= 12 kg/'qcm und Zapfengeschwindigkeit vz = 4,3 m/Sek.; die Schwungradlager haben Pressöl- und Wasserkühlung.

Fig. 122 der General Electric Co. N. Y. 500 KW, 1800 Touren, 500 Volt, direkt gekuppelt mit einer stehenden Curtis-

I#.

y*»

■s|

turbine (siehe „Dampfturbinen“, Fig. 57), Ankergeschwindigkeit

Kohlenbürsten.

stromdynamo in direkter Kupplung mit einer Parsonsturbine

60 m/Sek.,

Kommutatorgeschwindigkeit 25 m/Sek., Siemens Bros, haben eine 1400 KW-Gleich-

!!f

X'-'

..... '

—fzfcy-

■ ——J— 2/Mt>—4-

iiass

joüh

-tut

F*>

ist

H2th

Hr----

■    K-»-

rÄ^''2«3P

mo —

]#*#•

|’j@

=i

Y“

XV'

Fig. 145. Maschinenfabrik Oerlikon, 560 KW, 333 Touren.

ebenfalls mit Kohlenbürsten gebaut; die Maschine ist in 2 Tandemdynamos a 700 KW unterteilt.

Fig. 108 der Maschinenfabrik Oerlikon : Gleichstrommotor von 40 PS mit Nebenschlussreglung von 540 bis 1080 Touren, 500 Volt, Anker 4» aussen d 390 mm, Eisenbreite 1    260,

Nutzahl = 51, Nutmasse 10,5 X 28 mm, einfache Wellenwicklung, Leiterzahl Z stifte mit Kohlen 12X25 mm, Luftspalt 3

612, Lamellen k = 153, 2 Bürsten -3 mm, jeder Hilfs

pol hat 68 Windungen von 7 mm Draht.

Fig. 146 Turbodynamo für Scheinwerfer, montiert auf dem Kessel von Dampflokomotiven, der Pyle National Electric Headlight Co. Chicago*): 1000 Watt, 1800 Touren, 15 Amp.,

•Tj

i-i

PS

I l ■ i

+o-

TjT

......n

fe.

,rtV

fl

Fig. 145 a. Union E. G., 500 KW, 3/5 Touren.

65 Volt, G

Die

Gehäuse mit dem Deckel D, R — Laufrad aus Stahlguss mit den Schaufeln S] bis S₄, bis L₃ Leitschaufeln, Dampfeinlass durch Düsen, A — Auspuff. Ein Federregler wirkt auf den Bolzen B, der den Dampf drosselt. Die zweipolige Manchesterdynamo hat einen Ringanker von 16 cm Durchmesser, der 8 cm breit ist und 40 Nuten trägt, übrigen Erklärungen gibt folgende Tabelle:

4-

1.    Maschinengehäuse mit 4 Schau- 32. Verstärktes Auge der Reglerfelkränzen.

2.    Rad mit 5 Schaufelkränzen.

2*/>- » „ ^

3.    Gehäusedeckel.

feder.

5.    Maschinengestell.

6.    Schmierdeckel d. Aussenlagers. „ Innenlagers.

6V2.    „

7. Polschuhe.

33.    Gusseis. Zwischenlagscheibe.

34.    Verbindungshebel.

35.    Reglerbefestigung.

36.    Reglerhebel.

3/. Reglerlager.

38. Bronzekolbenventil.

39. Graphitring.

41 */a. Reglerfedern.

8.    Turbinen-Drucklager.

9.    Messing-Verbindungsstück für 42. Regler-Deckelfeder, das Magnetgestell.

10.    Oberer Bürstenhalter.

45. Ankerschlusschraube.

46. 47. Gehäuseschrauben.

68. Schraube der Polklemme.

97. Isolierende Unterlagscheibe. 977a. Isolation.

105. Dynamofuss.

110.    Einstellschr. f. d. Bürstenfed.

111.    Verbindungsschraube für die Lichtleitung.

112.    Verbindungsschraube für die obere Magnetwicklung.

113.    Bürstenfeder.

114.    Bürstenhalterfeder.

115.    Isolierende Lager.

116.    Bürstenhalter.

117- Einstellschraube f. d. Reglerfeder.

118. Schmierdeckelschraube.

123.    Deckel des Magnetgehäuses.

124.    Maschinenwelle.

30.    Halter für das Reglergewicht. 152. Oberer Magnetschenkel. 3072. Ilalterschraube.

31.    Reglergewicht.

11.    Unterer    „

12.    Kommutator.

I272. Ankernabe.

13.    Kommutator-Büchse.

14.    ,

1474

15.    Kommutator-Mutter.

16.    Kommutator-Schlussplatte.

17.    Hauptlager.

18.    Endlager.

20.    Stopfbüchse.

21.    Stopfbüchse und Mutter. 2272. Schmierring.

25.    Obere Wicklung.

26.    Untere

Schutzgehäuse der Dynamo.

28.

2872.I Polklemme.

29.

15272. Unterer Magnetschenkel.

155. Anker.

Fig. 147 : Kleine Gleichstrom-Turbodynamo (2 KW 5000 Touren bis 20 KW 3600 Touren, 65—115 Volt) der A. E. G. Berlin. Zweiteiliges Gehäuse, lamellierte Pole und Polschuhe, letztere sind angeschraubt. Die Ankerwicklung wird durch

Fiberkeile, sowie Bronze- und Stahldrahtbandagen gehalten. Der Kommutator wird durch glimmerisolierte Schrumpfringe aus Nickelstahl zusammengehalten, die Stromabnahme erfolgt durch Kohlenbürsten. Die Lager haben Pressölschmierung durch eine ventillose Rotationspumpe, sowie Wasserkühlung der Lagerschalen. Das fliegende Turbinenrad hat drei Schaufelkränze mit eingesetzten Schaufeln. Diese Type hat folgende Gewichte:

KW

10

15

20

5000 4500 4000 4000    3600

Gewicht

200    360    630    800    1220 kg

/o 116

1t£XA?JU

y@) f

f.B

hl

45

f2

>/

Jo;

34

//s "6-"{ /u

.4/0

V\

/lG

W/55

29 6&9? **

-%'S3\\

M⁴m

-42

r⁵

//

I!2‘,

’0

'WjT'n^l/8

zJeYPSj JS

y&(4^<4

16*

/24

if*

Vj

M,

«Gr

-.rnv

mJJ

Z>2&

97

Ui

F2

£z—

■n

32

\/05

IfJ

Hl

G'wmmt

Fig. 146.

Fig. 148 : Grössere Gleichstrom-Turbodynamo der A. E. G. Berlin: 50 — 300 KW 3000 Touren, 500 KW 2000 Touren, 750 KW 1500 Touren; die neuen Typen sind kompensiert.

Fig. 149: Gleichstrommaschine 250 KW, 400 Touren, 600 Volt der E. G. Alioth:

1. Anker, a) Bleche. Äusserer Durchmesser d = 800 mm, Umfangsgeschwindigkeit 17 m/Sek., innerer Durchmesser dj= 390 mm inkl. Bolzen, Breite 1 zwischen den Flanschen 500 mm, vier Luftkanäle von 10 mm Breite, Nutenzahl 120, Stempelmasse 11,5X26,5 mm. b) Wicklung. 120 Elemente ä 2 Ab-

47

teilungen a 1 Windung, Länge der Windung 2,4 m. Kupferdimension blank 3X10, isoliert 4X11 mit 120 Ausgleichsleitern, Widerstand kalt 0,021 .(2, Widerstand warm 0,025 42, pro Nut 4 Leiter =

4 Drähte, Art der Wicklung Parallelschaltung als Schleifenwicklung, Anzahl Stromkreise 4,

.....

iP

«J

Fig. 147. A. E. G. Berlin.

Schritt-Lamelle 1 —2— 3, Schritt-Nute 1 31    2— 32. c) Kol

»41

mm

■IBM

lektor. clk = 480 mm, Umfangsgeschwindigkeit 10 m Sek., Anzahl Lamellen 240, Yrolt pro Lamelle 10, nützliche Breite 320 mm, Zahl der Stifte 4, Bürsten pro Stift 9, Kohlendimensionen 12 X 30, Qualität der Kohlen K.

Fig. 148. A. E. G. Berlin.

mm,

bogen 525, Polschuhe axial 480, Polschuhe

2. Pole. Luftraum 12 mm, Bohrung 825 Polzahl 4, Polmassiv, Kerndimensionen (Stahl) (p 415, Kernquerschnitt 1280 qcm, Polbogen zu Teilung 0,8.

3.    Gehäuse. Gehäusequerschnitt (Grauguss) 1300 qcm, Ubergangsquerschnitt Stahl auf Grauguss 455 oder 1625 qcm.

4.    Erregung. Nebenschluss. Windungen pro Pol 2800, Draht blank 2,2, Draht isoliert <P 2,6, totale Länge 18,4 km, Wickellänge 160, Wickeltiefe 120, mittlere Windungslänge 1,60 m, Widerstand kalt 85,0 42, Widerstand warm 100 42.

Fig. 150: Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer für eine elektrische Lokomotive der Maschinenfabrik Oerlikon :

Uni I I I I I I I I I I ,

f0fZ34567$9 tOOtt!

?90

hüll

lT -.430,

im

Hi

r* SSO

9JS

900

940

900

94»

dt

X huo gj

Fig. 149. E. G. Alioth, 250 KW, 400 Touren.

-L

9/90

Wechselstrommotor: 6polig, 520 PS, 1000 Touren, 14000 ’ 700

Gleichstromgenerator:. 4 polig, 342 KW, 1000 Touren, 33,3 Cycles, 600 Volts, 5/0 Amperes.

Wechselstrommotor. Stator : Hochspannung 24 Nuten (4 pro Pol) halbgeschlossen 26X00, pro Nut 100 Leiter a 1 Draht von 3,2/3,8, Isolation 6,5 mm. Niederspannung 60 Nuten (10 pro Pol) halbgeschlossen 10 x 55, pro Nut 2 Leiter 22X7 24X0

anker 106 Nuten total 6,5x35,5 ä 1 Stab 6 x35.

50 Cycles

(Stäbe)

Volts;

31

620

Amperes (einphasig).

, Nutenisolation 0,5 mm. Rotor: Kurzschluss-

pro Nut 6 Stäbe

¹

Es ist dies ein doppelter, hufeisenförmiger Hilfspol, d. h. zwischen je zwei Hauptpolen liegt ein Nord- und ein Süd-Hilfspol mit in sich geschlossenem magnetischem Kreis. Die AW auf einem solchen Doppelpol brauchen nicht die AWa zu überwinden, d. h. pro Doppelpol ist AWh = 1,6 Bx ö 4- AWe == co 2 Bx <5.

²

Durch Blätterung der gewöhnlichen Hilfspole erreicht man eine ähnliche Wirkung, viel ist von dieser Unterteilung in der Achsrichtung nicht zu halten.

³

Proc. Am. Inst. El. Eng. 1905, Januar, ferner E. P. 15118 (Jahr 1904).

⁴

Eine neuere Gleichstrom-Turbodynamo für 300 KW, 3000 Touren ist vierpolig

⁵

AWa = Anker-AW pro Pol.

⁶

Eine ausführliche elektrische Berechnung einer 900-KW-Turbodynamo ist in Niethammer, Elektrische Maschinen und Anlagen Bd. I, S. 242, gegeben; weitere Gleichstromturbodynamos ebenda Bd. I, Fig. 483 bis 485, 509 bis 512, 708 bis 711.

Gleichstromgenerator. Armatur: 80 Nuten 13,5x40; 2,5 X 16 3,5x117

Kollektor: Diam. 400, Anzahl Lamellen mm. Magnete: 4 Spulen in Serie für 100 Volt, pro Spule 530 Windungen in

= 2X3 Leiter, Schleifenwicklung

y,= 101 ; y₂ = 103.

240, Micaisolation 0,8 Separaterregung von 18 Lagen; Draht 4,8/5,2. Kompensationswicklung: Pro Pol 20 Nuten 38,5X9, pro Nut 1 Leiter aus 2 Stäben |, Stab 3X32.

/105

/J90

\.soo

yi ii_

iPJ

nni

v n "'.» .-!!—h uv-

SED

320 -m

1-

üi'l

■<,

^11

-260—*

EL,

'fz/Z/Z/A

Ott

mA

720

/40>

Nf

/    0 / 2 J 2 5dm.

Fig. 150. Maschinenfabrik Oerlikon, 342 KW, 1000 Touren.

Beispiele für die elektrischen Masse siehe Tabelle III. Nachstehend noch ein Vergleich ausgeführter Maschinen bei grosser und massiger Tourenzahl:

KW Gleichstrom .

Touren......

Volt.......

Pole.......

Ankerdurchmesser d . Eisenlänge 1    .

Kommutatordurchmesser

oj

o o o cs o o o o o es »c es

m ir, oo re) re

tO fcO to O O I O O O LO O O O

—

w to sC vO Ol Ol

330 330 3000    125

650 550 2 10 520 1900 360 350 300 1650

640 640 500    94

800 550

12

1140 2300 380 450 700 1650

Zu Seite 108.

Tabelle III. Ausgeführte hochtourige Gleichstromdynamos.

v = Ankerumfangsgeschwindigkeit.

KW

Touren

(u)

Yolt

Eisenzahl * ■ län*e

Pol-

aussen (d)| axial (1)

Y C=**)

m/Sek.

KW d² 1 u

10 ⁶

Luft-

spalt

Kommu-

tator

***₍

Bau-

Cr=>-

<z>

art

cLxL

Erbauer

Anmerkungen

1 1800

cn

160 80

15    0-27

70

6-6 normal

10 2800

110 2

190    190    27-8    0-52

0-6

normal

30    5000

110

tO

260    100    68    0-89

1*6

80 PS 1200

300    4

440    230

28

PS : d² 1 u

1.5

3-8

Lahmeyer 300    18*8 normal 80X210 Union E. G.

150    39-3

100 3500

220 2

350    350

64    0*67

180    33 Deri 85 $

Brown, Boveri & Co.

200 i*s 1455

500

150 3000

250

to

560    390

450    500

42-6

PS : d² 1 u

1*16

4-2

10

300    22-8

260

4 Hilfspole

I Hilfspole

Oerlikon

Oerlikon

'68 halbgeschloss. Nuten ä 6 Stäbe 1,6 X 14, Nutenmasse 10 X 4,5 Schleifenwicklg. mit 17 Ausgleichsringen,204Lamell., 4 Bürstenstifte zu 8 Bürsten ,    12 X 25 mm.

3000

230

550    300    87    0-59

3-6    15

230    36-2

180 3500

450-7650|    2

400    350

72

0-92

220    40-3 ¹ Deri

Lahmeyer

Brown, Boveri & Co.

200

250    4

Doppeldynamo

554 2x420

22-6 1-0

270 11

Laval-

turbine

90x230

Breguet

200 2000

230

lo

500    300    52-4    1*34

er-

280    29*4 normal 100x300

A.E.G.

250 2700

520

350    73-7    0-98

260    36-7

80X400 j

Brown, Boveri & Co.

250    500 440/600

4-

854

410    22-4    1-68    16    10    480    12-6

Oerlikon

250    400    600    4

800

500    16-8    1-96    18    12    480    10

Alioth

120 Nuten 240 Lamellen

300    500    500

914

305    24    2-36    9-5

normal

Gen. El. Co.

315    450    190

1100

320

26    : 1-8    6-3    10    625

14-8

120 <P Oerlikon

330

3000 650

520

360

82 M3

300

47

350

1000 600

700

300

36-7    2*38    7-5    10    400

490*)

250 -X1350    ()

1250

2 x 550

Ooppeldynanto

16-4

1-14

; Komp.-| wicklg.

750    9-8 normal

21

Deri 75x 2451 Oester. Union

Oerlikon

150 <P

500

1800 500    4

650

61

260    24-5

Thun-Gen. El. Co.

Nutzahl = 54, Nutmasse 15x40, 4 Stäbe 5,2x11,5 pro Nut, 2-fache Wellen wicklung (a = 2), 108 Segm., Stator mit 18Nuten 32 X 70 mm für die! Kompensations- ; wicklung und 4 grosse Nuten für die Nebenschluss-! wicklung, siehe Niethammer, ' Elektr. Masch. u. Anl.Bd. I, Fig.483 und S. 455.

500    400    600

865

18-2 normal

500    375    440/600

1500    260    31*5    2-13    10-7

1300    380    25'5    2-07    10-5    15    800    15-7 normal

Gen. El. Co.

560    333    160    12

1500    400

26-2

1-87

900

15*7 normal

Oerlikon !

640    500    800

1140    380

30

2-6

18

700    18-4

140X410 Rieter

800    300    600    10

1870 280

29-4    2-72    12-8

1030    16*2 normal

Gen. El. Co.

I 152 Nuten 14x40 1 456¹ Lamellen

f m. stehend. Welle, ) 204 Nuten ä 2 Leit. (ä2Stäbe parallel), 408 Lamellen und 408 Ausgleichsgabeln,

2 Lamellen bilden elektr. ein Stück.

900    10001 470    6

1100

230

58    3-2    9-5    12    500

26-2 normal

900 1000 470    6

1420    305

76

1-6

normal

Parsons

1000 240    600    12

2000    330    25-2    317 12-9

1320    16*8 normal

Gen. El. Co.

1000 250    320    14

2400    300    31-5    2*32    11

Gen. El. Co.

1530 200    550

16

2743    585

28-8

1-74    34    16

1677 17-5

350x760 Siemens

Einankerumformer (wie Gleichstrommaschinen).

Perioden

100    750    120

o46

21-4    2.63    2-3    3-5    357    14

Union E. G.

50

500

550

840

420

33

2-26    9

600    23-5

110X420

Siemens & Ilalske Wien

50

500    500

600

6 1200

400

31-5

2-31    11

850    22-3

25

1000 300

550

16    1900

290

30

3-2

1300 20-5

40

*) Daten für eine andere Hochspannungsdynamo mit einfacher Wellenwicklung siehe Niethammer. Elektr. Maschinen und Anlagen, S. 455. ) Kommutatorgeschwindigkeit.

**) Alles in m.

*

M

^9v

cZtä LJ

35§;

Wj

VENTILATION UND MECHANISCHE

ZUBEHÖR.

<3 r—m o

ERWARMUNG UND VENTILATION.

Die Erwärmung T in Grad C eines mit der Geschwindigkeit v rotierenden Maschinenteiles, in dem Av Watt Verluste erze ugt werden und der eine Oberfläche von F qcm hat, ist angenähert

(40)

Av

F (1 + 0,3 ]/v)

Lässt man nun eine gegebene Maschinentype statt mit v mit m v laufen, so wächst die Klemmenspannung von E auf mE. Der Strom sei beidemal J. Die Kupferverluste Ak bleiben bestehen (von der Erregung werde abgesehen). Die Eisenverluste A{1 -+- Aw (Hysteresis + Wirbelströme) aber gehen über in

m A -h m² A .

rl    W

Die Ubertemperaturen T und Tm bei v und m v verhalten

sich also

Ak+ Ah ^ Aw

A. -+- m A„ -f- m² A„,

k    H    W

1 -f- 0,3 }/ v

1 H- 0,3 V m } v

(41)

Die Übertemperatur wächst danach zweifelsohne mit m mehr und mehr. Legt man eine gewisse Grenze (Tm) so tritt bei einem gewissen m v der Fall ein, dass Ak 0 sein muss, dass also die Maschine überhaupt keinen Strom mehr abgeben kann, d. h. dass die Maschine schon durch die Eisen-Verluste auf die zulässige Grenze erwärmt wird und keine Nutzleistung mehr abgeben kann. Keinesfalls darf eine proportionale Steigerung der Leistung mit der Tourenzahl angenommen werden, wenn man einmal zu hohen Umlaufszahlen kommt.

50° fest,

Diese Steigerung der Übertemperatur T eines gegebenen Modelles mit zunehmender Geschwindigkeit geht auch aus dem Ausdruck für die Übertemperatur hervor:

(42)

c, -f- c₂ v ~! ■ c₃ v2 (1 4-0,3 ]/v)f’

worin c, die Kupferverluste und c₂ v 4 - c₃ v² die Eisenverluste sind. Meist ist schon bei mässigem v der Wert c₂ v 4- c₃ v²> cl5 umsomehr bei hohem v. Die Verluste wachsen also mit zunehmendem v rascher als die Abkühlungsfähigkeit (14-0,3 | v) F. Aus der obigen Betrachtung folgt nun zunächst, dass es ratsam ist, die ursprünglichen Eisenverluste A 4 A klein zu halten, will man ein möglichst kleines Tm erzielen, d. h. bei Turbo-dynamos müssen die Eisenquerschnitte sehr gross gewählt werden und es kann sich sogar empfehlen, 0,3 mm Blech zu verwenden, um A„r klein zu halten. Dazu kommt noch, dass bei Turbodynamos in der Regel der Flux per Pol und auch die Periodenzahl (speziell bei Gleichstrom) sehr gross ist. Bei Gleichstromdynamos ist man allerdings in der Wahl der radialen Eisentiefe nicht unbeschränkt. Der äussere Ankerdurchmesser ist wegen der grossen Tourenzahl klein und der minimale Innendurchmesser ist durch die Wellenabmessungen gegeben. Diese Beschränkung fällt bei den Drehstromdynamos der Innenpoltype weg; aber eine allzugrosse radiale Eisentiefe hat auch da den Nachteil, dass bei den kleinen Luftspaltdurchmessern die Eisenwege im induzierten Teil sehr verschieden lang werden und dass die Kraftlinien sich ungleichmässig über den Querschnitt verteilen, d. h. die äusseren Blechteile haben (bei der Innenpoltype) eine wesentlich geringere Induktion als die gegen den Luftspalt zu gelegenen, sie nützen also wenig.

Ausserdem bewirkt eine Vergrösserung der radialen Eisentiefe von h] auf h₂ nur eine Verringerung der Eisenverluste

. So kommt es, dass bei tatsächlichen

von 1 auf etwa

hA0,6

h₂

Ausführungen die Eisenverluste trotz aller Vorsicht beim Disponieren wesentlich grösser als die Kupferverluste ausfallen und raschlaufende Dynamos zeigen deshalb schon bei dauerndem Leerlauf eine Ubertemperatur, die nicht stark von der Vollasterwärmung abweicht. Das rührt auch noch daher, dass das Kupfer die Wärme leichter ausstrahlt, als die tiefen und langen Eisenpakete. Die in den langen und tiefen Eisenpaketen absorbierte Wärme kommt nach dem Abstellen der Maschine noch besonders merkbar zum Vorschein und bedingt )0 — 30 Minuten nach Abstellung eine weitere Temperatursteigerung von 10-20°.

Der gedrängte, lange Bau der Turbodynamo bringt es nach dem Gesagten mit sich, dass die zur natürlichen Ausstrahlung vorhandene Oberfläche gegenüber den Verlusten, die auszustrahlen sind, recht klein, ja meist ungenügend ausfällt, so dass häufig zu künstlicher Kühlung *) zu schreiten ist. Es ist zunächst eine starke Unterteilung des Stator- und Rotoreisens durch radiale Kanäle von 15 bis 50 mm Breite erforder-

*) Eine vertikale Gleichstrommaschine mit eingebauten Schaufelventilator findet sich in Niethammer, Elektrische Maschinen und Anlagen Bd. I, Fig. 273, daselbst in Fig. 2/4 ein separat aufgestellter Ventilator und in Fig. 276 ein Maschinengehäuse und Lagerschilder mit Rippen.

lieh, verbunden mit einer intensiven Ventilator Wirkung, die aber derart auszubilden ist, dass sie kein störendes Geräusch verursacht. Dieser Bedingung entspricht besonders die von Brown, Boveri & Co. gebaute Anordnung (Fig. 150a), D. R. P. 148 976.

dl

■s

\sZ

SEI

Fig. 150 a.

Der Verlauf der Luftströmung durch und um die ganze Maschine ist durch Pfeile angegeben. Die Luft wird entweder von der Seite an der Welle oder besser von unten her angesaugt, von den Rotorkanälen nach den Statorkanälen geschleudert, sie umspült den ganzen Statorkörper und verlässt ihn oben. Von der Dampfturbinenseite her sollte keine Kühlluft angesaugt werden, da sie zu heiss ist*). Die Kanäle im Stator und Rotor liegen häufig je in einer Ebene, doch werden sie zweckmässiger Weise gegeneinander versetzt, wobei der Luftwiderstand grösser ausfällt.    Besonders wirksam sind Lüftekanäle in den Seiten

flanschen (Fig. 149). Die Maschinen mit ausgeprägten Polen erzeugen wohl auch einen intensiven Luftzug, aber gleichzeitig einen störenden Lärm, so dass sie meist zu einem glatten Zylinder abgedeckt werden (Fig. 151).

von

Fig. 151.

Manche Firmen versehen das Gehäuse zur Vergrösserung der ausstrahlenden Oberfläche mit Rippen (Fig. 1.52 Brown, Boveri & Cie.) oder legen Wasserkühlschlangen in den Rücken der Gehäuse (Fig. 153), über welche die erhitzte Luft durch Flügel f getrieben wird. In Fig. 154 (D. R. P. Nr. 96 532 von Schuckert) durchsetzen die Kühlröhren k direkt das aktive Eisen. Man führt wohl auch das Gussgehäuse doppelwandig aus und presst durch den Zwischenraum zwischen beiden Wänden Kühlwasser (Fig. 155).

*) Siehe auch Fig. 56 und 117, sowie Z. f. E. Wien, 20. Aug. 1905, Fig. 1.

Bei Anordnung der Ventilationsvorrichtungen an Turbo-dynamos ist vor allem darauf zu achten, dass die Butt nicht einfach in lokale Wirbelbewegung versetzt wird, sondern dass die warme Luft ab und die kalte laufend zugeführt wird. In den Rotor, Fig. 155 a, sind zu diesem Zwecke besondere Leitbleche 1 angebaut. In die Maschine eingebaute Flügel erfüllen häufig diese Bedingung nicht; am sichersten wirkt ein unab-

i

[er*

Fig. 152. Brown, Boveri & Co.

hängig aufgestellter Ventilator, welcher die Luft quer durch die abgeschlossene Maschine treibt (Fig. 156 aus U. S. P. 771 468). Um den Druck der Luft nicht unzulässig steigern zu müssen, ist es zweckmässig, auf einer Seite oben einen Ventilator, auf der anderen unten einen Exhaustor wirken zu lassen. Eingebaute Flügel kann man auf zwei prinzipiell verschiedene Arten anordnen : einmal so, dass die Luft an beiden Rotorenden an der Welle angesaugt und radial nach aussen geschleudert wird

(Fig. 156a und 157 von Bartelmus, Donat & Co. und 156b Siemens & Halske D. R. P. 144 107), oder so nur auf einer Seite angesaugt und achsial durch die Maschine getrieben wird. Bei ersterer Ausführung ist eher ein Pfeifen

von dass die Luft

zu befürchten, was dadurch zu mildern ist, dass man die Kanäle im Rotor und Stator achsial versetzt.

Die Ventilationsflüg£l können als Schraubenflächen oder als Schaufeln ausgebildet sein.

4-U

i!

Die Ventilation darf nicht zu heftig sein, da sonst die Luftreibungsverluste zu hoch ausfallen, deshalb bilde man den Rotor als möglichst glatte Walze aus.

Aus obigem ist ersichtlich, dass die Kühlung auf zwei prinzipiell verschiedenen Wegen erreicht werden kann :

a) durch natürliche Kühlung, dadurch dass man die Maschine möglichst offen und mit freiem Luftzutritt baut, sowie mit vielen Lüfte-

Fig. 153.

kanälen, grosser Oberfläche und Schleuderflächen versieht; solche Maschinen laufen selten

geräuschlos;

Dabei wird die Maschine

b) durch künstliche Kühlung, ganz abgeschlossen und das Kühlmittel wird durchgepresst; diese Methode verringert den Wirkungsgrad öfters mehr als a.

Sehr wichtig ist bei natürlicher wie künstlicher Kühlung nicht nur eine starke Unterteilung des Eisens, sondern auch eine luftige Ausführung der Wicklungen besonders der Stirnverbindungen (Fig. 157 a und 157 b), um der Luft zu möglichst viel Oberfläche direkten Zutritt zu geben. . Die Kommutatorkörper sind ebenfalls mit Kanälen und Flügeln (schrägen Rippen) zu versehen;

zwischen Lamellen und Körper darf kein Luftsack bleiben ; in Fig. 157 c bildet die Siemens & Halske A.-G. die Kommutatorverbindungen als Flügel v aus. Um die Ventilationswirkung bei Vor- und Rückwärtslauf im gleichen Sinne zu ermöglichen, kann man die Flügel nach Fig. 157d drehbar anordnen, so dass sie sich selbst einstellen können. Die Hooven, Owens Rentschler Co., Hamilton, Ohio, wirft vermittels eines Injektors Kühlluft durch die hohle Welle in die radialen Luftkanäle mit spiralförmigen Schaufeln; in den Feldmagneten sind überdies radiale Kanäle vorgesehen. (Z. f. E., Wien 1905, S. 497).

Eine wesentliche Erhöhung der Erwärmung ist bei Turbodynamos in der Regel dadurch bedingt, dass bei den hohen Tourenzahlen leicht starke zusätzliche Wirbelstromverluste in den Ankerleitern*) und den verschiedenen Konstruktionsteilen auftreten. Da die Frequenz nc der Kom-

Fig. 154.

rj

O.

;'!

Ti

33

Fig. 155.

*) Siehe „Niethammer“, Elektrische Maschinen und Apparate, Bd. I, S. 564 ff. Nach Z.V. D. I. 1905 S. 1341 sind die Wirbelstromverluste in den Kupferleitern pro c³.

1,23 n² f² (aw)² s¹’⁵ 10_1° Watt

n = Periodenzahl, f = Formfaktor der E. M. K., avv — Amperewindungen pro cm Zahnhöhe, s — Kupferdicke in cm quer zur Nut.

mutierung bei Turbogleichstromdynamos ziemlich gross ist (1000 und mehr),

»a,«-

+ ect k-jJ ga ^

so

können sowohl in den Ankerleitern als

auch in den Anker zähnen, sowie in den Kommutatorsegmenten ganz beträchtliche Wirbelströme auftreten, die angenähert ik²nc² proportional sind (ik = Kurzschlusstrom).

Eine für künstliche Kühlung (Luft-, Wasser- oder Olzirkulation) eingerichtete Maschine wird am besten völlig gekapselt, damit die günstigsten Luftströmungen erzeugt werden können. Ist F die

x/.

Fig. 155 a.

■L

vT

Fig. 156.

gesamte äussere Oberfläche der Maschine in qcm, so gilt für die Übertemperatur T Grad C einer solchen Maschine

T F +4160 ■ T' s w s, Q = Av (43)

50 bis 80% von

C& = 900 bis 1500, T'

T = Übertemperatur der abströmenden Kühlflüssigkeit, sw = spez. Wärme (Wr E pro kg), Sg. = spez. Gewicht (kg pro dm³), Q = Sek.-Liter Kühlflüssigkeit, Av = totale Wattverluste in der Maschine.

i vag i'iif« mufflpv..

«■P

NH!!!!iilllll!l llililllillliiiiK

Fig. 156 a.

Wasser

Öl

S\\

0,4

0,0

Luft

0,24

0,00120

Bei Luftkühlung benutzt man 20 bis 100 mm Wassersäule und Luftgeschwindigkeiten <3 1 m/Sek.; bei Wasser-

rO

di

gallll

.o.

frr

■ K'-xs^VxS'

LLHyGALHAA

ra

Fig. 156 b.

und Ölkühlung genügt ebenfalls meist weniger als V2 bis 1 Atmosphäre Überdruck.

Die F eidspulen vonT urbo-dynamos der Aussenpoltype sind durch axiale und radiale Kanäle (Fig. 157e und 144) gut zu unterteilen; auch bei der Innenpoltype von Drehstromgeneratoren kann sich bei dicken Feldspulen das Einfügen eines Lüftekanals empfehlen (Fig. 50). Die Zeit t in Stunden nach der eine Maschine, die aus Ge kg Eisen, Gk kg Kupfer, Gj kg Isolation, G₀ kg Öl, Gw kg

■>

*-

Fig. 157.

HD

Wasser, Vj dm'¹ Luft besteht, bis auf 1 % ihre Endtemperatur Te erreicht, ist

(44)

t = 5,3

•d

Av

0,11 Ge 4- 0,09 Gk 4- 0,5 G; 4 0,4 G₀4- Gw 4- 0,24 V, |

.s

Bis auf a % wird die Endtemperatur Te erreicht nach

100

ta =

ff

ln

Stunden.

(45)

V//////////////%

VZ/////////////,

~ Tv/lllw

Fig. 15/a.

Der Effektbedarf A₁ für Luftreibung in KW kann aus der für Scheiben gültigen Formel

A, = ß • d² v³ y

(d = Scheibendurchmesser, y — 1,29 für Luft, ß = 1,1—25) für Dynamoanker ermittelt werden zu

|d² (c'-nk 4- 1) 4- c" dl | in KW

A: — c-v³

c = 2—5, v = äussere Umfangsgeschwindigkeit in m/Sek., d = äusserer Durchmesser des rotierenden Teils in m, nk = Zahl der Lüftekanäle, c' = 0,4 — 1, c" ^ 4, 1 = totale Rotorlänge samt Wicklung. Sind zur Kühlung Q cbm/Sek. Luft bei einem

Druck von h = 20 — 10Ü mm Wassersäule erforderlich, so ist der hiezu gehörige Energiebedarf in KW

0,736 = c'" • Q h

Q • h

75 • 1]

c"'

40

70

4r

Fig. 157 c.

TZZZZZ"

£4//

■MJW

Fig. 157 d.

Fig. 157 b.

Fig. 157 e.

Die Erwärmung der Turbodynamos und der Turbinenlager wird durch Wärmemitteilung von den Dampfräumen aus bedeutend erhöht, es trifft dies besonders für die stehende Anordnung zu, weshalb in D. R. P. 153 252 der Kondensator zwischen Turbine und Dynamo (Fig. 158).

Fig. 158.

geschaltet wird

WELLE UND LAGER.

Ist 1 der Abstand der Lagermitten und d der maximale Wellendurchmesser (in cm) so ist die Wel 1endurchbiegung f

cm

Gs) -f - Gk 4- G' 4- G'w-f G'z

(46)

0,94 setzt als Längsschnitt der Welle eine kubische Parabel voraus; ist er ein Rechteck, so tritt dafür 0,81.

Nabe (Armstern),

G/ = Gewicht der Arme G'z = einseitiger magnet. Zug

= 0,5 p Fp

13

\2

5000

in kg

\\5000

aus Fig. 90, 2 p = Polzahl, Fp = Polrandfläche pro Pol, <5 = Luftspalt, s = Exzentrizität.

G<w= Wellengewicht. Gp, Gs und Gk siehe Seite 52 fl'.

Man lasse als Durchbiegung f höchstens 3 — 5% des Luft-spaltes S zu, woraus sich der maximale Wellendurchmesser d ergibt.

max

und B

min

Das Biegungsmoment der Welle in cmkg ist:

Mb =

2 p (Gp -+ Gs) + Gk + G' 4- G'w f- G'

in kg und cm.

Das Torsionsmoment ist in kgcm (//= Wirkungsgrad):

KW V • 9,81

Das resultierende Moment wird :

Md =

• 10⁶ :

7T U

30

M = 0,35 Mb + 0,05 | M,M- M,².

Somit ist die resultierende Be-

anspruchung der Welle

0,1 d

^ 500 : 1000 kg/cm² je nach

Güte des Materials.

Die kritische Winkelgeschwindigkeit der Welle ist:

TT Uk

30

= G>k = C

(47)

(& ^ Trägheitsmoment der Welle in cm⁴, <x — Dehnungskoeffizient

2-10

6 blS

() h

G = Gewicht des Rotors samt Welle

2,2-10

in kg, 1 = Abstand der Lagermitten, c = 39 für beiderseits frei aufliegende Wellen und c = 87 für beiderseits eingespannte Wellen. Nach Behrend soll c für Turbodynamos 270 sein.

Ausser der angegebenen ersten kritischen Winkelgeschwindigkeit treten periodisch noch weitere auf und zwar verhalten sie sich zur ersten wie

7    2    2

1 : 2' : 3 : 4“ : . .. bei frei gelagerter Welle, und wie

. 2 t>\

: . . . bei eingespannter Weile.

² /9\²

Die Zapfengeschivindigkeit wz von Turbodynamos liegt meist zwischen 5 und 15 m/Sek., der Zapfendruck p zwischen 2 und 10 kg/cm² d. h. das Produkt p-wz zwischen 10 und 120, in der Regel zwischen 50 und 70. Die Zapfenlänge lz ist meist 2 ’/₂ bis 4 mal Zapfendurchmesser dz. Die Zapfenbeanspruchung auf Biegung ist 200    500 kg/cm². Kühlt man ein Lager mit

dem Zapfendurchmesser dz und der Länge lz je in cm vermittelst Q Liter/Sek. irgend einer Kühlflüssigkeit vom spez. Gewicht sg. und der spez. Wärme sw, so ist:

7,

Y dz lz wz

c • dz lz (t —1₀) -f- a • Q • s • sw (ff — t°) = Reibung in Watt X = co0,07, falls wz in m/Sek.; c — l/l800 bis V₆₀₀, ersterer Wert bei leichter Lagerkonstruktion, letzterer bei massiger und grosser Oberfläche; a — 425, t = Zapfentemperatur, t₍₎ = Temperatur der Umgebung, ff = Temperatur- des abfliessenden, ff₀ die des zu-fliessenden Kühlmittels in Grad C. Für Wasser ist s = 1,

sw = 1 ; für Öl s = 0,9 und sw = 0,4 ; t sei <C 60°, F <50°. Man rechnet häufig 0,035 Liter Wasser pro cm² Lagerfläche und Minute.

Ausser den in „Dampfturbinen“ S. 31 besprochenen Lagern findet man für hochtourige Maschinen auch Kugellager (Fig. 71) sowohl bei liegenden wie stehenden Wellen; sie haben jedoch für Zapfengeschwindigkeiten von 8 m Sek. und mehr die Feuerprobe noch nicht bestanden, sie machen dann vielfach Geräusch.

Das Lager Fig. 159 erhält durch Einfügen der Trennwände ab eine kräftige Ölzirkulation ([. J. . Rieter & Cie., Winterthur).

\A

v-u-

G CM - \J

rj

Fig. 159.

Für Turbodynamos mit mehr als 2000 Touren findet man öfters noch das Dreischalenlager (Fig. 10), bei dem die Zwischenräume zwischen den Schalen als Ölkissen ausgebildet sind. Die 3 Schalen sind etwas exzentrisch in einander drehbar, so dass das Wellenzentrum genau einjustiert werden kann. Für grosse Maschinen trifft man meist Gusschalen mit Weissmetallausguss (Fig. 16 ff in „Dampfturbinen“), für kleinere Typen einfache Bronzeschalen, in beiden Fällen mit radialen Löchern zur Einführung des Pressöls. Wenn der Rotor gut ausbalanciert ist, kann die obere 'Lagerhälfte mit etwa 1 mm Spiel aufgesetzt sein.

Die künstliche Kühlung der Lager kann entweder so erfolgen, dass Ol direkt auf den Zapfen („Dampfturbinen“

f- *59    >

ii

II L

■ 1-

rjss'pr

Mtsser±

•...XUV'

Maser hhsser

| \ '

Öl summier    •• '

\M

'f

1;

Öl

Ol

Ol

all

10    1    *    3    4 5dm.

Fig. 160.

Fig. 16 ff) gepresst wird, oder aber es werden der Lagerkopf („Dampfturbinen“ Fig. 22) oder die Lagerschalen (speziell die untere) mit Wasser gekühlt; Fig. 160*) ist ein Turbinenlager der A. E. G. Berlin, das sowohl Pressölschmierung als auch Wasserkühlung für die Lagerschalen besitzt.

IT

WÄ

'RS

B3

))?n

l“i-‘—1t/n,

(ffil

*•?fe’A !!!"***:    Ar i A

........rL£--r--r 4*

lil;

fl

i 170

LI

W/M

'i

r~

it

Wrr

fff. * ?

^77m!777k}i7y////'/-vw'7r,

Mi d -    ~

mH

ii

Fig. 160 a. Prager Maschinenfabrik vormals Ruston & Co.

Die Fig. 160 a zeigt ein mit Wasserkühlung versehenes Lager 240 X 600 mm einer Wasserturbine für 3500 PS 315

*) Nach Stodola, „Dampfturbinen“ 3. Aufl.

Touren der Prager Maschinenbau A. G. vormals Ruston & Co., die Wasserkühlschlangen sind in die untere Lagerschale eingebaut. Ein ausserordentlich gut durchgearbeitetes Lager für hochtourige Dynamos ist der E. G. Alioth patentiert*): Die eigentliche Lagerschale ist in der Längsrichtung in zwei gleiche coaxiale Schalen geteilt. Jede Hälfte ruht in der Mitte mit relativ schmaler ringförmiger Auflagefläche auf einer Balancierhülse, die ihren Drehpunkt in der Lagerbockmitte hat und ebenso abstützt wie der bekannte Balancierbalken. Der Lagerdruck muss infolge dieser schwingenden Konstruktion in beiden Schalen gleich sein, das System schmiegt sich jeder Wellendeformation an und die Auflagerung auf der ganzen Zapfenlänge ist gewährleistet. ^ i YA Die Schmierung erfolgt durch Pressöl ausserdem ist aber auch

von unten Ringschmierung mit je einem Ring pro Schale vorhanden; die letzte Methode reicht selbst bei 11 m/Sek. Zapfengeschwindigkeit völlig aus. Zur Abfuhr der warmen Luft in dem Zwischenraum

Ol

npu

Fig. 160b.

zwischen den Lagerschalen und der Balancierhülse ist ein Kamin auf die Lagerdeckelmitte aufgesetzt. Bei Zapfengeschwindigkeiten über 14 m/Sek. wird in die Olkammer des Lagerbockes eine Wasserkühlschlange eingebaut, welche sowohl das Pressöl, als das Ol für die Ringschmierung kühlt.

Das Spurlager Fig. 145 für einen 560-K W-Umformer mit stehender Welle (340 Touren) ist von der Maschinenfabrik Oerlikon mit Olzirkulation durch eine kleine Pumpe und mit Wasserkühlschlangen ausgerüstet. Das Ol wird in der Mitte der Lauffläche in einer 55 mm breiten Rinne eingepresst;

Innendurchmesser der Lauffläche = 192 mm, Aussen 0 = 480 mm, wz = 8,5 m/Sek. aussen, Lagerdruck 12,5 t, p = 8,5 kg/c", p wz — 72 (maximal).

Fig. 161.

Die Maschinenfabrik Oerlikon lässt ihre Turbodynamos in stehender Anordnung auf Rollenlagern mit Pressölschmierung nach Fig. 160 b*) laufen.

Fig. 162.

Im E. P. 4416 (Jahr 1904) werden die Lager von Turbodynamos vollständig in den Rotor hineingebaut, d. h. der Rotorkörper läuft direkt ohne Welle z. B. auf Kugellager dicht bei der

111

gnv

<3f°

W t Ö Ö

I?.

■T-

n:

Fig. 163.    5000 KW, 1000 Touren.

Rotormitte; damit wird der Lagerabstand und die Lagerbeanspruchung klein und die kritische Winkelgeschwindigkeit weit hinausgerückt.

*) Nach Stodola. „Dampfturbinen“ 3. Aull.

Turbodynamos werden durch eine bewegliche Kupplung¹) mit der Turbine gekuppelt (Fig. 161), sofern nicht die Turbinenräder fliegend auf der Dynamowelle sitzen. Fig. 162 zeigt die Kupplung einer 100-KW-Dynamo mit einer liegenden Curtisturbine und Fig. 163 (nach W. ). A. London) eine grosse Parsonsturbine mit ihrer Dynamo von etwa 5000 KW 1000 Touren, hergestellt von der British Westinghouse Co.

<±>

Die Maschinenfabrik

Fig. 163 a.

mm

Oerlikon verbindet Turbine und Dynamo mit Hilfe der in Fig. 163 a²) gezeichneten Nadelkupplung, die bei einem Aussendurchmesser von 275 48 Verbindungsbolzen von 6 mm 0 aus Stahl besitzt.

AUSBALANCIEREN.

rür die Welle ist es äusserst wichtig, dass sie gut zentrisch läuft, weshalb die einzelnen Bestandteile und Pakete des Rotors sowie der ganze Rotor nach dem Zusammenbau sorgfältig durch Abwiegen und auf Richte-Linealen statisch ³) ausbalanciert sein muss und einseitige magnetische Züge vermieden werden müssen. Letzterer Punkt führt dazu, auch bei den sogenannten

stromdynamos mit Hilfswicklungen (Ryan, Deri) den Luftspalt nicht zu klein und die Luftinduktion nicht zu hoch z i halten.

Der statische Balancierapparat der Westinghouse Co. (Electric Club Journal) ist in Fig. 164 abgebildet. Auf dieser

Endschild

kompensierten Gleich- ^

'Schneiden

■Skdh

Fig. 164.

frei drehbaren Drehscheibe, deren Querarm auf Schneiden ruht, werden z. B. die rotierenden Endschilder ausbalanciert. Mit Hilfe des an der Drehscheibe befestigten und einstellbaren Gewichtes G kann man den Schwerpunkt beliebig nahe den Schneiden bringen. Das gut zentrierte Endschild erhält solange Zusatzgewichte oder Ausbohrungen, bis in allen Lagen des Schildes der Zeiger auf Null zeigt. Man liest den Zeiger in 2 um 180° verdrehten Stellungen der Drehscheibe ab, woraus sich direkt die Lage und der Betrag des erforderlichen Ausgleichgewichts ergibt.

An den Flanschen und Kappen der Rotoren einschliesslich der Kommutatoren (siehe Schrumpfringe Fig. 117) sind geeignete Aussparungen vorzusehen, in denen Ausgleichsgewichte angebracht werden können. Alle Konstruktionsteile sind symmetrisch anzuordnen z. B. nicht ein Keil, sondern 2 diametral gegenüberliegende.

Man balanciert zweckmässig einen Rotor nach Fig. 55 viermal aus: 1. ohne Nuten, 2. mit Nuten, 3. mit Wicklung, 4. fertiger Rotor.

Ein statisch ausbalancierter Körper kann noch exzentrische Massen in verschiedenen Ebenen haben, die wohl gleich gross sind, aber Kräftepaare erzeugen, welche die Lager erschüttern. Deshalb hat man die Rotoren auch dynamisch auszubalancieren.

Zum dynamischen Ausbalancieren lässt man zweckmässig den fertigen Rotor in zwei auf Federn gesetzten Lagern durch Riemenantrieb rotieren, während des Laufs markiert man mit Farbstift die nach auswärts strebenden Punkte, an denen Gewichte zuzufügen sind.

Die Generatoren der General Electric Co. werden auf einer flexiblen Welle in vertikaler Stellung ausbalanciert, und zwar durch rasche Rotation dieser Prüfwelle, wobei durch Anbringung von Ausgleichsgewichten die Rotations- und Wellenachse zur Koinzidenz gebracht werden. Dieser Prozess wird zweimal vorgenommen, vor und nach einer längeren Dauerprobe z. B. mit 172"faclier Geschwindigkeit, wobei sich ein eventuelles „Arbeiten“ der Isolation bemerkbar machen würde.

Nach Seidener (Z. f. E. 1905 S. 92) benutzt die A.-E.-G. folgende Vorrichtung zum Balancieren (Fig. 104 a): Zwei Lager von denjenigen Dimensionen, wie sie für die betreffenden Zapfen

ftder iT

y7777777^77P7777^

|wWWW(B!plWWM|

Fig. 164 a.

erforderlich sind, sind auf Grundplatten aufgestellt und befinden sich, damit diese A Lager auf der Grundplatte frei beweglich sind, auf je einer Schar von Kugeln. Das Lager wird ferner auf beiden Seiten nicht befestigt, sondern nur mit Federn angedrückt. Der rotierende Körper wird durch ein leichtes Band aus Stoff' von einem Elektromotor angetrieben. Herrscht irgend ein Kräftepaar in diesem statisch ausbalancierten Körper, so zeigt sich dasselbe darin, dass das eine oder das andere Lager oder auch beide gleichzeitig auf der Kugelschar seitliche Bewegungen ausführen. An die Lager ist vermittelst eines Hebelmechanismus ein Zeiger angeschlossen, welcher den Bewegungen der Lager in vergrössertem Masstabe folgt. Aus diesen Bewegungen schliesst man dann auf die Grösse der Exzentrizität.

Eine bequeme Methode zum raschen Ausbalancieren von Turbodynamos hat Ferranti im E. P. 4556 B (Jahr 1904) angegeben. Am Rande des Rotors wird seitlich eine schwalbenschwanzförmige Rinne eingedreht, in die man eine Reihe Balanciergewichte einschiebt. Diese Gewichte werden einfach so lange am Umfange verschoben und dann durch Schrauben angepresst, bis dynamisches Gleichgewicht vorhanden ist.

Um Vibrationen zu vermeiden verwende man für die Fundamente von Turbogeneratoren ziemlich unelastisches Material z. B. Gement, Backstein, aber keine Eisenkonstruktionen.

man

jÄs

/Schwerpunkt

jJ-4

iLager

jj

Vf

inlr/pösckeibe

Fig. 165.

Zur Erzielung ruhig laufender Rotoren beachte folgendes: Verwendung homogener Materialen; absolut symmetrischer Entwurf; alle Teile innen und aussen bearbeitet; steife Welle, die nicht vibriert; dauernd festgelegte Wicklungen und Isolation; die normale Geschwindigkeit soll unter der kritischen liegen, jedenfalls sollte sie möglichst weit von der kritischen abliegen. Im Interesse des ersten Punktes liegt die Vermeidung von Gussmaterial und die möglichste Verwendung von Schmiedestücken. Für den ruhigen Gang der Welle sollte das Verhältnis Abstand der Lagermitten 1 zu maximalem f Wellendurchmesser d möglichst klein sein (siehe Formel 47, worin d⁴ : T enthalten ist). Bei kleinen Generatoren ist 1 : d —

6 bis 8 und bei grossen 2,5 bis 3. Ist das Verhältnis gross, so hat man beim Balancieren nicht allein in der Mitte, sondern auch an den Enden Ausgleichsgewichte anzubringen. Der unsicherste Faktor beim Ausbalancieren ist die Isolation der Wicklungen; diese wird mit der Zeit trocken und durch die Fliehkräfte so zusammengepresst, dass die Wicklung sich verschieben und aus dem Gleichgewicht kommen kann, was besonders dann noch leicht eintritt, wenn der Rotor einmal zufällig auf höhere Geschwindigkeit oder auf die kritische kommt. Beim Ausbalancieren ist zu beachten, dass bei 90 m/Sek. Umfangsgeschwindigkeit die Fliehkraft meist ca. 3000 mal grösser als das

Gewicht ist, weshalb schon kleine Ausgleichsgewichte genügen. Die Methode, nach der die Glocken der grossen Aussen-polmaschinen der Westinghouse Co. (Fig. 16) ausbalanciert wurden, zeigt Fig. 165; die Glocke wird auf eine Stahlkugel von 10 mm (p gesetzt, so dass ihr Schwerpunkt mit der vertikalen Ebene durch die Kugel zusammenfällt. Durch eine Riemenscheibe wird sie dann angetrieben ; ihre Ausweichungen werden durch innen aufgelegte Platten a kompensiert.

GERÄUSCHLOSER GANG.

Es ist bekannt, dass alle raschlaufenden Maschinen eine gewisse Tendenz zu einem weithin hörbaren, dröhnenden oder

pfeifenden Lärm haben, hervorgerufen durch die raschen Luftbewegungen. Die hauptsächliche Ursache für diesen Lärm sind vorstehende Wicklungs- und andere Maschinenteile, welche Luftwirbel und Querschnittsveränderungen der strömenden Luft erzeugen, ausserdem können aber auch lose Maschinenteile lose Wicklungsstäbe oder nicht genügend festgepresste Zähne oder sich lockernde Isolationsteile diese Wirkung erheblich ver-Die beste Abhilfe besteht darin, den rotierenden Teil als allseitig ganz glatt abgeschlossene Trommel auszuführen, was bei der Anordnung Fig. 59 ohne weiteres geht. Bei ausgeprägten Polen muss man diese eventuell durch zylindrische und ebene Bleche oder Bandagen abscbliessen (Fig. 151), in denen aber geeignete Ventilationskanäle vorzu-

4 JMM -r-ntff

!\/0 ,

i*

L

Iths

IV///.

z. B.

Fig. 166. Union E. G.

stärken.

sehen sind (siehe z. ß. Fig. 28). Ausserdem ist anzuraten, die Wicklungen nicht allein im rotierenden, sondern auch im feststehenden Teile solid mit Keilen festzulegen und die Zähne durch kräftige Druckfinger zu stützen. (Fig. 166 Konstruktion der Union-E.-G.) Die Lüftekanäle im Stator und Rotor sind axial gegen einander zu versetzen, überhaupt ist dafür Sorge zu tragen, dass sich die Kühlluftströmungen nicht an scharfen Kanten stossen. Selbstverständlich für einen erschütterungsfreien Lauf ist das gründliche Ausbalancieren des Rotors.

Platzbedarf) Gewicht und Preis von Turbodynamos sind soweit als möglich unter „Praktische Daten“ in meiner Brochure „Dampfturbinen“ angegeben. Ein Vergleich des Platzbedarfs hat sich auf folgende Betriebsarten zu erstrecken :

t.

7500

■TOI

TU---

5000

KWWWWVCl

■7600

5500- - |

- -m

“SS

r.

gs

5750' t-*

ÖL

4-000-iU-----

— 9000

Fig. 167. Heissdampflokomobile von R. Wolf, Magdeburg.

1.    liegende Dampfmaschinen je mit besonderem Kesselhaus, dabei ist noch zu unterscheiden zwischen Riemenantrieb und direkter Kupplung mit der Dynamo zwischen oder neben den Zylindern :

2.    stehende Dampfmaschinen je mit besonderem Kesselhaus, usw. wie eben ;

3. Lokomobile mit Kessel und Dampfmaschine in einem Stück und Riemenantrieb der Dynamo, z. B. die Heissdampflokomobile nach Fig. 167 von R. Wolf in Magdeburg-Buckau ;

¹

Für Wasserturbinen findet man meist die Zodel-Voith-Kupplungin Verwendung.

²

) Nach Stodola. „Dampfturbinen“ 3. Aufl.

³

) Siehe Niethammer, Elektrotechnische Fabriken, S. 223.

Fl

:'f.

Sä

pB

AL

. 1 m......

Fig. 168. Dampfturbinenlokomobile der A. E. G. Berlin.

4.    Dampfturbinen mit direktgekuppelter Dynamo und besonderem Kesselhaus;

5.    Dampfturbinenlokomobile, wobei die Dynamo undTurbine auf dem Kessel sitzen, ähnlich Fig. 168 der A.-E.-G. Berlin für 150 PSe und 3000 Touren;

6.    Gasmotoren (liegend oder stehend) mit riemengetriebener oder direktgekuppelter (zwischen oder neben den Zy-

lindern) Dynamo; dazu ist die Gaserzeugungsanlage und das Gasreservoir zu rechnen ;

7. Petroleum- oder Benzinmotoren d.h. allgemein Motoren mit flüssigem Brennstoff, samt Vergaser, meist stehend; Den geringsten Platzbedarf hat Nr. 5, dann folgt wohl Nr. 3, dann Nr. /, dann Nr. 4, weiter Nr. 2, zwischen Nr. 1 und 6 dürfte kein nennenswerter Unterschied vorliegen.

Zu der vergleichenden Dampfverbrauchtabelle S. 107 in „Dampfturbinen“ sind noch die Ergebnisse der Heissdampflokomobile von R. Wolf Magdeburg zu fügen:

Bei entsprechend kleinen Dampfturbinen ist dieses günstige Resultat bis jetzt nicht erreicht.

Für die nach Paris gelieferten 5000 KW-Turbodynamos (750 Touren) von Brown, Boveri & Cie., gilt folgendes*):

Gewicht

90 t 50 t 60 t

PS

e

50

150

300

kg Dampf pro PSe

Turbine..........

Kondensator und Rohrleitungen Dynamo.........

200 t

d. h. 27 kg Turbinengewicht pro KW gegen 178 kg bei stehenden Dampfmaschinen, oder samt Dynamo 220 kg pro KW bei Corlissmaschinen und 40 kg bei Dampfturbinen.

Die Länge dieser Turbine ist 9820 mm, die der Dynamo

4400, total 14 220 mm; Breite mal Höhe = 2500 • 2500 für die Turbine und 3500 • 3400

mm für die Dynamo.

Die mit 1000 Uml./Min. arbeitende, 10 000-pferdige Parsons-

turbine von Brown, Boveri & Cie. für Essen a/Ruhr ist mit einem Drehstromgenerator von 6250 KVA bei 5000 Volt und

*) Troske Z. V. D. I. 1905, S. 575.

50 Per./Sek. sowie mit einem Gleichstromgenerator von 1550 KW bei 600 Volt gekuppelt und an eine Zentralkondensation angeschlossen. Der Gesamtmaschinensatz ist 10,7 m lang und wiegt 190 t, wovon 9,4 m bzw. 107 t auf die Turbine entfallen. Die grösste Höhe der Turbine über Fussboden beträgt 2,6 m, die grösste Breite ebenfalls 2,6 bis 3,2 m. Die Turbine ist £?/^zylindrig. Der Drehstromgenerator ist 5,8 m lang, der Gleichstromgenerator 4,4 m ; der höchste Punkt des ersten Generators liegt 4 m über dem Boden.

Preise der Lavalturbinen in Mark:

PS

KW

Turbine

Kon- Grundplatte densator für Dynamo

Dynamo

650

20

2 600

600

70

300

4 000

150

1 500 4 250 45 300

Preise der Parsonsturbinen samt Dynamo von Brown, Boveri & Cie.:

KW

Gewicht

Preis

kg

M.

90

600

1 800 12 000

6 000 21 000 56 000 244 000

27 000 55 000 130 000 500 000

Wj

Xrj

PRÜFUNG VON TURBODYNAMOS. *)

Bei der Abnahme von Turbodynamos hat man ausser den üblichen Proben namentlich die rotierenden Wicklungen mit einem Mehrfachen der Normalspannung zu prüfen; z. B. eine llOvoltige Erregerwicklung mit 1000 bis 2000 Volt Wechselstrom. Der Rotor muss bei allen Geschwindigkeiten von 0 bis etwa 30% über die normale völlig ruhig laufen, es darf kein Verschieben, kein Arbeiten der einzelnen Teile stattfinden.

Als Isolationsprüfung empfiehlt die Maschinenfabrik Oerlikon die Verwendung von mindestens der 1,5 fachen selbsterzeugten Betriebsspannung während 10 Minuten. Bei dieser Prüfung mit Wechselstrom wird abwechselnd eine Klemme mit dem Gestell und der Niederspannungswicklung verbunden. Bei Gleichstrom ist die 4fache Betriebsspannung mindestens 1500 Volt anzuwenden, bei Wechselstrom bis 10 000 Volt die doppelte Betriebsspannung mindestens aber 1500 Volt; über 10000 Volt genügt die 1,5—1,6fache Betriebsspannung.

*) Über die Prüfung der elektrischen Maschinen im allgemeinen siehe Niethammer, Elektrotechn. Praktikum.

Eine einwandsfreie Bestimmung des Wirkungsgrades der Turbodynamos ist nicht allein für den Elektriker, sondern noch viel mehr für den Turbinenkonstrukteur von Wichtigkeit, da dieser seine Dampfverbrauchziffern pro PSe/Stunde auf den Wirkungsgrad des elektrischen Teils basieren muss. Daran hat man jedoch bei Zeiten zu denken; die elektrischen Versuche lassen sich nämlich häufig nur in der elektrotechnischen Fabrik vor der Ablieferung und dem Zusammenbau mit der Turbine einwandsfrei ausführen. Sofern eine direkte Bremsung nicht möglich ist, die zudem die Dynamo als Motor untersucht, sollte man den Wirkungsgrad der Drehstrommaschinen aus einem Leerlauf- und einem Kurzschlussversuch nach der Hilfsmotormethode bestimmen, d. h. man treibt den Turbogenerator möglichst direkt und ohne Verlust im Antriebselement durch einen geeichten Gleichstrommotor an, wozu eventuell die Erregerdynamo verwendet werden kann, und zwar einmal bei offener Statorwicklung und normalem Magnet-flux und einmal bei kurzgeschlossener Statorwicklung bei normalem Hauptstrom; die Lager- und Bürstenreibung ist bei ausgeschalteter Erregung für sich zu ermitteln. Damit findet man direkt die Summe: Eisen Verlust ~f- Statorkupferverluste + Lager-, Bürsten- und Luftreibung samt den nicht berechenbaren Wirbelstromverlusten im Kupfer und in den Polschuhen, die allerdings bei Vollastbetrieb durch die Feldverzerrung noch, etwas gesteigert werden können. Der in der Erregerwicklung’ verzehrte Effekt sollte direkt aus dem Erregerstrom bei Vollast mit dem verlangten cos <p ermittelt werden. Der Wirkungsgrad einer direkt gekuppelten Erregermaschine sollte für sich bestimmt werden, was allerdings nur angeht, wenn sie in zwei eigenen Lagern läuft, sonst hat man sie in provisorische Lager einzubauen und deren Reibungsverlust abzuziehen. Eine Unsicherheit besteht noch bezüglich der Einstellung des normalen

Magnetfluxes bei dem Leerlaufversuch; dieser Flux muss nämlich der vektoriellen Summe: Klemmenspannung + Oh?n-schem und induktivem Abfall je per Phase entsprechen und der induktive Abfall, ebenso der Abfall, der durch Wirbelströme bedingt wird, ist in einfacher Weise nicht messbar. Man wird diese allerdings nicht erhebliche Korrektion am besten durch eine zuverlässige Berechnung des induktiven Abfalls erledigen.

Die Maschinenfabrik Oerlikon schlägt mit Recht folgendes einfache Verfahren zur Ermittlung des Spannungsabfalls bei beliebigem cos cp vor. Durch induktive Belastung mit einer zweiten gleichen Maschine als untererregten Synchronmotor oder mit einem beliebigen leerlaufenden Synchronmotor ermittelt man bei normalem Strom und normaler Spannung für ungefähr cos cp — o den maximalen Spannungsabfall eG. Für irgend einen andern cos <p besteht dann zwischen Klemmenspannung Ek und der EMvKE bei der entsprechend eQ festgelegten Erregung die Bezeichnung

E² = Ek² 4 eG² -f- 2 * e₀ Ek sin cp

Der Spannungsabfall ist E—Ek.

Bei Gleichstromdynamos lassen sich die einzelnen Verluste etwas einwandsfreier ermitteln als bei Drehstrom: die Eisen-und Reibungsverluste aus einem Leerlaufversuche durch Antrieb mittels eines geeichten Hilfsmotors, die Kupferverluste im Anker und in der Hilfspolwicklung durch eine Widerstandsmessung, die Ohmschen Verluste am Kommutator durch direkte Messung des Bürstenwiderstandes bei normaler Drehzahl, was allerdings etwas umständlich ist; die Erregungsverluste misst man direkt bei einem Vollastversuche. Die totalen Kupferverluste im Anker und Kommutator lassen sich vielleicht am sichersten durch einen Kurzschlussversuch finden, d. h. man schliesst die Klemmen bei voller Tourenzahl über die Hilfspole kurz und erregt nun so stark, dass gerade der normale

Strom auftritt; die Effektverluste misst man dabei durch Antrieb mit Hilfe eines Hilfsmotors, wobei die Reibungsverluste durch einen besonderen Versuch zu eruieren sind. Der Kurzschlussversuch lässt gleichzeitig die Güte der Kom-mutation erkennen.

Wesentlich einfacher und in vielen Fällen genügend genau lässt sich der Wirkungsgrad von Gleich- und Drehstromgeneratoren aus einem Leerlaufversuch ermitteln, wobei die Dynamo bei sonst normalen Verhältnissen als Motor betrieben wird. Dazu seien Av Kilowatt erforderlich, eventuelle Leerlaufs-Kupfer- und Erregungsverluste abgerechnet. Aus einfachen Widerstandsmessungen (warm = 60°C) findet man noch die Kupferverluste Ak im induzierten Teil und die Erregungsverluste Ae (ohne Vorschaltwiderstände), während die Ohmschen Verluste am Kommutator oder an m Schleifringen sind: c-J bezw. m-c-J in Kilowatt, sofern J der Wattstrom am Kommutator oder Schleifring ist; im Mittel ist c = 0,002 für Kohlenbürsten. Damit wird der Wirkungsgrad bei A*cos<pKW

A cos (p

V =-•

A co (p + Av V- Ak -4- Ae T- m • c • J

Die Grösse des Wirkungsgrades der Turbogeneratoren samt Lagerreibung unterscheidet sich nicht nennenswert von demjenigen langsamlaufender Generatoren gleicher Leistung ohne Lagerreibung, d. h. er ist für Drehstrom bei 100 KW zirka 91—93%, bei 1000 KW zirka 93 — 95,5 % und darüber 94—97 %•

AUSZUG AUS LIEFERUNGSVORSCHRIFTEN für eine Drehstrom-Innenpoldynamo von 300 KVA, 500 Volt, 3000 Touren, Erregerspannung kleiner als 100 Volt.

Die Dynamo ist in allen Teilen so auszuführen, dass ein Arbeiten und Verschieben der Wicklungen in Stator und Rotor, sowie im Erreger, ein Unrundwerden (Schlagen) der Schleifringe und des Erregerkommutators, sowie das Abschleudern der Bürsten der Dynamo und des Erregers dauernd mit genügender Sicherheit vermieden wird.

Die Stirnverbindungen des Stators sind in solider und luftiger Weise festzulegen, so dass eine Berührung der einzelnen Leiter weder innerhalb der Spulengruppen, noch zwischen den Gruppen, noch gegen Eisen auftreten kann und zwar sollte es auch nicht eintreten bei starken Belastungs- und Tourenschwankungen oder einem Kurzschluss bei voller Erregung.

Es sind im Entwurf Anordnungen und beim Zusammenbau entsprechende Vorkehrungen zur Luftführung zu treffen, dass das Geräusch der Dynamo innerhalb zulässiger Grenzen bleibt, d. h. eine mündliche Verständigung vor der Dynamo muss anstandslos möglich sein. Die Ausbalancierung und Montage soll so genau sein, dass der Gang innerhalb H~ 10% der normalen Tourenzahl ruhig und erschütterungsfrei bleibt.

Die Zuleitungen zu den Schleifringen sind so gründlich zu isolieren und so solid festzulegen, dass ein Durchscheuern derselben auf die Dauer ausgeschlossen ist.

Bezüglich des Erregers gilt: Kräftige, leicht und fein justierbare Bürstenhalter, deren Bürsten auch bei kleineren Unebenheiten des Kollektors nicht abgeschleudert werden dürfen;

die Bürsten dürfen aber auch den Kollektor nicht stark angreifen. Der Kollektor muss dauernd praktisch rund laufen, d. h. es dürfen sich beim Betrieb weder vorstehende Glimmer-, noch Kupfersegmente zeigen. *) Es sollten am Erreger vier Bürstensätze mit mindestens je zwei einzelnen Bürsten vorgesehen werden, ein Überschlagen auf das Lagerschild den Bürsten aus ist wirksam zu verhindern, besser ist es noch, die Kommutatorseite ganz offen ohne Schild auszuführen. Die folgenden Proben werden angestellt. Isolationsprüfung: Rotorwicklung (Feld) mit 2000 Volt Wechselstrom V₄ Stunde lang stehend und mit 500 Volt kurze Zeit bei voller Tourenzahl. Statorwicklung mit 2000 Volt Wechselstrom V₄ Stunde lang zwischen Wicklung und Gestell, sowie zwischen den einzelnen nicht verketteten Phasen. Erregermaschine mit 1000 Volt Wechselstrom. Diese Prüfungen sind bei zusammengebauter Dynamo auszuführen.

von

Mechanische Prüfung der gesamten

Dynamo samt Erreger bei 20% Tourensteigerung eine Viertelstunde lang ohne Belastung. Beobachtung der Dynamo bei Tourenzahlen innerhalb 4- 20% der normalen. Aufnahme der Leerlauf- und Kurzschlusscharakteristik. Bestimmung der Einzelverluste.

Mehrtägiger ununterbrochener Probe-Dauerlauf in der Fabrik, davon 22 Stunden mit Vollast, und anschliessend 2 Stunden mit 30% Überlast. An einem zweiten Tag sollen Versuche derartig gemacht werden, dass 30% Überlast und eventuell ein Kurzschluss bei Normalerregung aus- und eingeschaltet wird. Die übrige Zeit soll die Maschine im Leerlauf mit einer Erregung betrieben werden, welche dem Volllaststrom bei 500 Volt und cos cp = 0 entspricht, eventuell abwechselnd mit einem Kurzschlussbetrieb mit einem Strom gleich dem 1,3fachen Vollaststrom.

*) Siehe Niethammer, „Elektrotechnische Fabriken“, S. 210 ff.

Bei Vollastbetrieb darf kein Teil der Maschine oder des Erregers mehr als 45⁰ C über Aussentemperatur annehmen, wobei die Temperaturen der Wicklungen aus den Widerstandsänderungen ermittelt werden.

Gelegentlich des Dauerbetriebes ist die Spannungserhöhung bei einem oder möglichst bei mehreren Leistungsfaktoren zu ermitteln. Die Spannungserhöhung beim Ausschalten der Volllast und cos cf) — 0,85 darf 15% oder 18% bei cos q) — 0,8 keinesfalls überschreiten, sofern nicht ein einwandsfrei arbeitender automatischer Spannungsregulator eingebaut wird.

Zu allen Versuchen sind die für den späteren Betrieb bestimmten Regulierwiderstände beizustellen.

Den Widerstandsreglern ist eine feine Unterteilung zu geben, so dass die Spannung stets auf 1 % eingestellt werden kann, auch der zweite grobe Regler darf nicht zu grobstufig sein ; er sollte pro Stufe höchstens eine Spannungsänderung von 6—8%hervor-rufen. Die Regler sind mit der Aufschrift „grob“, „fein“, „mehr Spannung“, „weniger Spannung“ oder ähnlichem zu versehen. Beide Feldregler sind, sofern sie ihren Erregerkreis unterbrechen, mit Funkenlöschwiderständen auszurüsten, ein Schliessen auf den Anker allein genügt nicht, da ein Abschleudern der Bürsten den Stromschluss für den Extrastrom verhindern kann. Auf robuste Ausführung der Kontakte der Feldregler ist besonders zu achten.

Bei der Montage an Ort und Stelle ist mit aller Sorgfalt vorzugehen, so dass die Inbetriebsetzung anstandslos und rasch vor sich geht; beim Einbau ist vor allem darauf zu achten und alles Erforderliche vorzukehren, dass die Maschine auch an ihrem definitiven Aufstellungsort erschütterungsfrei und geräuschlos läuft, was ja durchaus noch nicht durch den Probebetrieb gewährleistet wird. Es ist eine Instruktion über die Behandlung der Dynamo samt Erreger mitzuliefern.

BEISPIELE AUSGEFÜHRTER DREHSTROM-TURBODYNAMOS.

a) Nach H.S.Meyer (Electrician 1906, Januar): 1770KVA, 1 1000 Volt Drehstrom, 50 Per., cos <p — 0,85, 1000 Touren, 6 rotierende, ausgeprägte Pole (Fig. 37), Rotordurchmesser d = 1220 mm, totale axiale Eisenlänge 1 — 585 mm (7 Luftkanäle zu 12,5 mm), C K VA : d'lu 2,04 in m; u = 64 m/Sek. 3 offene Nuten 27 X 70 mm pro Pol und Phase (3 Phasen), AWa proPol=5200, AS= 185; Stromdichte Stator 2,7 Amp./qmm, Feld 2,4 Amp./qmm. Flux pro Pol ISMO⁰; Induktion im Stator 7800, Zähne 16400, Luft 8100, Pol 15800, Joch 12400. Totale Feld - AW pro Pol 16 800 für cos <? = 0,85 (18% Spannungserhöhung). Luftspalt 11—22 mm. Verluste in KW :

COS (p

COS (p

0,85

Ankerkupfer......

Erregung.......

Eisen........

Lager- und Luftreibung .

to CO

Ol o

31,

31,1 20,0 95,9

Vergleich der Gewichte dieser Turbodynamo in Tonnen mit einem Generator gleicher Leistung für u

20,0

95,6

94 Touren:

94

1000

Stator . Rotor . Schwungrad

11,3

18 t 13.6 t

41

72,6 t 7,2 t 3,8 t

Total

Aktives Eisen (Stator und Pole) Kupfer.........

b) Vom Verfasser: 350 KW, cos = 1, 2000 Volt Dreiphasenstrom, 1500 Touren, 50 Per., 4 Pole in Walzenform (wie Fig. 61), d = 750, 1

KVA : d²lu = 0,95 in m; v

440 mm (5 Kanäle ä 14 mm), 56 m Sek. 4 Nuten

19 X 30 mm pro Pol und Phase, AWa AS = 122.

Stromdichte Stator

3350 pro Pol 3,1 Amp./qmm, Feld

3,1 Amp./qmm. Flux pro Pol 6300, Zähne 12 800, Luft 8100, Luftspalt 15

12,2 ’10⁶; Induktion Stator

mm.

c) Dreiphasengenerator (Innenpoltype) von & Co.*) für 3000 KW, u geprägte Pole, d

2,15 in m. Die Verluste sind die folgenden:

Dick, Kerr 750, 25 Per., 6700 Volt, 4 aus-1270, 1 = 1150 mm, C KW : d²lu

3000 KW 1000 KW

9,5

1    otaler Erregungsverlust

Stator-Kupferverlust.....

Eisenverluste.......

Lager- und Luftreibung (2 Lager)

Die zweite Spalte gilt für eine 1000 KW-Dynamo derselben Firma.

d) 50 KW dreiphasig 3000 Touren, 190 Volt, 50 Per.,

2    Innenpole (Walzenform, ähnlich Fig. 61) der Gesellschaft für

elektrische Industrie Karlsruhe**), d 360, 1    240

C KW : d²lu bei cos (p

2,5 KW, totaler Wirkungsgrad samt Erreger

Für solch’ kleine zweipolige Drehstromgeneratoren ist es wesentlich vorteilhafter, bei Spannungen bis 1000 Volt und Leistungen bis gegen 500 KW die Aussenpoltype mit ruhendem Feld zu verwenden, da die Spannungsregulierung be-

11

62

27

6 KW 4 KW 19 KW 16 KW

mm,

0,54 in m; v 57 m/Sek. Spannungserhöhung 1 ca. 15%, bei cos cp — 0 ca. 40°/o. Eisenverluste

87%.

*) Electrician, November 1905.

**) Handbuch der Elektrotechnik, Bd. IV, 2. Auflage, unter obiger Firma.

ZUSATZ.

deutend günstiger und die KisenVerluste kleiner werden. Wegen der Schwierigkeit, kleinen Spannungsabfall zu erzielen, verwendet die Westinghouse Co, Unipolarmaschinen für ca. ,5 Volt zur Erregung. Siehe hierüber und über die verschiedenen Ventilationsmethoden von Turbodynamos meinen Aufsatz in E. T. Z. 1906.

Zahlreiche Turbodynamos beschreibt S. P. Thompson in Dynamo-electric machinery Vol. II, 7- Auf!., S. 439.

ZUSATZ.

SA

Seite 69: Die dort erwähnte 2000 KW-Dynamo der G. E. Co. macht 730 Touren und hat bei 575 Volt 10 Pole. Dem Fusslager der Turbodynamo mit stehender Welle führen zwei Wasserpumpen, die in der Minute ca. 35 Liter bei 55 Atmosphären leisten, Kühlwasser zu. Die übrigen Lager erhalten Pressöl von 2 Olpumpen von 2,5 Atmosphären und je 3,6 Liter per Minute.

BfBLIOTEKA POLITECHMßZlA

.V R A K Ö W

INHALTSVERZEICHNIS.

« t-3 D>

Seite

EINLEITUNG

DREHSTROMDYNAMOS

MECHANISCHER AUFBAU DER DREHSTROM-TURBOGENERATOREN

Einteilung .......................

Gleichpol- oder Induktortype.................

Aussenpoltype mit rotierendem Anker.............

Aussenpoltype mit rotierendem Felde.............

Innenpoltype mit ausgeprägtem Felde.............

Innenpoltype mit walzenförmigem Rotor............

Hochtourige Drehstrommotoren ...............

Asynchrongenerator....................

Drehstromkompoundierung.................

Statoraufbau.......................

Schleifringe und Bürsten...............

Drehstromdynamos für sehr hohe Touren, grösser als 60mal Periodenzahl

MECHANISCHE BEANSPRUCHUNG IN TURBOALTERNATOREN .    .

Rotor ring........................

Polschuhe und Pole....................

Rotorwicklung......................

Arme.........................

Trennfugen.......................

Gehäuse ........................

ELEKTRISCHE UND MAGNETISCHE DIMENSIONIERUNG

Tabellen der Hauptmasse ausgeführter Drehstromdynamos .

GLEICHSTROMDYNAMOS

KOMMUTIERUNGSPROBLEM

Grosse Gleichstromdynamos Reaktanzspannung

N O' O'    CT'    CT'    CT    O'    Cn    Ul    Ul (Jl    Ul    Ol

o^odo    oo    o'    —    o    o    oo 4^    o    o    nui^ddgcgco'Ui

C/i

n>

Kompensations-Einrichtungen gegen die Reaktanzspannung

Wendepole.....................

Unipolarmaschinen..................

MECHANISCHER AUFBAU DER GLEICHSTROMDYNAMOS .    .

Kommutator und Bürsten . Mechanische Beanspruchungen Laval-Turbodynamos .    .    .

93

94

95

ELEKTRISCHER ENTWURF VON GLEICHSTROMDYNAMOS

96

BEISPIELE VON GLEICHSTROMDYNAMOS

98

Tabelle der Hauptmasse ausgeführter Gleichstromdynamos

108

VENTILATION UND MECHANISCHES ZUBEHÖR . . . . 109

ERWÄRMUNG UND VENTILATION

109

WELLE UND LAGER

120

Kupplungen

126

AUSBALANCIEREN

. 126

GERÄUSCHLOSER GANG

130

Platzbedarf, Gewicht und Preis

.    .    131

PRÜFUNG VON TURBODYNAMOS .

.    .    135

AUSZUG AUS LIEFERUNGSBEDINGUNGEN

.    139

BEISPIELE AUSGEFÜHRTER DREHSTROM-TURBODYNAMOS ...    142

ZUSATZ

144

ERRATA.

Seite 51, F'ormel 4: v² statt v.

Seite 67, letzter Absatz: 10 000 PS statt 1000 PS.

Seite 118 u. In den Formeln für Aj ist der Faktor 10 6 zuzufügen d. h. ß — 1,1.10“⁶ bis 25,10~⁶ und c = 2.10 ⁶ bis 5. IG“⁶.

Seite 121, Formel 47: c = 310 bezw. 700 statt 39

bezw. 87-

Seite 144, oben: „Elektrotechnik und Maschinenbau“ Wien 1906, statt E. T. Z. 1906.

/

:

:

;

1

m

Gesellschaft für □ □ Elektrische Industrie Karlsruhe, b. □ □ □

Spezialität: Elektra-Dompf-Turbinen.

tm.

.V

U~i

KST

Dampfturbine, 200 PS, 10 Atm., 2200 Touren,

direkt gekuppelt mit

Gleichstrom-Dynamo, uo KW., no Volt

u. mit Zentrifugalpumpe für Betrieb eines Strahlkondensators.

H. WEIDMANN, RAPPERSWIL (Schweiz)

Fabrikation von Pressspan und Isoliermaterialien

ffij

A'.-'

liefert als Spezialität:

Pressspäne in Bogen,

Streifen, Presssfan mit Glimmerbelag, isolackierte Pressspäne, div. Pressspanfabrikate.

Vulcoasbest als Platten, Röhren, Magnetspulenkasten, sten, Scheiben, Isolierkörper.

Cornit, vorzügl. Hochspannungsmaterial, hitzebeständig, in Platten, gepressten Formstücken, Apparatengriffen, Funkenschützer etc.

Micaten (Pressglimmer) in Platten, Röhren u. Formstücken aller Art, Mica,Micaleinwand u.Micapapier.

Hülsen für Luft- und Oeltransfor-matoren. Asbestzement in Platten

Schützer.

Rollen und

Schutzka-

und Formstücken, Funken-Japanpapier (Waterproof Feit) in Streifen u. breiten Rollen, gummiert u. ungummiert.

Isolierpapiere u. Isolierstoffe (Leinen und Seide), Calicotbänder, unver. brennbare Röhren aus Vitrit.

Die höchste Isolation wird erreicht durch die nach den neuesten Erfahrungen der Wissenschaft und Technik hergestellten Isolierlacke

Strom-Schutz

für alle Erfordernisse der Elektrotechnik und durch

Insolata-Isoliertuche

von

CONRAD P SCHMIDTs. ns.«. DÜSSELDORF

Lack- und Firnisfabrik.

Abteilung für Elektrizität.

Fritz Amberser vorm. David Bürkli

SihlMstrasse 12 * Zürich * Smihotstrasse 12

Telephon 4185

Gegründet 1715 ^

¹ r** »m«

•W»* •* '**■

Jf SV

kl

Xi

■?

st

ImJ/ /Ä

rc

□ Buch- und □ Kunstdruckerei

Stahlstich - Druckerei

empfiehlt sich zur Herstellung aller in Handel u. Industrie vorkommenden

□ DRUCKARBEITEN o

in moderner und geschmackvoller Ausführung bei schneller Lieferung.

= Erstklassige Offizin für Kunstpflege =

im Buchdruck mit sehr reicher Auswahl an Schriften und Ornamenten jeder Stilart. □ Spezialitäten: Illustrierte Werke, Kataloge, Prospekte, Preislisten, Reklame-Drucksachen, Kalender, Führer, Hotel-Reklamen.

□ □ □ Verlangen Sie gefl. Kostenvoranschläge! □ □ □

Schweizerische Elektrotechnische Zeitschrift

Publikationsorgan des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereines und des Verbandes Schweizerischer Elektrizitätswerke.

Druck und Verlag:

Fritz Rmberger vorm. David Bürkli, Zürich.

<o>----------------

Diese Zeitschrift, welche wöchentlich einmal erscheint, ist das Publikationsorgan des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereines und des Verbandes Schweizerischer Elektrizitätswerke. Während nun ein Teil der elektrotechnischen Fachschriften hauptsächlich der abstrakten Theorie huldigt, der übrige aber nur beschreibenden Inhalt bringt, ist diese Zeitschrift den tatsächlichen Bedürfnissen des wissenschaftlich gebildeten, in der Praxis stehenden Elektrotechnikers entsprechend redigiert. Sie bringt theoretische Abhandlungen von nur solcher Art, dass ihr Studium für die Praxis verwertbare Kenntnisse zeitigt, veröffentlicht Beschreibungen jener Anlagen, deren konstruktive Details lehrreich sind und bringt aus dem Betriebe solche Mitteilungen, die fördernden Einfluss auf die Bildung des Lesers nehmen. Diese Zeitschrift behandelt alle Gebiete der Elektrotechnik in umfassender Weise und legt besonders Wert auf konstruktive Darstellungen. Gleichzeitig berichtet die Zeitschrift über alle hervorragenden Erscheinungen der gesamten Fachliteratur und über die für den Elektrotechniker wichtigen Neuerungen des Maschinenbaues. Die wissenschaftliche Unterstützung der oben genannten Vereine, deren Bedeutung überall anerkannt ist, sichert dem Blatte die Möglichkeit, stets führend zu bleiben.

Der Abonnementspreis

beträgt für die Mitglieder des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereines und des Verbandes Schweizerischer Elektrizitätswerke pro Jahr Fr. 16.—, pro Halbjahr Fr. 8.— ; für Nichtmitglieder pro Jahr Fr. 20.— und pro Halbjahr Fr. 10. — . Für das Ausland erfolgt ein Portozuschlag von Fr. 5.— pro Jahr und Fr. 2.50 pro Halbjahr. — ^ Probenummern zur Verfügung.

CfzEPsI)

L

Die Tarife Schweizerischer Elektrizitätswerke für den Verkauf elektr. Energie* =

Von Dr. W. Wyssling,

Professor am eidgenössischen Polytechnikum in Zürich, Generalsekretär des Schweiz. Elektrotechnischen Vereins.

Preis: Geheftet Fr. 3.75.

l^vas Tarifwesen hat für die stromliefernden Elek-trizitätswerke eine weitreichende Bedeutung erlangt. Die Wichtigkeit eines richtig abgewogenen Tarifsatzes für die abzugebende bezw. abzunehmende elektrische Energie ist heute unbestritten, denn die richtige Tarifierung ist eine Lebensfrage für die Elektrizitätswerke. Es ist daher allseitig begrüsst worden, dass aus der Feder eines so bedeutenden Gelehrten und Fachmannes eine eingehende Studie über diese eminent wichtige Frage erschienen ist, an welcher alle Elektrizitätswerke, Stromkonsumenten, Behörden und Projektingenieure in gleicher Weise interessiert sind, um so mehr, da eine eingehende Arbeit hierüber überhaupt noch nicht veröffentlicht wurde.

<l CD □ CD C>

Fritz Amberger vorm. David Bürkli,

t..... i Verlagsbuchhandlung in Zürich, i...........i

(T

Fritz Amberger vorm. David Bürkli

— Verlag © Zürich. —■    =

firsaS

Guide des Voyageurs en Suisse

R6dig6 d’aprfes les publications offlcielles

51

!SK?

Taülß des billets circulaires]

Iy    Saison d’6t6 (906

f    Prela 80 Centime«.

Für. Au.l.od inkl. Billetvcrzelchnl

• Fr. 1.50

O Reisebegleiter Mfiir die Schweiz/

den offiiicllen

s. Sommersaison 1906

51 J.hrg. ^

L/jjl

Saison d’6t< |906

Ergänzungs-Heft zum ' N» Reisebegleiter für die Schweiz

dBlllet-l/erzeichnls

für den Rundreiseverkehr

frei« 25 Centime«. i>ommersnison 1906

124

124

EU

Druck und Verlag von

^rUr^riberge^Vorm^DavidBUrkl^ZüricI^

f» I

Druck und Verlag von

.Fritz Amberger vorm. David Bürkli, Zürich

-i

Haushaltungsbuch der sparsamen Hausfrau.

Preis Fr. 1.50.

Hiezu Notizbloc für die täglichen Abrechnungen, Fr. 1.50.

Bibliothekzeichen.

Zweiunddreissig Exlibris, gezeichnet von Lor. M. Rheude. Mit einem Vorwort von L. Gerster, Pfarrer. — Preis Fr. 5.—.

Ahnentafeln,

sechs Stück Fr. 1.—.

Genealogietabellen,

50 Stück Fr. 3.50.

David Bürkli’s Züricher Kalender.

Ältester und beliebtester Kalender der Schweiz,

mit astronomischen Beobachtungen jeden Monats; Sonnen- und Mondlauf; Marktverzeichnis für die Schweiz und Baden; schöne Erzählungen, Anekdoten etc. — Reich illustriert. — Preis 50 Cts. (50 Pfg.)

8-96

■

r.

/

.

:

I

mwd

iMm

1 ># w

11 '»«

■ •■*■-:§    f

mwd

iMm

1 ># w

11 '»«

■ •■*■-:§    f