Die synchrone Maschine 9783111373997, 9783111016283

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SAMMLUNG

GÖSCHEN BAND

1146

Die synchrone Maschine Von

Dr.-Ing. Karl Humburg Professor an der T e c h n i s c h e n H o c h s c h u l e H a n n o v e r

M i t 78 Bildern Neudruck

Walter

de

Gruyter

&

Co.

vormals G . J . G ö s c h e n ' s c h e V e r l a g s h a n d l u n g • J . G u l t e n t a g , V e r l a g s buchhandlung • Georg Heimer • Karl J . T r ü b n e r • Veit & C o m p .

Berlin 1951

Alle R e c h t e , i n s b e s o n d e r e das

Übersetzungsrecht,

von der V e r l a g s h a n d l u n g

vorbehalten

Archiv-Nr. 1 1 1 1 4 6 Druck von Walter de Gruyter & Cr., Berlin W 35

Inhaltsverzeichnis Seite

Verzeichnis der Formelzeichen Literaturverzeichnis Einleitung

5 8 9

I. D e r A u f b a u der s y n c h r o n e n M a s c h i n e 1. Allgemeines 2. Der Läufer 3. Der Ständer 4. Die Ständer-Wicklung

10 10 13 21 24

II. Die T h e o r i e der s y n c h r o n e n M a s c h i n e 1. Das Wicklungsschema a) Wicklungen mit ungleichen Wicklungsschritten . b) Wicklungen mit gleichen Wicklungsschritten . . 2. Die induzierte Spannung 3. Bruchlochwicklungen 4. Das Ankerfeld der synchronen Maschine a) Das Ankerfeld der Drehstrom-Maschine . . . . b) Das Ankerfeld der Einphasen-Maschine 5. Das Gesamtfeld der belasteten Maschine a) Die Lage des Ankerfeldes zum Polradfeld . . . b) Die der Ankerdurchflutung magnetisch gleich wertige Durchflutung der Erregerwicklung . . . 6. Das Streufeld 7. Das vollständige Zeigerdiagramm der synchronen Maschine 8. Blindlast und Kurzschluß a) Blindlast b) Kurzschluß c) Stoßkurzschluß 9. Die Winkelabweichung des Polrades 10. Leistungsschwingungen der synchronen Maschine. . I I I . D e r B e t r i e b der s y n c h r o n e n M a s c h i n e 1. Das Synchronisieren 2. Die Leistungsregelung 3. Der Betrieb von synchronen Motoren

l*

29 29 31 33 37 44 45 45 51 52 52 55 62 65 68 68 70 72 75 80 83 83 83 87

4

Inhaltsverzeichnis Seite

IV. Die P r ü f u n g d e r s y n c h r o n e n M a s c h i n e 88 1. Die Prüfung der mechanischen Festigkeit 89 2. Die Prüfung der Isolierfestigkeit 90 3. Die Messung der Erwärmung 91 4. Die Aufnahme der Kennlinien und die Streuungsmessung 91 5. Die Messung der Verluste 94 V. Die G r ö ß e n b e m e s s u n g 1. Entwurfsgleichung und Ausnützung 2. Die Grenzleistung

96 96 99

VI. D e r E i n a n k e r - U m f o r m e r 100 1. Allgemeines 100 2. Das Spannungsverhältnis 101 3. Spannungsregelung 104 4. Stromwärme und Belastbarkeit 105 5. Stromwendung des Einanker-Umformers 106 6. Vergleich des Einanker-Umformers mit anderen Umformern 107 Sachregister 109

Verzeichnis der Formelzeichen A Strombelag. a Zahl der parallelen Zweige in einem Wicklungsstrang. D Magnetische Induktion im Luftspalt. B m a x Höchstwert der Induktion in einer Polteilung. R l Scheitclwert der Grundwelle der Induktion. Bn Scheitclwert der n-ten Oberwelle der Induktion. bn Nutenweite. bs Nutenöffrurg. D Ständerinnendurchmesser. E Hauptfcldspanrurg. E r Grundwelle der Hauptfeldspannung. E0 Leerlaufspannurg (fiktive). Ea Ankerfeldspannung. Eb Bohrungsfeldspannung. Ei Längsfeldspannung. E q Querfeldspannung. F„ Streuspannung. ¿J Gleichspannung. Wechselspannung. / Frequenz. I Strom in einem Wicklungsstrang. / 2 I 3 Ströme in den drei Strängen. I!i auf die Erregerwicklung umgerechneter Ankerstrom. Strom in der Erregerwicklung. I e 0 Leerlauferregung. Iejc Kurzschlußerregung. Ig Gegenerregung. I g o Höchstwert der Gegenerregung (bei i/'0 = 90°). Iic Kurzschlußstrom. Ilm Kurzschlußstrom bei Leerlauferregung. I m Wirksamer Magnetisierungsstrom. Ifni Wirksame Längsfelderregung. /„ Nennstrom. I s Schleifringstrom. k Zahl der Stromwenderstege. k Kurzschlußverhältnis. kc Carterscher Faktor.

6 kg kq L Li La m N N{ Nk n 11 p ;/ ß0 ip U U0 Un o

Verzeichnis der Formelzeichen

Faktor für die Gegenerregung. Faktor für die Querfelderregung. Länge einer Spulenseite (Ankerlänge). ideelle Ankerlänge. mittlere Länge der Stirnverbindungen. Zahl der Wicklungsstränge. Leistung (Wirkleistung). innere L e i s t u n g ^ Scheinleistung). Kippleistung. Drehzahl. Ordnungszahl der Oberwellen, Polpaarzahl. Nutenzahl je Pol und Strang. Widerstand derVAnkerwicklung (für einen Wicklungsstrang). Polteilung. Klemmenspannung (für einen Wicklungsstrang). Klemmenspannung bei Leerlauf. Nennspannung. Umfangsgeschwindigkeit des Polrades bzw. des magnetischen Feldes. v1 Umfangsgeschwindigkeit der Grundwelle des magnetischen Feldes. i'n Umfangsgeschwindigkeit der n-ten Oberwelle des magnetischen Feldes. •o Windungszahl eines Wicklungsstranges. w a zwischen zwei Bürstenreihen in Reihe geschaltete Windungszahl des Gleichstromankers. ice Windungszahl der Erregerwicklung je Pol. 'O Zahl der Leiter in einer Nut. ,t) Zahl der Windungen einer Teilspule (beim Gleichstromanker). X a Ankerblindwiderstand. Kg Blindwiderstand der Drosselspule. Kurzschlußblindwiderstand. Kg Querblindwiderstand. Streublindwiderstand. t Nutenzahl. Y1 Phasenwinkel zwischen zwei benachbarten Nutenspannungen für die Grundwelle. xn Phasenwinkel zwischen zwei benachbarten Nutenspannungen für die M-te Oberwelle, jt T räumlicher Winkelabstand zweier Nuten. %i _ ideeller Polbedeckungsfaktor. ¡5 ' Winkelabweichung (Zwischen U und Ej).

Verzeichnis der Formelzeichen y

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Verhältnis des bewickelten Teiles der Polteilung zur ganzen Polteilung bei Einphasenmaschinen. ye Verhältnis des bewickelten Teiles der Polteilung zur ganzen Polteilung beim Läufer. ö Luftspalt. e Schrittverkürzung in elektrischen Graden, e, relative Streuspannung. & a Durchflutung des Ankers. 0 a l Grundwelle der Ankerdurchflutung. & a n M-te Oberwelle der Ankerdurchflutung. auf die Erregerwicklung umgerechnete Durchflutung der Ankerwicklung. 0 e Durchflutung der Erregerwicklung. @ el Grundwelle der Durchflutung der Erregerwicklung. @g auf die Erregerwicklung umgerechnete Gegendurchflutung. & g l Grundwelle der Gegendurchflutung. ßg0 Höchstwert der Gegendurchflutung (bei y 0 = 90°). 0 m wirksame magnetisierende Durchflutung. @ m l Grundwelle der wirksamen magnetisierenden Durchflu^ung. @q auf die Erregerwicklung umgerechnete Querdurchflutung. @ gl Grundwelle der Querdurchflutung. A magnetischer Leitwert je cm Leiterlänge. Afc magnetischer Leitwert für die Zahnkopfstreuung. An magnetischer Leitwert für die Nutenstreuung. A, magnetischer Leitwert für die Stirnstreuung. Az magnetischer Leitwert für die Zickzackstreuung. v Verhältnis der Stromwärmeverluste im Umformer-Ankei zu denen bei reinem Gleichstrombetrieb, f Wicklungsfaktor. Wicklungsfaktor für die Grundwelle. | n Wicklungsfaktor für die n-te Oberwelle. ( e Wicklungsfaktor der Erregerwicklung. Sehnungsfaktor. f s l Sehnungsfaktor für die Grundwelle. S sn Sehnungsfaktor für die n-te Oberwelle. Faktor für Sehnung und Bürstenverschiebung bei Gleichstrom. | a mittlerer Drehschub. 0 Fluß eines Poles. 0 1 Grundwelle des Flusses.

0 = 0). I ga bei einer Schenkelpol-Maschine ist gleichbedeutend mit dem bei der Vollpolmaschine eingeführten „auf die Erregerwicklung umgerechneten Ankerstrom" und kann als Maß für den Ankerstrom selbst gelten. Projiziert man es auf die Abszissenachse (Erregerstromachse), so findet man die Gegenerregung I g . Die Querfeldspannung Eq entspricht der Erregung 0q. Sie ist rechtwinkelig zu Et zu addieren, und zwar beim Generator im Sinne der Nacheilung (Bild 58). Eq ist der Querdurchflu-, tung und damit dem Wirkstrom I -cos yi0 proportional: (19) Eq — Xq-I- cos Den Proportionalitätsfaktor Xq nennt man den Querblindwiderstand. Die geometrische Summe von Ex und Eq ist die

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Die Theorie der synchronen Maschine

gesamte vom Hauptfeld induzierte Spannung E. Will man E ebenso wie in Bild 55 aus einer Leerlaufspannung (in Richtung von Et) und einer Ankerfeldspannung (in Richtung senkrecht auf I ) zusammensetzen, dann ist die erstere Komponente nur eine fiktive Leerlaufspannung ohne praktische Bedeutung. Die andere Komponente dagegen ist Eq: cos y>0 = Xq • 1 und bedeutet den Höchstwert der Querspannung, der beim Strom I auftreten kann, nämlich dann, wenn I auf die Längsspannung bezogen ein reiner Wirkstrom ist (cos y>0 = 1). 6. Das Streufeld Außer dem bisher betrachteten magnetischen Feld, dem Hauptfeld der Maschine, erregen sowohl der Ankerstrom wie der Erregerstrom je ein weiteres magnetisches Feld, das Streufeld. Daß tatsächlich bisher noch nicht die ganze magnetische Wirkung der "elektrischen Durchflutungen erfaßt wurde, erkennt man am besten, wenn man sich den Fall vorstellt, daß cos %pü = 0 und I' a = — I e bzw. I g = I e ist. Denn dann müßte nach dem bisher Gesagten das magnetische Feld ganz verschwinden, während doch in Wirklichkeit, wie leicht einzusehen ist, durch die beiden in diesem Fall entgegengesetzt gerichteten Durchflutungen des Läufers und des Ständers ein Feld erregt wird, welches sich ähnlich wie das Streufeld eines Transformators 1 ) durch den engen Raum zwischen den beiden Wicklungen hindurchdrängt. Der magnetische Widerstand dieses engen Raumes ist so groß, daß das Streufeld wenigstens bei normaler Belastung der Maschine, etwa bei Nennlast, immer wesentlich kleiner ist als das Hauptfeld. Es kann deshalb in den Eisenteilen keine Sättigung bewirken und ist proportional dem Strom, der es erregt. Bei normalem Betrieb der synchronen Maschine hat das Läuferstreufeld, welches von einem Gleichstrom erregt wird, nur die Wirkung, daß es ebenso wie bei der Gleichstrommaschine 2 ) die Induktion in den Polkernen und im Joch und damit den Erregerstrombedarf etwas erhöht. Diese Wirkung ») W. Schäfer, Transformatoren, Slg. Göschen Bd. 952, S. 19. *) Lit.-Verz. Nr. 6, Bd. I, S. 64.

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Das Streufeld

ist im allgemeinen gering; sie soll im folgenden vernachlässigt werden. Anders wird das, sobald auch in der Erregerwicklung ein Wechselstrom oder ein abklingender Gleichstrom fließt, wie das bei Ausgleichs Vorgängen, insbesondere beim Stoßkurzschluß (S. 72), der Fall ist. Dann wird durch das Läuferstreufeld eine Spannung in der Erregerwicklung induziert, die von wesentlicher Bedeutung für diese Ausgleichsvorgänge ist. Das Ankerstreufeld, welches stets von einem Wechselstrom erregt wird, und daher im Takte dieses Wechselstromes pulsiert, induziert in der Ankerwicklung eine Spannung, die Streuspannung Ea, die ebenso wie das Streufeld selbst dem Ankerstrom proportional ist und als Spannungsabfall in einem Blindwiderstand B i l d 60. Nutenstreuung und aufgefaßt werden kann: Zahnkopfstreuung

Xa

(20) Ea = Xa-1. nennt man den Streublind widerstand der Ankerwicklung.

Zur Berechnung zerlegt man das Streufeld des Ständers in einzelne Teile, nämlich das Nutenstreufeld, das Spaltstreufeld bzw. Zahnkopfstreufeld und das Stirnstreufeld. Das Nutenstreufeld verläuft quer über die einzelne Nut (Bild 60). Das Spaltstreufeld verläuft bei Vollpolmaschinen im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer, teils mit Benützung des Läufereisens (Zickzackstreufeld), teils ohne dieses zu berühren (Zahnkopfstreufeld). Bei Schenkelpolmaschinen fällt das Zickzackstreufeld weg, weil im Polzwischenraum kein Läufereisen vorhanden ist. Das Stirnstreufeld endlich umschlingt die Stirnverbindungen (Wickelköpfe). Man berechnet nun beispielsweise für die Nutenstreuung den magnetischen Fluß je cm Nutenlänge und setzt dabei die Feldlinien, die nicht mit allen Windungen der Nut verkettet sind, mit entsprechend verringerter Anzahl in die Rechnung ein, so daß man einen ideellen, scheinbar mit allen Windungen der Nut verketteten, Streufluß erhält. Dieser ist der Nutdurchflutung proportional. Den Wert, der sich für die Nutdurchflutung 1 Amp. ergibt, nennt man den magnetischen Leitwert

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Die Theorie der synchronen Maschine

der Nutenstreuung (oder die Nutenstreuinduktivität) j e cm Nutenlänge. Man bezeichnet ihn mit ). n . In derselben Weise berechnet man auch magnetische Leitwerte für die Zahnkopfstreuung (Afr), für die Zickzackstreuung (X z ), beide ebenfalls j e cm Nutenlänge, und für die Stirnstreuung (A„), diese j e cm Länge der Stirnverbindungen. Formeln für die magnetischen Leitwerte können hier nicht für alle vorkommenden Fälle angegeben werden. Hier muß auf die Spezialliteratur 1 ) verwiesen werden. Nur um einen Überblick über die Größenordnung zu ermöglichen, seien Näherungsformeln für die einfachsten Fälle hier zusammengestellt: F ü r eine offene Nut nach Bild 60 ist mit den dort eingetragenen Bezeichnungen

F ü r die Zahnkopfstreuung und die Zickzackstreuung ist angenähert (22) A* = 0,4 In M . ) . 1 0 - «

Hier bedeutet tn die Nutenteilung, bs die Nutenöffnung, 0 ausgehen. Bei der praktischen Anwendung des Zeigerschaubildes ist meist U, I und cos

den auf die Erregerwicklung umgerechneten Ankerstrom /„, so erhält man den erforderlichen Er-

Das vollständige Zeigerdiagramm der synchronen Maschine

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regerstrom I e und die ihm entsprechende wirkliche Leerlaufspannung U 0 , die nicht mit der in Bild 55 eingezeichneten fiktiven Leerlaufspannung E 0 verwechselt werden darf. Bei der Schenkelpolmaschine dagegen muß E in E t und E t zerlegt werden. Zu diesem Zweck trägt man senkrecht zum Strom I , in der Verlängerung von X a •I den Höchstwert der Querspannung X q I auf, wie Bild 62 zeigt. Der Endpunkt

Zerlegung durchgeführt und es ergibt sich E q ohne vorherige Kenntnis des Winkels rp0, von dem es doch nach Gl. (19) abhängig ist. Gleichzeitig ergibt sich E t . Den dazugehörigen Magnetisierungsstrom I m l entnimmt man aus der Leerlaufkennlinie. Trägt man endlich in der Richtung des Stromes I den Höchstwert der Gegenerregung I g 0 auf, so erhält man als Projektion dieser Strecke auf die Erregerstromachse die wirkliche Gegenerregung I g und den erforderlichen Erregerstrom /„, und damit auch die Leerlaufspannung U 0 . Ist das Zeigerdiagramm für Nennlast der Maschine gezeichnet, so ist U 0 — U die „Spannungsänderung" des Strom5*

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Die Theorie der synchronen Maschine

erzeugers. Sie soll nach den REM 1 ) bei cos99 = 0,8 nicht größer sein als 5 0 % der Nennspannung. Bild 63 ist das Zeigerdiagramm eines Synchron-Motors. Hier ist (26a) E-j-Xo-I— Ra-I+ Ü= 0. Auch dieses Zeigerdiagramm ist für eine übererregte Maschine

B i l d üü.

Vollständiges Zeigerdiagramm eines (Schenkelpol-Masdiine)

Synchron-Motors

gezeichnet. Übererregung bedeutet aber beim Motor die Aufn a h m e eines v o r e i l e n d e n Stromes. 8. Blindlast und Kurzschluß a) B l i n d l a s t . Bei reiner Blindlast (cos

) Lit.-Verz. Nr. 6, Bd. II, S. 47.

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Die Prüfung der synchronen Maschine

Bei diesem Versuch entsteht außer dem Streufeld das sog. Bohrungsfeld, ein magnetisches Feld, welches den ganzen sonst vom Polrad eingenommenen Luftraum erfüllt. Die gemessene Spannung setzt sich also aus der Streuspannung E„ und der Bohrungsfeldspannung Eb zusammen. Da das Bohrungsfeld und mit ihm die Bohrungsfeldspannung Eb, wenn auch unter einigen vereinfachenden Annahmen, leicht berechnet werden kann, so wäre damit auch die Streuspannung ermittelt. Die Messung ist aber nicht einwandfrei, weil dabei nur das Nutenstreufeld genau in derselben Weise verläuft wie bei eingebautem Läufer, während das Stirnstreufeld und vor allem das Spaltstreufeld sich bei ausgebautem Läufer in ganz anderer Weise ausbildet. Ein anderes Verfahren zur Bestimmung der Streuspannung benützt den oben erwähnten Übererregungsversuch. Durch diesen Versuch ist der Punkt C in Bild 65 bestimmt, während durch den Kurzschlußversuch der Punkt Ck festgelegt ist. Das Potier-Dreieck muß sich nun aus der Lage Ak Bk Ck in die Lage ABC verschieben lassen. Wenn man also vom Punkt C aus die Kurzschlußerregung I e k nach links aufträgt und durch den linken Endpunkt dieser Strecke eine Parallele zur Anfangstangente der Leerlaufkennlinie zieht, so muß diese den oberen Teil der Leerlaufkennlinie im Punkte A schneiden. Durch den Punkt A ist das ganze Potier-Dreieck mit den Seiten AB = Ea und BC = Ig0 bestimmt. Auch dies Verfahren ist nicht ganz einwandfrei, denn es vernachlässigt den Umstand, daß die verstärkte Erregung bei Blindlast auch die Polstreuung zunehmen läßt. Mit ihr erhöht sich aber die Sättigung im Eisen der Pole und des Polradkranzes. Für den Hauptfluß ist deshalb jetzt ein größerer Erregerstrom notwendig, als ihn die Leerlaufkennlinie angibt. Auch das Verhältnis der Ströme bei einem zweipoligen und einem dreipoligen Kurzschlußversuch kann zur Bestimmung der Streuung benützt werden; doch ist auch dieses Verfahren nicht sehr genau und jedenfalls nur bei Maschinen mit guter Dämpferwicklung brauchbar. Für die Bestimmung der Spannungsänderung ist diese Unsicherheit der Streuungsbestimmung nicht von großer Bedeu-

Die Aufnahme der Kennlinien und die Streuungsmessung

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tung. Denn sowohl Streuung wie Gegenerregung bedingen eine Spannungsänderung, und es macht wenig aus, wenn man die eine zu klein, die andere dementsprechend zu groß in die weitere Rechnung bzw. in das Zeigerdiagramm einsetzt, zumal da der Einfluß der Gegenerregung viel größer ist als der der Streuung. Nur deshalb führen die obengenannten Verfahren der Streuungsmessung praktisch zu befriedigenden Ergebnissen. Anders ist es, wenn man aus der Streuungsmessung die Höhe des Stoßkurzschlußstromes berechnen will. Denn der Stoßkurzschlußstrom ist nur von der Streuung allein abhängig; eine ungenaue Bestimmung der Streuung wirkt sich also hier voll aus und kann durch nichts anderes ausgeglichen werden. Deshalb empfiehlt sich die Messung der Streuung nach einem anderen, wenn auch weniger gebräuchlichen Verfahren, bei welchem ähnliche Verhältnisse hergestellt werden wie beim Stoßkurzschluß, und bei welchem deshalb gerade der hierfür maßgebende Streuungswert gemessen wird, nämlich durch den asynchronen Kurzschlußversuch. Bei diesem Versuch wird die Maschine nicht angetrieben, sondern der Läufer steht still oder wird höchstens langsam gedreht. Man speist dann den Ständer mit dem Nennstrom und mißt die dazu erforderliche Spannung. Diese Spannung ist durch die gesamte Streuung zwischen der Ständerwicklung und den Wicklungen des Läufers bestimmt, also bei einer Maschine ohne Dämpferwicklung durch die Summe aus Ständer- und Läuferstreuung, bei einer Maschine mit Dämpferwicklung durch die Ständerstreuung allein (vgl. S. 74), in beiden Fällen durch die für den Stoßkurzschlußstrom maßgebende Streuung. Ist die bei diesem Versuch erforderliche Spannung bei Nennstrom e s • U n , dann ist der Wechselstromanteil des Stoßkurzschlußstromes I n : e s (Effektivwert). Wenn der Läufer bei diesem Versuch stillsteht, ist die gemessene Streuung von der Stellung des Läufers abhängig. Man verdrehe dann den Läufer in mehreren Stufen im ganzen um 1 / 3 einer Polteilung und nehme den Mittelwert aus den Einzelmessungen. Diesen Mittelwert erhält man auch, wenn man den Läufer bei diesem Versuch langsam dreht, am besten gegen das Drehfeld.

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Die Prüfung der synchronen Maschine

Um das Zeigerdiagramm einer Schenkelpolmaschine für eine beliebige Belastung zeichnen zu können, muß man auch noch die Querspannung Rq bzw. den Querblindwiderstand Xq (Bild 59 u. 62) kennen. Die Messung der Querspannung oder, was auf dasselbe hinausläuft, des Polradverdrehungswinkels ß, ist jedoch nur nach recht umständlichen Verfahren möglich (Hilfsmaschine mit verdrehbarem Ständer oder Joubertsche Scheibe oder Vergleich der Spannungen bei Leerlauf und Belastung mit dem Oszillographen). Meist begnügt man sich deshalb damit, das Verhältnis kQ : Jcg und damit 0 , : 0g nach den Gl. (17) zu berechnen und dann E q nach Bild 58 zu bestimmen. 5. Die Messung der Verluste (REM § 58 bis 62.) Bei kleinen Maschinen kann der Wirkungsgrad auf direktem Wege, d. h. durch Messung der abgegebenen und der aufgenommenen Leistung ermittelt werden, ebenso wie bei anderen elektrischen Maschinen1). Bei größeren Maschinen dagegen kommen nur die indirekten Verfahren in Betracht, insbesondere das Einzelverlustverfahren2). Doch pflegt man bei der Anwendung des Einzelverlustverfahrens auf synchrone Maschinen im Gegensatz zu anderen elektrischen Maschinen, etwa Gleichstrom-Maschinen, die Leerverluste nicht durch Messung der elektrischen Leistungsaufnahme bei Motorleerlauf, sondern durch Messung der mechanischen Leistungsaufnahme bei Generatorleerlauf zu bestimmen. Denn man würde ja in den meisten Fällen zum Anwerfen der Maschine, wenn sie als Motor laufen sollte, ohnehin einen Hilfsmotor brauchen. Der Hilfsmotor ermöglicht dann auch die Ermittlung der Lastverluste einschließlich des Zusatzverlustes. Wir wollen dieses Verfahren der Verlustmessung das „Hilfsmotor-Verfahren" nennen. Daneben kommt für synchrone Maschinen als weiteres Verfahren zur indirekten Wirkungsgradbestimmung das sog. „Übererregungsverfahren" in Betracht. ') Lit.-Verz. Nr. 6, Bd. II, S. 39. ') a. a. O. S. 43.

Die Messung der Verluste

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Beim H i l f s m o t o r - V e r f a h r e n verwendet man zum Antrieb der zu untersuchenden Maschine eine „geeichte Hilfsmaschine", d. h. eine relativ kleine Maschine, deren Verluste genau genug bekannt sind. Man mißt die elekrische Leistungsaufnahme dieser Maschine und errechnet daraus die mechanische Leistungsabgabe. Die zu untersuchende synchrone Maschine läßt man zunächst unerregt leerlaufen; man findet dadurch ihren Reibungsverlust. Dann erregt man sie auf Nennspannung und findet die Summe aus Reibungsverlust und Eisenverlust, und durch Abzug des schon bekannten Reibungsverlustes auch den Eisenverlust allein. Dann wird die Maschine kurzgeschlossen und so erregt, daß der Kurzschlußstrom gleich dem Nennstrom wird. Dadurch findet man, wenn man von der Leistungsaufnahme den Reibungsverlust abzieht, die Lastverluste, d. h. den eigentlichen Stromwürmeverlust in der Ankerwicklung und den durch Streufelder entstehenden Zusatzverlust. Denn bei diesem Kurzschlußversuch sind auch die Streufelder in vollem Maße vorhanden, und da die Messung bei voller Drehzahl, also voller Frequenz des Kurzschlußstromes geschieht, so entstehen auch die vollen Streufeldverluste (Zusatzverlust). Den Stromwärmeverlust allein kann man auch finden, indem man mit Gleichstrom den Widerstand der Ankerwicklung mißt. Für die Wirkungsgradberechnung muß dieser Verlust auf die Betriebstemperatur umgerechnet werden; der Zusatzverlust dagegen nicht. Der Erregungsverlust kann aus dem nach Abschnitt 4 (s. S. 91) bekannten Erregerstrom und dem leicht zu messenden Widerstand der Erregerwicklung berechnet werden. Auch der Widerstand der Erregerwicklung muß auf die Betriebstemperatur der Maschine umgerechnet werden. Der Übergangsverlust an den Erregerschleifringen wird berechnet, indem man für die meist verwendeten metallhaltigen Bürsten 0,3 V als Spannungsabfall unter jeder Bürstenreihe einsetzt. Bei dem nur für synchrone Maschinen anwendbaren Ü b e r e r r e g u n g s v e r f a h r e n (REM § 58 II) muß die zu untersuchende Maschine als Motor an ein Drehstromnetz angeschlossen werden, am besten asynchron anlaufend, u. U. aber auch mittels eines Hilfsmotors, dessen Reibungsverlust be-

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Die Größenbemessung

kannt sein muß, wenn er später leer mitläuft. Hat das Netz die Nennspannung der Maschine und erregt man die leerlaufende Maschine auf cos cp = 1 (geringste Stromaufnahme), dann ist ihre Leistungsaufnahme gleich dem Reibungs- und Eisenverlust, vermehrt um einen ganz kleinen Stromwärmeverlust, der leicht berechnet und abgezogen werden kann. Erregt man die Maschine aber stärker, bis sie den vollen Nennstrom als fast reinen Blindstrom aufnimmt, dann entstehen in der Maschine auch die Lastverluste einschließlich der Zusatzverluste, sodaß man zu ihrer Leistungsaufnahme nur noch den wie oben berechneten Erregungsverlust hinzurechnen muß, um die gesamten Verluste der Maschine zu erhalten. Genau genommen muß beim Übererregungsverfahren die Spannung etwas niedriger sein als die Nennspannung, weil bei diesem Versuch nahezu cos