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Elektrischer Reluktanzgenerator der Type GUY
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Generator unabhängig vom Erregerstrom im Leerlauf unter der Nennspannung bleibt.
Durch die erfmdungsgemässe Ausbildung des Generators wird ein Steigen der Lastkennlinienspitze bewirkt, das eine bedeutende Verbilligung des Generators zulässt, was einen wesentlichen Vorteil darstellt.
Zweckmässig bestehen die Reluktanzzähne aus einem im wesentlichen eine konstante Breite aufweisenden Abschnitt mit einer Höhe von 0, 3 bis 1 mal dieser Breite, an welchen sich lediglich ein
Abschnitt mit rasch vergrössernder Breite anschliesst. Die Ankerwicklungen sind hiebei gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung in den Ankernuten nahe am Luftspalt, vorzugsweise von diesem lediglich durch einen schmalen Nutenverschlusskeil getrennt, angeordnet. Durch eine solche Ausbildung des Generators wird eine wesentliche Verbesserung der Kenngrössen desselben erzielt.
Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemässen Generators. werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Die Fig. l, 2 und 3 zeigen Kennlinien elektrischer Generatoren von der Type Guy oder einer ähnlichen Ausführung, u. zw. stellen in Fig. l die Leerlaufspannung bzw. die Klemmenspannung in Abhängigkeit vom Erregerstrom Fig. 2 den Kurzschlussstrom Ik in der kurzgeschlossenen Statorwicklung in Abhängigkeit vom Erregerstrom ie und Fig. 3 die Wirkleistung P in Abhängigkeit vom Erregerstrom ie dar. Fig. 4 zeigt einen Teil eines Querschnittes durch einen elektrischen Generator für die Erzeugung einer mittel-oder hochfrequenten Spannung. Fig. 5 stellt eine Statornut mit eingesetzter Erregerwicklung und Nutenverschlusskeil dar. Fig. 6 zeigt die Ausbildungen der Leitfähigkeitszähne.
Fig. 7 stellt das Schaltbild eines elektrischen Generators für die Erzeugung einer mittel-oder hochfrequenten Spannung dar. Fig. 8 zeigt die erfmdungsgemässe Ausbildung der Leitfähigkeitszähne und Fig. 9 die erfindungsgemässe Ausbildung der mit der Ankerwicklung versehenen und mit einem Nutenverschlusskeil abgeschlossenen Nuten des Stators.
Wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, weisen alle drei in diesen Figuren dargestellten Kennlinien einen Maximalwert auf, nach dessen Erreichen die Kennlinie abfällt, so dass in diesem abfallenden Bereich eine Erhöhung des Erregerstromes beispielsweise eine Verminderung der abgegebenen Leistung bewirkt. Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, eine Verbesserung dieser Kennlinien zu erzielen.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, besteht ein elektrischer Generator, auf welchen sich die Erfindung bezieht, aus einem Stator--l--und aus einem Rotor--2--, wobei sowohl der Stator als auch der Rotor aus dünnen magnetischen Blechen aufgebaut ist. Der Rotor --2-- besitzt keine Wicklung und weist an seinem Umfang gleichmässig verteilte Leernuten auf, die die sogenannten Reluktanzzähne --3'-- bilden. Die Zahl-Z-dieser Zähne ist bestimmt nach der Gleichung Z = f/n, wobei n die Umdrehungszahl des Generators pro Sekunde und f die Frequenz des erzeugten Stromes bedeuten.
Der Stator-l--weist Nuten-5-für eine Erregerwicklung --4-- und Nuten --7-für eine Ankerwicklung --6-- auf, wobei die Nuten --7-- jeweils in der Mitte zwischen zwei Nuten--5--vorgesehen sind. Ausserdem ist auch der Stator--l--mit einer grossen Anzahl von Leernuten versehen, die wieder Reluktanzzähne --3-- bilden, welche ein den Reluktanzzähnen --3'-- des Rotors --2-- annähernd gleiches Profil aufweisen.
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haben einen kleinen Wirkungsgrad und einen kleinen Leistungsfaktor und weisen eine kleine spezifische Leistung auf. Die Leistungsspitze Pjnax'ie sie in Fig. 3 dargestellt ist, mit welcher der Generator belastbar ist, hat somit einen verhältnismässig geringen Wert.
Um einen solchen Generator höher belasten zu können, muss die Belastungsimpedanz nicht nur durch im Nebenschluss an die Belastungsklemmen angeschlossene Kondensatoren --11-- ausgeglichen werden, sondern auch durch in Reihe mit der Ankerwicklung --6-- geschaltete Kondensatoren --12--, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. In dieser Figur ist mit --9-- der elektrische Generator und mit--10--die
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Belastungsimpedanz bezeichnet.
Auch solcherart verbesserte Generatoren werden jedoch den an sie gestellten Anforderungen nicht gerecht. Durch die Art der Belastungen (thermische Behandlungen, Schmelzvorgänge usw. ) bedingt, entstehen oftmals Kurzschlüsse und in diesem Falle ist nur der in Reihe mit der Ankerwicklung --6-- geschaltete Kondensator--12-wirksam, so dass Überspannungen entstehen, die sowohl für den Generator selbst als auch für den Kondensator schädlich sein können. Dadurch wird die
Funktionssicherheit des Generators beträchtlich vermindert. Diese Nachteile sind umso grösser, je grösser die Frequenz ist, für welche der Generator gebaut ist (8000 bis 10000 Hz).
Man hat bereits versucht, eine Ausbildung eines elektrischen Generators zu schaffen, bei welcher einige der oben angeführten Nachteile bekannter Generatoren vermieden sind. So hat man beispielsweise bereits vorgeschlagen, das Verhältnis zwischen der Breite eines Reluktanzzahnes --3-- und der Zahnteilung d/t = 0, 4 zu machen, um einen möglichst grossen Maximalwert der Leerlaufspannung V zu erreichen (vgl. Fig. 6). Insbesondere bei Generatoren für höhere Frequenzen konnte jedoch keine Vergrösserung der maximalen Leistung Pmax erzielt werden, so dass der wesentliche Nachteil der bekannten Generatoren nicht beseitigt werden konnte.
Es ist auch bekannt, zur Beseitigung der Nachteile, die sich aus der Reihenschaltung eines Kondensators mit der Ankerwicklung ergeben, die Belastung mit einem Nebenschlusskondensator überzukompensieren, so dass der Generator mit einem niedrigen kapazitiven Leistungsfaktor von 0, 5 bis 0, 7 läuft. Eine solche Anordnung macht jedoch die Vorteile, die durch die Reihenschaltung eines Kondensators mit der Ankerwicklung erzielt werden, zumindest teilweise zunichte und weist weiters den Nachteil auf, dass für dieselbe Wirkleistung die Scheinleistung wächst, so dass eine überdimensionierung des Generators notwendig ist. Ausserdem erhöhen sich durch eine solche Anordnung die Verluste und die Erwärmung des Generators.
Diese oben angeführten wesentlichen Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Die erfindungsgemässe Ausbildung des Generators ist hiebei den Fig. 8 und 9 zu entnehmen. Bei der Erläuterung dieser Figuren wird davon ausgegangen, dass ein Generator mit einer Leistung von 100 kw und einer Synchronfrequenz von 8000 Hz geschaffen werden soll. Aus der Berechnung ergibt sich, dass, um eine Spannung Vu maux zu erhalten, 5, 5 Windungen für die Ankerwicklung vorgesehen sein müssen. Gemäss der Erfindung soll dieser Betrag nun abgerundet werden und es soll eine geringere Anzahl von Windungen verwendet werden. Es werden also nicht 6 Windungen vorgesehen, wie dies gewöhnlich der Fall ist, sondern es werden nur 5 Windungen angenommen, wenn auch dadurch das Risiko entsteht, im Leerlauf eine kleinere Spannung zu erhalten.
Wie aus Fig. 8 hervorgeht, weisen die Reluktanzzähne-3-ein Profil auf, das aus einem im wesentlichen eine konstante Breite-d-aufweisenden Abschnitt besteht, der eine verhältnismässig kleine Höhe h = (0, 3 bis 1) d besitzt. Bei einer Frequenz von 8000 Hz soll beispielsweise die Höhe - -h-- 0, 6 d betragen. An diesen Abschnitt schliesst sich ein Abschnitt von sich rasch vergrössernder Breite an. Das Verhältnis zwischen der Zahnbreite--d--und der Zahnteilung wird mit 0, 25 bis 0, 4 angenommen und soll bei einer Frequenz von 8000 Hz beispielsweise zwischen 0, 3 und 0, 35 betragen.
Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist die Ankerwicklung--6--bei dem erfindungsgemäss ausgebildeten Generator nur durch einen schmalen Keil--8--vom Luftspalt getrennt. Die Reluktanzzähne--3--
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genommen werden.
Für eine Verbesserung der Kenngrössen des Generators genügt es auch, wenn nur einige der angeführten konstruktiven Merkmale erfüllt sind. Bei Generatoren für die Erzeugung einer Spannung hoher Frequenz ist es jedoch von Vorteil, wenn möglichst alle der angeführten konstruktiven Merkmale erfüllt sind.
An Stelle der in Fig. 8 dargestellten Ausbildung der Reluktanzzähne --3-- kann auch eine Ausbildung dieser Zähne gewählt werden, wie sie in der rumänischen Patentschrift Nr. 42449 beschrieben ist.
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