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Anordnung zur Messung eines wandernden veränderlichen magnetischen
Flusses Die Größe des Flusses im Luftspalt von Indukfionsmaschinen ist bekanntlich
abhängig von Frequenz und Größe der Speisespannung der Maschine.
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Wird beispielsweise die Maschinenspannung einer drehzahlgeregelten
Drehstrommaschine proportional mit der Frequenz verändert, so ändert sich bei Belastung
der Magneflsierungsstrom und damit auch der magnetische Fluß und das Kippmoment
der Maschine. Eine derartige Änderung der Betriebskennlinie ist aber für einen Betrieb
der Maschine mit veränderbarer Drehzahl und Belastung nicht tragbar. Es ergibt sich
daraus die Aufgabe, den Luftspaltfluß in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Belastung
zu regeln.
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Nach dem früheren Vorschlag der deutschen Auslegeschrift 2221 714
kann beispielsweise die Drehzahl und Drehrichtung einer Drehstrommaschine gesteuert
werden. Die Drehstrommaschine ist über einen Umrichter mit mindestens einer gittersteuerbaren
Stromrichterventilgruppe in jeder Phase und mit elektronischen Steuereinrichtungen
für getrennte Aussteuerung der Ventilgruppen und mit einer Einrichtung zur Strom-
und/oder Spannungsregelung an ein Drehstromnetz angeschlossen. Der Maschine werden
durch unterschiedliche Aussteuerung der Ventilgruppen Ströme bzw. Spannungen veränderbarer
Höhe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Phasenfolge vorgegeben. Zwei Steuersignale
werden in Signale wechselnder Größe umgeformt, deren Frequenz beispielsweise der
Drehzahl der Maschine und deren Amplitude beispielsweise dem Luftspaltfluß proportional
sein kann, und einer Regeleinrichtung als Sollwert vorgegeben. Der magnetische Fluß
einer Induktionsmaschine kann mittels einer Ersatzschaltung nachgebildet werden,
die eine dem Spannungsabfall an der Hauptinduktivität entsprechende Spannung liefert.
Diese Methode ist jedoch nicht geeignet zur Bestimmung des Flusses bei Frequenz
Null, beispielsweise für eine Maschine mit umsteuerbarer Drehrichtung, da bei Frequenz
Null auch der Spannungsabfall an der Hauptinduktivität Null ist. Mit der Erfindung
kann dieser Nachteil vermieden werden.
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Demgemäß betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Messung eines
wandernden veränderlichen magnetischen Flusses, insbesondere des Flusses im Luftspalt
von Drehstrommaschinen, mit mehreren, im zu messenden Magnetfeld angeordneten und
von einem Wechselstrom erregten Hallsonden als Meßkörper.
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Eine derartige Anordnung ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 118
352 bekannt. Erfindungsgemäß sind die Hallsonden an einem ruhenden Teil der Maschine
in Ider Bewegun,gsrichtung des Flusses nebeneinander angeordnet und ihre Ausgänge
über jeweils einen Transformator mit nachgeschalteter Gleichrichteranordnung parallel
oder in Reihe geschaltet.
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Die Amplitude der Ausgangsspannung der Hallsonden, die beispielsweise
auf oder in den Zähnen des Ständerblechpaketes einer Drehstrommaschine angeordnet
sein können, ist proportional dem Maximalwert des magnetischen Flusses. Sind die
Hallsonden ausgangsseitig parallel geschaltet, so bestimmt jeweils diejenige Hallsonde
den Strom, welche vom maximalen Fluß durchsetzt ist. Die Anordnung ermöglicht somit
eine direkte Messung der Amplitude des Luftspaltflusses.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht;
aus Fig. 1 ist die Zuordnung des Flusses zu den Nuten der Ständerwicklung einer
Drehstrommaschine zu ersehen; F i g. 2 zeigt eine Anordnung mit Hallsonden, denen
ein Einphasenwechselstrom als Erregerstrom vorgegeben ist; F i g. 3 veranschaulicht
eine Anordnung von mit Drehstrom erregten Hallsonden.
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Nach Fig. la ist auf jedem Zahn über der Polteilung z, des Ständerblechpaketes
einer Drehstrommaschine jeweils eine Hallsonde 1 bis 9 angeordnet.
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Da der Fluß der Pole symmetrisch ist, genügt die Messung des Flusses
über einer Polteilung.
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Für eine Drehstrommaschine mit großer Nutenzahl je Polteilung der
Ständerwicklung kann auch beispielsweise nur jeder zweite Zahn des Blechpaketes
mit einer Hallsonde versehen sein. Der elektrische Fluß 0 über der Polteilungtp
soll in einem gegebenen Augenblick beispielsweise die aus F i g. 1 b ersichtliche
Verteilung haben. Dann wird die Hallsonde 7 vom maximalen Fluß durchsetzt.
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Nach Fig. 2 ist jede der Hailsonden 1 bis 9 an eine Wechselstromquelle
10 angeschlossen, die den Hallsonden einen vorgegebenen Erregerstrom von beispielsweise
mehreren 100 mA liefert. Die Erregerleitungen der Hallsonde 1 bis 9 können vorteilhaft
je einen vorzugsweise veränderbaren Widerstand 11 bis 19 enthalten. Mit diesen Vorwiderständen
kann der Erregerstrom eingestellt und es können geringe Unterschiede in der Kennlinie
der verwendeten Hallsonden 1 bis 9 ausgeglichen werden, so daß alle Sonden für einen
vorgegebenen Magnetfluß die gleiche Ausgangsspannung liefern. Die Ausgangsspannung
einer Hallsonde beträgt im allgemeinen einige hundert Millivolt. Die Ausgangsleitungen
der Hallsonden 1 bis 9 können deshalb je eine Primärwicklung eines Transformators
21 bis 29 enthalten, die zur galvanischen Trennung der Ausgangskreise der Hallsonden
1 bis 9 dienen und die Spannung auf einen Wert transformieren, der beispielsweise
als Eingangsspannung einer Regeleinrichtung erforderlich ist. Die Sekundärströme
der Transformatoren 21 bis 29 werden jeweils einer Gleichrichteranordnung 31 bis
39 zugeführt, die den Ausgang der Meßanordnung bilden. Die Gleichrichteranordnungen
31 bis 39 können vorteilhaft parallel geschaltet werden. Dann führt jeweils nur
diejenige der Hallsonden (1 bis 9) den Strom, die vom maximalen Fluß durchsetzt
wird. Die Ausgangsspannung UA der Meßanordnung ergibt somit einen Wert, der proportional
ist dem Maximalwert der Induktion B, der bei konstanter Induktionsverteilung proportional
ist dem magnetischen Fluß 0. Von den Hallsonden 1 bis 9 führt immer diejenige, beispielsweise
die Sonde 7 den Strom, die vom maximalen Fluß 0 durchsetzt ist.
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Die Aus,gangsspannung der Hallsonden ist proportional dem Erregerstrom
12 und dem Fluß im Luftspalt von Idem die Hallsonde 1 bis 9 durchsetzt werden. Da
der Erregerwechselstrom IE konstant gehalten wird, ist die gleichgerichtete Ausgangsspannung
UA der Meßanordnung in jedem Augenblick proportional dem Betrag des elektrischen
Flusses 0.
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Falls die Ausgangsspannung UA als Eingangsgröße einer sehr empfindlichen
Regel einrichtung vorgesehen ist, die beispielsweise aus kontaktlosen elektronischen
Schaltelementen aufgebaut sein kann und auf geringe Änderungen der Eingangsgröße
nahezu trägheitslos anspricht, so kann den Hallsonden 1 bis 9 vorteilhaft ein Erregerstrom
mit mindestens annähernd rechteckförmiger Kurvenform vorgegeben werden. Die Ausgangsströme
der Hallsonden 1 bis 9 haben dann ebenfalls eine im wesentlichen rechteckige Kurvenform,
so daß die Welligkeit des Ausgangsstromes 1Ä der Meßanordnung sehr gering ist.
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Stehen Hallsonden 1 bis 9 zur Verfügung, deren Kennlinien keine oder
nur geringe Abweichen zeigen, so können die Vorwiderstände 11 bis 19 entfallen und
die Hallsonden 1 bis 9 erregerseitig in Reihe geschaltet werden.
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Falls die Induktionsverteilung Verzerrungen aufweist, beispielsweise
infolge von Ankerrückwirkungen, so kann auch eine Reihenschaltung der Gleichrichteranordnungen
31 bis 39 vorgesehen sein. Dann ist die Ausgangsspannung UA der Meßanordnung proportional
dem Betrag des magnetischen Flusses.
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In der Anordnung nach F i g. 3 ist ein Dreiphasensystem für den Erregerstrom
vorgesehen. Dement-
sprechend sind die Hallsonden 1 bis 9 in zyklischer Reihenfolge
jeweils an die Phasen R, S und T angeschlossen. Die Hallsonden sind über jeweils
einen Transformator 41 bzw. 42 bzw. 43 an zwei Phasen einer Drehstromleitung angeschlossen,
nämlich die Sonden 1, 4 und 7 an die Phasen R und S, die Sonden 2, 5 und 8 an S
und T und entsprechend die Sonden 3, 6 und 9 an die Phasen T und R. Die Erregerströme
der llallsondengruppen sind somit jeweils um einen Winkel von 1200 elektrisch gegeneinander
versetzt. Die Erregerleitungen können zweckmäßig je einen vorzugsweise veränderbaren
Vorwiderstand Rv enthalten. Die Summe der Ausgangsspannungen der Hallsonden 1 bis
9 ergibt eine Dreiphasenwechselspannung, so daß der gleichgerichtete Ausgangsstrom
IA der Meßanordnung eine geringe Welligkeit hat.
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An Stelle des in der Anordnung nach F i g. 3 vorgesehenen Dreiphasensystems
zur Lieferung des Erregerstromes können auch andere Systeme gewählt werden, beispielsweise
ein Zweiphasensystem, bestehend aus zwei um 1800 elektrisch gegeneinander versetzten
Strömen. In diesem Fall könnten beispielsweise acht Sonden vorgesehen sein und jeweils
die 1., 3., 5., 7. und die 2., 4., 6., 8. an eine der Phasen angeschlossen sein.
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Im Ausführungsbeispiel wurde die Messung des elektrischen Flusses
im Luftspalt einer Drehstrommaschine gewählt. Die Meßanordnung kann jedoch auch
zur direkten Messung des Flusses in anderen elektrischen Geräten herangezogen werden,
beispielsweise bei Geradeausbeschleunigern, sogenannten Wanderfeldmotoren, oder
auch bei Beschleunigungsmaschinen für kernphysikalische Zwecke.