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Wechselstromgenerator Die Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator
mit einem magnetisch leitfähigen Rotor in Form eines Zahnrades und einem Stator
mit einer geraden Anzahl von Polen, auf denen die Wicklungen von zwei Generatoren
angeordnet sind, von denen der eine den anderen erregt, wozu einerseits auf jedem
Pol zwei Erregerwicklungen und andererseits in Nuten zwei Ankerwicklungen angeordnet
sind.
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Zum Verringern der erforderlichen Wartungsarbeiten werden die herkömmlichen,
mit Gleichstrom arbeitenden Erregermaschinen durch statische Erregervorrichtungen
ersetzt. Die Dimensionierung dieser Vorrichtungen ist nicht nur durch die abzugebende
Leistung bedingt, sondern auch durch die Frequenz, bei der sie arbeiten (im allgemeinen
die Netzfrequenz), sowie durch Kühlungsprobleme. Die Kühlung ist nämlich schwierig,
da es sich um nicht bewegte Konstruktionen handelt.
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Da bei einer Erregermaschine die an den Ankerklemmen auftretende Spannung
dem abgegebenen Strom proportional ist, ist es wegen der starken Schwankungen Ausgangsspannung
nicht ohne weiteres möglich, die Erregung von der Ausgangsspannung der Maschine
her zu speisen.
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Es ist bekannt, einen Wechselstromgenerator mit einem magnetisch leitfähigen
Rotor in Form eines Zahnrades zu bauen, vor dem auf einem Stator die Wicklungen
von zwei Generatoren angeordnet sind, die einander erregen und deren Erregerflüsse
und induzierte Spannungen entkoppelt sind. Das wird durch Bilden eines zweipoligen
und eines vierpoligen Systems auf einem Stator mit zumindest vier Polen erreicht,
das so erfolgt, daß sich die magnetischen Flüsse zweier Systeme in zweien der Pole
addieren und in den anderen gegenseitig aufheben.
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Die daraus folgende ungleichmäßige Verteilung der magnetischen Flüsse
ist ein Nachteil, der das Herstellen eines derartigen Wechselstromgenerators teuer
und kompliziert macht. Das ist eine Folge der Tatsache, daß man wegen der ungleichen
Flußverteilung zu einer überdimensionierung der Magnetbleche an den Polen kommt,
in denen sich die magnetischen Flüsse aufheben, wenn man eine magnetische übersättigung
in den Polen vermeiden will, in denen sich die magnetischen Flüsse addieren. Anderenfalls
müßte man die beiden Polgruppen verschieden dimensionieren, was den Herstellungsvorgang
kompliziert. überdies sind auch die in den beiden Polgruppen induzierten Spannungen
verschieden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile durch einen Generator
auszuschalten, der keinen Zusatzerreger benötigt, dessen induzierende und induzierte
Wicklungen auf dem Stator angeordnet sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf jedem genuteten
Pol in den äußeren Nutabschnitten die Hauptankerwicklung und im inneren Nutabschnitt
sowohl eine Hilfserregerwicklung als auch innerhalb dieser eine Ankerhilfswicklung
untergebracht ist, mit deren Hilfe die Haupterregerwicklung erregt wird, die den
Pol in bekannter Weise umgibt, so daß die Ankerhilfswicklung den gleichsinnigen
Flüssen sowohl der Haupterregerwicklung als auch der Hilfserregerwicklung ausgesetzt
ist.
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Damit wird das erfindungsgemäße Generatorprinzip auch auf zweipolige
Generatoren anwendbar, was beim bekannten Generator nicht möglich war. Beim erfindungsgemäßen
Generator sind nämlich für den zur Erregung notwendigen Teil keine zusätzlichen
Pole erforderlich.
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Wegen Fehlens von rotierenden Wicklungen weist der Generator nach
der Erfindung alle Vorteile statischer Vorrichtungen auf und hat außerdem gegenüber
letzteren weitere wichtige Vorzüge, insbesondere folgende: ein Arbeiten bei einer
die Netzfrequenz weit übersteigenden Frequenz, wodurch sich eine große Gewichtsverminderung
der Steuerkreise ergibt; eine auf natürliche Weise belüftete Konstruktion (da der
Metallrotor sich in Bewegung befindet), welche die Kühlungsbedingungen beträchtlich
verbessert und zu einer bedeutenden Verringerung von Volumen und Gewicht der verwenderen
magnetischen
und elektrischen Materialien führt.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen schematischen
Querschnitt durch einen Wechselpolgenerator, F i g. 2 eine Seitenansicht des Magnetkreises
eines induzierenden Pols des Stators und den diesem Pol gegenüberliegenden Teil
des Rotors, F i g. 3 den Teil des induzierenden Pols, der die Steuererregungswicklung.
umfaßt, F i g. 4 den elektrischen Schaltplan einer Ausführungsform des Generators,
F i g. 5 die Nutung eines induzierenden Pols des Stators und F i g. 6 die Steuerwicklung
bei einem induzierenden Pol im Fall einer dreiphasigen induzierten Steuerwicklung.
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Gemäß F i g. 1 weist der Stator des Wechselpolgenerators Pole 1 mit
den Erregerwicklungen 2 auf. Diese Erregerwicklungen werden so gespeist, daß Nord-
und Südpole abwechseln. Die Pole sind am zylindrischen Luftspalt mit Längsnuten
3 versehen, in denen die Leiter der induzierten Wicklungen angeordnet sind. Der
Rotor 4 besteht aus magnetisch leitfähigem Material und hat die Form eines Zahnrades.
Beim Vorbeilaufen an den einzelnen Nuten 3 des Stators bewirken diese Zähne 4 eine
Veränderung der Reluktanz in" Höhe der Nut und rufen damit das Auftreten einer Wechselspannung
in den induzierten Leitern hervor.
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F i g. 2 stellt einen induzierenden Pol eines Generators nach der
Erfindung dar. Die Haupterregerwicklung ist in den Nuten 5 und 6 untergebracht.
Das Polstück ist in fünf Sektoren 7 bis 11 mit je sechs Nuten aufgeteilt. Die Sektoren
7, 8, 10 und 11 nehmen die Ankerwicklungen auf, und der Mittelsektor 9 ist für die
Selbsterregerwicklungen bestimmt. Der Rotor besitzt Zähne 4 in einer solchen Anzahl,
daß jedem Ankersektor ein Zahn gegenüberliegt.
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F i g. 3 gibt die Anordnung der Selbsterregerwicklungere in den sechs
Nuten a, b, c, d, e, f des Mittelsektors 9 wieder (F i g. 2): Diese Selbsterregerwicklungen
umfassen eine Gleichstrom-Steuerfeld wicklung 12 und eine Hilfsankerwicklung 13.
Die Wicklung 12 ist in den äußersten Nuten a und f und die Wicklung 13 in den inneren,
unmittelbar danebenliegenden Nuten b und e
angeordnet.
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Diese beiden Wicklungen 12 und 13 bilden auf diese Weise einen
Hilfsgenerator im Inneren des Hauptgenerators, dessen Wicklungen auf Grund der Anordnung
der Nuten von den induzierenden Hauptwicklungen des Hauptgenerators getrennt und
daher deren Spannungsabfall und deren Ankerrückwirkung gegenüber unempfindlich sind.
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Die F i g. 4 veranschaulicht schematisch eine Schaltmöglichkeit der
Gesamtheit von zwei Polen des Generators.
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In der induzierten Hilfsankerwicklung 13 tritt eine Spannung auf,
die sich beim Start aus der remanenten Induktion des Magnetkreises und beim Betrieb
aus i dem durch die Gleichstrom-Steuerwicklung 12 erzeugten Feld ergibt. Die einphasige
induzierte Hilfsankerwicklung 13- speist zwei Kreise, und zwar die Steuerfeldwicklung
12 über eine Gleichrichterbrücke 16 und einen Begrenzungswiderstand 17 sowie die
Haupterregerwicklung 2 über die Gleichrichterbrücke 18 und einen Regler 19. Das
Haupterregerfeld 2 induziert die dreiphasigen Hauptwicklungen 20, 21, 22, 23, die
in den Nuten der Sektoren 7, 8, 10 bzw. 11 des Stators (F i g. 2) angeordnet sind.
Diese induzierten Hauptwicklungen 20 bis 23 speisen über einen Leistungsgleichrichter
24 eine Wicklung 25.
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Wenn die Maschine mit gleichbleibender Geschwindigkeit umläuft, kann
der Widerstand 17 ein ohmscher Widerstand sein. Wenn sie jedoch mit veränderlicher
Geschwindigkeit umläuft, kann dieser Widerstand entweder eine Induktanz sein oder
durch eine Regelvorrichtung ersetzt werden.
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Der gesteuerte Apparat mit der Wicklung 25 kann die Erregerwicklung
einer Gleichstrom- oder Wechselstrommaschine oder irgendeine elektrische oder elektromechanische
Vorrichtung sein, die eine veränderliche und dosierte Speisung mit elektrischer
Energie erfordert.
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Die induzierte Hilfsankerwicklung 13 ist, wie ersichtlich, der gleichzeitigen
Einwirkung von zwei Feldern unterworfen: des Steuerfeldes 12 einerseits und des
Hauptfeldes 2 andererseits, das bei Speisung der Haupterregerwicklung das erste
überlagert. Daraus ergibt sich, daß das gesamte Erregerfeld des Steuerankers in
Abhängigkeit von der Leistungsabgabe des Generators zunimmt, was die Bemessung der
Regulierorgane erleichtern kann.
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Wenn man im Gegensatz dazu wünscht, daß der Erregerfluß der induzierten
Hilfsankerwicklung konstant ist, könnte eine Nutenstegsättigung der Wicklung entsprechend
der in F i g. 5 angedeuteten Anordnung hervorgerufen werden, nach der der Nutensteg
26 des Steuerankers schmaler ist als der Nutensteg 27 des Hauptankers.
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F i g. 6 veranschaulicht den Fall einer dreiphasigen Ankerwicklung,
die zum Erreichen einer größeren Leistung verwendet wird. Die drei induzierten Wicklungen
13, 14 und 15 sind in Sternschaltung dargestellt. Der induzierte Dreiphasenstrom
wird an den Klemmen Ap, Bp, Cp abgenommen. Es kann auch die Reihenschaltung von
zwei oder drei induzierten Wicklungen vorgesehen werden, um die verfügbare Leistung
zu erhöhen.