DE1488788A1 - Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators - Google Patents

Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/36Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators, weicher über einen großen Drehzahlbereich Wech- sel- bzw. Drehstrom erzeugen soll.
  • Die bis jetzt bekannt gewordenen Generatoren holten bei wechselnder Drehzahl Span- nung bzw. Strom meist dadurch konstant, daß der Erregerstrom in Abhängigkeit von dem Sollwert reguliert wird. Die Beeinflussung des Erregerstromes geschieht entweder durch stetige Veränderung des Stromes über einen Vorwiderstand oder aber nach dem sogenannten Tirillprinzip, bei welchem ein von der Abweichung des Istwertes vom.Sollwert beeinflußter Kontakt in sehr rascher Folge die Feldwicklung unterbricht oder kurz schließt. Es sind neuer- dings auch Regler bekannt geworden, die mit Halbleitern ausgerastet den Erregerstrom etwa im Sinne der Tirillregler beeinflussen.
  • Veränderliche Vorschaltwiderstände lassen sich nur mit größerem Aufwand automatisch der Drehzahl und der Belastung folgend vertindem. Kontaktregler nach dem Tirillprinzip weisen die mit mechanischen Kontakten verbundenen Schwierigkeiten, wie Kontaktun- sicherheit, Abbrand, Rundfunkstörungen und dgl. mehr auf. Die neuartigen Regler mit Halbleiter erfordern einen recht erheblichen Aufwand und sind daher teuer in der Herstellung.
  • Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile, indem der Läufer aus zwei gegen- einander verdrehbaren Teilen besteht, die in Abhängigkeit von der zu regulierenden Spannung bzw. dem zu regulierenden Strom oder einer anderen Größe während der Ro- tation gegeneinander verstellt werden. Dabei ist vorteilhafterweise der bewegliche Teil des Rotors mit einer Feder gegen den auf der Achse befestigten Teil des Rotors vorge- spannt. .
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind in beispielsweisen Ausfuhrungen anhand anliegen- der Zeichnungen, in der Beschreibung und in den Ansprachen näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt einen Generator im Querschnitt, bei welchem der Stunder die Erreger-_ pole und gleichzeitig die zu induzierenden Wicklungen trägt. Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch dieselbe Maschine. Fig. 3 zeigt im Querschnitt einen Stromerzeuger nach dem Klauenpolprinzip, wobei der Stander ähnlich dem der Fig. 1 aufgebaut ist, mit dem Unterschied, daß die Ständerbleche mit Strom erzeugenden Wicklungen angefüllt sind. Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch dieselbe Maschine. Bei dem im Querschnitt gezeigten Generator nach Fig. 5 sind die den Wechsel- bzw. Drehstrom induzierenden Wicklungen auf Paketen untergebracht, die parallel zu der Achse in dem Ständer befestigt sind. Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch diese Maschine.
  • Bei dem Generator nach Fig. 1 und 2 sind die aus Dynamoblech ausgestanzten Ständerbleche 1 zu einem Paket zusammengefügt und durch Nieten oder dgl. in bekannter Weise verbunden. Die Zähne 2 bis 13 tragen abwechselnd die zu induzierenden Wicklungen und die von Gleichstrom durchflossenen Erregerwicklungen. Letztere sind so ausgeführt, daß in bezug auf die mit Gleichstrom erregten Zähne 3, 5, 7 und dgl. jeweils ein Nordpol auf einen Südpol folgt. Die zu induzierenden Wicklungen der Zähne 2, 4, 6 und dgl. sind bei der WechselstromausfUhrung so angelegt, daß sich die sinusfärmig entstehenden Spannungen durch Hintereinanderschaltung ergänzen. Ist der Stunder mit einer Drehstromwicklung versehen, so können entweder zwischen einem Nord- und einem.SUdpol zwei weitere Zähne vorhanden sein oder es können sich in bekannter Weise die Wicklungen schleifenfärmig Oberdecken. Der Läufer ist auf einer Achse 14 befestigt, die in Lagern 15 drehbar ist. Die Leitbleche 16 des Läufers sind in geeigneter Weise in einem entsprechen- den Profil 17 oder durch Umgießen mit Aluminium befestigt.
  • Bei der Ausfuhrung nach Fig. 3 sind die Ständerbleche l mit einer durchgehenden Wicklung 21 versehen. Auch hier können in der WechselstromausfUhrung sämtliche Wicklungen hintereinander parallel oder in Gruppen parallel und hintereinander geschaltet sein. Soll der Generator Drehstrom erzeugen, so wird in die Nuten eine übliche Drehstromwicklung in bekannter Weise eingelegt. Der Läufer besteht aus der Achse 14, die in den Lagern 15 drehbar ist. Gleiche klauenfärmig ausgebildete Polschuhe 22 umgeben die axial magnetisierten zylindrischen Dauermagnete 23, welche die klauenfärmigen Polschuhe abwechselnd sud und nord erregen. Die Dauermagnete 23 und die Polschuhe 22 sind mittels einer Buchse 24, die aus nichtmagnetisierbarem Material besteht, auf der Achse 14 befestigt.
  • Die Wirkungsweise der Stromerzeugung bei den beiden Ausführungsbeispielen ist aus den Zeichnungen leicht ersichtlich. In der Ausführung nach Fig. 1 fließt bei der Rotation des Läufers durch die induzierenden Wicklungen der magnetische Fluß abwechselnd in zwei Richtungen, je nachdem, ob die Leitbleche 16 einen Nord- oder einen Südpol mit der zu induzierenden Wicklung verbinden. Die Zähne 2 bis 13, ebenso wie die Leitbleche 16 sind so geformt, daß der Kraftfluß und damit die Spannung sinusförmig ab- und zunehmen.
  • Die Stromerzeugung in dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 geschieht dadurch, daß bei der Rotation des Ltlufers die Ständerpole abwechselnd den nord- und sudmagnetischen Polschuhen 22 gegenüberstehen.
  • Bei dem Stromerzeuger nach Fig. 5 und 6 besteht das Eisen des Stators 31 aus den Blechpaketen 32, die ihrerseits aus Streifen abfallos geschnitten sind. Die einzelnen Blechpakete sind von den Spulen 33 umgeben, die entweder unter Zwischenlage von Isolierfolien unmittelbar auf die Blechpakete 32 aufgewickelt sind oder auf einem Spulenkörper sitzen, der seinerseits Ober die Blechpakete 32 gestreift ist. Die Spulen können entweder hintereinander, parallel bzw. in Gruppen parallel und hintereinander geschaltet sein. Ebenso ist die Aufbringung eines dreiphasig geschalteten Spulensystems zur Erzeugung von Drehstrom möglich. Innerhalb dieser Statorspulen ist die feststehende Erregerspule 34 angeordnet. Sie befindet sich auf einem Spulenkörper 35, der entweder vollständig aus Isolierstoff besteht oder dessen Röhre aus einem ferritischen Werkstoff, deren Flanschen aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellt sind. Die Blechpakete 32, die Spulen 33 sowie die vollständige Erregerspule, bestehend aus der Erregerspule 34 und Spulenkörper 35, sind mit einem Isolierstoff fest umgossen bzw. verpreßt, so daß ein kompakter Statorkörper entsteht. Der Rotor besteht aus den beiden Polrädern 37 und 38, wobei das Polrad 37 mit einer hohlen Nabe 39 versehen ist. Das Polrad 38 hat einen Fortsatz 40, der in die Bohrung der Nabe 39 mit geringem Spiel eintaucht. Um Wirbelstromverluste bei höheren Frequenzen zu vermeiden, ebenso wie aus Fertigungsgrunden, kann es zweckmäßig sein, die Polräder aus legierten Dynamoblechen auszuschneiden. Auf der Achse 41, die in den Lagern 42 drehbar ist, ist das Polrad 37 mit dem Fortsatz 39 befestigt. Anstelle der Erregerspule 34 kann der Läufer auch aus zwei Stück in der Mitte mit einem geringen Spalt zusammengesetzten ringförmigen Dauermagneten bestehen, die stirnseitig die bei- den Polräder 37 und 38 tragen.
  • Der Generator nach Fig. 5 und 6 arbeitet in folgender Weise: In der in Fig. 5 gezeiichneten Stellung ist der magnetische Widerstand des Erregersystems arm größten, da die Zähne der Polräder zwischen den Blechpaketen 32 stehen. Der Magnetfluß ist in den Blechpaketen 32 daher am geringsten. Sobald die Polräder 37 und 38 sich den Blech- paketen 32 nähern, schwillt der magnetische Fluß in den Blechpaketen 32 an. Der maximale Durchfluß ist erreicht, wenn sich die Polräder 37 und 38 mutig auf den Blech- paketen befinden. Sobald die Polräder sich von den Blechpaketen entfernen, schwillt der Kraftfluß ab, die Wechselspannung entsteht nach der anderen Seite.
  • Allen drei Ausführungsarten und tihnl ichen Konstruktionen mit Magnetpolen oder Leitblechen auf dem Läufer ist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung gemeinsam.
  • Sie besteht darin, daß der Läufer etwa in der Mitte seiner Länge so zweigeteilt ist, dd3 die umlaufenden induzierenden Pöle oder Leitbleche gegeneinander auf der Achse in Abhängigkeit von der zu regelnden Größe verdreht werden.
    Die Feder 61 vermittelt der Scheibe 58 eire gewisse Vorspannung und damit ein Drehmoment gegen einen nicht gezeichneten Anschlag. Die Scheibe 58 dreht sich in dem Spalt eines beispielsweise hufeisenförmig ausgebildeten Joches 64, das mit einer Magnetwicklung 65 versehen ist: An dieser Wicklung kann entweder die induzierte und gleichgerichtete Spannung Liegen oder sie kann vom ebenfalls gleichgerichteten Hauptstrom bzw. eines proportionalen Teiles desselben durchflossen sein. Das Joch 64 kann zwei oder mehrere, beispielsweise an der Spannung liegende, vom Strom durchflossene oder von einer beliebigen Größe beeinflusste Wicklungen, tragen.
  • Entsteht zwischen den Polendes Joches 64 ein magnetischer Fluß, so wird die rotierende Scheibe 58 nach dem Wirbelitromprinzip abgebremst. Wenn ein bestimmter Sollwert überschritten ist, überwindet das Wirbelstrom-Bremsmoment der Scheibe 58 die Vorspannung der Feder 61, so daß sich die Scheibe 58 gegenüber der Achse des Rotors in Bewegung setzt. Die exzentrische Nabe 59 bewegt bei einer Umdrehung das Zahnrad 54, das sich infolge des Stiftes 55 gegenuber der Achse nicht mitdrehen kann, hin und her. Entsprechend dem Zöhnezahlverhöltnis des Zahnrades 54 zu dem Kranz 53 macht letzterer bei einer Schwingung des Zahnrades 54 eine Drehbewegung um einen Zahn. Die auf der Achse dreh- bare Rotorhälfte bewegt sich entsprechend mit. Damit wird aber die induzierte Spannung vermindert. Mit der weiteren Relativbewegung der Scheibe 58 gegen die Achse kann die Spannung beliebig weit verkleinert werden. Die Wirkung der Regelung ist dann arn grt$ßten, wenn sich in den gezeichneten Beispielen der auf der Achse drehbare Rotor gegenuber dem auf der Achse festen bei dem Generator noch Fig. 1, 2, 3 und 4 um 1/6, bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 um 1/12 verdreht hat.
  • Wird nur eine einfache Strom- oder Spannungsregelung benötigt, so können der Kranz 53, das Zahnrad 54, der Stift 55, die Scheiben 57 und 58 sowie das Joch 64 fortfallen. Fur die genannten einfachen Zwecke genügt es, wenn die Feder 61 den auf der Achse drehbaren Teil des Rotors mit einer bestimmten Vorspannung gegen einen auf der Achse festen Anschlag dreht. Sobald der durch die Federvorspannung bestimmte Sollwert überschritten ist, dreht die Ruckwirkung des Stators auf den beweglichen Teil des Rotors, letzteren im Sinne einer Erniedrigung des erzeugten Stromes bzw. der Spannung. Anstatt des hufeisenförmigen Joches 64 kann der am Stator oder am Lagerschild be- festigte Bremsmagnet auch als konzentrisch um die Achse liegendes System ausge-bildet sein. Die Bremsscheibe kann ferner topfförmig gestaltet in einen am Stator befestigten hufeisenförmigen Magneten oder in ein um die Achse konzentrisch aus- gebildetes Magnetsystem eintauchen.

Claims (1)

  1. Patentarepruche 1. Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators ' mit im Stander liegenden Wicklungen fUr die Stromerzeugung und einem Läufer, der Magnetpole oder den Magnetfluß leitendes Eisen tragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufen aus zwei gegeneinander verdrehbaren Teiien besteht, die in Abhängigkeit von der zu regulierenden Spannung bzw. dem zu regulierenden Strom oder einer anderen beliebigen Größe wahrend der Rotation gegeneinander verstellt werden. 2. Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Teil des Rotors mit einer Feder (61) gegen den auf der Achse (14, 41) befestigten Teil des Rotors vorge- spannt ist. 3. Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nach dem Wirbeistromprinzip von einem feststehenden Magnetsystem (64, 65) abbremsbare Scheibe (58) die Verstellbewegung auf den drehbaren Teil des Rotors Uberträgt.
    7. Einrichtung zur Regelung der Spannung eines Wechsel- oder Drehstromgenerators nach Anspruch 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe topfförmig ausgebildet ist.
DE19651488788 1965-02-27 1965-02-27 Einrichtung zur Steuerung der Spannung eines mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen konstanterregten Wechseloder Drehstromgenerators Pending DE1488788B2 (de)

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