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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.
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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.
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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.
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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. .
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Allen drei Ausführungsarten und tihnl ichen Konstruktionen
mit Magnetpolen oder Leitblechen auf dem Läufer ist die
erfindungsgemäße Regelvorrichtung gemeinsam.
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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.
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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.
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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.