DE1914924C - Drehfeldübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehfeldübertrager mit einem aus einer Anzahl von Wicklungen gebildeten Stator und einem Rotor, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, wobei das Drehmoment des Übertragers proportional einer in der Statorwicklung von der Rolorprimärwicklung induzierten Querdurchflutung ist.

Wie allgemein bekannt ist, besteht eine Ausbildungsform eines Drehmoment-Fernübertragungslystems aus einem Drehfeldgeber und einem Drehfeldempfänger, wobei eine in Stern geschaltete Wicklung eines Drehfeldgeberstators elektrisch mit einer entsprechend verbundenen, in Stern geschalteten Wicklung des Drehfeldempfängerstators verbunden fet und der Empfänger und Geber jeweils Rotorwicklungen aufweisen, die von einer Wechselspannungsbezugsquelle erregt werden. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 866 969 beschrieben.

Belinden sich beide Rotoren in der gleichen magnetischen oder elektrischen Lage, so werden in jedem Sta:or gleiche Spannungen induziert, und es fließt in den Statoren kein Strom. Weicht jedoch die Lage eines Rotors, beispielsweise des Geberrotors, geringfügig von der Lage des Empfängerrotors ab, so ist die im Empfängerstator durch dessen Rotor induzierte Spannung nicht die gleiche, die im Geberstator durch dessen Rotor induziert wird, so daß ein Ungleichgewicht hervorgerufen wird, das ;:u einem Stromfluß in Jen Statorwicklungen führt.. Dieser Strom fließt in einer magnetischen Achse, welche im wesentlichen senkrecht zur Rotorerregerachse liegt, und welche gewöhnlich als Que ^feldstrom bezeichnet wird, während der Rotorstrom als Längsfeldstrom bezeichnet wird. Wie es bei. einem derartigen System allgemein bekannt ist, ist das Drehmoment des Drehfcldempfängers näherungsweise dem Produkt aus der Flußdichte des Rotorfeldes und dem Statorquerstrom Sowie dem Kosinus des Zeitphasenwinkels zwischen dem Längsfeldstrom und dem Querfcldstrorr. proportional. Es ist offensichtlich, daß für eine festliegende Flußdichte des Rotorfeldes und einen Ze tphasenwinkcl, der im wesentlichen O'^; beträgt (Kosinus H 1). das Drehmoment pro Grad Winkelabweichurig /wischen Geber und Empfänger dem Oikrsimm pro Grad Winkdabwcichung proportional ist.

I s ist für die Hersteller von Drchfcldermfängern hoher Qualität üblich, das Drehmoment pro Grad VVinkclabwuichung bzw. den Drehmomentgradienten ihrer Einheiten durch Verkleinerung der Impedanz in ller Querachse zu vergrößern, indem eine kurzgefcchbssene Qucrfcldspule, die aus kurzgeschlossenen kupfer standen bestehen kann, im Winkel von 90 tlektrischen Graden zur Erregerwicklung am Rotor Higebraclil wird. Dieses Verfahren erhöht den Querti.klstrmn des Stators, wodurch der Drehinomcntgradient üblicherweise um 50 bis 60Vo erhöht wird. Diese Erhöhung ist jedoch häufig ungenügend, um den Antrieb einer Last durch den Drchfcldcmpfänger zu ermöglichen, und es wurde deshalb häufig ein an ilen Empfänger angeschlossener Servomechanismus zum Antrieb der Last an Stelle eines einfachen, billigen Drchfeldempfängers verwendet. Dahei ist es äußerst wünschenswert, das Drehmoment des Drehfddcmpfiingcrs weiter zu erhöhen, um die Notwendigkeit für eine Servoeinrichtung weitgehend zu verringern.

Dies wird erfindungsgernüß erreicht durch eine magnetisch mit dem Stator gekoppelte, im Rotor angeordnete Abtastwicklung zur Abtastung des in der Rotorprimärwicklung induzierten Querfeldstroms, eine Verstärkereinrichtung, die elektrisch mit der Abtasteinrichtung verbunden ist, und eint: an den Verstärkerausgang angeschlossene, im Rotor angeordnete, zur Erhöhung des Drehmoments dienende Wicklung, die quer zur Rotorp.-imärwicklung

ίο liegt.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Drehfeldübertragersysterns,

Fig. 2 eine schematische Anordnung eines erfindungsgemäßen Drehfeldempfängers und

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehfeldübertragersystems.

In den Zeichnungen stellen gleiche Bezugszeichen

ao gleiche Teile dar. Gemäß F i g. 1 weist das nahfeldübertragungssystem einen Drehfeldgeber T und einen Drehfeldgeber R auf. Der Drehfeldgeber besteht aus einem Stator, welcher mit einer Drehstromwicklung 10, 11, 12 dargestellt ist, und aus einem Rotor 13

as mit einer Wicklung 13 a. Der Drehfeldempfänger besitzt einen ähnlichen Stator mit Wicklungen 20, 21, 22 und einen Rotor 23 mit einer Rotorwicklung 23 a. Der Geberstator und der Empfängerstator sind miteinander verbunden, wie dies schematisch durch die Klemmen 30, 31 und 32 dargestellt ist. Die Rotorwicklungen 13 a und 23 a werden durch Leitungen 33 und 34 verbunden und von einer Wechüelstromquelle 35 gespeist.

Eine Betrachtung der Betriebsweise des Drehfeld-Übertragungssystems läßt die vorliegende Erfindung erkennen.

Es sei angenommen, daß die Rotoren 13 und 23 von Geber und Empfänger jeweils bezüglich der Statorwicklungen 10, 11, 12 und 20, 21, 22 in einer

gleichen Wickellage angeordnet sind. Die in den Statorwicklungen des Gebers und des Empfängers induzierten Spannungen sind dann gleich, und es tritt weder im Geberstator noch im Empfängerstator eine resultierende magnetomotorische Kraft auf. Falls die Rotoren 13 und 23 eine geringfügige Winkelabweichung aufweisen, so wird in den Statorwicklungen des Gebers eine Spannung induziert, die sich von der in den Empfängerwicklungen induzierten Spannung unterscheidet. Ein resultierender Strom fließt dann in den Statoren, wodurch eine magnetomotorische Kraft in der Querachse des Empfängerstators auftritt, die auch als querfeldmagnetomotorische Kraft bezeichnet wird. Dieses Querfeld, welches mit dem Längsfeld der Rotorwicklung 23 zusammenwirkt, liefert ein Drehmoment im Empfänger, durch welches der Rotor 23 und seine Spule 23 α in Winkelübereinstimmung mit dem Rotor 13 gedreht werden.
Das vom Rotor 23 erzeugte Drehmoment ist dem Produkt aus der Flußdichte des Längsfeldes (welches durch den Strom in der Spule 23a verursacht wird) und dem Strom im Statorquerfeld proportional. Diese Gleichung setzt voraus, daß die Ströme im Liingsfeld und im Querfeld zeitlich in Phase sind. Liegt eine Phasengleichheit nicht vor, so wird das verfügbare Drehmoment um den Kosinus da Phasenwinkels zwischen den magnetomotorischen Längsfeldkräften und Querfeldkräften verringert.

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Mathematisch ergibt sich die Beziehung gleiche ist wie für die Rolorlüngswicklung, so ergibt

T = K-Ι,,,-οο&θ"I (U ^s'^c'¹ ^^ur ^'^e °^'ß^e Gleichung (3) folgende Beziehung

^ei 7' das Drehmoment darstellt, K eine Propor- T = K- l,_h ■ I₁₁,,, -Φ-Α. ( )

lionulilätskonstunte, l_ar die magnetomotorische Kraft 5 Ein Vergleich der Gleichungen (3) und (4) zeigt,

«ier Rotorlängsachse, /_qs die magnetomotorische daß ein Wert, der größer als 1 ist, hinzugefügt wurde,

Kraft der Statorquerachse und ö den zeitlichen Pha- d. h. der Gewinn (A) des Verstärkers 45, und daß

lenwinkel zwischen /_dr und /„_s. ein Wert, der kleiner als 1 sein kann (der cos des

Rs ist unmittelbar ersichtlich, daß der Anstieg des Phasenwinkels zwischen der magnetomutorischen

prchmomenis von einer Vergrößerung der jeweiligen io Kraft der Rotorlängsachse) eliminiert wurde. Damit

Ströme abhängt und davon, daß Θ, so klein wie mög- wird ein wesentlich größeres Drehmoment erzielt, als

Jich gemacht wird, vorzugsweise 0°, d. h. cos; θ=1. dies mit einem Standarddrehfeldempfänger möglich

Die magnetomotorische Kraft, welche durch den ist. Abhängig vom Gewinn des Verstärkers (unter-

Roiorlängssüom erzeugt wird, ist durch die Impe- halb der Instabilitätsgrenzen) kann eine Erhöhung

danz des geüamten Systems und durch die Sättigung 15 des Ausgang^drehmoments zwischen 10 bis 100 er-

de.s Eisenmaterials begrenzt. Wie bereits erwähnt reicht werden. Der Grenzanstieg ist durch die Oszil-

wurde, hat man Versuche unternommen, das Dreh- lationsbegrenzung des Drehfeldempfängers gegeben

moment von Drehfeldübertragern zu erhöhen, damit sowie durch den Temperaturanstieg oder Sättigungs-

tii 1 Kosten und der komplizierte Aufbau von Servo- pegel der Eisenkernanordnung,

^!richtungen vermieden werden können. Durch die ao Für die Ausbild'"i£ des verbesserten erfindungs-

V.irringerung der Impedanz der Wicklungen und eine gemäßen Drehfeldubrtragers gibt es verschiedene

Verbesserung des magnetomoiorischen Flusses, bei- Möglichkeiten. Gemäß Fig. 2 weist der Empfän-

:, lielsweise durch Verwendung von ausgeprägten Ro- ger R eine Statoranordnung 25 auf, in welcher die

ι rpolen und/oder einen veränderlichen Luftspalt Statorwicklung in üblicher Weise angeordnet ist, wo-

v irde eine bescheidene Verbesserung des Betrie'-s- 25 bei nur eine Wicklung in schematischer Darstellung

.rhaltens erreicht. aus Gründen der Klarheit angegeben wurde. Der Ro-

Der Strom in der Statorquerachse kann jedoch tor ist in Abschnitte 26 und 27 unterteilt, die magne-

. ' ich Erhöhung des Stromes in der Rctorquerachse tisch voneinander isoliert sind. Die Rotorlängswick-

.. rgrößert werden. Dieser Stromanstieg ist nur durch lung 23 ist über beide Abschnitte des Rotorpakets

ins Erwärmung der elektrischen Leiterund die Eisen- 30 gewickelt und kann in bekannter Weise schräg an-

s'ittigung begrenzt. Im Einklang mit der vorliegenden geordnet sein. Die Aufnahmewicklung 40 ist in den

Erfindung wird ein aktives Element verwendet, das Querstabschlitzen des kleineren Rotorabschnitts 26

ti.ie negative Impedanz darstellt, beispielsweise ein aufgewickelt und die Haupt-Querwickiung 50 ist in

Verstärker, der zusätzlich bezüglich des Winkels und den Querstabschlitzen des größeren Rotorabschnitts

der Phase geregelt werden kann, um eine positive 35 27 angeordnet, wie aus F i g. 2 schematisch enicht-

Verstärkung des Stroms in der Statorquerachse zu lieh ist. Diese Wicklungen können selbstverständlich

liefern. über die Wicklung 23 gelegt werden und die etektri-

Gemäß F i g. 1 ist eine zusätzliche Abta&twicklung sehen Anschlüsse können über geeignete Schleifringe,

40 am Rotor des Empfängers angeordnet und zur die aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt sind,

Abtastung des Statorquerfeldes orientiert. Die von 40 erfolgen.

der Abtastwicklung auf den Leitungen 41 und 42 Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß mit

kommenden Signale werden an einem Verstärker 45 einer Anordnung gemäß F i g. 3 eine etwas größere

eingegeben. Der Verstärkerausgang, der an den Genauigkeit erhalten werden kann als mit der An-

Klemn.en 47, 48 erscheint, gelangt in eine Querspule Ordnung nach F i g. 2. Dabei ist ein Standard-Dreh-

50, die auf den Rotor 23 aufgebracht ist, um durch 45 feldempfänger, welcher einen getrennt erregten Ro-

eine Transformatorwicklung einen zusätzlichen Strom tor 23 und Statorwicklungen 20, 21, 22 aufweist, mit

in der Statorquerachse zu erzeugen. einer einen Steuertransformator verwendenden Dreh-

Befindet sich der Drehfeldübertrager in seiner meldcranordnung gekoppelt, welche Statorwicklun-

Null-Lage, <*o ist die magnetomotorische Statorquer- gen 60, 61 und 62 aufweist, die jeweils über die

kraft gleich Null. Bei Abweichung der Spule 13 a 50 Klemmen 30, 31 und 32 parallel geschaltet sind. Die

gegenüber der Null-Stellung wird die rnagpetcmoto- Rotorwicklung 64a eines Steuertransformatorrotors

riscl'.e Statorquerkraft: 64 ist mit der Querachse des Drehfeldempfängers

/<-/.* n\ fluchtend angeordnet, am das Querfeld abzutasten.

«> ^- «to^# *. W _Der R_0t0r 54 ;_st übe,- _eme welle 66 mechanisch mit

wobei /,_J0 einen konstanten induzierten Strom und θ 55 dem Rotor 23 verbunden. Die Klemmen der Rotorden Abweichungswinkel der Rotorwelle darstellt. Das vicklung 64a sind über nichtdargeatellte Schleifringe abgegebene Drehmoment ist dann bei Abwesenheit herausgeführt und mit dem Verstärker 45 verbunden, einer Verstärkung im Verstärker 45 Der Ausgang des Verstärkers 45 ist wie in der An- T=KIl «ß cn* <b (1\ Ordnung nach F i g. 1 an eine am Rotor 23 des Dreh- i_dt i_w ψ ««ν. yj, _{6o {e}j_dennpfSngers angeordnete Querwicklung ange-

Durch Vergrößerung des von der Wicklung 40 ab- schlossen, die in F i g. 3 als Wicklung 65 dargestellt

getasteten Statoiquerstroms und durch Zuführung ist. Falls erwünscht, können die Drehfeldübertrager,

dieses Sfoms an eine Rotorquerwicklung SO wird das welche durch die Statorwicklungen 60, 61 und 62,

vergrößerte Drehmoment verstärkt. Da der VerstMr- den Rotor 64 und die Rotorwicklung 64 α sowie die

ker derart eingestellt werden kann, daß die Eingangs- 65 Statorwicklungen 20, 21 und 22, den Rotor 23 und

signale in Phase mit dem Rotorquerstrom litegen, wird die Rotonvicklungen 23 α und 65 gebildet werden,

der Ausdruck für den Kosinus θ gleich 1. Falls der zusammen mit dem Verstärker 45 in einem gemein-

Spannungsgradient der Aufnahme-Querwicklung der samen Gehäuse angeordnet werden. Die Klemmen

für die Leistungszuführung, die schematisch bei 4l> angegeben sind und die von F i g. 1 weggelassen wurden, können direkt am gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.

Die Anordnung der Wicklungen 40 und 50 (Fig. 1) sowie 65 (Fig. 3) in den zugehörigen Schlitzen, zwecks Anordnung derselben in der Querachse, ist für den Fachmann offensichtlich.

Claims (2)

Patentansprüche: IO

1. Drehfeldübertrager mit einem aus einer Anzahl von Wicklungen gebildeten Stator und einem Rotor, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, wobei das Dreh- moment des Übertragers proportional einer in der Statoi-wicklung von der Rotorprimärwitiklung induzierten Querdurchflulung ist, gekennzeichnet durch eine magnetisch mit dem Stator ge

koppelte, im Rotor angeordnete Abtastwicklung (<<); 64) zur Abtastung c!es in der Rotorprimiirwicklung (23a) induzierten Querfeldstroms, eine Verstärkereinrichtung (45), die elektrisch mit der Abtasteinrichtung verbunden ist, und eine an den Verstärkerausgang angeschlossene, im Rotor ungeordnete, zur Erhöhung des Drehmoments dienende Wicklung (50; 651, die quer zur Rotorpi imärwicklung liegt.

2. Drehfeldübertrafer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein Haupt-10 torblech paket (27) und ein Hilfsrotorblechpiiket (26) aufweist, die magnetisch voneinander isoliert sind, und daß die Rotorprimärwicklung (23a) um das Hauptrotorblechpaket und das Hilfsrotorblechpaket |;ele»t ist, und ferner die Abtastwicklung (40; t>4) um das Hilfsrotorblechpaket quer zur J^otcrprimärwicklung (23 a) liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen