DE2323804A1 - Lineare induktionsmaschine - Google Patents

Description

ZELLENTIN u.LUYKEII Patentanwälte

67 Ludwigshafen/RheW

CENTRO DE ESTUDIOS cem 1787

Y EXPERIMENTACION 10. Mai 1973

DE OBRAS PUBLICAS Y/Mt .

Madrid/Spani en

Lineare Induktionsmaschine

Die Erfindung betrifft eine lineare Induktionsmaschine.

Die linearen Asynchronmaschtien befinden sich augenblicklich völlig in einer Periode der Erforschung, wobei gesagt werden kann, daß mit ihrer Entwicklung sich ein sehr wichtiger technologischer Fortschritt vollziehen wird.

Die Maschinen setzen sich ahuptsächlich aus zwei parallelepipedischen Magentkernen zusammen, die parallel zueinander angeordnet und beide durch einen geringen Luftspalt voneinander getrennt sind.

An den Kernaußenflächen, welche den Luftspalt begrenzen, sind voneinander getrennte identische dreiphasige Wicklungen, j,ede für sich in auf den Flächen eingelassenen Rillen untergebracht und in einer vollkommen anäbgen Weise zu den herkömmlichen Rotationsmaschinen angeordnet.-

Beim Anschluß dieser Wicklungen an das Drehstromnetz, wird in dem Luftspalt ein Magnetfeld in Form einer sinusförmigen Welle erzeugt, die sich mit der Gleichlaufgeschwindigkeit:

f *5 Stromfrequenz

^vs = ^f · Λ

= Wellenlänge der Wicklung fortbewegt.

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Wenn in den Luftspalt bezw. an die Magnetkerne ein bewegliches Leiterelement eingebracht bezw. angelegt wird, werden in demselben Ströme induziert, die eine Energieübertragung zwischen demselben und den Wicklungen verursachen.

Wenn die Leitergeschwindigkeit geringer als V ist, überträgt sich die Energie der Wicklungen auf den Leiter (Wirkungsweise als Motor), falls dieselbe aber größer ist, erfolgt die Übertragung in umgekehrten Sinne (Wirkungsweise als Generator).

In der Praxis kommt die Maschine hauptsächlich in zwei verschiedenen Fällen zur Anwendung:

a) als Linearmotor für elektrische Traktion, z.B. FFCO

Der in dem Luftspalt befindliche Leiter kann in diesem Falle eine in der Mitte der Bahn gelegene dünnwandige Metallamelle sein, während die Magnetkerne mit den Wicklungen zur Lokomotive zugehörig sind.

b) als magnet-hydrodynamischer Induktionsgenerator.

Der Leiter ist ein flüssiges Metall(Lithium,Natrium, eutektische Mischung Natrium-Kalium,usw.), die mit einer größeren Geschwindigkeit als V_ durch eine rechteckige Röhre zirkuliert, wobei ein Teil seiner Energie an die Wicklungen übertragen wird,

Selbstverständlich besteht in beiden Fällen die Möglichkeit in umgekehrter Wirkungsweise (bezw. Generator und Pumpe), wobei einfach das entsprechende Geschwindigkeitsvorzeichen des Leiters bezw. des Feldes gewechselt wird.

Der Fachteil der linearen Asynchronmaschine besteht darin, daß das elektrische Feld in seinen äußersten Grenzen nicht gleich null ist, wodurch Außenströme am Maschinenkörper auftreten, ·*

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welche - außer nachfolgende Verluste durch Jouleeffekt zu "be- ! wirken - durch das Innere der Maschine zurückkehren und deren j Betrieb stören. ^!

Um diesen starken Leistungsabfall, sowie die Unausgeglichenheit. der Ströme in den Phasen zu vermeiden, wird vorgeschlagen zwei ; Wicklungen verschiedener Wellenlänge zu benützen: ■■

λ - 2L_ . λ -

-P ; m 4 η

wobei 2L die Gesamtlänge des Umwandlers, und m und η irgendeine Ϊ Ganze ( Zahl ) sind.

Dadurch, daß beide Wicklungen sich nicht wechselseitig EMK induzieren, funktioniert das Aggregat wie zwei parallelgeschaltete L· eale Asynchronmaschinen« Die Wicklungen werden so angeordnet und angeschlossen, daß die zwei erzeugenden Wellen des elektrischen Feldes, beide sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten fortbewegend, in Phase sich immer im Zentrum der Maschine und entgegengesetzt zur Phase in den äußersten Grenzen befinden, in welchen sich nun zu jedem. Augenblick ein elektrisches Nullfeld ergeben wird. In diesem Falle treten keine Verluste in den äußeren Grenzen mehr auf, wodurch sich die Leistung beachtlich erhöht.

Die Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung kommen in der detallierten Beschreibung mit großer Klarheit in Form eines Anwendungsbeispieles unter Bezugnahme auf das beigefügte Zeichnungsblatt zum Ausdruck, in welchem darstellen:

Figur 1, eine schematische Darstellung einer linearen Asynchronmaschine und

Figur 2, ein Schema, in welchem die Wellenverteilung des elektrischen Feldes der Wicklungen dargestellt wird.

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Unter Bezugnahme auf obengenannte bildliche Darstellungen besitzt die lineare Asynchronmaschine, Gegenstand der Erfindung,, ebenso wie solche ihres gleichen Typs, zwei parallel zueinander ^: angeordnete parallelepipedonische Magnetkerne 1. Zwischen beiden wird ein geringer Luftspalt 2 von der Länge 2a gebildet, der von beiden Magnetkernen umgrenzt wird.

In den Kernaußenflächen, welche den Luftspalt 2 begrenzen, sind die dreiphasigen Wicklungen, untergebracht in -Rillen 3, ; welche in besagten Außenflächen - vollkommen analog wie bei _; den herkömmlichen Rotationsmaschinen - eingelassen sind, angeordnet.

In dem Luftspalt wird ein Leiter 4 angeordnet, der ebenso eine dünnwandige Lamelle, wie auch eine Leitung mit rechteckigem Durchschnitt, durch welche ein flüssiges Metall zirkulieren muß, sein kann.

In Mg. 2 entspricht die kontinuierliche Kurve m = 3 und die gestrichelte η = 4.

Abgesehen von den harmonischen Komponepen, ist die Anzahl der

_ ., je Längeneinheit, ,,. , _π . ,-,-,

Leiter in jeaer Phase der 1/icklungen im Allgemeinen:

(2) e— <~-

Wicklung 3ST = Ii cos ( SJLg + - pc )

mm om L 3 m

H (3)= υ cos ( mif Z+ _2i[_₊dc)

m om L 3 m

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(D

=^Non^cos ^² ■ η'

⁽²⁾ η'τί

Wicklung F_n = N_Qn cos g-^ Z

(3)

= N cos S
on Jj

_: wobei N und N die Maximalwerte der Anzahl der Leiter je ! Längeneinheit in jeder Wicklung, und und _n die Phasen-' winkel, in denen jeder einzelne von ihnen in Bezug auf das ■ Zentrum des Umwandlers angebracht ist, sind·

j Dies ergibt das elektrische Feld:

XU — iii_ β "Jj Ii -t ei ei)

m η

wobei E^,und E_ftdie komplexen jeder Wicklung entsprechenden Wellenamplituden des elektrischen Feldes sind.

Die in die Phase (1) jeder Wicklung induzierte EMK ist

proportional zu N_om E e**^ bezw. und Iff E e^n ( in den

e^n

anderen zwei Phasen sind die Ergebnisse analog). Angenommen der Fall, daß Beide parallelgeschaltet und so angeordnet sind,daß

ist, sind unter diesen Bedingungen, wenn n-m ungerade ist, die zwei Wellen des elektrischen Feldes, die sich mit den Geschwindigkeiten

i. =^f -4

^Vsn ^{= f #}Λη ·^⁶

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fortbewegen, immer in Phase im Zentrum der Maschine (Z = O) und im entgegengesetzten Sinne in den äußeren Grenzen ^:

( Z · + L), in denen zu jedem Augenblick dann ein elektrisches j Nullfeld gegeben ist* Wenn n-m gerade ist, genügt es mit ver- | kehrter Wicklungspolarität parallel zu schalten«

Tatsächlich wird mit der Parallelschaltung von beiden Wicklungen nicht genau die Gleichheit der EMK ( und demzufolge auch nicht die Wellenamplituden E und E des elektrischen Feldes) erreicht, sondern die Spannungen in deren Auslauf weichen von denen der Spannungsabfälle in den Wicklungen ab. Der durch Widerstand bedingte Spannungsabfall ist gering und durch Reak- ■ tanz sehr leicht zu kompensieren durch Zwischenschaltung ange- j

D DaUUC) W G-L. UXJ. G A.CXUCU £IUOa U21XXUI1CU lIllCa-g-LC —

verbrauch erzeugen.

messener Blindwiderstände, welche keinen zusätzlichen Energie-

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Claims (3)

67 Ludwigshafan/Rhein Rubemstrade 3C GENTRO DE ESTUDIOS cem 1787 Y EZPBRIMENTACIOIi 7. Mai 1973 Wu 0BRA3 PUBLIGAS Mt/Be MADRID/ SPANIEN Patentansprüche

1.!Lineare Induktionsmaschine eines Typs,der aus parallelepipediscnen untereinander parallel angeordneten Magnetkernen besteht, zwischen denen ein geringer Luftspalt' vorhanden ist, in welchem ein Leiterelement untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kernen zwei mehrphasige Wicklungen vorgesehen sind, dergestalt daß die elektrische Länge jeder Wicklung, in der Gesamtlänge der Maschine enthalten ist und die beiden Wicklungslängen jeweils in einem unterschiedlichen ganzzahligen Verhältnis zur Gesamtlänge zur Maschine stehen, sodaß die zwei Wellen des elektrischen Feldes, welche sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten fort-i bewegen, sich immer in Phase im Zentrum der Maschine und in den äußeren Grenzen derselben in Gegenphase befinden.

j 2. Induktionsmaschine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Wicklungen parallelgeschaltet sind, wobei Reaktanzen in eine derselben oder in beide zur Kompensation des entsprechenden Spannungsabfalles zwischengeschaltet werden können.

3. Induktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wicklungen eine gleiche Leiterdichte besitzen, d.h. die Amplitude der Grundwellen entsprechend des Verlaufes der Pourierschen Reihe.

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4. Induktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ■ daß die Phasenwinkel jeder Wicklung in Bezug auf das Zentrum j des Umwandlers gleich sind, !

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