DE2364985A1 - INDUCTION GENERATOR - Google Patents

INDUCTION GENERATOR

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DE2364985A1 DE19732364985 DE2364985A DE2364985A1 DE 2364985 A1 DE2364985 A1 DE 2364985A1 DE 19732364985 DE19732364985 DE 19732364985 DE 2364985 A DE2364985 A DE 2364985A DE 2364985 A1 DE2364985 A1 DE 2364985A1
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Woldemar Woldemarowitsch Apsit
Iwan Archipowitsch Borowik
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Wladislaw Aleksandr Pugatschew
Michail Iwanowitsc Schtschukin
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K19/16Synchronous generators
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

DipL-Ing. Dr. jur.DipL-Ing. Dr. jur.

Frank Arnold NixFrank Arnold Nix

PatentanwaltPatent attorney

6 Frankfurt am Main 70 Gartenstraße 1236 Frankfurt am Main 70 Gartenstrasse 123

'7'7

INDUKTIONSGENERATORINDUCTION GENERATOR

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Elektromaschinenbäu, insbesondere auf induktorgeneratoren, und betrifft das Problem der Vervollkommnung von Induktorgeneratounipolarer Bauart für erhöhte und hohe Frequenz.The present invention relates to electrical engineering, especially on inductor generators, and concerns the problem of perfecting inductor generators of the unipolar type for increased and high frequency.

Die Induktorgeneratoren gelangen als Speisequellen vonThe inductor generators come from as supply sources

der
erhöhter und hoher frequenz in^elektrothermischen Industrie, bei Elektroenergieversorgungssystemen von Transportmitteln, bei Automatisierungs-, Steuerungssystem u.a. weitgehend zum Einsatz·
the
Increased and high frequency in ^ electrothermal industry, in electrical energy supply systems of means of transport, in automation, control systems, etc. widely used

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Die bekannten Induktorgeneratoren unipolarer Bauart weisen die besten Gewichts- und Größenkennwerte in einphasiger Ausführung mit klassischer Zahnzone auf, wenn auf eine Zahnteilung des Läufers zwei Zahnteilungen des Ständers entfallen,The known inductor generators of unipolar design have the best weight and size parameters in a single-phase design with a classic tooth zone, if on a tooth pitch of the rotor two tooth pitches of the stator are omitted,

Bekannt sind ebenfalls Induktorgener afc oren in dreiphasiger Ausführung, bei denen die Zahnzahl des Ständers der doppelten Zahnzahl des Läufers-recht nahej aber nicht gleich ist, d.h. die Zahnteilung des Ständers ist nahe, aber nicht gleich jf° el.Induktorgener afc oren in three-phase design are also known, in which the number of teeth on the stator is almost but not equal to twice the number of teeth on the rotor, ie the pitch of the stator is close to but not equal to jf ° el.

In diesem EaIl ist die Ständerwicklung nach dem Typ der klassischen einphasigen Zahnwicklung ausgeführt und jede Phase der Ständerwicklung auf nebenstehenden Zähnen angeordnet, die sich auf 1/3 des Ständers konzentrieren.In this EaIl, the stator winding is designed according to the type of the classic single-phase tooth winding and each Phase of the stator winding arranged on the adjacent teeth, which focus on 1/3 of the stand.

Bekannt sind auch Induktorgeneratoren,' bei denen jede Phase aus zwei Spulengruppen besteht, die in magnetischer Hinsicht um 180° el. verschoben sind und sich auf Zähnen des Ständers konzentrieren, welche 1/6 von seiner Bohrung in Anspruch nehmen·Inductor generators are also known, 'in which each Phase consists of two groups of coils, which are magnetically shifted by 180 ° el. And are on the teeth of the The stand, which take up 1/6 of its hole

In diesem Fall gelingt es, den Einfluß der Läuferexzentrizität auf den Wert der Strangspannungen durch Gegen- und Hintereinander schalt en von zwei Gruppen in den Phasen der Ständerwicklung zu vermeiden.In this case it is possible to reduce the influence of the rotor eccentricity on the value of the phase tension by counter and Switching two groups one after the other in the phases of Avoid stator winding.

Im Vergleich zu den mehrphasigen Induktorgeneratoren mit klassischer Zahnζone weisen die mehrphasigen Induktorgeneratoren mit einer Jf el. nahen, aber nicht gleichenCompared to the multiphase inductor generators with a classic tooth zone, the multiphase inductor generators have a junction that is close, but not the same

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Zahnteilung des Ständers eine Reihe von Vorteilen auf.Tooth pitch of the stand has a number of advantages.

So besitzen die mehrphasigen Induktorgeneratoren eine verhältnismäßig geringe Zahnzahl des Ständers (die Zahnzahl nimmt etwa um 1/3 ab). Aufgrund gewisser Verkürzung bzw. Verlängerung des Spulenschritts und der Spulenverteilung in den Strängen ergibt sich ein günstiger Verlauf der Strangspannung. Bei solchen Induktorgeneratoren ist ferner die Pulsation des magnetischen Längsflusses herabgesetzt, was vom Standpunkt des Auftretens von Lagerströmen aus besonders wichtig erscheint. Von Wichtigkeit ist auch, daß die Gewichts- und Größenkennwert.e der in S'rage stehenden Maschinen gegenüber den mehrphasigen Maschinen mit klassischer Zahnzone nicht beeinträchtigt werden.The multiphase inductor generators have one relatively small number of teeth on the stator (the number of teeth decreases by about 1/3). Due to a certain shortening or Lengthening the coil pitch and the coil distribution in the strands results in a more favorable course of the strand voltage. In such inductor generators, the pulsation of the longitudinal magnetic flux is also reduced, which seems particularly important from the standpoint of the occurrence of bearing currents. It is also important that the Weight and size parameters of the machines in question are not impaired compared to the multi-phase machines with classic tooth zone.

Meben den erwähnten Vorteilen sind jedoch die in Präge stehenden Maschinen auch mit wesentlichen Nachteilen behaftet. Da der Ständerumfang in drei Zonen aufgeteilt ist, in denen sich jede der Phasen der Dreiphasenwicklung konzentriert, üben sowohl herstellungstechnisch als auch durch die Eigenart der Betriebsverhältnisse des Induktorgenerators bedingte Vibrationen des Läufers und sein Schlagen einen beträchtlichen Einfluß auf die Symmetrie und den Verlauf der Strangspannungen aus.In addition to the advantages mentioned, however, are those in embossing standing machines also have significant disadvantages. Since the stand circumference is divided into three zones, in which each of the phases of three-phase winding is concentrated, practice both in terms of production technology and the nature of the operating conditions of the inductor generator caused vibrations of the rotor and its hitting a considerable influence on the symmetry and the course the line voltages.

Durch die erwähnten Nachteile wird die Anwendung von den Induktorgeneratoren der eingangs beschriebenen Art eingeschränkt. The above-mentioned disadvantages restrict the use of inductor generators of the type described at the outset.

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So zeigen z.B. technische Forderungen, die an HF-Geschwindigkeit sgeber von Turbosätzen gestellt werden, daß infolge der obenerwähnten Vorteile gerade die in Rede stehende Klasse der Induktorgeneratoren mit einer J' el. nahen Zahnteilung für diese Zwecke am meisten geeignet ist. Es ist jedoch praktisch, unmöglich, diese Maschinen als HF-Geschwindigkeitsgeber eines Turbosatzes mit unmittelbarer Befestigung des Gebers an der Turbinenwelle einzusetzen, weil die relative Änderung des Luftspaltes allein aufkosten der Wellenschwingung des Turbosatzes in den Gleitlagern etwa yy/o erreichen kann* Entsprechend treten Modulationen der EMK auf, Impulsform und -häufigkeit des Gebers während einer Wellendrehung werden gestört. Dadurch wird der Betrieb des elektronischen 8elbstregelungssystems gestört.To view technical requirements, for example, are placed on RF speed sgeber of turbine generators that precisely the disputed class of Induktorgeneratoren with a J 'el. Nearby pitch is suitable for this purpose the most due to the aforementioned advantages. However, it is practically impossible to use these machines as HF speed sensors for a turbine set with direct attachment of the sensor to the turbine shaft, because the relative change in the air gap alone at the expense of the shaft vibration of the turbine set in the plain bearings can reach yy / o * Correspondingly, modulations occur the EMF, the pulse shape and frequency of the encoder during a shaft rotation are disturbed. This disrupts the operation of the electronic self-regulation system.

Es ist Zweck der vorliegenden Erfindung, die obenaufgezählten Nachteile zu vermeiden.It is the purpose of the present invention to enumerate the above Avoid disadvantages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktorgenerator zu schaffen, bei dem sich die Gewichts- und Größenkennwerte aufgrund spezieller Anordnung jeder Ankerwikklung und der Zahnzahl des Ständers verbessern und die Vibrationen des Läufers sowie sein Schlagen auf die Spannung der Ankerwicklung keinen Einfluß nehmen.The invention is based on the object of creating an inductor generator in which the weight and Due to the special arrangement of each armature winding and the number of teeth on the stator, size parameters improve and the vibrations of the rotor and its hitting do not have any influence on the tension of the armature winding.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem Induktorgenerator mit mehrphasiger Ankerwicklung, die auf den Zähnen des Ständers mit konstanter,^0 el. naher,The problem posed is achieved in that in the inductor generator with polyphase armature winding, which on the teeth of the stator with constant, ^ 0 el.

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aber nicht gleicher Zahnteilung liegt, ungewickeltem Zahnläufer und ringförmiger Erregerwicklung, die in dem Ständer und dem ungewickelten Zahnläufer einen Hagnetfluß erzeugt, erfindungsgemäß jede Phase der Ankerwicklung sich zumindest aus drei in Reihe geschalteten, symmetrisch angeordneten Strängen zusammensetzt, deren gegenseitige Verschiebung - gemessen InJl0 el. - durch 2(Jl ohne Rest teilbar ist, wobeibut not the same tooth pitch, unwound tooth rotor and ring-shaped excitation winding, which generates a magnetic flux in the stator and the unwound tooth rotor, according to the invention each phase of the armature winding is composed of at least three symmetrically arranged strands connected in series, their mutual displacement - measured InJl 0 el . - is divisible by 2 (Jl without a remainder, where

(-einander-./ jeder Strang aus Spulen besteht, die auf nebenstehenden Ständerzähnen liegen, deren Zahl sich von der doppelten Zahnzahl des ungewickelten Zahnläufers um eine der doppelten Strangzahl gleiche Größe unterscheidet. (- one next to the other - / each strand consists of coils, which lie on the adjacent stand teeth, the number of which differs from twice the number of teeth of the unwound tooth rotor by one of twice the number of strands.

Bei dem vorgeschlagenen Induktorgenerator wird der Einfluß der Vibrationen und des Schiagens vom Läufer auf die Symmetrie und den Verlauf der Strangspanhungen aufgrund symmetrischer Anordnung der Stränge jeder Phase in der Ständerbohrung und gleicher Bedingungen der Stränge im magnetischen und elektrischen PeId beseitigt (der Winkel zwischen den Strängen ist durch 2.(JI0 el· ohne Rest teilbar ),In the proposed inductor generator, the influence of the vibrations and the jabbing from the rotor on the symmetry and the course of the strand stresses is eliminated due to the symmetrical arrangement of the strands of each phase in the stator bore and the same conditions of the strands in the magnetic and electrical field (the angle between the strands is by 2. (JI 0 el · divisible without a remainder),

Beim Hintereinanderschalten der Stränge jeder Phase ist die durch die Läuferdrehung bedingte Grundfrequenz-EIIK der Summe . der EMK der Einzelstränge jeder Phase gleich und die durch die Vibrationen und das Schlagen des Läufers verursachten Zusatz-EMK werden gegenseitig ausgeglichen· When connecting the strands in series, each phase is the fundamental frequency EIIK caused by the rotor rotation Total . the emf of the individual strands of each phase is the same and the additional emf caused by the vibrations and the hitting of the rotor are mutually balanced

Durch die vorliegende Bauart des Induktorgeneratore wird eine Verminderung der EMK-Oberwellen aufgrund der VerkürzungThe current design of the inductor generator reduces the EMF harmonics due to the shortening

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bzw. Verlängerung des Spulenschritts und der Spulenverteilung in den Strängen sowie eine beträchtliche Abnahme der Flußpulsat'ionen im äußeren Eisenkörper des Induktorgenerators gewährleist et·or lengthening of the coil pitch and the coil distribution in the strands as well as a considerable decrease in the flux pulsations in the outer iron body of the inductor generator

Im Vergleich zu den allgemeinbekannten. Induktor generatoren mit klassischer Zahnzone nimmt dabei die Zahnzahl des Ständers wesentlich ab, was bei ihrer gleichförmigen Verteilung in der Bohrung eine einfache und fertigungsgerechte Ausführung des Ständerblechpakets mit mehrphasiger Wicklung garantiert. Compared to the well-known. Inductor generators With a classic tooth zone, the number of teeth on the stator decreases significantly, which is due to their uniform distribution A simple and production-oriented design of the stator core with multi-phase winding is guaranteed in the bore.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigenThe invention is explained below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings explained in more detail; show it

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Einpaket-Induktorgenerator; 1 shows a longitudinal section through the single-package inductor generator;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zweipaket-Induktorgenerator; 2 shows a longitudinal section through the two-packet inductor generator;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Induktorgenerator; .Pig. 4 ein Schaltbild der Ständerwicklung des Induktorgenerators. 3 shows a cross section through the inductor generator; .Pig. 4 is a circuit diagram of the stator winding of the inductor generator.

Beim Induktorgenerator sind Spulen 2 der Mehrphasen-Ankerwicklung auf den Zähnen des geschichteten Blechpakets eines Ständers I (Pig. 1) mit gleichförmiger Zahnteilung angeordnet. Innerhalb des Blechpakets vom Ständer I befindet sich ein ungewickelter Zahnläufer 3, dessen Zähne Pole gleicher Polarität bilden·In the inductor generator, coils 2 of the polyphase armature winding are on the teeth of the laminated core a stand I (Pig. 1) arranged with uniform tooth pitch. Inside the laminated core of the stator I is an unwound toothed rotor 3, the teeth of which have the same poles Form polarity

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Eine ringförmige Erregerwicklung 4 ist auf dem feststehenden Magnetkorper 3 des Induktorgenerators angeordnet, den ein zusätzlicher Luftspalt 6 von dem ungewickelten Zahnläufer 3 trennt.An annular exciting coil 4 is arranged on the stationary of the Induktorgenerators Magnetkorper 3, to an additional air gap 6 separating from the unwrapped rotor tooth. 3

Der erfindungsgemäße Induktorgenerator kann konstruktiv auch nach der Art eines einpoligen Zweipaket-Induktorgenera"cors ausgeführt werden, der zwei Blechpakete 7» 8 des Ständers (Fig. 2) und zwei rotierende Zahnblechpakete 9ι 10 des ungewickelten Zahnlä'ufers aufweist, die auf einem gemeinsamen Zylindermagnetkorper .rlatz finden. In diesem Fall befindet sich die ringförmige Erregerwicklung 12 in einem Raum zwischen den Ständerblechpaketen 7, 8 und den rotierenden Zahnblechpaketen 9» 10 des Läufers.The inductor generator according to the invention can also be constructed in the manner of a single-pole two-pack inductor generator, which has two laminated cores 7 »8 of the stator (FIG. 2) and two rotating toothed laminated cores 9ι 10 of the unwound toothed rotor, which are mounted on a common cylinder magnet body In this case, the annular excitation winding 12 is located in a space between the stator laminations 7, 8 and the rotating toothed laminations 9-10 of the rotor.

Als eines der Beispiele ist in Fig. 3 die Anordnung der Stränge dargestellt, die beim Einpaket-Induktorgenerator mit der Zahnzahl Z = 3 des Ständers I, der Zahnzahl Z as 15 des Läufers 3 aus den Spulen 2 in $er Bohrung des Ständers I bestehen. Die Strangzahl k beträgt in jeder Phase k = 3·As one of the examples, the arrangement of FIG Strands shown, with the single-package inductor generator the number of teeth Z = 3 of the stator I, the number of teeth Z as 15 des The rotor 3 consists of the coils 2 in the bore of the stator I. The number of strands k in each phase is k = 3

Wie aus der Fig. 3 ersibhtlich ist, setzt sich die Phase A der Ankerwicklung aus drei Strängen A*, Ao ι A-,, die Phase B aus den Strängen B,., Bp, B~ und die Phase O aus denAs can be seen from FIG. 3, phase A of the armature winding consists of three strands A *, Ao ι A- ,, the Phase B from strands B,., Bp, B ~ and phase O from the

Strängen 0Λ, Op, C5 zusammen. Jeder Strang besteht aus vier ' 3 (-einander-/Strands 0 Λ , O p , C 5 together. Each strand consists of four ' 3 (- one behind the other - /

Spulen 2, die auf nebenstehenden Zähnen des Ständers I liegen. Die Spulen 2 jeder Phase liegen somit auf zwölfCoils 2, which are on the adjacent teeth of the stand I. The coils 2 of each phase are thus twelve

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Zähnen des Ständers I.Teeth of the stand I.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild der Spulen 2 der Ankerwicklung des Ständers I in dem in Bede stehenden Beispiel, wobei C- und G1, Anfang und Ende der Phase A; C~ und C,- Anfang und Ende der Phase IL; C~ und Og Anfang und Ende der Phase C sind.4 shows a circuit diagram of the coils 2 of the armature winding of the stator I in the example in question, where C and G 1 , the beginning and end of phase A; C ~ and C, - beginning and end of phase IL; C ~ and Og are the beginning and end of phase C.

Beim Betrieb des Induktorgenerators wird in jeder der Spulei2 eine EMK induziert, wobei die EMK der benachbarten Spulen 2 in bezug aufeinander um einen elektrischen Viinkel ^ verschoben sind, derWhen the inductor generator is in operation, an EMF is induced in each of the coils 2, the EMF of the adjacent coils 2 being shifted with respect to one another by an electrical angle ^ which

j>— . β1# j> -. β1 #

Zc 36Z c 36

beträgt,amounts to,

Der Winkel T zwischen zwei benachbarten, zu verschiedenen Phasen gehörenden Strängen, der sich aus vier Zahnteilungen des Ständers errechnet, beträgt in diesem Fall 240° el., weilThe angle T between two adjacent strands belonging to different phases, which is calculated from four tooth pitches of the stator, is in this case 240 ° el., Because

*,·. 4V= 4-tNf* 2C?(2 - -J- )° el.*, ·. 4V = 4-tNf * 2C? (2 - -J-) ° el.

Zwei Stränge einer Phase sind in bezug aufeinander umTwo strands of a phase are around with respect to each other

/ 12 Zahnteilungen verschoben, während die Verschiebung o{ zwischen ihnen, gemessen in ° el., fehlt (ist durch 2lJS° el. ohne Rest divisibel), weil/ 12 tooth pitches shifted, while the shift o { between them, measured in ° el., Is missing (is divisible by 2lJS ° el. Without a remainder), because

"'* 12 o4 12 -|2.. . 5· 2^° el."'* 12 o4 12 - | 2 .... 5 · 2 ^ ° el.

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Wie aus dem angeführten Beispiel ersichtlich ist, sind im vorliegenden Fall alle Ausführungsbedingungen einer symmetrischen dreiphasigen Ständerwicklung erfüllt, bei der sich jede Phase aus drei hintereinandergeschalteten und in der Ständerbohrung symmetrisch angeordneten Strängen zusammensetzt. As can be seen from the example given, are In the present case, all the conditions for a symmetrical three-phase stator winding are met, in which each phase is composed of three strings connected in series and symmetrically arranged in the stator bore.

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Claims (1)

- ίο -- ίο - PATENTANSPRUCH:PATENT CLAIM: Induktorgenerator mit mehrphasiger Ankerwicklung, die auf den Zähnen des Ständers mit konstanter,.-// el. naher, aber nicht gleicher Zahnteilung liegt, ungewickeltem Zahnläufer und ringförmiger Erregerwicklung, die in dem Ständer und dem ungewickelten Zahnläufer einen gemeinsamen Magnetfluß erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Phase (A, B, G) der Ankerwicklung zumindest aus drei hintereinandergeschalteten, symmetrisch angeordneten Strängen zusammensetzt, deren gegenseitige Verschiebunggemessen in ° el. - durch 2.Tf ohne Rest teilbar ist, wobeiInductor generator with polyphase armature winding, which lies on the teeth of the stator with constant, .- // el. Close, but not the same tooth pitch, unwound tooth rotor and ring-shaped excitation winding, which generates a common magnetic flux in the stator and the unwound tooth rotor, characterized in that each phase (A, B, G) of the armature winding is composed of at least three symmetrically arranged strands connected in series, the mutual displacement of which, measured in ° el. - is divisible by 2.Tf without remainder, whereby ( -einander? jeder Strang aus Spulen (2) besteht, die auf nebenfetehen- ( -one to one another ? each strand consists of coils (2), which are attached to den Zähnen des Ständers (i) liegen, deren Zahl sich von der doppelten Zahnzahl des ungewickelten Zahnläufers (3) um eine der doppelten Strangzahl gleiche Größe unterscheidet.the teeth of the stator (i), the number of which is twice the number of teeth of the unwound toothed runner (3) one of the double number of strands of the same size differs. 509828/0047509828/0047 Leersei t eBlank page e
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