DE2917031C2 - Demodulator für Interferenz aufweisende Mehrphasenspannungen - Google Patents

Description

U(t) =

mit

2 U₀ cos (r ?) sin (ω t) + 2 esin {ει) cos (ω l)

= ω + ε

— ω — ε

15

und £/„= ί/o + e

20

Die Erfindung betrifft einen Demodulator, der zum Demodulieren von Mehrphasenspannungen mit einer Grundfrequenz (Trägerfrequenz) mit π Phasen dient, die unter Bildung eines mit einer Pulsationsfrequenz ε einer Sinusform ähnlich amplitudenmodulierten Mehrphasenspannungssystems ineinandergreifen, wodurch ein mit ε pulsierendes Mehrphasenspannungssystem entsteht. in

Die Erscheinung der Interferenz zwischen zwei sinusförmigen Spannungen mit den Frequenzen /Ί und /2 oder den Kreisfrequenzen coi, ω₂ und den Amplituden Ui, Ub. die voneinander verschieden sind, ist bekannt Hierin ist ω die mittlere Kreisfr ,.;uenz und Ua der Mittelwert der zusammengesetzten Sirusspannungen.

Der allgemeine Verlauf 'der sich dadurch ergebenden Schwebungsspannung U(t) ist mit der ausgezogenen Kurve in der F i g. 1 dargestellt

Wen·, man jeweils zwei Phasen von zwei derartigen Mehrphasenspannungssystemen hintereinander schaltet, so erhält man in Spannungen Up, die gleich der vorstehend beschriebenen sind und sich in eine Hüllkurve einschreiben, die jedoch gegeneinander um

-— Dhasenverschoben sind, wobei π die Zahl der Phasen 77

jedes Systems ist. Die Spannung U_p ist dann:

U₁, = U, sin (ω, (

ΙϊΒ. \

sin

Hierin kann "jeden Wert von 1 bis π annehmen.

Die F i g. 2 zeigt die Kurven 1, 2 und 3 der drei resultierenden Spannungen IA. Ui. Uj, die durch das Zusammenfügen zweier dreiphasiger Systeme entstanden sind (in der nachfolgenden Beschreibung wird bevorzugt ein Beispiel mit zwei Dreiphasensystemen befrachtet)

vVählt man Spannungen, deren Amplituden sich voneinander nicht unterscheiden, worin also e = 0 ist. so daß U₃^- Uh- LM so isi die resümierende Spannung

U(O = 2Un cos f 1 sin o>l.

die als psei-do-sinusförmigp Spannung mit der Kreisfrequenz o' und der schwankenden Amplitude 2LO cos ti zu schreiben ist. Dies gilt gleichermaßen für die resulncenden Spannungen der zwei Mehrphasensysteme, deren Phasen in Reihe geschaltet sind, wie dies vorstehend Deschrieben ist.

4", Betrachtet man η Gruppen von η resultierendem Spannungen der /we> Mehrphasens>',»eine der vorste hend beschriebenen An und führt nun jede möglich·-· zyklische Vertauschung der PtMsen des /weiten Mehrphasensvsiems gegenüber dem ersten üj '·,. dar.r

ίο erhält man η Gruppen von Spannungen, der Verv■;· gleich dem der Spannungen der ersten Gruppe ·.·. wobei icdoch die jeweiligen Hüllknrven gegenein.!·; w< versf, sind. So erhält man η Grupper vor Mehrphasenspannunger. ' ,„ nut

'■'., ¹^n I 1,1. 1

L_n sin (

2 .7 (/ ■*■ /1

worin/die Gruppe f'» r Spannungen bedeutet und von I bis η läuft, während ρ der Index der Hhase in einer Spannungsgruppe ist und ebenfalls die Werte von 1 bis η durchläuft.

So bilden für Dreiphasensysteme die drei resultierenden Spannungen (IA₃, V_n, Uh\(.Uk, Un, i/21).(t/33. Un, ί/31) drei pseudo-drvjiphasige Systeme, deren Amplituden folgende Werte hab»n:

65

U_B9 =2 U₀ cos (f'--y-)

U_Co -=2£/„cos

(4)

Die Form der Spannungen Uw, Ua, Un, Un, Un, Un, Uiu Uz2. Ui-i ist in den F i g. 3a, 3b, 3c mit den Kurven aj, 32, ai, bi, bi, b\, C], d, C\ dargestellt.

Es sind bereits Demodulatoren, mit denen derartige dreiphasige Spannungssystcmc demoduliert werden können, die von elektronischen Gleichrichtern und zugehörigen Steuereinrichtungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen Gebrauch machen, bekannt. Der Aufbau derartiger Demodulatoren bereitet einem Starkstrom-Elektroniker keine Schwierigkeit, weshalb für den vorliegenden Fall des oben angegebenen Mehrphasenspannungssystems keine spezielle Lösung im Schrifttum angegeben wird. Derartige elektronische Demodulatoren haben jedoch einen relativ komplexen Aufbau und benötigen eine große Anzahl von Einzelbauteilen, wodurch die Kosten und die Anfälligkeit des Systems hoch sind.

Es. sind ferner im Stand der Technik Maschinenumfor-

mpr hpkannt mit rlpnpn Frpnupn7iimfnrmuntff»n vnmp. ·.».-.... _...... ....j.....__...._ ._. ._σ . _σ

nommen werden.

So beschreiben die AT-PS 2 96 424 einen Maschinenumformer, bei dem ein sinusförmiger Drehstrom mit Net;:frequenz einen Synchronmotor mit Klauenpolen treibt, während beiderseits des Motors Homopolargeneratoren auf derselben Welle sitzen, die an der Ständerwicklung eine Wechselspannung mit nach Maßgabe des Klauenpol-Zähnezahlverhältnisses festliegender Frequenz abgeben. Es handelt sich also um einen Maschinensatz mit dem Bauprinzip eines Motorgenerators.

Ferner ist beispielsweise aus der DE-OS 25 08 994 ein Frequenzwandler mit Antriebsmotor und Generator bekannt, der gewöhnlich als Generatorkaskade bezeichnet wird, die aus einer Primär- und einer Sekundärstufe besteht, deren zwei Rotoren derart miteinander verbunden sind, daß die dem Stator der Primärstufe zugeführte Speisespannung und -frequenz (sinusförmig) umgewandelt auf den Stator der Sekundärstufe mit anderer Frequenz und Spannung übertragen wird. Ein aus Grundfrequenz mit überlagerter Modulationsfrequenz bestehendes Mehrphasenspannungssystem nach eingangs dargelegter Charakterisierung vermag eine derartige Generatorkaskade nicht zu demodulieren.

Des weiteren kann der DE-PS 5 39 649 ein fremdgetriebener, sich in einem einheitlichen Stator drehender Doppelläufer entnommen werden, der zur Erzeugung beliebiger Frequenzen mit Wechselstrom oder einem gewöhnlichen Drehstrom zu speisen ist jedoch nicht mit einem modulierten Spannungssystem der eingangs spezifierten Art

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher nur mit Schaltungen der Starkstrom-Elektronik mögliche Demodulation des genannten modulierten Dreiphasensystems mit Hilfe eines Maschinen-Demödulators durchzuführen und dafür einen geeigneten Maschinen-Demodulator zu schaffen, um die Vorteile der robusten und damit sehr viel zuverlässigeren und wartungsfreien Maschinenbauweise gegenüber der Elektronik zu nutzen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalendes Hauptanspruches.

Der so gestaltete Demodulator benötigt keinen Antrieb, sondern läuft bei der Speisung mit dem pulsierenden Mehrphasenspannungssystem nach Art eines leerlaufenden Reluktanzmotors um.

Gemäß einer ersten Ansführungsform der Erfindung besteht der Demodulator aus einer Maschineneinheit in der η Statoranker durch ein gemeinsames Joch aus einem Material mit kleinem Eisehverlust-Faktor miteinander verbunden sind, während die η magnetische Kreise bildenden η Rotorelemente zu einem einheitlichen Rotor auf einer gemeinsamen, magnetisch leitfähigen Welle zusammengefaßt sind, der in den als magneiischer Pfad dienenden Teilen aus einem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor besteht, während die Mittel zum Aufnehmen der η Systeme der mit ε pulsierenden Mehrphasenspannungen η feststehende und zur Achse der magnetisch leitfähigen Welle konzentrische Spulen sind, jeder der ή magnetischen Schließungskreise des Rotors eine Anzahl von Polkörpern von der Zahl der Polpaare im zugehörigen Statoranker hat und die geometrische Realtiwerschiebung der entsprechenden Phasen der η Statoranker gleich den Relativverschiebungen in Längsrichtung der Polkörper des Rotors ist.

Nach einem weiteren Merkmal sind die vom Magnetwechselfluß durchsetzten Teile des Rotors und des Joches geblecht ausgeführt, wobei eine erste Blechschichtung parallel zur Rotorachse verläuft, die von einer zweiten Blechschichtung senkrecht zur Rotorachse umgeben ist. Dabei kann in besonderer Ausführungsweise die erste Blechschichtung der zur Rotorachse parallelen Bleche durch Stapel ebener Bleche gebildet sein, die in den Polkörpern liegen. Nach einer weiteren Ausbildung bilden die ersten, zur Rotora~hse parallelen Blechstapel einen zu der Achse konzentrischen Kranz aus Einzelblechen, welche Teile eines Zylinders darstellen, wie dies andeutungsweise in der Fig. 10 gezeigt ist. Die zur Rotorachse parallelen Bleche des ersten Stapels können im Rotor nach Art von Kollektorlamellen bei Gleichstrommaschinen befestigt sein.

Bei den verschiedenen Ausführungsformen der oben beschriebenen Art ist es in jedem Fall erforderlich, ein gemeinsames Gehäuse aus einem Material mit geringen Eisenverlusten und einen Rotor mit einer gemeinsamen magnetischen Welle vorzusehen, damit die magnetischen Feldlinien einen geschlossenen Kreis vorfinden.

Die Beanspruchungen können in bestimmten Fällen sich als störend erweisen, so daß es nicht möglich ist Elemei'f > <··η elektrischen Maschinen in herkömmlicht Bauweise einzusetzen.

Nach wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung läßt sich auf einfache und relativ kostengünstige Weise ein Dedomulator herstellen, der aus Maschinenteilen besteht die besonders leicht herzustellen sind und aus der bekannten Technik der Herstellung von Synchronmaschinen abgeleitet sind. In diesem Fall besteht der Erfindungsgemäße Demodulator air einer Gruppe von π Heteropolar-Mehrphasensynchronmaschinen, von denen jede einen Statoranker mit π Phasen .aufweist während ein mit Wicklung ausgestatteter Rotor mit einer der Anzahl der Pole im Statoranker entsprechender Polzahl vorgesehen ist und die Wicklungen der Rotorelemente den Mitteln angehören, mit denen mit Hilfe der π Rotorelemente π Systeme von Mehrphasenspannungen mit der Pulsationsfrequenz ε erzeugt werden können.

Diese Mittel zur Erzeugung der π Systeme von Mehrphasenspannungen mit der Pulsationsfrequenz ε auf den π Rotorelementen können mit dem Rotor fest verbundene Schleifringe und feststehende Schleifbürsten enthalten.

In einem AusführüP.gsbeispiel des erfmdungsgemä-"ßen Demodulators ist es nicht einmal erforderlich, ein gemeinsames Gehäuse und eine gemeinsame Welle aus

einem Material mit geringen Eisenverlusten Vorzusehen, welches den Durchtritt eines Magnetflusses zuläßt, da es sich ja um eine Heteropolarmaschine handelt Lediglich unter zusätzlicher Verwendung von Blechen im Rotor, die den Durchtritt eines Wechselflusses zulassen, kann der Demodulator im übrigen vollständig unter Verwendung der bei Synchronmaschinen üblichen Technik hergestellt werden. So sind in einer besonderen AusfÜririingsform die η Statorelemente in Verbindung mit ihren Rolöfelemenlen so aufgebaut, daß sie η gleiche heteropolare Synchronmaschinen darstellen, die mechanisch unabhängig sind. So kann man z. B. für einen Dreiphasendemodulator drei heteropolare Synchronmaschinen unter Beachtung der weiter oben aufgeführten Bedingungen zusammenfügen und diese dann mit dem System der einer Sinusform ähnlichen Dreiphasenspannungen, die in ihrer Amplitude mit der Pulsationsfrequenz ε moduliert sind und sich entsprechend den Gleichungen (3) verhalten, speisen, um an den einzelnen Kotorwicklungen ein System von Pseudo-Dreiphasenspannungen entsprechend den Gleichungen (4) abzunehmen.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, sind die η Statorelemente, die η mit Wicklung versehenen Rotoren zugeordnet sind, in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, und die η magnetischen Kreise der Rotoren sitzen auf einer gemeinsamen Welle. Hierdurch wird eine besonders kompakte Maschine geschaffen, in der die Zahl der Lager verringert ist und bei der auch die Anzahl der Schleifringe auf die Zahl der magnetischen Kreise im Rotor, eventuell um 1 vermehrt, verringert werden kann, da jede Rotorwicklung an einen unabhängigen Schleifring geführt ist, und eventuell ein gemeinsamer Schleifring für alle π Rotorwicklungen als Nulleiter-Anschluß oder gemeinsamer Sternpunkt dient

Weitere Eigenheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung deutlich. Es zeigen:

F i g. 1 ein Diagramm der Spannung nach Gleichung

F i g. 2 ein Diagramm der Spannungen gemäß den Gleichungen (2),

F i g. 3a bis 3c Spannungsdiagramme entsprechend den Gleichungen (3),

Fig.4a bis 4c vereinfachte Schnittdarstellungen in den Schnittebenen IVa-IVa, YVb-Wb bzw. IVoIVc in der F ig. 5,

F i g. 5 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Dreiphasendemodulators,

F i g. 6 ein Schaubild des Flußverlaufs im Demodulator nach F i g. 5,

F i g. 7,9 und 11 Längsschnitte durch Ausführungsbeiff spiele von Demodulatoren nach dem in F i g. 5 gezeigten Prinzip,

Fi g. 8, iO und 12 Teilquerschnitte in den Schnittebenen Vm-Vm in F i g. 7, X-X in Fi g. 9 bzw. ΧΠ-ΧΠ in Fig. 11,

Fig. 13a bis 13c Schemabilder von Querschnitten durch eine aus drei Stator-Rotor-Anordnungen zusammengefügte Maschinengruppe als weitere Ausführungsfonn des Dreiphasendemodulators,

Fig. 14 einen Axialschnitt durch ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel des Dreiphasendemodulators in schematisierter Vereinfachung; und

F i g. 15 einen Querschnitt in der Ebene XV-XV der Fig. 14.

Die Fig.5 zeigt das schematisierte Bild eines Dreiphasendemodulators, der drei Dreiphasenanker 11, 12,13 mit jeweils drei Phasenwicklungen A\, A₂, Aj im Anker H(Fi g, 4a), B\, B₂, B₃ irrt Anker 12 (Fi g, 4b) und

Cu Ci, C₃ im Anker 13 (Fig.4c) hat. Die Anker 11, 12 und 13 befinden sich in einem gemeinsamen joch 10.

Die Phasen (A\, A₂, A₃), (B₁, B₁, B₃), (Q₁ Ci, C₃), der Anker 11,12,13 werden jeweils mit den resultierenden Spannungen (Ui₃, Un, Uw), (U₂₃, Un, Un), (U₃₃, U₃₂, U_3[)

ιό gespeist, die an früherer Stelle beschrieben sind und einem Schwebungsspannungsgeherator entstammen, der in der DE-OS 29 17 030 eingehend beschrieben ist.

Der Demodulator weist darüber hinaus einen in

Lagern 40, 40' innerhalb des Gehäuses 10 gehaltenen Rotor 20 auf, dessen Welle sich frei in den Lagern 40,40' um ihre Achse CO'drehen kann. Der Rotor 20 besteht aus einem magnetisch leitfähigen Wellenabschnitt 24, auf dem drei spezielle Magnetkreisabschnitte 21,22,23 sitzen. Diese Magnetkreisabschnitte 21, 22, 23 sind mit einer Anzahl von Polkörpern oder Polen ausgestattet, deren Zahl der Zahl von Polpaaren im magnetischen Kreis der einzelnen Anker 11,12,13 gleich ist. Da das zur Erläuterung vereinfachte Schemabild der Fig.4a, 4b, 4c und der Fig.5 eine zweipolige Maschine zeigt, besitzt der Rotor nur einen einzigen Polkörper 21,22^ 23 je Statoranker.

Die relative geometrische Versetzung der gleichnamigen Phasen (A₁, B,, C₁), (A₂, B₂, C₂) und (A₃, B₃, C₃) der drei Anker 11, 12, 13 des Stators sind gleich den gegenseitigen Längsversetzungen der Polkörper 21,22, 23 des Rotors 20. Bei dem in den Fig.4a, 4b, 4c und 5 dargestellten Beispiel sind die gleichnamigen Phasen der Anker 11,12,13 in dieselbe Ebene gelegt, da bei dem gezeichneten Beispiel die drei Polkörper 21, 22, 23 des magnetisch leitenden Läuferteils 24 in einer Ebene ausgerichtet sind.

Der von jedem der drei Anker 11, 12, 13 erzeugte Wechselfluß ist

und

Φ₂ = Φ cos ( et - —— J
Φ₃ = Φ cos ( et + —— J

(5)

Die in den Längsabschnitten des Joches 10 zirkulierenden Flüsse sind parallel zur Achse CX?'; sie schließen sich in Längsrichtung durch den magnetisch leitenden Teil 24 der Welle.

Y/ie aus der schematischen Darstellung der F i g. 6 ersichtlich, werden in den drei Ankern 11, 12, t3 drei Drehfelder erzeugt, die mit der Kreisfrequenz

ω_ι+ω₂

ω —

in derselben radialen Ebene um die Achse OO^r umlaufen. Aus dem magnetischen Aufbau des Rotors 20 . ergibt sich, daß dieser mit der Kreisfrequenz ω nach Art eines leerlaufenden Reluktanzmotors umläuft Wie an früherer Stelle angedeutet, ist der Wert jedes der drei Flüsse Φι, 3?2. Φ3 proportional der Amplitude der drei diese Flüsse jeweils hervorrufenden Systeme der

Dreiphasenspannungen. Die Flüsse Φ\, Φ₂, Φ3 schließen sich über die Welle 24 und das gemeinsame Joch 10, wie mit den mit Pfeil versehenen Magnetfluß-Linien in Fig.5 angedeutet, wobei sie auch drei ruhende, konzentrische Spulen 31, 32, 33 durchsetzen, die die gemeinsame V/eile 24 umgeben. Die mittlere Spule 32 ist vorzugswer-s aus zwei Halbspulen aufgebaut, von denen jeweils ein Teil zu beiden Seiten des mittleren Ankers 12 angeordnet ist. Die Flüsse Φι, Φ₂, Φ₃ rufen an den Klemmen der Spulen 31,32, 33 ein symmetrisches System von Dreiphasenspannungen Ua₀, Ub₀, Uq> mit

der Frequenz f— — entsprechend Gleichung (4) hervor.

Man bemerke, daß der beschriebene Demodulator eine Frequenzänderung der Mehrphasenspannungen ermöglicht, wobei die Vorteile eines Transformators erhalten bleiben.

Die vom Magnetfluß durchströmten Teile der Maschine müssen aus einem magnetisch leitfähigen

Matprial mit klpinpm Ficpnvprliict.Faktor hpropctpllt on

werden, da in ihnen ein Wechselfluß fließt. Der Wechselfluß mit der Pulsationsfrequenz ε parallel zur Rotationsachse bedingt, daß die magnetisch leitfähige Welle 24 und das Joch 10 aus magnetisch leitfähigem Material mit kleinem Eisenverlust-Faktor hergestellt werden muß.

Eine mögliche erste Lösung zeigen die F i g. 7 und 8 für eine achtpolige Maschine (Polzahl des Stators), die in ihrem Rotor 20 Magnetkreisabschnitte 21, 22, 23 aufweist, die jeweils vier Polkörper haben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Rotor 20 Stapel »us ebenen Blechen 124 auf, die zur Rotorsachse parallel verlaufen und in Gruppen zusammengefaßt sind, die in die Polkörper 21, 22, 23 des Rotors 20 eingefügt sind. Diese Bleche 124 werden von einem Blechpaket umschlossen, dessen Einzelbleche 120 senkrecht zur Achse des Rotors ausgerichtet sind. Die dünnen, isolierten Bleche 120 bilden die ausgeprägten Polkörper des magnetischen Schließungskreises des Rotors und dienen vom elektrischen Standpunkt her gesehen zur Leitung des Magnetflusses, und vom mechanischen Standpunkt der gesehen, zur Halterung der in Längsrichtung geschicHeten Blechpakete 124. Die längs verlaufenden Teile des Joches 10 können gleichfalls Blechpakete 100 enthalten, deren Einzelbleche zur Rotorachse parallel verlaufen und die im Bereich der Anker mit Paketen aus senkrecht zur Achse des Rotors geschichteten Blechen 130 verbunden sind

Eine andere Ausführungsform zeigen die Schemabilder der Fig.9 und 10, in welchen das aus den zur Rotorachse senkrecht gerichteten Blechen 220 gebildete Paket, das die ausgeprägten Polkörper 21, 22, 23 formt, ein Paket aus gekrümmten Blechen 224 timschließt, die einen die Rotorwelle bildenden konzentrischen Ring abgeben. Die längs verlaufenden Bleche 224 in diesem Ring sind so angeordnet, daß sie in einem senkrecht zur Rotorachse gelegten Schnitt nach einer Kreisevolvente verlaufen, wie dies in der Fig. 10 deutlich wird.

Die in Längsrichtung parallel zur Achse des Rotors verlaufenden Teile des Joches 10 können ebenfalls aus einem Stapel dünner, gegeneinander isolierter, gekrümmter und zur Rotorachse parallel verlaufender Bleche gebildet sein, die in einer senkrecht zur Rotorachse gelegten Schnittebene in einer Kreisevolvente verlaufen. Der Teil des magnetischen Schließungsfcreises der Anker kann, wie bereits im vorhergehenden-Fall, aus Pakteten aus Blechen 230 bestehen, die in Ebenen senkrecht zur Rotorachse liegen. In den Fig.9 und 10 sind der Deutlichkeit wegen die Wicklungen dai* Anker und die konzentrischen Spulen weggelassen.

Die Fig. 1 Cr und 11 und 12 zeigen eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Demodulators. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die parallel zur Rotorachse angeordneten Bleche 324 auf dem Rotor in der Art von Kollektorlamellen bei Gleichstrommaschinen befestigt. Dies kann mit Hilfe einer Schwalbenschwanzbefestigung erfolgen, wie sie bei 325 angedeutet ist. Die Längs verlaufenden Abschnitte des Joches 10 können in gleicher Weise Pakete von Blechen 300 enthalten, die nach denselben technischen Grundsätzen befestigt sind.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die magnetisch wirksamen Rotorabschnitte und diejenigen des Joches aus massivem Material herzustellen, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß dieses Material bei hohen

Frpniipri7pn nur σρπησρ Fispnvprltittp hat

Die Fig. 13a, 13b, 13c, 14 und 15 zeigen in schematischer Darstellung einen Dreiphasendemodulator mit drei Dreiphasenankern 511, 512,513, von denen jeder eine Dreiphasenwicklung Au A2, A₃ (im Anker 511, F i g. 13a), B₁, B₂. B₁ (im Anker 512, F i g. 13b) und C₁, C₂. C₃ (im Anker 513. Fig. 13c), aufweist. Die Phasen [Ai, A₂, A₃), [Bi. B₂. S₃). (C₁. C₂. C₃) der Anker 511, 512, 513 werden jeweils durch die resultierenden Spannungen [Ui₃, Ui₂, Uu), U₂₃, U₂₂, Un), [U₃₃, U₃₂, U₃i) mit dem früher beschriebenen Spannungsverlauf gespeist, die aus einem Schwebungsspannungsgenerator zugeführt werden, der in der bereits genannten Anmeldung mit gleichem Prioritätsdatum beschrieben ist.

Jeder Stator oder Anker 511,512,513 kann in seinem Aufbau exakt gleich einem Stator eines üblichen Dreiphasensynchronmotors sein. Jeder Anker 511, 512, 513 wirkt mit einem mit Rotorwicklung 531, 532, 533 versehenen Rotor 521,522 bzw. 523 zusammen. Für den Zweck der einfacheren Darstellung sind in den Fig. 13 bis 15 zwei- bzw. vierpolige Polschnitte dargestellt Es versteht sich, daß die Polzahl von diesem vereinfacht dargestellten Aufbau abweichen kann. Außerdem kann ein Demodulator nach den Merkmalen der Erfindung statt der Rotoren mit ausgeprägten Polen auch solche aufweisen, die als Vollpolläufer ausgebildet sind, insbesondere deswegen, weil letztere sich für höhere Umfangsgeschwindigkeiten eignen.

Die Rotoren 521, 522, 523 sind gebleicht ausgeführt und haben geringe Eisenverluste, so daß ein Wechselfluß darin auftreten kann. Es sei an dieser Stelle festgehalten, daß die Tatsache, daß der Läufer von einem Wechselfluß durchsetzt wird, es verbietet, daß im Rotor eine Dämpferwicklung vorhanden ist, also keinerlei Kurzschlußwicklung oder Kurzschlußkäfig !vorhanden sein darf, weder als geschlossener Käfig, j noch als Teilkifig je Polschuh.

Die Rotorwicklungen 531,532,533 sind an Schleifringe 541—543, 540 angeschlossen, von denen mittels Schleifbürsten 551, 552, 553, 550 das Dreiphasenspan-

nungssystem Ua, U₃, Uc mit der Frequenz F= -j^

entsprechend Gleichung (4) abgenommen werden kann. Jede Rotorwicklung 531, 532, 533 ist an jeweils einen Schleifring 541,542,543 entsprechend einer Phase A₁B, Cund an einen weiteren Schleifring540a,5406₁.540c, der dem Nulleiter-Anschluß N entspricht, angeschlossen. Die Bürsten 551 —553 und 550a—55ÖCiiegen in üblicher Weise auf den Schleifringen 541—543 und 540a—540c

auf, urtj so die Systeme der demodulierten Dreiphasenspannungen abzunehmen.

Die Arbeitsweise des Demodulators ist folgende: jeder Stator 511, 512, 513 wird mit einer Dreiphasen-.spannung gespeist, deren Grundwelle eine Kreisfrequenz ω besitzt und deren Amplitude mit einer Pulsation ε moduliert ist, so daß im Luftspalt einer jeden Synchronmaschine 511, 521; 512, 522; 513, 523 ein Drehfeld der Kreisfrequenz ω umläuft (für den Fall einer zweipoligen Maschine), dessen Amplitude sinusförmig mit der Pulsation ε schwankt. Aufgrund der Ungleichförrnigkeif des magnetischen Leitwertes des Rotors über den Umfang treibt das Drehfeld diesen mit der Kreisfrequenz ω nach Art eines synchronen Reluktanzmotors im Leerlauf an. Die Änderung der Amplitude des Drehfeldes in Abhängigkeit von der Zeit induziert in den Rotorspulen eine Sinusspannung mit einer Pulsfrequenz ε, die der Pulsation der Modulation gleich ist. Aufgrund der Maßnahme, daß die drei

oben beschriebenen Weise gespeist werden, wonach die Phasenlage» der drei Modulationen gegeneinander um

-τ- versetzt sind, mit anderen Worten also der

Wechselfluß, der durch jeden der drei Anker 511, 512, 513 hervorgerufen wird, den nachstehenden mathematischen Ausdrücken folgt

Φ, = Φ cos et,

Φ₂ = Φ cos (et - -— \
Φ₃ = Φ cos (et + —£- J

bilden die drei Rotorwicklungen 531,532,533 die Quelle für ein Dreiphasensystem von Spannungen mit der Pulsation ε, das mit Hilfe der Schleifringe 541—543, 540a-540c und der Bürsten 551-553, 550a-550c nutzbar gemacht und abgenommen werden kann.

Nach einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine können die drei Elementar-Synchronmaschinen 511,521; 512,522; 513,523, die den Demodulator bilden, mechanisch vollständig voneinander unabhängig sein und drei gesonderte Maschineneinheiten bilden, tn dieser Form läßt sich auf einfach'. Weise ein erfindungsgemäßef Demodulator aus drei Heteropolar-Synchronmaschinen nahezu üblicher Bauart herstellen, bei welchen lediglich die Rotoren in besonderer Weise für den Durchgang eines Wechsel· flussöj geeignet, d. h. geblecht sein müssen und keine Dämpferkäfige haben dürfen.

In anderer Ausführungsform, wie sie der Fig. Π zu entnehmen ist, sind drei Einzelsynchronmaschinen in einem einzigen Gehäuse 510 zusammengefaßt Danach werden die drei Magnetfluß führenden Läuferteile 521, 522,523 auf einer gemeinsamen Welle 524 gehalten. Es genügt dadurch, je ein Lager 561,562 an jedem Ende für die gesamte Maschine vorzusehen. Diese zusammengefaßte Anordnung der magnetischen Schließungskreise tfes Rotors gibt auch die Möglichkeit, gegebenenfalls nur drei oder vier Schleifringe vorzusehen. Bei dem in F i g. 14 gezeigten Fall dient ein gemeinsamer Anschluß aller drei Rotorwicklungen 531, 532, 533 als gemeinsa-

τλ ;«»r Nu!!^nljnkt_f so dsß hierfür nur ein Schleifring 540 rnit Schleifbürste 550 benötigt wird, während die Schleifringe 541, 542. 543 mit ihren Schleifbürsten 551, 552, 553 die gleichen sind, wie in dem in Fig. 13 dargestellten Allgemeinfall, wobei allerdings sämtliche Schleifringe an einem Ende der Welle 524 zusammengefaßt sind.

Bei dem zusammengefaßten Kompaktaufbau gemäß Fig. 14 müssen zwar die Fluß führenden Teile des Rotors 521, 522, 523 geblecht sein, damit sie einen Wechselfluß zulassen können, das Gehäuse 510 führt jedoch keinen Magnetfluß und muß deshalb nicht aus einem Materia! mit kleinem Eisenverlust-Faktor bestehen, was im Gegensatz steht zu den Ausführungsformen gemäß den F i g. 4 bis 12.

Der Fachmann ist in der Lage, im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung verschiedene Abwandlungen vorzunehmen. So kann beispielsweise bei einer »integrierten« Ausbildung der Maschine gemäß F i g. 14 die Anzahl der Schleifringe und Schleifbürsten genau gleich der Zahl η der Einzelrotoren und Statoren sein oder auch gleich n+l, w^;e dies oben beschrieben ist, sofern nämlich im letzteren Fall der Nullpunkt mit einem gemeinsamen Schleifring für alle η Rotorwicklungen ausgestattet ist Allgemein können die umlaufenden Mehrphasenmaschinen, die einen Demodulato- gemäß der Erfindung darstellen, für den Fall ihrer Ausbildung gemäß den Fig.4 bis 12 als »zweifach homopolar« und für den Fall der Ausbildung gemäß Fig. 13 bis 15 als »heteropolar« bezeichnet werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnuncen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Demodulator zum Demodulieren von Mehrphasenspannungen mit einer Grundfrequenz (Trägerfrequenz) und mit η Phasen, die unter Bildung eines mit einer Pulsationsfrequenz ε einer Sinusform ähnlich amplitudenmodulierten Mehrphasenspannungssystems ineinandergreifen, wodurch ein mit ε

U₁. = U₀ sin

\ _+Uosin U

t₊ pulsierendes Mehrphasenspannungssystem entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß er als Maschinenumformer mit η untereinander gleichen Teilmaschinen auf einer Welle ausgebildet ist, daß die π Statoranker (11, 12, 13) mit einer fl-Phaspnwicklung versehen und mit den π zu demodulierenden Mehrphasenspannungen gespeist sind, die der Gleichung

folgen, worin / eine Gruppe von Spannungen im r System und ρ eine Phase in einer dieser Gruppen bedeuten und / und ρ die Werte von 1 bis π durchlaufen, daß die magnetischen Schließungskreise der π Rotorelemente (21, 22, 23) aus einem Material mit kleinem Eisenverlustfaktor bestehen und magnetischen Wechselfluß ohne Abdämpfung zu leiten vermögen und daß der Anzahl dsr π Rotorelemente (21, 22, 23) entsprechende Mittel zum Schließen der Stromkreise der η mit ε pulsierenden Mehrphasenspannungssysteme, die mit diesen verbunden sind, vorgesehen sind.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die π Statoranker (11, 12, 13) miteinander durch ein gemeinsames Joch (10) aus einem Material mit kleinem Eisenverlustfaktor » verbunden sind, daß die η magnetische Kreise bildenden "Otorelemente (21, 22, 23) zu einem einheitlichen Rotor (20) au: einer gemeinsamen, magnetism leitfähigen Welle (24) zusammengefaßt sind, der in den als magnetischer Pfad dienenden Teilen aus einem Material mit kleinem Eisenverlustfaktor besteht, daß die Mittel zur Aufnahme der π Systeme der mit e pulsierenden Mehrphasenspan nungen η feststehende un i zur Achse der magnetisch ieitfähigen Wclle(24) konzentrische Spulen (31, 32, 33) sind. o;iß jed·. r der η magnetischen Sih'icliungskreise (21. 22. 2J) des Rotors (20) eine An/ihl von Polkörpern -·η jer Zahl der Poipj -^rc irr zugehörigen Statorar, .e; (II, 12, 13) hat un! ci.iΠ die ge< -netrische Relat »■·.ers;;hiebung der ^!ei.h- ii nahmigen Phasen der η StJtor.in^r gier.!, der relativen i.angsverschi -bung der !'olkörp'.-r )ι·- R'lors sind.

> Demodulator η ich Anspruch 2. d<s ;.ir |-, geki'iiiizeichric··.. daß üc vom M.igne^et '■;■> ϊ\ι,.' -.u durchsetzten Teile t .:s Roto; s μγ, i (!f. ₍ ,. \-.,-_ geblecht sind mit eine." ersten Rief bscmcht'inB (124: 224) parallel zur Rot' rachse (20) in '»erbindi-.-ig i.v eini'^r /weilen tll.-ch« hichtung (120, 220) sc"k-Mm Zi-- K -tnra<:hse(20) ■■-. 522. 5? M

Demodulator nach Λη'»;)πι< r. 3. d.i.i.i,-■■'■ s'.^r,; fi. n".

^v -,enn/eichnet. da.' die erste iilei hschi^htu',: ■.!■· /\;r R(j:orichse para'iclen HVi. nc aus I'H". :: ebener Bi. h<- ('24) gebildet ,1 r)ie η Jt-n Polkörpern iieg^n I ig 7 und H) <

J. Dgrnodü!dt'_. üdch ΛΠίφ! iül J₁ Ii JW¹A: gekennzeichnet, daß die aus parallel zur Rotorachse verlaufenden Blechen aufgebauten ersten Blechpakete im Rotor einen die Rotorachse konzentrisch umgebenden Innenzylinder bilden und aus Blechen (224) bestehen, die Teile des zylindrischen Ringes bilden und die Form einer Kreisevolvente haben (F ig. 9 und 10).

6. Demodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Blechpakete aus zur Rotorachse parallelen Blechen (324) auf dem Rotor nach An von Kollektorlamellen befestigt sind (Fig. 11 und 12).

7. Demodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Rotors und des Joches, in denen ein Wechselfluß auftritt, aus massivem, für Hochfrequenz geeigneten Material bestehen.

8. Demodulator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere ortsfeste Wicklung (32) aus zwei HalbwickJungen zu beiden Seitendes mitti.-ren Statorankers (12) besteht

9. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Anordnung von η mehrphasigen, synchron laufenden Heteropolarmaschinen (511, 512, 513) zusammengesetzt ist. von denen jede einen η phasigen Statoranker und einen mit einer Spuienwicklung (531,532,533) versehenen Rotor (521,522,523) aufweist, dessen Polzahl mit der des Statorankers übereinstimmt, und daß die Spulenwicklungen der Rotoreieme' e zu den Mittein zum Erzeuger, der η Systeme d - mehrphasigen Spannungen rru der Pulsatio-f gehören.

10. Demoduiator ·:? :h A ?r.ru<.h 9. dadurch gekenn/cicn ,.-!, v.ii i'ie Mitü:i zu-ι Rrz.eugen der S_fjann^:ingc;i ;:i de ι Rf₁(KeT Mt/t- 1 ie Schleifringe (541-543: VW .j -'".4<H; j ml ic-.tv · V.nde Schieifbur-

sten (551 — 55 ); 550.7- 55Or);. ι'. .eh ■ r., ;scn 9 od- 51J), du- 10. 1 1. Den ICV. j',\äUj! M. : . ''.·■< >_h;ru<. η i-i ' -,neTi eiⁿ/ 521,522, ■i^en dadui-.l· g ■:>■ ^■irz;'..-'¹.-.- •ri; ' >1i , 5V2. mignetii ZU /7 Gehäuse ν ;, ■a' 'c.':nu ene-i i<<. !"reu I .er gcm^ 523) m:t Wk k ι n.-T er. '.c-sef. und J iß uif Γι ,Chen gehören ■■> lUg*. ^.r.o \ lt. ,( 1 >. • 'Jl "ι! 9 odci ΊΓο.1 SchiicJji.g % rv ;!.-r ^! iatoreler ried Weile 2&) '.·.'::■ jcK .-.:· >prU' η Rotoren r 1^|Ί 12. [>·!! "I·: ■,ia - ·Γ :· ··.. <!;ιΓ. d ic η S iente dadiirc;; gi in/ ·ι;ΊΐΓ!Γ ™n jew.c; !,gen (521, (511, 512, 5! t; -i..^: ihn

ρ'Ί.-.ίκ·. nechanisrh unabhängige, sv'-,;h. υ". ■ 7" t''>l»"nav.'h.neri Hilden

!J I>c"i( -l"iRi'>' nach Atnonifh IO oder II, daciurt ι. ?.<· -· nze ι iirf-t. daß '¹¹He der Zahl der magnetische·-. Sci'lieUnngskr'-i'.': der Rotoren glei ehe An'ahi <■■-, ι S' hiPiir.rgin -/o'^esebep ist und !--Π jede P'i:':*-Miir; ■ p-m R-so'id'-' 'n Schlei'i
zugeordnet ist.

14. Demodulator nach Anspruch 10 oder U, dadurch gekennzeichnet, daß die ZaIiI der Schleifringe (540—543) um 1 größer als die Anzahl der magnetischen Schließungskreise der Rotoren (521 — 523) ist und daß jede Rotorwicklung (33fc-*533) mit einem eigenen (541—543) und alle η Rotorwicklun-

gen mit einem gemeinsamen Schleifring (540) verbunden sind, der als Nulleiter-Anschluß dient (Fig. H).

15, Demodulator nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schließungskreise der Rotoren mit Vollpolen ausgestattet sind,

16, Demodulator nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schließungskreise der Rotoren ausgeprägte Pole haben (F ig. 10,12,15),

17, Demodulator nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl η gleich 3« ist

und wird vielfach in der Rundfunktechnik, der Technik der Synchronoskope, bei Sendern usw. eingesetzt. Die Erscheinung läßt sich durch folgende Gleichungen darstellen: