DE302985C

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Publication number: DE302985C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Mit der Steigerung der Leistungseinheiten von elektrischen Maschinen einerseits und der Verwendung von "hohen Frequenzen in der Telegraphie andrerseits hat die zusätzliche Stromwärme, die durch die Stromverdrängung in den Leitern von Wicklungen elektrischer Maschinen verursacht wird, ganz bedeutende Beträge angenommen, die zuweilen ein Mehrfaches der Stromwärme ausmachen,

ίο die in den Leitern entsteht, wenn sich der Strom gleichmäßig über die Querschnitte verteilt.

Um diese zusätzliche Stromwärme zu verringern, werden häufig die Leiter unterteilt und die einzelnen Teile des Leiters gegeneinander verdrillt. Hierdurch wird aber der zur Verfügung, stehende Wicklungsraum im allgemeinen schlecht ausgenutzt, die Herstellung der Wicklung mit diesen zusammengesetzten Leitern sehr erschwert und die Betriebssicherheit beeinträchtigt. Nach dem Gegenstand der Erfindung wird die zusätzliche Stromwärme dadurch verhindert oder wenigstens verringert, daß in der Leiteranordnung zusätzliche Induktionsflüsse erregt werden, die in den Leiterkreisen E. M. Ke. induzieren, die denen entgegenwirken, welche durch die Strom Verdrängung in ' den Leitern induziert werden. Diese Induktionsflüsse können durch fremde Ströme erregt werden; einfacher ist es jedoch, die eigenen Ströme der Leiter zur Erregung der zusätzlichen Induktionsnüsse zu veranlassen, indem besondere magnetische Kreise gebildet werden. Die Anwendung dieses Erfindungsgedankens soll an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutertwerden.

In Fig. ι ist Querschnitt und Aufriß einer Drosselspule mit zwei konzentrischen Lagen aa und bb dargestellt. Wenn jede Lage dieselbe Windungszahl hat und beide parallel geschaltet sind, wird sich bei der angedeuteten Stromrichtung zwischen den beiden Lagen ein Induktionsfluß ausbilden, dessen Richtung durch die strichpunktierten Linien -' mit den Pfeilspitzen angedeutet ist. Fließt ein Wechselstrom durch die Wicklung, so induziert er in der Wicklung selbst einen zusätzlichen Strom, derart, daß die resultierende Strömung in der Lage b verstärkt, in der Lage α dagegen verringert wird. Gemäß der Erfindung soll nun ein zusätzlicher Induktionsfluß erregt werden, der eine E. M. K. induziert, die der E. M. K. der Stromverdrängung entgegenwirkt. Einen solchen Induktionsfluß erhält man z. B., wenn man einen magnetischen Kreis um die Lage b der Spule anordnet, wie er z.B. in Fig. 2 durch den rechteckigen Eisenrahmen m dargestellt ist. Der in diesem magnetischen Kreise m fließende Induktionsfluß ist dem entgegengerichtet, der die Stromverdrängung verursacht. Wenn der Induktionsfluß im magnetischen Kreise w ebenso groß ist wie der übrige Teil des Induktionsflüsses. zwischen den Lagen a und b, so ist der Effekt der Stromverdrängung aufgehoben.

Die Erfindung läßt sich auch auf Wicklungen in Wechselstrommaschinen ohne wei-

teres anwenden, wie an dem Ausführungsbeispiel Fig. 3 gezeigt werden soll. Wir denken uns der Einfachheit wegen zunächst nur zwei parallel geschaltete Windungen α und b, die in Nuten gebettet sind und so vom Strom durchflossen werden, wie die voll ausgezogenen Pfeile andeuten. Die quer durch die Nuten tretenden Induktionsflüsse, die die Stromverdrängung verursachen, sind durch

ίο die strichpunktierten Linien angedeutet. Legt man nun um den Leiter b an einer .beliebigen Stelle außerhalb der Nuten einen magnetischen Kreis m, z. B. durch Bewickeln des Leiters mit Eisendraht, so .-bildet sich ein zusätzlicher Induktionsfluß aus, der den Leiter im Sinne des gestrichelten Pfeiles umschlingt und in der Leiteranordnung α b eine E. M. K. induziert, die der vom Induktionsfluß quer durch die Nut induzierten entgegengerichtet ist und somit den Effekt der Stromverdrängung aufhebt.

Eine derartige Bewicklung von Leitern mit Eiseildrähten ist an sich bereits bekannt für Fernsprechkabel, wie z. B. die Kabel nach dem Vorschlage von K r a r u ρ (E.T.Z. 1908, S. 586 ff.) zeigen. Bei diesen handelt es sich aber darum, die Induktionsspannung zu erhöhen und dadurch die Dämpfung der Fernsprechströme zu verringern. Es läßt sich dabei nachweisen und Versuche haben es bestätigt, daß hierbei der effektive Wechselstromwiderstand durch die Bewicklung mit Eisendraht stets größer wird. Nach vorlie-' gender Erfindung aber ist die Anordnung des magnetischen Mantels derartig" zu treffen, daß eine Verringerung" des effektiven Wechselstromwiderstandes der Leiteranordnung sich ergibt.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf zwei parallel geschaltete Leiter. In Fig. 4 ist angedeutet, wie man bei einem fünffach unterteilten Leiter den Effekt .der Stromverdrängung verhindern kann. Der zusätzliche Induktionsfluß wird in dem gestrichelten Eisenkörper erregt; der Querschnitt der Eisenstege.? ist so zu bemessen, daß der Nutenfluß möglichst vollständig aufgehoben wird. In Fig. 5 stellt die voll ausgezogene Gerade die Verteilung des Nutenflusses als Funktion der Wicklungshöhe dar; der Querschnitt der Stege.? ist nun so zu bemessen, daß der zusätzliche Induktionsfluß dem Nutenfluß möglichst vollkommen entgegenwirkt, also eine Verteilung ergibt, die möglichst genau mit der gestrichelten Linie in Fig. 5 übereinstimmt.

Bei allen diesen Ausführungsbeispielen muß natürlich der magnetische Kreis entsprechend der Frequenz des Wechselstromes so unterteilt sein, daß die Wirbelströme im Eisen innerhalb mäßiger Grenzen bleiben. Es wird sich auch empfehlen, den magnetischen Hilfskreis so zu dimensionieren, daß die magnetische Charakteristik des zusätzlichen Induktionsflusses mit der magnetischen Charakteristik der Induktionsflüsse, die die Stromverdrängung hervorrufen, möglichst übereinstimmt. Da diese Charakteristik fast linear verläuft, empfiehlt es sich, den magnetischen Hilfskreis durch einen Luftspalt zu unterbrechen; diese Unterbrechung ergibt sich bei der spiralförmigen Bewicklung des Leiters mit Eisendraht, wie sie z. B. in Fig. 3 angedeutet ist, von selbst.

Man kann auch die Leiter ganz oder teilweise innerhalb der Nut mit einem magnetisch leitenden Mantel, z.B. durch Umwicklung oder Umspinnung mit Eisendraht, umgeben. Die Induktionslinien werden dadurch aus dem Leiterinnern herausgedrängt; es entstehen auch in diesem Falle zusätzliche Induktionsflüsse, die den Effekt der Stromverdrängung verhindern. In Fig. 6 sind die magnetischen Kreise durch gestrichelte Linien angedeutet; die einzelnen Leiter können hier auch in Reihe geschaltet werden. · Es wird häufig genügen, nur die oberen Lagen der Wicklung mit einem solchen Eisenmantel zu umgeben. Um hierdurch die Streuung nicht wesentlich zu erhöhen, empfiehlt es sich, in den oberen Lagen weniger Leiter nebeneinander anzuordnen als in den unteren Lagen.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die h'ier beschriebenen Beispiele beschränkt. Wesentlich ist die Erregung eines zusätzlichen Induktionsflusses derart, daß in der Leiteranordnung E. M. Ke. induziert werden, die denen der Stromverdrängung· entgegenwirken. Dies läßt sich natürlich auf mannigfache Weise erreichen. · Bei den Ausführüngsbeispielen werden diese Induktionsflüsse durch die eigenen Ströme in den Leitern erregt; dies ergibt im allgemeinen die einfachste Anordnung, doch kann es zuweilen auch zweckmäßig sein, die zusätzlichen Induktionsflüsse durch fremde Ströme zu erregen.

Claims

Pat ent-An Sprüche;

1. Einrichtung bei elektrischen Wick- no hingen zur Verhinderung oder zur Verringerung des Effektes der Stromverdrängung und damit Verringerung des effektiven Wechseistromwiderstandes der Wicklungsleiter, dadurch ■ gekennzeichnet, daß zusätzliche Induktionsflüsse erregt werden, die in der Leiteranordnung der Wicklungen E. M. Ke. induzieren, die die

E. M. Ke. der Stromverdrängung ganz oder teilweise aufheben. .

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung

der zusätzlichen Induktionsflüsse besondere . magnetische Kreise angeordnet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung eines magnetischen Hilfskreises ein zusätzlicher Induktionsfluß erregt wird, der die Stromschleife im entgegengesetzten Sinne umschlingt wie die Induktionsflüsse, die die Stromverdrängung hervorrufen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, . dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Induktionsflüsse durch die eigenen Ströme in den Leitern erregt werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter außerhalb der Nut ganz oder teihveise von einem magnetischen Mantel umgeben werden.

6. Einrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter innerhalb der Nut mit einem magnetischen Mantel umgeben werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Leiter der oberen Lagen mit einem magnetischen Mantel umgeben werden.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den oberen Lagen weniger Leiter nebeneinander, liegen als in den unteren.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.