DE3334950A1 - Einphasen-ring-drehtransformator - Google Patents

Einphasen-ring-drehtransformator

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DE3334950A1
DE3334950A1 DE19833334950 DE3334950A DE3334950A1 DE 3334950 A1 DE3334950 A1 DE 3334950A1 DE 19833334950 DE19833334950 DE 19833334950 DE 3334950 A DE3334950 A DE 3334950A DE 3334950 A1 DE3334950 A1 DE 3334950A1
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Germany
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magnetic
magnetic conductor
air gaps
transformer
winding
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DE19833334950
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English (en)
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Vigen Ivanovič Čitečian
Vladimir Semenovič Erevan Arutjunian
Galik Gračievič Demirčian
Usik Artašesovič Oganian
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EREVANSKIJ POLITEKHN I IM KARL
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EREVANSKIJ POLITEKHN I IM KARL
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18Rotary transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschinen und betrifft insbesondere Einphasen-Ring-Drehtransformatoren.
  • Die Erfindung kann zu einer kontaktlosen Übertragung einer transformierten Elektroenergie von ruhenden Teilen einer elektirschen Maschine oder einer anderen elektromechanischen Einrichtung zu deren rotieren den zeilen, oder umgekehrt, verwendet v3erden.
  • Es ist ein Fingtransformator mit umlaufenden Sekundarwicklungen und radialen Luftspalten (CH-PS 396131, Int. Kl. H02f, A965) bekannt. Hier sind der aus rechteckigen longitudinalen und ringförmigen radialen Kernblechen geschichtete feststehende Magnetleiter ebenso wie der umlaufende Magnetleiter mit dem Gehause und der Volle durch Keile verbunden.
  • Es ist ein Ringtransformator (s. einen Beitrag von Kracke Günter "Rotierende Stromrichtererregung von Synchronmotoren, Blindleistungsmaschinen und Stromrichtermotoren "Siemens-Z", 1970, 44, Nr. 5, S. 305 bis 309) bekannt. Diese Konstruktion enthalt aus Kernblechen in Längsrichtung geschichtete Pakete des feststehenden Magnetleiters und einen aus ungleichen longitudinalen und aus gleichen halbringförmigen radialen Kernblechen geschichteten umlaufenden Magnetleiter. Derartiger Transformator wurde fur eine kontaktlose Übertragung der Erregerleistung an die umlaufende Erregerwicklung eines Synchronmotors grosser leistung ausgenutzt.
  • Von Vorteil bei den bekannten Transformatoren ist eine radiale Anordnung der Luftspalte, die deren praktisch gleichbleibende magnetische Leitfähigkeit bei geringen Axialverschiebungen des rotierenden Teiles gewahrleistet.
  • Das Vorhandensein von zwei bis vier zusätzlichen BuCtspalten im Eisenweg des magnetischen Hauptflusses an den Stopstellen der longitudinalen und transversalen Blechpakete des Magnetleiters hat aber eine Vergrösserung des Leerlaufstroms zur Folge und macht eine hochzuverlässige Isolierung zwischen den Blechen an den ringförmigen Abschnitten des Magnetleiters und eines Radialschnittes an diesen Abschitten notwendig, um Kreis-Wirbelstrome in diesen abzuschwachen. Die Herstellung der longitudinalen Pakete erfordert eine recht komplizierte Technologie.
  • Die Magnetleiter des feststehenden und des umlaufenden Teiles sind auch Kernblechen verschiedener Konfiguration ausgeführt, was dazu zwingt, verschiedenes Stanzwerkzeug anzuwenden.
  • Die Unmbglichkeit, die Wicklungen abzubauen, ohne dass der Magnetleiter selbst auseinandergenommen wird, bedingt erhebliche Parameteränderungen bei diesem nach dessen wiederholtem Zusammenbau.
  • Die Ringkanäle fur die Spulenwicklungen (Primar-und Sekundarwicklung) sind verschieden gross ausgefiihrt, was die Herstellung der Spulen erschwert, denn für die Spulenwicklung wird verschiedene Ausrüstung erforderli ch.
  • Am nächsten liegt nach dem technischen Wesen ein Ringtransformator mit stirnseitigen Luftspalten (NO-PS 120694, Kl. 21d248, 1971 und Beitrag von S.Bojar--Sazonovich, E. Stamataki "Drehtransformator mit stirnseitigem Luftspalt zur Speisung der Erregerwicklung eines kontaktlosen Genera-t;ors Zeitschrift "Elektrotekhicheskaja promyshlennost" (Elektrotechnische Industrie), Ausgabe 261, 1966, S. 12 bis 13), der einen feststehenden Magnetleiter (Stander) und einen von diesem durch stirnseitige Luftspalte abgetrennten umlaufenden Magnetleiter (Laufer) enthält, die beide in Längsrichtung aus gleichen Kernblechen geschichtet und in deren gleichen einander zugekehrten stirnseitigen Ringnuten eine feststehende ringförmige (Stånder) wicklung und eine umlaufende ringförmige (Läufer)wicklung angeordnet sind.
  • Dieser Transformator wurde für eine kontaktlose Übertragung der elektrischen Leistung an den Laufes eines Synchron generators eingesetzt. Im bekannten Transformator sind Bleche des feststehenden und des umlaufenden Magnetleiters genormt, zusätzliche Luftspalte im magnetischen Kreis eliminiert, Wicklungen vereinheitlicht.
  • Jedoch bleiben auch im bekannten Transformator eine Reihe von Problemen umgelöst, zu denen gehören: - Kompliziertheit einer gleichmässigen Anordnung, der Befestigung und Zusammenfügung von Blechen des feststehenden und des umlaufenden Magnetleiters; - erhebliche Schwierigkeiten bei der Sicherung der Bestandigkeit der stirnseitigen Spalte bei der Fertigung und im Betrieb, die sich ganz besonders bei Maschinen allgemein industrieller Bestimmung mit einer beträchtlichen Ausstosszahl bemerkbar machen; - grosser magnetischer Widerstand der stirnseitigen Spalte, der einen Durchfluss von grossen Magnetisierungsstromen in der feststehenden Wicklung bedingt, wahrend die erzwungene Anwendung halbgeschlossener Nuten, um die magnetische LeitfÄhigkeit der Luftspalte zu erhöhen, eine Vergrösserung von Nutenstreuflüssen, eine Zunahme induktiver Streuwidersiande der Wicklungen und als Folge dessen eine Verschlechterung der Energiekennwerte des Transformators im ganzen herbeifuhrt.
  • Es sei auch zu bemerken, dass die Anwendung der halbgeschlossenen Nuten die Ausfuehrung von lediglich Iaufelwicklungen mit einer Durchtrankung erst nach der Einbettung zulässt, was zu einer praktischen Untrennbarkeit der Wicklungen bei deren Austausch oder Reparatur fuhr t.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einphasen-Ring-DrehtransSormator zu schaffen, bei dem die konstruktive Ausfuhrung der Magnetleiter es gestattet, den Leerlauf strom bei offenen Nuten geringer zu halten, wodurch die Konstruktion und die HersteNungstechnologie vereinfacht, die Stabilität der Parameter bei der Herstellung, im Betrieb und bei der Reparatur gesichert und die Energiekennwerte verbessert werden.
  • Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Einphasen-Ring-Drehtransformator, der einen fest- stehenden Magnetleiter und einen von diesem durch stirnseifige Luftspalte abgetrennten umlaufenden Magnetleiter enthalt, die beide aus gleichen Kern blechen geschichtet und in deren einander zugekehrten stirnseitigen Ringnuten eine feststehende und eine umlaufende Ringwicklung angeordnet sind, gemaß der Erfindung die Magnetleiter aus 1-formigen Kernblechen in der Weise geschichtet sind, dass der lange und der kurze Schenkel der Kernbleche des feststehenden Magnetleiters gegenüber dem kurzen bzw, langen Schenkel der Kernbleche des umlaufenden Magnetleiters liegen und auf verschiedenen Entfernungen von der Drehachse zusätzlich zwei radiale Luftspalte mit grosser magnetischer Leitfahigkeit bilden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend an einem konkreten Ausfuhrungsbeispiel anhand der beige legten Zeichnungen naher eriåutert. Es zeigt Fig. 1 die erfindungsgemässe Konstruktion eines Einphasen-Ring-Drehtransformators im Längsschnitt; Fig. 2 die erfindungsgemasse Konstruktion des Einphasen-Ring-Drehtransformators im Querschnitt.
  • Der Einphasen-Ring-Drehtransformator enthålt einen feststehenden Magnetleiter als Ständer und einen umlaufenden Magnetleiter als Laufer> deren Pakete aus feststehenden L-formigen fächerartig angeordneten Kernblechen 1 und 2 (Fig. 1 und 2) geschichtet sind. Die ringförmige Ständerwicklung 7 und die ringförmige LåuSerwicklung 4, die, falls notwendig, mit gleichen Massen ausgefuhrt werden, sind in entsprechenden ringförmigen Stander- und Läufernuten untergebracht. Die Standerpakete sind in Radialrichtung am Gehause 5 festgehalten und können zusätzlich in verschiedenen Verfahren befestigt werden. Die Läuferpakete sind in Radialrichtung an der auf die Welle 7 aufgesetzten Nabe 6 festgehalten und können auch zusätzlich befestigt werden. Zwischen dem langen Schenkel der Ständerbleche 1 und dem kurzen Schenkel der Lauferbleche 2 ist in einer grösseren Entfernung von der Drehachse ein radialer Luftspalt 8 gebildet. Zwischen dem kurzen Schenkel der Standerbleche 1 und dem langen Schenkel der Lauferbleche 2 ist in einer kleineren Entfernung von der Drehachse ein radialer Luftspalt 9 gebildet. Die Magnetleiter des Ständers und des Läufers sind in Axialrichtung voneinander durch stirnseitige Luftspalte 10 und 11 abgetrennt. Die radialen IuStspalte 8 und 9 und die stirnseitigen Luftspalte 10 und 11 lassen den Laufer innerhalb des Standers umlaufen.
  • Der Magnetfluss 12 ist unipolar und schliesst in sich in der Axialebene ein. Die stirnseitige Anordnung der offenen Ringnuten fbr die Spulen, die eine rennbarkeit der Wicklungen 3, 4 ermoglicht, und die Anwendung nur radialer Schichtung der Pakete der Stander- und iuferbleche 1 bzw. 2 gestatten es, den feststehenden und den umlaufenden Teil des Magnetleiters in Form einzelner un zerle gbarer Eostruktionea ohne zusätzliche konstruktive Spalte auszufuhren.
  • Die Gr"osse der stirnseitigen Luftspalte 10 und 11 wird um ein Vielfaches mehr als die der radialen Luftspalte 8 und 9 gewahlt. Aus diesem Grunde ist deren Anteil in der gesamten magnetischen Leitfahigkeit gering, und die geringfugigen Axialverschiebungen des rotierenden Teiles des Transformators samt der Welle 7 (was bei Vorhandensein eises Spiels in den Lagern und bei Warmeaudehnungen der Welle der Fall ist) bleiben praktisch ohne Wirkung auf den Gesamtwert der magnetischen Leitfåhigkeit und also auf den Wert der Parameter des Transformators.
  • Der Ringtransformator arbeitet wie folgt.
  • Bei der Speisung einer der Wicklungen, beispielsweise 3 (Fig. 1), durch einen Wechselstrom bestimmter Frequenz, wird ein unipolarer magnetischer Wechselfluss 12 erzeugt, der, indem er seinen Kreis über den Magnetleiter in den Axialebenen findet, die andere Wicklung, beispielsweise 4, schneidet und in dieser eine Wechselspannung induziert. Dies ist der Fall unabhängig von der Drehrichtung un -zahl des Låufers und allen Ringtransformatoren eigen.
  • Beim Anschluss einer Last an die Wicklung 4 fliesst über sie ein Wechselstrom der gleichen Frequenz Die Entstehung einer Wediselkomponente in der EMK der Wicklungen bei der Rotation wegen einer zweiseitigen Zahnung des Spaltes 8, kann, falls erforderlich, durch Auswahl einer ungeraden Zahl der Pakete der Ständer- und gåuSerbleche 1 bzw. 2 beseitigt werden.
  • Dank einer grossen Axiallänge der Spalte 8 und 9 werden deren magnetische Leitwerte beträchtlich erhöht. Dieser Umstand führt ungeachtet des Vorhandenseins der zweiseitigen Zahnung des Spaltes 8 zu einer Abnahme des Leerlaufstroms des Transformators um das 2,5 bis 3fache.
  • Die Ausnutzung der gleichen L-förmigen Kernbleche 1 und 2 zur Schichtung der Stånder- und Lauferblechpakete, die es gestattet, die Stanzwerkzeuge für die Bleche, die Wickeldorne für die Spulenwicklung vor der Einbettung in die Nuten zu normen, die Anwendung der Schweissung bei der Montage des Magnetleiters des Transformators verbessern erheblich die Konstruktion, die Technologie und die technisch-ökonomischen Kennziffern des erfindungsgemässen Ringtransformators.
  • Die Abnahme des Leerlaufstroms führt zu einer Verringerung des Verbrauches von aktiven Materialien (Kupfer und Elektroblech als Folge einer Verminderung des Volumens des Transformatorfensters), zu einer Erhöhung des Leistungsfaktors und des Wirkungsgrades um durchschnittlich 30 bzw. 20 %, was bei einer Serienfertigung einen beträchtlichen ökonomischen Nutzen erbringen kann.
  • Es wurde ein Versuchsmuster des Einphasen-Ringtransformators der erfindungsgemassen Bauart mit einer Leistung von 1 kW zur kontaktlosen Übertragung einer Erregerleistung an den LåuSer eines Synchrongenerators mit einer Leistung von 30 kW (n = 1500 U/min, U = 400 V, f = 50 Hz, Erregung erfolgt als Selbsterregung von der zusatzlichen Standerwicklung des Generators, nåmlich von der dritten Harmonischen des Feldes mit fG = 150 Hz) hergestellt und erprobt.
  • Der Transformators tan der mit der feststehenden Wicklung 7 wurde auf dem Lagerschild des Generators angeordnet, während der Laufes mit der umlaufenden Wicklung 4 auf das Wellenende (an Stelle von Schleifringen) aufgesetzt wurde. Hierbei wurden die Pakete der Stander- und der Låuferbleche 1 bzw. 2 des Transformators in mit dem magnetischen Hauptfluss schwach verketteten Zonen (von der Aussenseite der radialen Abschnitte der Stander- und Lauferblechpakete des Transformators) an stahlerne Befestigungsringe zusätzlich angeschweisst. Die Spulen wurden in den Ringnuten durch Keile aus unmagnetischem Isoliermaterial (Textolit) festgehalten.
  • Die feststehende Transformatorwicklung 3 wurde von der genannten Zusatzwicklung des Generators durch einen Wechselstrom gespeist, während die umlaufende Wicklung 4 die Erregerwicklung des Generators über einen am rotierenden Läufer angeordneten Einphasengleichrichter in Brückenschaltung speiste. Durch die Herstellung des Versuchsmusters wurde die industrielle herstellungstechnische Realisierbarkeit der beschriebenen Konstruktion bestätigt. Die Prüfungen des Musters ergaben die Funktionsfahlgkeit und die Zuverlässigkeit der Konstruktion, eine hohe Stabilitat der Parameter nach zahlreichen Montagen-Demontagen, deren Übereinstimmung mit den Rechenwerten, recht hohe Energiekennwerte und Betriebswerte wahrend der Arbeit.

Claims (1)

  1. EINPHASEN-RING-DREHTRANSFORMATOR PATENTANSPRUCH: ½). Einphasen-Ring-Drehtransformator, der enthält: - einen feststehenden Magnetleiter und einen von diesem durch stirnseitige Luftspalte (10,11) getrennten umlaufenden Magnetleiter, welche beide aus gleichen Blechen (1,2) geschichtet sind; - eine feststehende und eine umlaufende Ringwicklung (3 bzw. 4), die in einander zugewandten stirnseitigen Ringnuten der Magnetleiter untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass - die Magnetleiter aus L-förmigen Kernblechen (1,2) geschichtet sind, obei - der lange und der kurze Schenkel der Bleche (1) des feststehenden Magnetleiters gegenüber dem kurzen bzw. langen Schenkel der Bleche (2) des wulaufenden Magnetleiters unter Ausbildung zweier zusätzlicher radialer Luftspalte (8, 9) mit grosser magnetischer leitfähigkeit auf verschiedenen Entfernungen von der Brehachse liegen.
DE19833334950 1983-09-27 1983-09-27 Einphasen-ring-drehtransformator Withdrawn DE3334950A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2775383A1 (fr) * 1998-02-25 1999-08-27 Siraga Sa Transformateur tournant comportant un corps fixe et un corps rotatif disposes l'un en face de l'autre
WO2000007283A1 (de) * 1998-07-30 2000-02-10 Robert Bosch Gmbh Elektrische maschine, insbesondere drehstromgenerator
EP4147255A4 (de) * 2020-05-08 2024-05-29 Univ Griffith Hochfrequenztransformator und anwendungen dafür

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