-
Induktionsregler Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsspannungsregler.
Bei derartigen Reglern ist es wünscheliswert, daß die Impedanz, die durch den Regler
in den Stromkreis gebracht wird, niedrig ist, und daß die Impedanz in dein ganzen
Regelbereich so konstant wie möglich bleibt. Um dies zu erreichen, ist es bereits
bekannt, eine zusätzliche Kurzschlußwicklung vorzusehen, welche von dein Rotorkern
getragen wird und in geeigneter induktiver Verbindung mit den Primär- und Sekundärwicklungen
des Reglers steht.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine solche Ausführung des Reglers, durch
die die Verluste und die Impedanz des Reglers in erheblich größerem Umfang ausgeglichen
und verringert werden, als es mit den bisher bekannten Anordnungen möglich war.
Dies wird dadurch erreicht, daß nicht alle Rotorzähne gleich lang sind, und daß
der Luftspalt zwischen dein Stator und den eigentlichen Polzähnen des Rotors kleiner
ist als der Luftspalt zwischen dem Stator und den in den Pollücken befindlichen
Zähnen. Ferner wird die Breite eines Magnetpoles des Rotors entweder ungefähr gleichgemacht
der Breite von einem der beiden zwischen den Statorpolen befindlichen Abschnitte,
oder aber die Breite eines Rotorpoles wird erheblich geringen bemessen als die Breite
eines Zwischenpolstückes des Stators, je nachdem, welche Anforderungen im Sonderfall
an den Regler gestellt werden.
-
Der Vorteil eines Reglers mit verkürzter Länge der Roto_.=äline in
den Pollücken, bei welchem die Breite eines Rotorpoles gleich ist der Breite eines
Zwischenstückes des Stators, besteht darin, daß die Blindwiderstände der Primär-
und Sekundärwicklungen verkleinert sind, insbesondere dann, wenn der Rotor sich
in einer i\Zittelstellung befindet.
-
Macht man die Breite eines Rotorpoles erheblich geringer als diejenige
eines Statorzwischenstückes, so hat man außerdem noch den Vorteil, daß das Verhältnis
zwischen den Amperewindungen der Kurzschlußwicklung und der Amperewindungen der
Sekundärwicklung verringert wird, so daß die Leitungsquerschnitte der Primär- und
Sekundärwicklungen vergrößert werden können.
-
An Hand der beiliegenden Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert
werden.
-
Abb. r zeigt einen Ouerschnitt des Reglers gemäß der Erfindung, Abb.
2 eine Aufsicht des Reglers; Abb. 3 zeigt den Regler in einer von der Stellung nach
Abb. 2 abweichenden Regelstellung;
In Abb. q. ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Reglers dargestellt; Abb. 5 zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel wie nach Abb.
.4 in einer anderen Regelstellung.
-
In Abb. i ist der Statorkern io, welcher die Wicklung i i trägt, in
einem Gehäuse 12 befestigt, welches mit Öl oder einer anderen isolierenden
Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Der Stator besteht aus einem magnetischen Hohlzylinder,
welcher den Rotor 13 umgibt. Dieser ist auf einer Achse 1.1 aufgeschoben und trägt
die Wicklung 15. Die Winkelstellung zwischen dem Rotor mit seiner Wicklung 15 und
dem Stator mit seiner Wicklung i i kann mittels eines Motors 16 über ein Getriebe
17 verstellt werden. Der Rotor 13 trägt ferner eine Kurzschlußwicklung 18, welche
rechtwinklig zu der Wicklung 15 angeordnet ist.
-
Der Regler ist in einen Stromkreis i9 eingeschaltet, so daß die Spannung
des auf der einen Seite des Reglers befindlichen Teiles des Stromkreises geändert
werden kann gegenüber derjenigen des auf der anderen Seite des Reglers liegenden
Teiles des Stromkreises i9. Die Primärwicklung 15 des Rotors ist zwischen die beiden
Seiten des Stromkreises i9 geschaltet, und die Sekundärwicklung i i des Stators
liegt in Reihe mit einer Seite des Stromkreises i9. Die Primärwicklung 15 induziert
einen, den Rotor 13 durchsetzenden magnetischen Fluß, welcher durch den Stator io
zurückfließt. Die Größe und Richtung dieses Flusses, welcher mit der Sekundärwicklung
i i verkettet ist, hängt von der Winkelstellung des Rotors 13 ab. Infolgedessen
wird eine Spannung in eine der beiden Richtungen induziert, welche sich je nach
der Winkelstellung des Rotors zu der Spannung des Stromkreises i9 zu addiert oder
von dieser subtrahiert.
-
In den Abb. 3 und 5 ist die Primärwicklung 15 rechtwinklig zu der
Sekundärwicklung i i dargestellt, so daß der durch die Primärwicklung induzierte
Fluß keine Spannung in der Sekundärwicklung hervorruft und sich die Spannung des
Stromkreises ig infolgedessen nicht ändert. Sobald der die Primärwicklung 15 tragende
Rotor 13 in einer der beiden Richtungen aus seiner neutralen Stellung herausgedreht
wird, wird der Primärfluß mehr und mehr mit der Sekundärwicklung i i verkettet,
bis Primär-und Sekundärwicklung parallel zueinander stehen. Hierbei wird die größtmögliche
Spannung in einer Richtung in der Sekundärwicklung induziert. Wenn die Primärwickhing
15 in der entgegengesetzten Richtung aus ihrer neutralen Stellung herausgedreht
wird, wird in ähnlicher Weise die in der Sekundärwicklung 11 induzierte Spannung
von dem Nullwerte bis zum Maximum, aber in entgegengesetzter Richtung, vergrößert.
-
In -den Abb. 2 und .I ist die Primärwicklung 15 in einer mittleren
Stellung dargestellt, so daß auch ein mittlerer Spannungswert in der Sekundärwicklung
induziert wird.
-
Die Kurzschlußwicklung iS hat, wie bereits erwähnt, die Aufgabe, den
Blindwiderstand oder die Impedanz des Reglers zu verringern, insbesondere dann,
wenn sich die Primärwicklung 15 ganz oder nahezu in ihrer neutralen Stellung befindet,
wie in den Abb. 3 und 5 dargestellt. In dieser Stellung sind die Primär- und Sekundärwicklungen
nicht oder nur sehr wenig induktiv miteinander verbunden und der den Stromkreis
i9 durchfließende Strom induziert in der Sekundärwicklung i i ein magnetisches Feld,
so daß die Sekundärwicklung einen hohen Blindwiderstand aufweist. Durch die Kurzschlußwicklung
wird nun der Kraftlinienpfad, durch welchen der Fluß des Sekundärfeldes fließen
muß, umhüllt. Hierdurch wird, wie angestrebt, das Sekundärfeld begrenzt, so daß
der Blindwiderstand der Sekundärwicklung klein ist. Sobald sich nun die Stellung
des Rotors in einer der beiden Richtungen ändert, wird die Kurzschlußwicklung 18
mehr und mehr aus ihrer induktiven Verbindung mit der Sekundärwicklung ii herausbewegt,
während sich die Primärwicklung 15 zu gleicher Zeit in entsprechendem Maße der Sekundärwicklung
induktiv nähert, so daß der Blindwiderstand der Sekundärwicklung ständig entweder
durch die Kurzsclllußwicklung oder die Primärwicklung oder auch durch die vereinigte
Wirkung beider auf einen niedrigen Wert begrenzt wird.
-
Die Primärwicklung 15 ist eingebettet in Längsschlitze in der Oberfläche
des Rotors 13, und die Sekundärwicklung ist in ähnlicher Weise in Längsschlitzen
in der Innenseite des Stators io untergebracht. Diese Schlitze bilden Zähne zwischen
sich, «-elche nicht nur zum Halten der Wicklungspakete dienen, sondern auch Kraftlinienpfade
für den magiletischen Fluß zwischen Stator und Rotor bilden.
-
Bei den bisher bekannten Regelausführungen weisen die Zähne sämtlich
die gleiche Länge auf, gerechnet von der Rotorachse ab. Der durch die Primärwicklung
erzeugte magnetische Hauptkraftfluß fließt durch den Rotor 13; er tritt hierbei
ein durch eine Gruppe von Zähnen 2o, welche den einen magnetischen Pol an der einen
Seite des Rotors bilden und tritt aus durch eine andere Gruppe von Zähnen -2o, welche
den anderen magnetischen Pol an der entgegengesetzten
Seite des
Rotors bilden. Es fließt nun außerdem noch ein weiterer Kraftfluß von dem Rotor
13 zu dem Stator zwischen den Wicklungen der Primärwicklung 15 durch die zwischen
den Polen liegenden Zähne. Dieser Streukraftfluß vergrößert den Blindwiderstand
der Primärwicklung und somit auch denjenigen der Sekundärwicklung i i, so daß in
den die Sekundärwicklung durchfließenden Strom eine unerwünscht hohe Impedanz eingefügt
wird. In Abb. ,I ist ein solcher Strcukraftfluß durch die gestrichelt gezeichneten
Linien angedeutet.
-
Die Polzähne 20 sollen nun bekanntlich so bemessen sein, daß der Luftspalt
zwischen Rotor und Stator möglichst gering ist, so daß der magnetische Widerstand
des Kraftlinienweges des Hauptkraftflusses sehr klein ist. Wenn nun die Zähne, welche
sich zwischen den beiden Gruppen Polzähne 2o befinden und zwischen den Primärwindungen
hervorragen, ebenso lang wie die anderen Zähne sind, ist es klar, daß sie Kraftlinienpfade
mit niedrigem magnetischen Widerstand für den die Zwischenzähne durchsetzenden Streukraftfluß
bilden. Befindet sich z. B. der Rotor in der in Abb. q dargestellten Mittelstellung,
so ist etwa die Hälfte der Primärwicklung finit den Kraftlinienpfaden des Streukraftflusses
verkettet, deren magnetischer Widerstand gering ist, während der Blindwiderstand
in den Primär- und Sekundärwicklungen entsprechend hoch ist, sofern die Luftspalte
zwischen dem Stator und den Zwischenzähnen klein ist.
-
Um nun diese hohen Impedanzen zu verringern, werden, wie in den Abb.
2 bis 5 dargestellt ist, gemäß der Erfindung die Luftspalte zwischen den zwischen
dem Stator und den zwischen den Polen des Rotors befindlichen Zähnen größer gemacht
als zwischen den Polzähnen des Rotors und dem Stator. Es ist hierbei zweckmäßig,
die Zwischenzähne nur soweit zu verkürzen, wie es zum Erreichen des erforderlichen
magnetischen Widerstandes in den Kraftlinienpfaden des Streukraftflusses notwendig
ist, da die Zähne als Träger für die Rotorwicklungen dienen. Falls die Zähne zu
kurz sind, um die Wicklungen zu tragen, kann man Streifen 22 aus nichtmagnetischem
Material an den äußeren Enden der Zähne befestigen. Bei den in den Abb.2 und 3 dargestellten
Ausführungsbeispielen sind Holzplatten vorgesehen, welche an der Innenseite ausgehölt
sind, so daß ein Kanal zum Durchfluß eines Kühlmittels, z. B. Öles, entsteht.
-
Bei den Reglern nach Abb. d. und 5 sind Streifen aus einem nichtmagnetischen
Material mit hohem Widerstand, z. B. Neusilber, angeordnet. Diese Streifen sind
ebenfalls ausgehöhlt, so daß sie Durchflußkanäle bilden. Durch den hohen Widerstand
und die unmagnetische Eigenschaft der Metallstreifen wird erreicht, daß diese die
Wirbelstromverluste, welche durch den Stretikraftfluß hervorgerufen werden, auf
einen niedrigen Wert begrenzen. Außerdem haben die Metallstreifen den Vorteil, daß
sie den Kraftfloß zwischen den magnetischen Rotorzähnen und dein Stator begrenzen.
-
In den Abb. 2 und 3 ist jeder magnetische Pol des Rotors 13 erheblich
schmäler, als jeder der beiden zwischen den Polen befindlichen Teile des Stators
io. Diese Polzwischenstücke dienen als Träger der Sekundärwicklung i i.
-
In den Abb. d. und 5 ist die Breite jedes Magnetpoles des Rotors ungefähr
ebenso groß, wie die Breite von jedem der beiden zwischen den Polen befindlichen
Teile des Stators io. Bei einem Regler, bei dein schmale Rotorpole und verkürzte
Zwischenzähne am Rotor vorgesehen sind, ist das Verhältnis der Amperewindungen der
Kurzschlußwicklung zu den Arnperewindungen der Sekundärwicklung des Stators annähernd
gleich dem Verhältnis zwischen der Breite jedes Rotorpoles und der Breite jedes
Polzwischenstückes des Stator s. Diese Breite kann entweder in Winkelstellungen
gemessen werden oder indem man den Abstand längs des Luftspaltes zwischen Rotor
und Statorkernen mißt.
-
Wie die Abb.2 und 3 zeigen, ist jeder Rotorpol ungefähr halb so breit
wie eines der beiden Zwischenstücke des Stators, so daß die Amperewindungen in der
Kurzschlußwicklung 18 nur ungefähr 5o °, der Amperewindungen in der Sekundärwicklung
betragen. Wenn nun in einem solchen Falle die Polzähne 20 und die Zwischenzähne
des Rotors alle die gleiche Länge haben würden, so daß alle Luftspalten zwischen
diesen Zähnen und dem Stator gleich wären, würde das Verhältnis der Amperewindungen
in der Kurzschlußwicklung zu den Amperewindungen in der Sekundärwicklung auf etwa
8o wachsen.
-
Der Vorteil eines Rotors mit engen Polen und verkürzten Zwischenzähnen
besteht also u. a. darin, daß die Kurzschlußwicklung kleiner «-erden kann. Infolgedessen
steht, wie bereits erwähnt, mehr Raum für die Primär-und Sekundärwicklungen zur
Verfügung, so daß die Leitungsquerschnitte für diese Wicklungen bei einem gegebenen
magnetischen Fluß und gegebener Reglergröße stärker gewählt werden können.
-
Wenn die Breite jedes Rotorpoles gleich ist der Breite jedes der Zwischenstücke
des Stators, wie es in den Abb. 4 und 5 dargestellt
ist, so werden
die Amperewindungen der Kurzschlußwicklung ungefähr gleich den Amperewindungen in
der Sekundärwicklung.