DE663954C - Verfahren zur Magnetisierung des aus permanentem Magnetstahl bestehenden Feldeisens elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

Durch die Neuentwicklung von Magnetstählen mit hoher Remanenz und hoher Koerzitivkraft ist es möglich geworden, elektrische Generatoren mit permanenten Magneten zu bauen, die mit größerer Feldstärke und daher stärkerer Ausnutzung des elektromagnetischen Materials arbeiten. Derartige Magnetstähle sind als sog. ausscheidungsgehärtete Magnetstähle bekannt; als für die hohe Güte des Magnetstahls wesentlicher Legierungszusatz wird dabei z. B. Aluminium oder Titan verwendet. Durch die Erfindung wird die Arbeitsfeldstärke derartiger Maschinen noch erheblich gesteigert. Erfindungsgemäß wird das Feldeisen der Maschine durch Erregung der Ankerwicklung magnetisiert. Magnetisiert man derartige Magnete durch einen fremden Strom und bringt sie dann in den Generator ein, so verlieren sie beim Herausnehmen aus der

ao magnetisierenden Wicklung einen beträchtlichen Teil ihrer Remanenz und arbeiten dann • im Generator nur noch, mit einem schwachen Felde. An sich ist es bereits bekannt, an elektrische Maschinen, die mit einem permanenten Magneten arbeiten (Zündmaschine) für die Magnetisierung des permanenten Magneten eine besondere Gleichstromerregerwicklung vorzusehen, die mindestens auf einen Schenkel des permanenten Magneten aufgeschoben ist. Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand die Ankerwicklung für die Erregung des Feldeisens der Maschine verwendet, so daß zusätzliche Wicklungen entfallen.

In Fig. ι stellt M einen achtpoligen permanenten Magneten und W die Wicklung im äußeren Ständerkreis der Maschine dar. Die Innenmagnetisierung kann am einfachsten dadurch erzielt werden, daß man gemäß der Schaltung nach Fig. 2 die laufende Maschine mit ihrer Wicklung auf einen Kondensator schaltet. Derselbe erzeugt bekanntlich magnetisierende Ströme, mit deren Hilfe man die vollständige Durchmagnetisierung des permanenten ' Magneten vornehmen kann. Fig. 3 zeigt im Diagramm die Wirkung dieses Verfahrens. M stellt die Magnetisierungscharakteristik des permanenten Magneten mit ihren ansteigenden und absteigenden Grenzästen dar, während C den Zusammenhang von Strom und Spannung am äußeren Kondensator wiedergibt. Die Maschine erregt sich bis zum Schnittpunkt P beider Kurven, also bis auf einen hohen Betrag von Strom und Spannung. Schaltet man nunmehr den Kondensator ab, so daß kein äußerer Strom mehr fließt, so wandert die Magnetisierung längs der Kurve M bis zum Leerlaufspunkt E,

*) Von .dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Northwood, Middlesex, England.

dessen Lage durch die magnetischen Eigenschaften des permanenten Magneten und den magnetischen Widerstand lediglich des Luft-Spaltes der Maschine und der äußeren Schließung des Eisens gegeben ist, der sich außer-, ordentlich klein halten läßt. Man kann durch diese innere Magnetisierung die Spannung E-, auf ein Vielfaches desjenigen Betrages bringen, der bei äußerer Magnetisierung des permanenten Magneten erzielbar ist.

Natürlich könnte man die Innenmagnetisierung auch durch einen Fremdstrom in der Wicklung W der Maschine vornehmen, beispielsweise einen Gleichstrom bei stillstehen-Λ5 dem Magneten M oder einen Wechselstrom von geeigneter Frequenz bei umlaufendem Magneten. Jedoch würde man hierbei das Maximum der Wirkung nur bei einer genauen Abstimmung der Phase des Stromes a° und der Polradlage erzielen, eine Abstimmung, die bei Belastung durch eine Kapazität nicht erforderlich ist, da sie sich hier selbsttätig ergibt.

Es genügt häufig, einen Kondensator an die einphasige Wicklung der Maschine anzuschließen. Eine verstärkte Wirkung erhält man jedoch, wenn man die Wicklung in bekannter Weise in zwei oder drei Phasenwicklungen zerteilt und jede an einen Kondensator anschließt, wobei man die Kondensatoren zur Stern- oder Polygonschaltung verbinden kann, so daß sich, ein Drehfeld in der Maschine ausbildet. In Fig. 1 ist eine Dreilochwicklung des Ständers dargestellt, so daß man zur Magnetisierung eine Drehstromwicklung verwenden kann, die man zu einer einphasigen umschalten kann, falls man im Betriebe nur Einphasenstrom benötigt. Um die Wirkung des Kondensators recht groß zu machen und dabei auf den Sättigungsteil der Magnetisierungskurve M in Fig. 3 zu kommen, ist es zweckmäßig, die Kapazität auf die magnetische Streuung der Maschinenwicklung abzustimmen, so daß die Anordnung in Streuresonanz arbeitet. Ferner ist es zweckmäßig, mit relativ hoher Umlaufzahl und Frequenz zu magnetisieren, einerseits um die erforderliche Kapazität gering zu halten, anderseits um den Einfluß des Ohmschen Widerstandes der Wicklung, der die magnetisierenden Ströme vermindert, relativ klein zu halten. Die Umdrehungszahl ist dabei zweckmäßig höher als die Betriebsdrehzahl.

Wenn die Erregung des Wechselstromes zum Magnetisieren bei zunächst' völlig unmagnetischem permanenten Magneten erfolgen soll, so genügt es, dem Kondensator eine kleine Anfangsleistung oder dem Generator einen kleinen Anfangsstrom aufzudrücken, um die Wirkung der kapazitiven Selbsterregung in Gang zu bringen.

Die Innenmagnetisierung durch Kapazitätsströme ist nur bei Wechselstrombelastung des Generators möglich. Um dieselbe auch bei Gleichstrommaschinen mit Kollektor durchzuführen, ist es zweckmäßig, die Gleichstromankerwicklung über Anzapfungen und Schleifringe an die Kondensatoren anzuschließen.

Belastet man die fertig magnetisierte Maschine im Betrieb nur mit Wirkstrom, so bleibt die Remanenzspannung E im wesentlichen erhalten. Belastet man jedoch mit induktiven Strömen, so tritt gemäß der Charakteristik L in Fig. 3 eine Entmagnetisierung auf, so daß die innere EMK der Maschine bis auf E' sinkt, was dem Schnittpunkt der Belastungscharakteristik und der Magnetcharakteristik entspricht. Beim Entlasten der Maschine steigt die Spannung zwar ein wenig an, jedoch nur entsprechend dem gestrichelten Ast der Wiedermagnetisierung, so daß das große Remanenzfeld verdorben ist. Um es wieder herzustellen, braucht man die Wicklung nunmehr nur für kurze Zeit auf ihren MagnetisierungskondensatorC zu schließen, wodurch sich die große Erregung P und bei Abschalten die ursprüngliche Spannung E wieder herstellt. Noch zweckmäßiger ist es aber, induktive Belastungen zu vermeiden, indem man sie durch angemessen große Kondensatoren vor Eintritt in die Maschine kompensiert.

Will man mit derartigen permanent erregten Maschinen im Betrieb größere Spannungen als die Remanenzspannung E erzielen, so ist es zweckmäßig, dauernd eine angemessen große Belastungskapazität C aufrechtzuerhalten, wodurch man jeden beliebigen Leerlaufpunkt zwischen E und P erzielen kann. Macht man diese Belastungskapazität so groß, daß die Maschine auf den flach geneigten Teil der Magnetisierungskurve M arbeitet, etwa in der Nähe des Punktes P, so ist ihr Feld und ihre Spannung stark unabhängig von Änderungen der Belastung, gleichgültig ob dieselbe Wirkbelastungen oder gar induktive oder kapa- ■ zitive Lasten darstellt.

Bei der Erregung des Magnetfeldes von der Wicklung aus kann man eine besonders einfache Form des permanenten Magneten erzielen, indem man jede Polausbildung wegläßt und einen einfachen zylindrischen Stahlkörper benutzt, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Es bildet sich dann längs seinem Umfange eine magnetische Verteilung aus, die annähernd sinusförmig gestaltet ist, da die Wicklung unter der Wirkung ihrer Kapazitätsströme ein sinusartiges Erregerfeld bildet. Diese einfachste Magnetform hat den Vorteil der größtmöglichen Materialaufbringung des permanenten Magneten, wodurch auch eine größtmögliche Erregerleistung bedingt ist. Es

entstehen dabei gleichzeitig die kürzest möglichen Kraftlinienlängen im Magneten und dadurch, ein Minimum an Polstreuung, die nunmehr überhaupt nur auf die Stirnseiten der Magnetwalze beschränkt wird. Die ein,-^ fache Form des Kreiszylinders oder Hohl» Zylinders erlaubt eine gute und billige Herstellung und gestattet durch Rundschleifen der Oberfläche die Erzielung eines sehr geringen Luftspaltes, der wieder eine hohe Remanenzfeldstärke ermöglicht.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Magnetisierung des aus permanentem Magnetstahl bestehenden Feldeisens elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldeisen der Maschine vor ihrem betriebsmäßigen Arbeiten durch Erregung der Ankerwicklung magnetisiert wird.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laufende Maschine mit ihrer Ankerwicklung an einen Kondensator angeschlossen ist.
3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensatoren in mehrphasiger Schaltung an die Ankerwicklung der Maschine angeschlossen sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Maschine und die Größe der Kondensatoren so gewählt sind, daß die Kondensatoren mit der Streuinduktivität der Maschine in Resonanz arbeiten.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldeisen bei relativ hoher Umlaufszahl (die zweckmäßig größer ist als die betriebsmäßige Umlaufzahl) magnetisiert wird, so daß der Einfluß des Ohmschen Widerstandes auf die magnetisierenden Ströme zurücktritt.
6. 6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Magnetisierung von Gleichstrommaschinen die Gleichstromankerwicklung über Anzapfungen 'und Schleifringe an die Kondensatoren angeschlossen ist.
7. 7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldeisen der Maschine unter Weglassung der . Polausbildung die Form eines voll- oder hohlzylindrischen Stahlkörpers besitzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen