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Heiz- und Kocheinrichtung nach dem Induktionsprinzip zum Anschluß
an Wechselstrom Die Erfindung bezieht .sich auf solche Heiz- und Kocheinrichtungen,
bei denen die Erwärmung eines auf eine Heiz- bzw. Kochplatte aufgesetzten metallischem;
Gefäßes durch Wirbelströme erzielt wird, die im Boden des Kochgefäßes von einem
Elektromagnetsysbem ,erzeugt werden.
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Ist die Erregerwicklung eines solchen Elektromagnetsystems für einphasigen
Anschluß, aasgeführt, so entsteht und verschwindet aaserzeugte magnetische Feld
im Takte des Wechselstromes. Das bei einphasigem. Anschluß auftretende Magnetfeld
ist somit ein Wechselfeld. Wird die Erregerwicklung des Elektromagnetsysfiems jedoch
mehrphasig, beispielsweise nach Art-der Ständerwicklung eines Drehstrozn@induktionsmotors,
ausgeführt, so steht das von dem Elektromagnetsystemerzeugte Feld nicht örtlich
.still, sondern es wandert ständig quer zur Erregerwicklung weiter. Ein solches
Feld ist somit ein Wanderfeld. Beim Drehstrommotor schließt sich dieses Wanderfeld
zu dem bekannten Drehfeld. Für induktiv wirkende Heiz- und Kocheinrichtungen hat
die Anwendung eines Wanderfeldes den Vorteil, daß das magnetische Feld und.' somit
die auf das. Kochgefäß ausgeübtes Anziehungskraft niemals durch Null geht, so daßß
das bei einem Wechselfeld durch die periodisch verschwindende Anziehung @entstehende
Schwingen und Brummen des Kochgefäßes vermieden wird. Die an verschiedenen Phasen
des Wechselstromspeisenetzes liegenden einzelnen Erregerwicklungen einer solchen
Anordnung werden. meinem ganz bestimmten Rhythmus, der durch die Phasenfolge des
Speisenetzes bestimmt ist, nacheinander @erregt, so @daß sie hinsichtlich dieser
per!-odischen Erregung den Erregerwicklungen von Wechselstrommaschinen ,gleichen.
Die Erregerwicklungen der Heizplatte können also genau -so aufgebaut werden
wie die Erregerwicklungen der We@chselstrommaschinen.
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Bei rechteckigen Heizplatten ist eine solche Ausbildung der Erregerwicklungen
auch ohne weiteres, möglich, da dann die rechteckige Heizplattenfläche gleichsam
die Abwicklung des zylindrischen Erregerwicklungss ystems einer Wechselstrom@maschine
darstellt. Die einzelnen Erregerwicklungen sind dann in zueinander parallelen, geraden
Nuten über die rechteckige Heizplatten,-fl.äche verteilt.
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Schwierigkeiten bereitet die Anordnung der Erregerwicklungen jedoch
bei runden Heizplatten. Hier können die Erregerwicklungen nicht ohne weiteres: in
zueinander parallelen
geraden Nuten, untergebracht werden, da sie
sonst verschiedene Längen aufweisen würden. Es ist daher vorgeschlagen, worden,
bei runden Heizplatten :die Erregervicklungen in zueinander konzentrischen, runden
Nuten unterzubringen. Werden, diese Erregerwicklungen an eine Wechselspannung angeschlossen,
beispielsweise an die drei Phasen eines Drehstromnetzes, .so ist die Wirkungsweise
hierbei ähnlich wie bei den rechteckigen Heizplatten, lediglich zeit dem- Unterschied,
daß bei den rechteckigen Heizplatten das Erregerfeld quer über die gesamte Heizplattenfläche
von einem Ende der Heizplatte bis zum anderen Ende wandert,' wähnend das Erregerfeld
(Wanderfeld) bei der runden Heizplatte ringförmig ausgebildet isst und in radialer
Richtung, d. h. also vom Außenrand der Heizplatte bis zum Mittelpunkt der Heizplatte,
oder auch in umgekehrter Richtung wandert. Die runde Ausbildung der Erregerwicklungen
hat den Vorteil, daß sich die von dem Elektromagnetsystem auf das Kochgefäß ausgeübten
Anziehungskräfte stets gleichmäßig auf den Boden des, Kochgefäßes verteilen. Infolge
der Gleichartigkeit der Erregerwicklungen der runden Heizplatte zu den Erregerwicklungen
der rechteckigen Heizplatte ist es somit auch nahehegend; die Aufteilung der einzelnen
Erregerwicklungen über den Radius der runden Heizplatte genau so vorzunehmen wie
die Aufteilung der einzelnen Erregerwicklungen über die gesamte Breite der rechteckigen
Heizplatte. Man würde daher auch bei der runden Heizplatte die einzelnen Erregerwicklungen
mit untereinander gleicher Windungszahl ausführen. und sie auch in gleichen Abständen
voneinander anordnen.
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An. .sich ist eine solche Aufteilung der Erregerwicklungen über den
Radius, der runden Heizplatten auch ohne weiteres: möglich. Allerdings hat sich
herausgestellt, daS die runden Heizplatten unter Umständen :einen größeren Blindleistung
.s.verbrauch als die rechteckigen Heizplatten haben. Aufgabe- der vorliegenden Erfindung
ist es nun, diese Blindleistungserhöhüng wesentlich herabzusetzeA bzw. sogar völlig
zu beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis,. zugrunde, daß als Ursache für
die größere Blindleistung der runden Heiz- und Kochplatten der im allgemeinen auftretende
Streufluß in Luft anzustehen ist, da beim Wandein des Feldes über die runde Platte
die Größe des Flusses im Eisen wechselt. Erfindungsgemäß werden daher die in konzentrisches
Ringen in der Platte angeordneten Erregerwicklungen vom Plattenmittelpunkt nach
dem Rande zu hinsichtlich ihrer Windungszahl und bzw. oder ihrer Lage zu,-einander
(Polteilung) unterschiedlich ausgebildet, und zwar so, daß die jeweils durch zwei
Ringzonen der Plattenoberfläche hindurchtretenden, gegeneinander phasenverschobenen
magnetischen Teilflüsse entgegengesetzter Richtung gleiche Größe haben und sich
somit trotz der Feldwanderung in jedem Augenblick aufheben.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, daß bei den runden
Heizplatten die Erregerwicklungen nicht mehr in der für rechteckige Heizplatten
zweckmäßigen Weise unter dem Gesichtspunkt gleicher Windungszahl und Wicklungsabstände.
bemessen bzw. angeordnet werden, sondern unter denn Gesichtspunkt des geringsten
Streuflusses, d. h. also unter dem Gesichtspunkt, daß sich die die Oberfläche der
Heizplatte durchdringenden magnetischen Flüsse entgegengesetzter Richtung in jedem
Augenblick aufheben: Die Heizeinrichtung nach der Erfindung bedeutet also eine grundlegende
Abweichung von allen bisher bekannten oder vorgeschlagenen Heizeinrichtungen, denn
:es ist keine induktiv beheizte Heiz- und Kocheinrichtung mit mehrphasigen Erregerwicklungen
bekannt, bei der die Windungs.zahl oder die gegenseitigen Abstände der einzelnen
Erregerwicklungen ungleich oder gar in der durch die Erfindung angegebenen Weise
ungleich sind.
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Für die Bemessung der Windungszahl: sowie deir gegenseitigen Abstände
der Erregerwicklungen zur Herabsetzung des Streuflusses nach der Erfindung gibt
:es, wie im vorstehenden schon angedeutet, verschiedene Möglichkeiten: Entweder
werden ,nur die Windungszahlen der einzelnen Erregerwicklungen gegeneinander abgestuft,
wobei die gegenseitigen Abstände der Wicklungen untereinander gleich groß bleiben,
oder es, werden die gegenseitigen Abstände der einzelnen Erregerwicklungen. gegeneinander
abgestuft, wobei die Windungszahlen der einzelnen Erregerwicklungen untereinander
gleich 'groß bleiben, oder schließlich auch dadurch, daß beide Maßnahmen gleichzeitig
in :einem einander entsprechenden Verhältnis. vorgenommen werden.
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Weitere Einzelheiten hierüber sollen nachfolgend an Hand eines in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.
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Eine Heiz- und Kochplatte i, die heispielsweise aus geblättertem Eisen
aufgebaut ist und eine Ringform mit den Halbmessernvi und v2 hat, ist mit den drei
an Drehstrom angeschlossenen konzentrischen Pbasenwicklüngen FZ, S und T versehen.
Auf die Heizplatte ist ein Kochgefäß ä aufgesetzt, das beispielsweise- aus Eisen
besteht und an seiner
Bodenfläche mit einem Kupferbelag 3 versehen
ist. Die von der Platte r ausgehenden magnetischen Kraftlinien durchdringen den
Kupferbelag 3 und .schließen sich über das eiserne Kochgefäß 2. Da die drei Erregerwicklungen
R, S und T an den. verschiedenen Phasen des Drehstromnetzes liegen, entsteht sein
Wanderfeld, daß sich in, radialer Richtung über die Plattenoberfläche fortbewegt
und in gleicher Weise wie beim Drehfeld des Asynchronmotors jeweils mit einer ,größeren
Anzahl von heitern gleichzeitig verkettet ist. Das magnetische Feld schließt sich
also nicht um jede der drei Wicklungen R, S und T für .sich, sondern es umfaßt .stets
alle drei Phasenwicklungen gleichzeitig. So tritt beispielsweise in einem bestimmten
Augenblick ein Teil des magnetischere Flusses aus dem zwischen Plattenaußenrand
und Wicklung T liegenden Teil der Plattenoberfläche heraus, durchläuft den Boden
des Kochgefäßes und kehrt in den zwischen Platteninnenrand und Wicklung R liegenden
Teil der Plattenoberfläche wieder zurück. Wären die Wicklungen R, S und T nach Art
seiner normalen Wicklung einest Asyndhronmotors gleichmäßig über den Radius, der
Plattenoberfläche verteilt, so würde der .zwischen Plattenaußenränd und Wicklung
T liegende Teil der Plattenoberfläche infolge des großen: Radius erheblich größer
sein als der zwischen Platteninnenrand und Wicklung R liegende Teil. Die Folge hiervon
wäre, daß an dem zwischen Platteninnenrand und Wicklung R liegenden Teil eine große
Streuung eintritt, und daß sich somit nicht der gesamte magnetische Fluß im Eisen.
der Kocheinrichtung schließt.
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Gemäß der Erfindung werden die einzelnen Erregerwicklungen des Elektromagnetsystems
jedoch mit einer solchen Windungszahl ausgeführt und derart über dem Radius der
Plattenoberfläche verteilt, daß sich die die Oberfläche der Heizplatte durchdringenden
magnetischen Flüsse entgegengesetzter Richtung trotz der Feldwanderung in jedem
Augenblick aufheben, d. h. also, daß sich der gesamte magnetische Fluß im Eisen
der Heiz- und Kocheinrichtung -schließt.. Bezogen auf den oben betrachteten Augenblickswert
des magnetischen Feldes bedeutet dies eine solche Bemessung und Anordnung der Erregerwicklungen,
daß der magnetische Fluß in dem zwischen Plattenaußenrand und Wicklung T liegenden
Teil der Plattenobetfiäche ebenso groß ist wie der magnetische Fluß in dem zwischen
Platteninnenrand und Wicklung R liegenden Teil der Plattenoberfläche. Wie .eine
solche Bemessung der erforderlichen Amperewindungen und eine derartige Verteilung
des Strombelages über eine gegebene Fläche berechnet werden kann, ist dem Fachmann
aus der Berechnung elektrischer Maschinen geläufig. Im vorliegenden Fall ist diese
Berechnung beispielsweise unter dem Gesichtspunkt möglich, daß an verschiedenen
Stellen der Plattenoberfläche, bei dem vorerwähnten Beispiel also am Plattenaußenrand
und am Plattemirmenrand, verschieden große axiale Induktion B herrscht.
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Bei der vorstehenden Erläuterung wurde der magnetische Fluß in verhältnismäßig
großen Teilen der Plattenoberfläche betrachbet. Der Ausgleich de magnetischen Flusses
wird jedoch um ,so besser, je kleiner die "der Bemessung zugrunde liegenden Flächenteile
.sind. Ein völliger Ausgleich wird somit erst dann :erzielt, wenn für ein Differential
d-, der Polteilung (Polbreiter) die gegeneinander phasenverschobenen magnetischen
Teilflüsse (2Y-,r. dT . B) in jedem Augenblick gleichen Betrag haben. Die
axiale Induktion B muß somit an den verschiedenen Stellen der Plattenoberfläche
um :so kleiner sein, jegrößer der Radius r ist, sofern die örtliche Wandergeschwindigkeit
v des Feldes bei je-
dem Radius die gleiche ist, und zwar muß sich der Betrag
der axialen Induktion B umgekehrt proportional mit dem Plattenradius r verändern.
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Außer oder statt dieser häufig nicht wünschenswerten Änderung der
,axialen Induktion B in Abhängigkeit vom Plattenradius r kann zur Erfüllung
der Bedingung, daß die Teilflüsse jederzeit gleich sein müssen, auch eine Änderung
der örtlichen Wandergeschwindigkeit v des Feldes mit dem Radius vorgenommen werden.
Da die Wandergeschwindigkeit proportional der. Polteilung ist, ist jedoch zur Konstanthaltung
des Betrages der Teilflüsse die Geschwindigkeit v des Wanderfeldes mit dem Betrag
der Induktion B durch die Beziehung B#v#r=konst. zu verbinden. Bei einer über die
ganze Polteilung konstanten Induktion B muß sich also z. B. der Betrag der örtlichen
Wandergeschwindigkeit v umgekehrt mit dem Plattenradius y verändern.
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Ein Schaubild für einen solchen Fall ist in der Zeichnung unterhalb
der Heizplatte wiedergegeben. Die Berechnung der erforderlichen Amperewindungen
und der Verteilung des Strombelages, über die Plattenoberfläche erfolgt auch hier
in der für elektrische Maschinen bekannten Weise. Die axiale Induktion B ist in
Abhängigkeit von dem Plattenradius Y aufgetragen. Die Amplitude A der Induktion
ist hierbei über die ganze Polteilung konstant. Der Abstand der drei Phasenwicklungen
R, S und T nimmt
mit zunehmendem Plattenradius, derart ab, daß die
Wandergeschwindigkeit des Feldes mit zunehmendem Plattenradius verringert wird,
während die axiale InduktionB über die gesamte Polteilung, also vom Innenradius
r1 bis zum Außenradius r2 der Platte, konstant bleibt.