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Synchronmaschine mit Viellochfeldwicklung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Synchronmaschine mit Viellochfeldwicklung. Sie hat die Aufgabe, bei dem
Synchrongenerator die Spannungsänderung zwischen Leerlauf und Belastung herabzudrücken,
sie insbesondere gleich Null zu machen, beim Synchronmotor eine Nachregelung der
Erregung bei Belastungsänderung einzuschränken oder zu vermeiden.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich bei der Synchronmaschine
der Flußverlauf im Feldmagneten je nach der Belastung ,erheblich ändert. Bekanntlich
wird bei Belastung der Synchronmaschine durch den Ankerwirkstrom .ein gegenüber
dem Erregerfeld um 9ö° elektrisch verschobenes Feld hervorgerufen, so daß sich das
resultierende Feld infolge der Wirkbelastung gegenüber der Polmitte um so mehr verschiebt,
je größer die Belastung und je kleiner die Erregung ist. Während also im Leerlauf
der Höchstwert des Feldes in den Polmitten liegt, verschiebt er sich mit wachsender
Belastung immer weiter aus der Polmitte heraus.
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Erfindungsgemäß wird der effektive jochquerschnitt des Feldmagneten
im Bereich der Polmitten um so viel größer als im Bereich zwischen benachbarten
Polen gewählt, daß die Leerlaufcharakteristik so abgeflacht wird, daß ihr Schnittpunkt
mit der Belastungskennlinie etwa bei Nennspannung und Nennstrom liegt. Statt dessen
kann man aber auch die angegebene Abflachung der Leerlaufcharakteristik dadurch
herbeiführen, daß man den effektiven Zahnquerschnitt des Feldmagneten im Bereich
zwischen benachbarten
Polen größer macht als in den Polmitten. Unter
Umständen kann man beide Maßnahmen gemeinsam anwenden.
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Zu erwähnen ist in diesem Zusammenhang, daß Synchronmaschinen mit
Viellochfeldwicklung. bei welchen der effektive Jochquerschnitt des Feldes im Bereich
der Polmitten größer ist als im Bereich zwischen benachbarten Polen, an sich bekannt
sind. Um nämlich bei Maschinen mit Viellochfeldwicklung die Erzeugung eines sinusförmigen
Feldes zu ermöglichen, werden nach einem bekannten Vorschlag die Windungen der über
den ganzen Umfang verteilten Polwicklung in radiale, gegen die Polmitte an Tiefe
abnehmende Nuten eingelegt, um auf diese. Weisse eine möglichst große Anzahl von
Nuten gleicher Breite anwenden zu können. Diese Art der Nutenausführung hat selbstverständlich
zur Folge, daß der effektive Jochquerschnitt des Feldmagneten im Bereich der Polmitten
größer ist als im Bereich zwischen benachbarten Polen. Voraussetzung ist aber, daß
der magnetische Widerstand des Joches verhältnismäßig klein gehalten wird, denn
sonst wäre die Erzeugung eines sinusförmigen Feldes unmöglich. Führt man aber das
Joch so aus, daß es einen verhältnismäßig kleinen magnetischen Widerstand aufweist,
so ist eine Lösung der eingangs erwähnten, der -Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe
selbst dann unmöglich, wenn man den effektiven Jochquerschnitt des Feldmagneten
im Bereich der Polmitten größer hält als im Bereich zwischen benachbarten Polen.
Die durch die Erfindung angestrebte Wirkung ist nämlich nur dann erreichbar, wenn
der magnetische Widerstand des Joches in bezug auf den gesamten magnetischen Widerstand
des Pfades des resultierenden Kraftflusses verhältnismäßig hoch gewählt ist, so
daß der größte Anteil des gesamten magnetischen Widerstandes auf das Joch entfällt.
Bei Belastung wird dann der Fluß aus den Teilen engsten jochquerschnittes in die
Teile größeren Jochquerschnittes verdrängt, so daß also nunmehr der Fluß einen geringeren
Widerstand vorfindet als vorher und infolgedessen derart zunehmen kann, daß die
sonst durch die Ankerrückwirkung bedingte Abnahme des Gesamtflusses und damit die
Abnahme der Maschinenspannung kompensiert wird.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. i zeigt den mit einer Viellochwicklung versehenen Feldmagneten
in der Abwicklung, und zwar bei Leerlauf, während Fig. 2 den gleichen Feldmagneten
bei Belastung darstellt. Die Polmitten sind mit P, die Grenzen -zwischen benachbarten
Polen mit Q bezeichnet. Der Verlauf der Feldlinien ist durch Io angedeutet. In Fig.
i, also im Leerlauf, tritt das Maximum des Jochflusses bei dem durch Q gehenden
Querschnitt auf, in Fig. a, also bei Belastung, verschiebt sich das Maximurr des
Jochflusses zur Stelle Q' Q'. Das Joch hat bei Q einen wesentlich kleineren Querschnitt
als bei. P. Die Fig. 3 zeigt die Charakteristiken einer derartigen Maschine. i ist
die Leerlaufcharakteristik, z ist die Belastungscharakteristik, die sich aus der
theoretischen Leerlaufcharakteristik 2' ableiten läßt. Die Leerlaufcharakteristik
a' würde man dadurch erhalten, daß man für den Querschnitt an der Stelle Q des Joches
den Querschnitt Q'-Q' einsetzt. Die Fig. 3 zeigt, daß sich die beiden Charakteristiken
bei dem Punkt 12 schneiden. Dieser Punkt entspricht der Normallast. Bei diesem Belastungspunkt
ist also die Maschinenspannung nahezu von der Belastung unabhängig.
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Fig. 4. zeigt für :eine vierpolige Außenpolmaschine schematisch die
Feldmagnetform; der Feldmagnet hat die Gestalt 'eines Quadrats. Die Wicklung ist
derartig verteilt angeordnet, daß die Polmitten P an -den Ecken des Quadrats liegen.
Damit ergeben sich von selbst die in Fig. i und z erläuterten Verhältnisse. Die
gleiche Feldmagnetform läßt sich für die praktischen Fälle auch für die zweipolige
Maschine verwenden. Für die sechspolige Maschine erhält man analog einen sechseckigen
Feldmagneten, für größere Polzahlen ergeben sich sternartige Magnetformen. Ähnliche
Verhältnisse ergeben sich, wenn man die äußeren Abmessungen des Feldmagneten an
allen Stellen gleich läßt, aber im Bereich zwischen benachbarten Polen die Nuten
tiefer macht oder durch sonstige Ausschnitte und Einschnitte, z. B. durch Anbringung
von Kühlkanälen, im Querschnitt verkleinert. , Die Erfindung bietet z. B. für den
Synchrongenerator den Vorteil, daß an den Generator neben anderen Belastungen auch
Glühlampen angeschlossen werden können, ohne daß eine besondere Feldregelung erforderlich
ist und ohne daß bei Belastungsänderungeil das Feld entsprechend geändert werden
muß.