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Anordnung zur Erzeugung einer in ihrer Phasenlage gegenüber einer
festen Bezugsspannung mit dem Drehwinkel sich ändernden Wechselspannung Eine frequenz-
und amplitudenkonstante Wechselspannung, deren Phasenwinkel proportional dem Drehwinkel
einer mechanischen Achse ist, wird im allgemeinen dadurch erzeugt, daB ein auf der
mechanischen Achse sitzendes, mit einer Wicklung versehenes Rähmchen sich in einem
magnetischen Drehfeld befindet.
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Damit der Phasenwinkel der vom Drehfeld im Rähmchen induzierten Wechselspannung
streng proportional dem mechanischen Achsenwinkel wird, muß das Drehfeld sehr genau
die Form eines Kreisfeldes haben, d. h. der Vektor des magnetischen Flusses durch
das Rähmchen muß im Verlauf einer Periode mit konstanter Geschwindigkeit auf einem
Kreis umlaufen. Bei praktischen Ausführungen solcher Drehregler, die das Drehfeld
durch ruhende Erregerpole mit Drehstrom oder durch Wechselstrom
mit
Hilfe von Kunstphasen erzeugen, ist das Drehfeld im allgemeinen nicht genau kreisförmig,
sondern verzerrt.
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Es soll im besonderen der Fall beschrieben werden, daß das Drehfeld
durch vier Eisenpole erzeugt wird, die um genau go° räumlich gegeneinander versetzt
sind. Je zwei gegenüberliegende Pole werden vom selben Strom erregt, wobei die beiden
Erregerströme zeitlich um go' phasenverschoben sind. Jedes Erregerpolpaar erzeugt
ein magnetisches Wechselfeld; beide Wechselfelder überlagern sich und bilden zusammen
wegen der räumlichen und zeitlichen Phasenverschiebung ein Drehfeld. Es soll angenommen
werden, daß das Wechselfeld eines Polpaares im Rähmchen eine Wechselspannung induziert,
deren Effektivwert beim Durchdrehen desselben sich nach einer Funktion f (cc) mit
dem Drehwinkel ändert.
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Das Wechselfeld des zweiten Polpaares wird beim Durchdrehen wegen
der räumlichen go' Verschiebung dann eine Wechselspannung induzieren, deren Effektivwert
sich nach einer Funktion f (a -a- go') ändert.
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Die an den Ausgangsklemmen des Rähmchens abnehmbare Spannung setzt
sich vektoriell aus den beiden Einzelspannungsvektoren zusammen, die voraussetzungsgemäß
zeitlich aufeinander senkrecht stehen sollen: E = f (a) -f- 9 f (a
-I- go9). Es ist ei-sichtlich, daß der Vektor E allen Ansprüchen genügt, wenn f
(a) eine Sinusfunktion ist; f (a -!- go') wird dann durch die Cosinusfunktion
dargestellt E = t1 sin a -E- j A cos a = A ei 4 .
Bei
praktischen Ausführungen von Drehreglern ist f (a) aber meistens keine reine Sinusfunktion,
sondern es treten neben dieser Funktion auch noch Oberwellen auf, die auf die nicht
homogenen Felder zwischen den Polschuhen zurückzuführen sind und die Ursache der
Verzerrung des Kreisfeldes sind. Es ist an anderer Stelle schon der Vorschlag gemacht
worden, die Wirkungen dieser Oberwellen durch Anbringung von beispielsweise sinusförmig
am Umfang verteilten Kompensationswicklungen aufzuheben.
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Da die Anbringung solcher Kompensationswicklungen aber unter Umständen
Schwierigkeiten bereitet, zeigt die Erfindung einen anderen Weg zur Beseitigung
der Wirkungen der Oberwellen. Es handelt sich um eine Anordnung zur Erzeugung einer
in ihrer Phasenlage gegenüber einer festen Bezugsspannung mit dem Drehwinkel sich
ändernden Wechselspannung mit Hilfe eines in einem magnetischen Drehfeld verstellbaren
nutenlosen Ankers. Erfindungsgemäß werden die Abweichungen des Drehfeldes von der
Kreisform, welche von der nicht homogenen räumlichen Feldverteilung eines Polpaares
herrühren, durch besonders angeordnete Kompensationspole ausgeglichen.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel. Die beiden Erregerpole I und
I' sind hintereinandergeschaltet und reit Wechselstrom erregt. Beim Drehen des Rähmchens
innerhalb der Erregerpole wird in ihm eine Spannung induziert, deren Größe nach
der Kurve C von dem Drehwinkel a abhängt (Fig. 2). Die Kurve C zeigt außer der Grundwelle
A auch noch eine dritte Oberwelle B. Wenn zu den beiden Polen noch zwei weitere
Pole II und II' hinzutreten, die genau dieselbe äußere Form haben wie I und I',
die aber um 6o' räumlich versetzt sind, so induzieren diese, wenn sie vom selben
Erregerstrom erregt sind, eine Spannungskurve D, deren Größe abhängig von a wieder
der Kurve C entspricht, nur eben um 6o' verschoben. Die Gesamtspannung im Anker
ergibt sich durch Addition der Werte beider induzierten gleichphasigen Spannungen.
Es zeigt sich, daß die resultierende Kurve E nun frei von der dritten räumlichen
Oberwelle ist. Wenn nun, entsprechend um go' versetzt, die gesamte Polanordnung
der Fig. i wiederholt und mit einem um go' zeitlich verschobenen Strom erregt wird,
so entsteht trotz der nicht homogenen Felder ein ziemlich genaues magnetisches Kreisfeld.
Fig. 3 zeigt die sich dabei ergebende Anordnung der vier Erregerpole mit den vier
Kompensationspolen. P bezeichnet eine Kunstschaltung zur Erzielung einer Phasenverdrehung
von go'.
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Aus dem Gesagten ergibt sich ohne weiteres, daß statt der dritten
Oberwelle auch eine eventuell vorhandene fünfte Oberwelle kompensiert werden kann,
wenn die Kompensationspole um 36' räumlich versetzt sind. Allgemein läßt
sich sagen, daß eine m-Oberwelle durch ein Polsystem, das um
versetzt ist, kompensiert wird.
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Wie breit der Pol dabei ist, spielt keine Rolle, nur muß der Kompensationspol
dieselben Ab-' messungen haben. Man kann sich dabei vorstellen, daß zu jedem Bogenteilchen
4ß eines Poles ein kompensierendes Bogenteilchen Aß'
des zweiten Poles gehört
(Fig. 4). Bei Verbreiterung der Pole kommt man dann schließlich zu dem Grenzfall,
daß Pol und Kompensationspol zusammenwachsen und einen einzigen Pol von der Breite
bilden, der dann auch nur eine Erregerwicklung trägt.
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In einem Patent war gezeigt, daß man bei beliebig vielen Oberwellen
durch sinusförmige Verteilung des Ankerbelags die Wirkung der Oberwellen unterdrücken
kann. Entsprechend ist es auch möglich, durch sinusförmige Verteilung der Pole die
Kompensation vorzunehmen.
Da eine Unterteilung in sehr viele kleine
Pole aus Platzgründen meistens nicht möglich ist, muß man sich mit einer groben
Unterteilung in z. B. drei Pole begnügen, die gegebenenfalls um 45' gegeneinander
versetzt sind. Die Polintensitäten müssen sich dabei wie
verhalten
In Fig. 5 ist die Hälfte einer solchen Erregerschaltung dargestellt, wobei die verschiedenen
Polintensitäten durch verschiedene Windungszahlen erreicht werden. Fig. 6 schließlich
zeigt die volle Erregerschaltung, wobei zwei Nebenpole zusammenfallen und einen
Pol mit einer Doppelwicklung bilden.