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Ankerwicklung für Wechselstrom-Induktionsfernzeiger Zur Fernübertragung
von Winkelstellungen sind Wechselstromfernzeiger bekannt, bei denen die drehbaren
Teile von Geber und Empfänger als gleichmäßig bewickelte, sich in einem homogenen
magnetischen Wechselfluß bewegende Anker ausgebildet sind. Die Anker von Geber und
Empfänger sind durch die Fernübertragungsleitungen miteinander verbunden, während
die Erregerwicklungen von Geber und Empfänger an derselben durchlaufenden Speiseleitung
liegen. Geber und Empfänger befinden sich dann in übereinstimmender Stellung (Synchronstellung),
wenn die in ihren Ankern induzierten elektromotorischen Kräfte gleich groß und entgegengesetzt
gerichtet sind, so daß sie sich über die Fernübertragungsleitungen kompensieren.
Die in den Ankern und in den Fernübertragungsle-itungen fließenden Ströme haben
dann den Wert Null. Wird der Geber oder der Empfänger aus einer solchen Stellung
herausgedreht, so fließen Ausgleichströme, die ein die Synchronstellung wiederherstellendes
Drehmoment im Empfänger erzeugen.
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Die Anker werden in der Regel mit zwei Spulen bewickelt, sog. Kreuzspulsysteme,
bisweilen sind auch schon drei- und mehrspulige Anker angewandt worden. Die Unterbringung
der Wicklung auf dem
am Umfang gleichmäßig mit Nuten versehenen
Anker geschah bisher in der Weise, daß man die Wicklung in einzelne Wicklungsteile
gleicher Windungszahl aufteilte und diese als Teilspulen in entsprechende Nutenpaare
einlegte. In der Abb. i ist die bekannte Wicklungsart für einen Kreuzspulanker beispielsweise
schematisch dargestellt. In die Nutenpaare 1-1', 2-2', 3-3' usw. sind gemäß Abb.
i a Wicklungsteile gleicher Windungszahl eingelegt und entsprechend den angegebenen
Pfeilen untereinander verbunden. Diese Wicklungsteile stellen in ihrer Gesamtheit
eine Spule dar, deren Anfang A1 und deren Ende El ist. Die bei dieser ersten Wicklungsstufe
freigebliebenen Nuten 5-5', 6-6' usw. sind entsprechend Abb. i b mit Wicklungsteilen
derselben Windungszahl bewickelt, die in ihrer Gesamtheit die zu der ersten senkrecht
stehende zweite Spule ergeben mit Anfang A2 und Ende E2.
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Die beschriebenen Wechselstromfernzeiger haben den Nachteil, daß bei
einer Phasenverschiebung zwischen der Feldspeisung des Gebers und der des Empfängers
am Empfänger Anzeigefehler auftreten, die Winkelstellungen von Geber und Empfänger
also nicht mehr übereinstimmen. Die Abweichungen wachsen mit größerwerdender Phasenverschiebung
und nehmen bei bestimmten Winkelstellungen beträchtliche Werte an. Eine Phasenverschiebung
zwischen Geber- und Empfängerspeisung rührt beispielsweise bei größeren Anlagen
daher, daß die Feldspulen praktisch nur eine induktive Belastung des Speisungsnetzes
darstellen, so daß bei der Überbrückung großer Entfernungen die Widerstände der
Zuleitungen ins Gewicht fallen. Um in solchen Fällen die Anzeigen der Empfänger,
die sich in verschiedenen Entfernungen vom Geber befinden, wenigstens untereinander
gleich zu halten, hat man schon vor die Feldspulen der näher beim Geber aufgestellten
Empfänger Widerstände gelegt, die so bemessen waren, daß die Phasenverschiebung
der Feldspeisung dieser Empfänger derjenigen des am weitesten entfernten Empfängers
gleich war. Da aber für die Speisung der Feldspulen beachtliche Ströme erforderlich
sind, kann die Anwendung von Vorwiderständen in den Speisungsleitungen nicht als
eine befriedigende Lösung angesehen werden. In Fällen jedoch, wo die Phasenverschiebung
von weiteren an der gleichen Speiseleitung liegenden Verbrauchern oder zwischengeschalteten
Transformatoren herrührt, kann mit festen Phasenverschiebungsmitteln gar keine Abhilfe
geschaffen werden.
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Man hat schon frühzeitig erkannt, daß die Wechselstrom-Induktions.fernzeiger
den erwähnten Nachteil nicht besitzen, wenn zwischen den Ankerwicklungen und dem
Erregerfluß eine vom Drehwinkel sinusförmig abhängige Verkettung besteht, d. h.
wenn die in einer Spule induzierte Spannung u in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung
fl nach dem Gesetz u = U - sin ß verläuft. In einem solchen Fall treten durch
Phasenverschiebungen, die kleiner als 9o° sind, zwischen den Feldspeisespannungen
von Geber und Empfänger keine Anzeigefehler sondern höchstens Schwankungen in der
Richtkraft des Empfängers auf.
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Um eine sinusförmige Verkettung zwischen der Ankerspulen und dem magnetischen
Wechselfluf zu erzielen, hat man bisher den zwischen Polschuhen und Anker übertretenden
Fluß inhomogen gemacht, indem man den Luftspalt zwischen dem Anker und den Polschuhen
des Erregereisens sc ausgebildet hat, daß er, in der Richtung der Achse betrachtet,
in der Mitte des Polschuhes wesentlich kleiner war als an beiden Seiten. Eine solche
Ausbildung des Erregereisens bereitet aber fabrikatorische Schwierigkeiten, da es
sehr umständlich ist, eine solche von der Kreisform abweichende Polschuhbohrung
genau zu bearbeiten.
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Die vorliegende Erfindung gestattet die Anwendung von Polschuhen mit
zur Ankerachse konzentrischer, kreisförmiger Bohrung und erreicht die sinusförmige
Verkettung zwischen Ankerspulen und magnetischem Wechselfluß durch eine neue Bewicklungsart
des Ankers. Erfindungsgemäß werden die Anker von Wechselstrom-Induktionsfernzeigern
bei gleichmäßig auf den Ankerumfang verteilten Nuten zwei- oder mehrspulig so bewickelt,
daß die einzelnen Nuten Wicklungsteile verschiedener, und zwar solcher Windungszahl
enthalten, daß die Verkettung jeder Spule mit dem im wesentlichen homogenen Erregerfluß
in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Ankers durch einen Polygonzug angenähert sinusförmig
verläuft. Hierbei ist es zweckmäßig, nicht mehr wie bisher, eine Nut nur mit Wicklungsteilen
einer Spule, sondern mit Wicklungsteilen verschiedener bzw. aller Spulen zu belegen.
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Die Abb. 2 zeigt die neue Wicklungsart wieder an einem Beispiel für
einen zweispulig bewickelten Anker. Wie aus Abb. 2 a ersichtlich, sind die Nutenpaare
1-1', 2-2', 3-3' usw. mit Wicklungsteilen verschiedener Windungszahl belegt, die
in ihrer Gesamtheit die erste Sl>ul,e bilden deren Anfang bei A1 und deren Ende
bei Ei liegt. Die den einzelnen Wicklungsteilen beigeschriebenen Zahlen 52, 9o,
116 usw. bedeuten die Anzahl der jeweils in die Nutenpaare eingelegten Windungen
und sollen veranschaulichen, wie diese vom Rand des Ankers angefangen nach der Mitte
zu ansteigt und von der Mitte nach dem anderen Ende zu in gleicher Weise wieder
abfällt. Die Annäherung des Verlaufes der Verkettung zwischen Spule und Fluß an
die Sinusform ist um so genauer, je größer die Zahl der Nutenpaare ist und je feiner
demgemäß die einzelnen Wicklungsteile bezüglich ihrer Windungszahl abgestuft werden
können. Gemäß Abb2b sind nun dieselben Nuten des Ankers mit der zu der ersten senkrecht
stehenden Spule mit Anfang .A2 und Ende E2 unter derselben Abstufung der Wicklungsteile
belegt. Es ist nicht wesentlich, daß sämtliche Nuten Wicklungsteile beider Spulen
enthalten; es könnten auch z. B. die Nutenpaare i-i' und 8-8' nur von Teilen der
ersten Spule und entsprechend die Nutenpaare 4-5 und 4-5' nur von Wicklungsteilen
der zweiten Spule belegt sein.
Es hat sich gezeigt, daß durch die
neue Wicklungsart auch die 1'bertragungsgenauigkeit der Fernzeiger bei gleicher
Phasenlage von Geber- und l-mpf.-iiigererregung erhöht wird. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß durch die neue Wicklungsart die Einflüsse der durch Fabrikationstoleranzen bedingten
.\bweichungen zwischen der räumlichen Flußverteilung bei Geber und Empfänger herabgesetzt
werden. Die neue Wicklungsart ermöglicht also, 1>ei gleichen _\iisprüchen an die
übertragungsgenauigkeit die Fabrikationstoleranzen größer zu halten als bisher,
was eine IJrieichterung der mechanischen Fertigung der Geräte darstellt.
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Eine in ähnlicher Weise wie bei der vorliegenden Erfindung iu Nuten
abgestuft verteilte Wicklung ist im Motor- bzw. Generatorbau bekannt. Dort dient
sie jedoch zur Erzeugung eines räumlich sinusförmig verlaufenden Erregerflusses,
während bei der Erfindung eine sinusförmige Verkettung zwischen dein homogenen Erregerfluß
und den r\ukersl>uleii erzielt werden soll.
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1:s liegt durchaus im Rahmen der Erfindung, wie bei den l,ei-nzeigern
üblich, die Rollen von Ständer und Läufer zu vertauschen und also die drehbaren
Teile beispielsweise doppel-T-förmig auszubilden und mit der Felderregerwicklung
zu versehen und die vorgeschlagene Wicklung auf dem ringförmig ausgebildeten Ständer
anzubringen.