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Anordnung für Dynamomaschinen, die mit Dauermagneten erregt werden
Dynamomaschinen, die mit Dauermagneten versehen sind, besonders Dynamomaschinen,
die eine flache Spannungsstromkennlinie aufweisen, haftet der Übelstand an, daß
sie nur bis zu einer gewissen, verhältnismäßig geringen Stromstärke ohne schädliche
Erscheinungen belastet werden können. Bei größeren Belastungen erfährt der Dauermagnet
infolge des von der Wicklung der Dynamomaschine erzeugten Magnetfeldes eine solche
Entmagnetisierung, daß der Magnet seinen Magnetismus zu einem beträchtlichen Teil
verliert, wodurch die von der Dynamomaschine gelieferte Leistung stark zurückgeht
und die Dynamomaschine sogar praktisch unbrauchbar werden kann. Dieser Nachteil
kann bei einer Dynamomaschine mit Dauermagneten, wie bereits bekannt, dadurch behoben
werden, daß in Reihe mit der Dynamomaschine eine geeignet bemessene Kapazität verwendet
wird, so daß der bei großen Belastungen auftretende Strom derart gegen die Spannung
in der Phase verschoben wird, daß eine schädliche entmagnetisierende Rückwirkung
des von dem die Wicklungen durchfließenden Strom erzeugten Feldes auf die Dauermagneten
vermieden wird. Mit großen Belastungen sind hier Ströme gemeint, die ohne .Anwendung
eines Kondensators eine schädliche Entmagnetisierung der Dauermagneten herbeiführen
würden.
Bei einer in der erwähnten Weise gegen die entmagnetisierende
Wirkung starker Ströme gesicherten Dynamomaschine kann außerdem eine Entmagnetisierung
der Magneten auftreten, wenn Funkenbildung eintritt, gleichgültig, worin sie ihre
Ursache hat.
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Erfindungsgemäß wird dieser Übelstand dadurch beseitigt, daß außer
dem erwähnten Reihenkondensator in Reihe mit der Dynamomaschine an eine der Klemmen
der Dynamomaschine eine Selbstinduktion und parallel zu dieser Reihenschaltung von
Dynamomaschine und Selbstinduktion ein zusätzlicher Kondensator angeschlossen wird.
Mutmaßlich wirkt die Selbstinduktion-Kondensator-Anordnung wie ein Filter für die
offensichtlich einen schädlichen Einfluß ausübenden, bei der Funkenbildung auftretenden
zusätzlichen Frequenzen. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft verwendbar bei
Dynamomaschinen, die eine flache Spannungsstromkennlinie aufweisen, d. h. bei denen
die Spannung im Arbeitsbereich bei abnehmender bzw. zunehmender Stromstärke wenig,
z. B. bis etwa Io%, veränderd wird. Von solchen Dynamomaschinen können im allgemeinen
große Stromstärken abgegeben werden. Es wäre jedoch ohne Anwendung der Maßnahme
nach der Erfindung nur möglich, kleine Belastungen zuzulassen, von denen man sicher
ist, daß sie keine unzulässige Entmagnetisierung des Magneten herbeiführen. In diesem
Fall ist die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung jedoch praktisch unwesentlich.
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Bei Anwendung von Dauermagneten aus einem Magnetstahl, der eine steil
verlaufende Entmagnetisierungskurve aufweist, ist die Maßnahme nach der Erfindung
von besonderer Wichtigkeit. Unter einer steil verlaufenden Entmagnetisierungskurve
wird hier eine Kurve verstanden, bei welcher der Tangens des Winkels, den die Berührungslinie
der Kurve im Punkt der Koerzitivkraft mit der Abszissenachse bildet, größer als
annähernd 4o ist. Bei Magnetstählen mit einer solchen Entmagnetisierungskurve bedingt
schon eine verhältnismäßig geringe entmagnetisierende Feldstärke He, wie aus Fig.
I ersichtlich, eine verhältnismäßig starke Entmagnetisierung, wenn der Arbeitspunkt,
wie üblich, im (BH)max-Punkt A gewählt ist, da beim Verschwinden der entmagnetisierenden
Feldstärke He der Arbeitspunkt auf der reversiblen Kurve L entlang wandert. In sehr
hohem Maße ist dies z. B. der Fall bei anisotropen Magnetstählen (Richtungsmagnetstählen)
mit einem (BH)max-Wert von wenigstens 2 5oo ooo, z. B. 4 ooo ooo bis 5 ooo ooo,
so daß solche Stähle für den beabsichtigten Zweck bisher keine Verwendung finden
konnten. Die Erfindung ermöglicht nunmehr auch diese Anwendung.
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Um die trotz Anwendung der Erfindung verbleibende geringe Entmagnetisierung,
die freilich als unschädlich angesehen werden kann, auf ein Mindestmaß zu beschränken,
empfiehlt es sich im allgemeinen, den Arbeitspunkt A' auf der Entmagnetisierungskurve
dort zu wählen, wo die Hauptrichtung des im Betrieb um diesen Punkt beschriebenen
Arbeitsbereichs A'. . . C' zumindest nahezu mit der Tangente T in diesem Punkt A'
an die Entmagnetisierungskurve übereinstimmt. Dieser Arbeitspunkt wird im allgemeinen
nicht mit dem Punkt der Entmagnetisierungskurve übereinstimmen, für den das Produkt
aus B und H maximal ist.
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In den Figuren ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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In Fig. 2 ist eine Dynamomaschine I dargestellt, die Pole 2, 3, 4
und 5, Wicklungen 6 und 7 und einen dauermagnetischen vierpoligen Läufer 8 zum Erzeugen
des erforderlichen Feldes aufweist.
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In der dargestellten Lage des Läufers durchfließt den Ständer ein
von den Magneten N und Z gelieferter Kraftfluß, der in den Wicklungen 6 und 7 die
EMK erzeugt, die einen Strom liefern kann, der einen schädlichen entmagnetisierenden
Einfluß auf die Pole N und Z ausübt. Dadurch, daß ein entsprechend bemessener Kondensator
9 in Reihe mit der Dynamomaschine eingefügt wird, kann eine solche Phasenverschiebung
des Stromes gegen die erzeugte EMK erzielt werden, daß dessen schädlicher Einfluß,
gegebenenfalls sogar im Kurzschlußfall, auf einen zulässigen Wert heruntergebracht
wird oder daß sogar eine magnetisierende Wirkung auf die Pole des Läufers erzielt
wird.
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In Fig. 3 ist die Dynamomaschine mit i, der Kondensator mit 9 und
die Belastung mit Io bezeichnet.
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Um, wie schon zuvor erwähnt, die Dynamomaschine vor dem schädlichen
Einfluß von Funkenbildung zu schützen, ist erfindungsgemäß in Reihe mit der Dynamomaschine
an eine der Klemmen derselben eine Selbstinduktion II angeschlossen, wobei parallel
zu der Reihenschaltung der Dynamomaschine I und der Selbstinduktion II ein zusätzlicher
Kondensator I2 vorgesehen ist. Die erforderliche Selbstinduktion II ist auch durch
geeignete Ausgestaltung der Luftspalte der Dynamomaschine selbst erzielbar.
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Bei einer praktischen Ausführungsform von 0,4 kW, 22o Volt, belief
sich die Größe des Kondensators 9 auf ungefähr 29,uF, während das Gewicht der Dynamomaschine
annähernd 12 kg war; wobei, wie auch in Fig. 2 dargestellt ist, die Pole 2, 3, 4
und 5 derart ausgebildet sind, daß die Pole der rotierenden Magneten in gewissem
Maße durch die Statorpole überbrückt sind. Durch diese Parallelstrecke für die magnetischen
Kraftlinien wird eine Entmagnetisierung der Pole der Magneten infolge von Unterbrechungen
(von zu langen Luftstrecken) im leitenden Eisenkreis vermieden.
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Das Gewicht an Magnetstahl betrug im erwähnten Fall nur annähernd
1,9 kg, wobei Stahl mit einem (BH)." von fast 4 000 000 verwendet wurde.
Auf diese Weise ist es möglich geworden, Dynamomaschinen mit Abmessungen und einem
Gewicht zu bauen, die erheblich geringer sind als diejenigen der bisher bestehenden
Permanentmagnetdynamomaschinen von gleicher Leistung, oder, umgekehrt, aus den gleichen
Abmessungen und dem gleichen Gewicht eine beträchtlich höhere Leistung zu `entnehmen,
wobei die Möglichkeit der
Sicherung gegen die entmagnetisierende
Wirkung von Kurzschlüssen und sogar Funkenbildung noch einen besonderen Vorteil
gibt. Zum Vergleich ist zu erwähnen, daß eine Permanentmagnetdynamomaschine von
0,3 kW der normalerweise üblichen Bauart ungefähr 2o kg wiegt.
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Die Möglichkeit, die Dynamomaschinen mittels der Erfindung mit geringen
Abmessungen zu bauen, findet nicht nur ihre Ursache in der Anwendung hochwertiger
Stähle, sondern ist ebensogut auf den Umstand zurückzuführen, daß es erst durch
Anwendung der Erfindung möglich geworden ist, die hervortretenden magnetischen Eigenschaften
dieser hochwertigen Stähle so wirtschaftlich wie möglich zu nutzen.