DE2364985C3 - Induktionsgenerator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsgenerator mit einer mehrphasigen Ankerwicklung, die auf den Zähnen des Ständers mit gleicher Zahnteilung liegt, wobei sich jede Phase der Ankerwicklung aus wenigstens drei hintereinandergeschalteten symmtrisch angeordneten Strängen zusammensetzt, deren, gegenseitige elektrische Winkelverschiebung durch 2 π ohne Rest teilbar ist sowie mit einem unbewickelten zahnradförmigen Läufer und einer ringförmigen Erregerwicklung im Ständer. Ein solcher Induktionsgeber ist aus der CH-PS 10 888 bekannt

Bei dieser bekannten Ausbildung kommt auf eine Zahnteilung des Läufers eine der Phasenzahl entsprechende Anzahl von Ständerzähnen. Bei einer dreiphasigen Ausführung der Ankerwicklung kommen also auf eine Zahnteilung des Läufers drei Ankerzähne mit einer Zahnteilung von ²Iz π° Nachtpilig ist bei dieser Ausbildung eine ungünstige Form der Kurve der Phasenspannung am Ausgang der Arbeiiswicklung. Außerdem ist die bekannte Maschine nur für niedrigere Frequenzen auf einfache Weise herstellbar.

Vorliegend geht es um Induktionsgeneratoren für höhere und hohe Frequenzen, wie sie in der Elektrothermie, in Elektroenergieversorgungssystemen, für Automatisierungs- und Steuerrungssysteme u.dgl. verwendet werden.

Bei Induktionsgeneratoren zur Erzeugung solcher hoher Frequenzen ergeben sich wegen der ziemlich großen Anzahl von Ankerzähnen fertigungstechnische Probleme beim Ausstanzen der Ankerbleche und bei der Aufbringung der Arbeitswicklungen auf die Ankerzähne.

Bekannt sind auch Induktionsmaschinen mit dreiphasiger Ankerwicklung und verringerter Ankerzähnezahl. Bei diesen Maschinen ist die Zahl der Ankerzähne der doppelten Zahnzahl des Läufers recht nahe, aber nicht gleich, d. h., der elektrische Zahnteilungswinkel des Ständers ist nahe, jedoch nicht gleich π° el.

In diesem Falle ist die Ständerwicklung nach dem Typ der klassichen einphasigen Zahnwicklung ausgeführt und jede Phase der Ständerwicklung auf nebeneinanderliegenden Zähnen angeordnet, die sich auf Vj des Ständers konzentrieren.

Aus der DT-PS 7 00 931 sind noch Induktionsgeneratoren bekannt, bei denen jede Phase aus zwei Spulengruppen besieht, die magnetisch um 180°el.

versetzt sind und sich auf Zähne des Ständers konzentrieren, welche ¹A, seiner Bohrung in Anspruch nehmen.

Bei dieser Ausbildung gelingt es, den Einfluß von Läuferexzentrizität auf den Wert der Strangspannungen durch Gegen- und Hintereiniinderschalten von zwei Gruppen in den Phasen der Ständerwicklung zu vermeiden.
Im Vergleich zu den mehrphasigen Induktorgeneratoren mit klassischer Zahnzone weisen die mehrphasigen Induktorgeneratoren mit einer n"el. nahen, aber nicht gleichen Zahnteilung des Ständers eine Reihe von Vorteilen auf.
So ist bei den mehrphasigen Induktorgeneratoren die Zahl der Ständerzähne verhältnismäßig gering, nämlich etwa V3 geringer. Aufgrund der Verkürzung bzw. Verlängerung des Spulenschritts und der Spulenverteilung in den Strängen ergibt sich ein günstiger Verlauf der Strangspannung Außerdem ist die Pulsation des magnetischen Längsflusses herabgesetzt, was vom Standpunkt des Auftretens von Lagerströmen aus besonders wichtig erscheint. Wesentlich ist auch, daß die Gewichts- und Größenkennwerte der in Frage stehenden Maschinen gegenüber den mehrphasigen Maschinen mit klassicher Zahnzone nicht schlechter sind.

Neben den erwähnten Vorteilen sind jedoch die in Frage stehenden Maschinen auch mit wesentlichen Nachteilen behaftet. Da der Ständerumfang in drei Zonen aufgeteilt ist, in denen sich jede der Phasen der

y> Dreiphasenwicklung konzentriert, üben sowohl herstellungstechnisch als auch durch die Eigenart der Betriebsverhältnisse des Induktorgenerators bedingte Vibrationen des Läufers und sein Schlagen einen beträchtlichen Einfluß auf die Symmetrie und den

.is Verlauf der Strangspannungen aus. Diese Nachteile schränken die Einsatzmöglichkeiten der betrachteten Maschinen ein.

So wären an sich aufgrund der technischen Forderungen, die an HF-Geschwindigkeitsgeber von Turbinen-Generator-Blöcken gestellt werden, die Induktorgeneratoren n:it einer jr°el. nahen Zahnteilung am besten geeignet. Es ist jedoch praktisch unmöglich, diese Maschinen als HF-Geschwindigkeitsgeber eines Turbinen-Generator-Blocks mit unmittelbarer Befestigung des Gebers auf der Turbinenwel.le einzusetzen, weil die relative Änderung des Luftspalles allein aufgrund der Wellenschwingung der Turbine in den Gleitlagern etwa 30% erreichen kann. Entsprechend treten Modulationen der EMK auf, und Impulsform und -häufigkeit des Gebers während einer Wellendrehung werden gestört. Dadurch wird der Betrieb eines angeschlossenen elektronischen Selbstregelungssystems gestört.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile einen Induk-

y> tionsgenerator mit verringerter Ankerzähnezahl zu schaffen, bei dem die Form der Spannungskurve am Ausgang der Arbeitswicklung einen einwandfreien Verlauf aufweist, der nicht beeinflußt wird von Vibrationen, einem Schlagen oder einer Exzentrizität des Läufers.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der elektrische Teilungswinkel der Ankerzähne zwischen V₁ π und π oder .τ und ⁴/:ijr liegt, ohne diese Grenzwerte zu erreichen, und die Zahl der Ankerzähne

(>s sich von der doppelten Zähnezahl des Läufers um die doppelte Strangzahl unterscheidet.

Bei einer solchen Ausbildung wird der Einfluß von Vibrationen und eines Schiagens des Laufers auf die

Symmetrie und den Verlauf der Strangspannungen aufgrund der symmetrischen Anordnung der Stränge jeder Phase in der Ständerbohrung und gleicher Bedingungen der Stränge im magnetischen und elektrischen Feld beseitigt (der Winkel zwischen den Strängen ist durch 2 π" el. ohne Rest teilbar).

Beim Hintereinanderschalten der Stränge jeder Phase ist die durch die Läuferdrehung bedingte Grundfrequenz-EMK der Summe der EMK der Einzelstränge jeder Phase gleich, und die durch Vibrationen und ein Schlagen des Läufers verursachten Zusatz-EMK heben sich gegenseitig auf.

Außerdem wird eine Verminderung der F.MK-Oberwellen aufgrund der Verkürzung bzw. Verlängerung des Spulenschritts und der Spulenverteilung in den Strängen sowie eine beträchtliche Abnahme der Flußpulsationen im äußeren Eisenkörper des Induktionsgenerators erzielt.

Im Vergleich zu den Induktionsgeneratoren mit klassischer Zahnzone ist die Zahnzahl de' Ständers wesentlich geringer, was bei ihrer gleichmäßigen Verteilung die Fertigung und Bewicklung des Ständerblechpakets vereinfacht.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Einpaket-Induktorgenerator,

Fig.2 einen Längsschnitt durch den Zweipaket-Induktorgenerator,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Induktorgenerator,

Fig.4 ein Schaltbild der Ständerwicklung des Induktorgenerators.

Beim Induktorgenerator sind Spulen 2 der Mehrphasen-Ankerwicklung auf den Zähnen des geschichteten Blechpakets eines Ständers /(F i g. 1) mit gleichförmiger Zahnteilung angeordnet. Innerhalb des Blechpakets vom Ständer / befindet sich ein ungewickelter Zahnläufer 3, dessen Zähne Pole gleicher Polarität bilden.

Eine ringförmige Erregerwicklung 4 ist auf dem feststehenden Magnetkörper 5 des Induktorgenerators angeordnet, den ein zusätzlicher Luftspalt 6 von dem ungewickelten Zahniäufer 3 trennt.

Der erfindungsgemäße Induktorgenerator kann konstruktiv auch nach der Art eines einpoligen Zweipaket-Induktorgenerators ausgeführt werden, der zwei Blechpakete 7, 8 des Siänders (F i g. 2) und zwei rotierende Zahnblechpakete 9, 10 des ungewickelten Zahnläufers aufweist, die auf einem gemeinsamen Zylindermagnetkörper Platz finden. In diesem Fall befindet sich die ringförmige Erregerwicklung 12 in einem Raum zwischen den Ständerblechpaketen 7, 8 und den rotierenden Zahnblechpaketen 9,10 des Läufers.

Als eines der Beispiele ist in F i g. 3 die Anordnung der > Stränge dargestellt, die beim Einpaket-Induktorgenerator mit der Zahnzahl Z_c = 36 des Ständers /, der Zahnzahl Z_p = 15 des Läufers 3 aus den Spulen 2 in der Bohrung des Ständers / bestehen. Die Strangzahl k beträgt in jeder Phase k = 3.

ίο Wie aus der Fi g. 3 ersichtlich ist, setzt sich die Phase A der Ankerwicklung aus drei Strängen A\, A2, A₁, die Phase Baus den Strängen B₁, B2, B^ und die Phase Caus den Strängen Ci, Ci, Ci zusammen. Jeder Strang besteht aus vier Spulen 2, die auf nebeneinanderstehenden s Zähnen des Ständers / liegen. Die Spulen 2 jeder Phase liegen somit auf zwölf Zähnen des Ständers /.

Fig.4 zeigt ein Schaltbild der Spulen 2 der Ankerwicklung des Ständers /in dem in Rede stehenden Beispiel, wobei G und G Anfang und Ende der Phase A; C2 und G Anfang und Ende der Phase B\; Ci und Q, Anfang und Ende der Phase Csind.

Beim Betrieb des Induktorgenerators wird in jeder der Spulen 2 eine EMK induziert, wobei die EMK der benachbarten Spulen 2 in Bezug aufeinander um einen elektrischen Winkel λ verschoben sind, der

2,

el. = 150 el.

}o btträgt.

Der Winkel γ zwischen zwei benachbarten, zu verschiedenen Phasen gehörenden Strängen, der sich aus vier Zahnteilupgen des Ständers errechnet, beträgt in diesem Fall 360° + 240° el„ weil

= 4λ = 4

Zwei Stränge einer Phase sind in Bezug aufeinander um 12 Zahnteilungen verschoben, während die Verschiebung x' zwischen ihnen, gemessen in °el., fehlt (ist durch 2 π° el. ohne Rest teilbar), weil

χ= 12* = 12 - ' = 5-2.7
6

el.

Wie aus dem angeführten Beispiel ersichtlich ist, sind im vorliegenden Fall alle Ausführungsbedingungen einer symmetrischen dreiphasigen Ständerwicklung erfüllt, bei der sich jede Phase aus drei hintereinandergeschalteten und in der Ständerbohrung symmetrisch angeordneten Strängen zusammensetzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Induktionsgenerator mit einer mehrphasigen Ankerwicklung, die auf den Zähnen des Ständers mit gleicher Zahnteilung liegt, wobei sich jede Phase der Ankerwicklung aus wenigstens drei hintereinandergeschalteten symmetrisch angeordneten Strängen zusammensetzt, deren gegenseitige elektrische Winkelverschiebung durch 2 π ohne Rest teilbar ist sowie mit einem unbewickelten zahnradförmigen Läufer und einer ringförmigen Erregerwicklung im Ständer, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Teilungswinkel der Ankerzähne zwischen Vi π und π oder π und ^Ah π liegt, ohne diese Grenzwerte zu erreichen, und die Zahl der Ankerzähne sich von der doppelten Zähnezahl des Läufers um die doppelte Strangzahl unterscheidet.