DE588933C - Wechselstromfernzeiger nach dem Drehfeldprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstromfernzeiger nach dem Drehfeldprinzip, dessen beweglicher Teil (Drehspule) außer von dem magnetischen Drehfeld (Statorfeld) von einem axial zum Drehfeld gerichteten Wechselfeld (Transformatorfeld) durchsetzt wird. Durch dieses Wechselfeld wird in dem beweglichen Teil des Systems ein Strom induziert, der seinerseits ein magnetisches Wechselfeld hervorruft, dessen zur Drehachse des Drehfeldes senkrechte Komponente im Eingriff mit dem Drehfeld die Einstellung des beweglichen Teils bewirkt. Um den in letzterem durch Induktion erregten Strom möglichst kräftig machen zu können, ist für das induzierte Wechselfeld ein besonderer Eisenpfad geschaffen, der mit dem Eisen des magnetischen Drehfeldes verschlungen ist und der, soweit er außerhalb des Drehfeldeisens gelegen ist, reichlich Platz für eine oder zwei große Primärspulen bietet. Da ferner in dem Eisenpfad des Wechselfeldes ein Luftspalt zunächst nicht erforderlich ist, ergeben sich für die Erzeugung des Drehspulenstromes gegenüber den früheren Formen sehr günstige Verhältnisse.

Außerdem ist die Statorinnenfläche nicht mehr wie früher erforderlich, für die Aufnahme der Primärspule auszusparen, so daß die Drehspulenseiten nunmehr voll beaufschlagt werden. Eine beispielsweise Ausführung dieser Art besteht darin, die Eisenpfade für die beiden Felder als Rotationskörper auszubilden, wobei das Stator- (Dreh-) Feld vollständig im Innern des eine Kapsel bildenden Wechselfeldeisens verläuft. Um eine bequeme und sichere Lagerung des beweglichen Teils zu ermöglichen, ist der Eisenweg des axial gerichteten Wechselfeldes durch einen Luftspalt unterbrochen, in dem sich ein mit der Drehachse verbundener trichterförmiger Träger der Drehspule bewegen kann. Durch die Anordnung eines derartigen Luftspaltes wird jedoch der Aufbau eines solchen Fernzeigers erschwert.

Die Erfindung bezweckt unter Vermeidung des vorgenannten Nachteiles eine Weiterentwicklung des Fernzeigers dergestalt, daß der magnetische Schluß des besonderen, mit dem Statorfeld verschlungenen Wechselfeldpfades unter Vermittlung des Drehfeldeisens und seines ringförmigen Interferrikums bewirkt wird. In einfachster Weise geschieht das, indem alles, was auf einer Statorstirnseite gelegen ist, fortgelassen wird und gleichzeitig das Wechselfeldeisen mit der Außenfläche des Stators (bzw. der Innenfläche des Statorschlußringes) in magnetischen Kontakt gebracht wird. Der trichter- oder scheibenförmige Träger der Drehspule wird dann nicht mehr von Feldlinien durchsetzt, er kann aus gut leitendem Metall in einem Stück mit der Drehspule hergestellt und letztere nunmehr leicht herausgenommen und wieder eingesetzt werden.

Die Abb? 1 und 2 zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und zwar Abb. ι im Axialschnitt, Abb. 2 im Schnitt nach der Linie a-a der Abb. 1.

In einem eisernen Gehäuse G befindet sich der Stator Si, in dessen Nuten eine mehrphasige Wicklung W liegt, die von den das Drehfeld

erzeugenden Fernleitungsströmen durchflossen wird. Dieses Drehfeld durchsetzt den ringförmigen Luftspalt L zwischen dem Statoreisen St und einem lamellierten Eisenring R und diesen Eisenring. In dem Luftspalt!, kann sich eine Drehspule S bewegen, die als schräger Rohrabschnitt ausgebildet ist. Bei dem Erfindungsgegenstand entfällt im Gegensatz zu bereits vorgeschlagenen ähnlichen Einrichtungen die erschwerende Bedingung, daß die ebene oder kalotten- oder trichterförmige Tragscheibe aus schlecht leitendem Material herzustellen ist, vielmehr soll sie hier sogar aus gut leitendem Material bestehen, um einen' möglichst widerstandsfreien Weg für die Drehspulenströme zu liefern. Der an der Achse befestigte Zeiger Z läßt die Stellung der Drehspule S erkennen.

Zur Erzeugung des Wechselfeldes dient eine Primärspule P, die von Einphasenstrom durchflössen wird. Sie liegt bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten Anordnung unmittelbar neben dem lamellierten Eisenring R und wird in Richtung der Achse A von einem Eisenzylinder E durchsetzt. Der besondere, mit dem Drehfeld verschlungene Wechselfeldpfad geht hier also durch das eiserne Gehäuse G und durch den mit ihm verbundenen oder ein Stück bildenden Eisenzylinder £ und schließt sich über den Eisenring R, den Luftspalt L und das Statoreisen .Si, das mit dem Gehäuse magnetischen Kontakt besitzt.

Die Wirkungsweise ist folgende: Der in der Mehrphasenwicklung W des Stators Si fließende Strom treibt durch den Luftspalt L ein mit der Gebereinstellung wanderndes magnetisches Wechselfeld (Drehfeld), das die im Luftspalt bewegliche Drehspule S durchsetzt. Gleichzeitig erzeugt der die Spule P durchfließende Wechselstrom, der im allgemeinen durch Induktion auch der für die Erregung des Gebers benutzten Stromquelle entnommen wird, ein Wechselfeld, das ebenfalls die Drehspule durchsetzt und in ihr einen Sekundärstrom erzeugt. Die im Luftspalt schwingenden Teile der stromdurchflossenen Drehspule ergeben dann im Eingriff mit dem Drehfeld in bekannter Weise die einstellende Kraft. Die Drehspule stellt sich stets so ein, daß ihr Strom ein Minimum und das von der Statorwicklung W und der Wechselfelderregerspule P erzeugte gemeinsame Feld ein Maximum wird. Da dieses Feld mit der Gebereinstellung seine Lage verändert, wird demnach die Drehspule der Verstellung des Gebers folgen. Die Erregung des Wechselfeldes kann so gewählt werden, daß an der Stelle des Feldminimums der Stator feldfrei wird. Bei einer derartigen Anordnung ist dann auch die Kurzschlußspule nahezu feldfrei. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn man in weiterer Ausbildung der Erfindung die Erregung des Wechselfeldes so bemißt, daß an der Stelle des Feldminimums der Stator Si nicht feldfrei wird. Bei dieser Ausführung wird auch der bewegliche Teil S des Systems in der Einstellage nicht stromfrei, so daß er sich mit großer Kraft schon geringen Auslenkungen aus dieser Lage widersetzt.

Eine andere Ausführungsform ergibt sich z. B., wenn man den lamellierten Eisenkern R mit der Spule S mechanisch verbindet. R bildet dann zusammen mit S den drehbaren Teil des Systems. Eine andere Ausführungsform ergibt sich beispielsweise dadurch, daß die Statorwicklung W nicht auf dem Eisen St, sondern auf dem Eisenring R angeordnet ist. Bei dieser Ausführung müßten die Spulen P an den Stellen angeordnet werden, die in Abb. 1 von den Wickelköpfen W eingenommen werden.

Die zur Unterdrückung von Wirbelströmen zweckmäßige Unterteilung des aktiven Eisens kann in verschiedener Weise geschehen. Z. B. kann das gesamte Eisen evtl. mit Ausnahme des Ringes R kollektorartig sehr solide aus Eisenstäben von sektorförmigem Querschnitt unter Zwischenlage dünner Isolationsschichten zusammengebaut werden. Die Eisenunterteilung geschieht damit in der Hauptsache durch Ebenen, die sämtlich durch die Drehachse des beweglichen Systems verlaufen. Das Profil der Stäbe kann dabei auf den Flanken Einkerbungen erhalten, die nach dem Zusammenbau gleich die zur Aufnahme der Statorwicklung erforderlichen Nuten ergeben. Die Zahl der Stäbe ist dann gleich der Zahl der Nuten zu wählen. Der Eisenquerschnitt bleibt bei dieser L^nterteilung namentlich am äußeren Umfange des Apparates immerhin reichlich groß.

Günstiger wird daher eine Unterteilung nach Abb. 3 wirken, bei der der Stator St in üblicher Weise aus Blechen aufgebaut wird, in die die Nutenöffnungen eingestanzt sind. Das Eisen E für den Erregerkraftfluß wird dann entweder wieder kollektorartig ausgeführt oder, wie Abb. 3 zeigt, als Ε-Paket ausgebildet, wobei der Mittelzinken den Ring R trägt und die beiden Außenzinken durch Umfassen des Stators magnetischen Kontakt mit ihm bilden.

Damit der Ring R nicht einen Kurzschluß für einen Teil des Erregerkraftflusses bildet, darf er alvanisch nicht geschlossen sein. Beim Aufbau aus Eisensegmenten würde diese Bedingung ohne weiteres erfüllt sein. Wird R aber aus Blechen zusammengepackt, so muß jeder Blechring radial geschlitzt sein. Der magnetischen leichmäßigkeit wegen werden die Schlitze gegeneinander versetzt, wie Abb. 3 a zeigt. Für den Statorring ist diese Unterteilung kaum erforderlich, da der Kraftfluß an seinem äußeren Umfang austritt.

Ähnlich wie bei bereits vorgeschlagenen Ausführungen ähnlicher Art kann auch dieser Fernzeiger in verschiedenartigen Schaltungen verwendet werden. So kann er beispielsweise als

Phasenmesser geschaltet werden, indem die Mehrphasenwicklungen von Geber und Empfänger an.ein Mehrphasennetz angeschlossen werden, so daß von beiden die Statorfelder synchron laufende Drehfelder konstanter Amplitude sind. Der. mit Einphasenwicklung ausgerüstete Geberrotor wird nun über Fernleitungen mit den Transformatorspulen P verbunden. Die zum Empfänger übertragene Spannung ist ihrem

iö Betrage nach' unabhängig von der Stellung des Geberrotors, nicht aber ihre Phase. Diese durchläuft vielmehr bei einer vollen Drehung des Geberrotors vier Quadranten. Durch die Änderung der Spannungsphase ändert sich die Lage des Feldminimums in dem Statoreisen und dadurch die Lage des mit einer Anzeigevorrichtung versehenen drehbaren Teils im Empfänger.

Das Wechselfeld wird vorteilhaft durch einen Strom konstanter Amplitude erregt. Dies ist jedoch keine notwendige Bedingung für eine einwandfreie Einstellung des drehbaren Teils des Fernzeigers. So wird etwa in der Phasenmesserschaltung die Anzeige nicht oder nicht wesentlich durch Schwankungen der Amplitude

«5 des Wechselfeldes beeinflußt.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Wechselstromfernzeiger nach dem Drehfeldprinzip, bei dem das Drehfeld (Statorfeld) und das die Drehspule durchsetzende Wechselfeld miteinander verschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld nur auf einem Teil seines Kreises einen besonderen Eisenpfad für sich besitzt, auf dem andern Teil dagegen über den vom Drehfeld durchsetzten Stator (Si), den zugehörigen Schlußring (R) für das Drehfeld und den' zwischen diesen beiden liegenden Luftspalt verläuft.
2. 2. Wechselstromfernzeiger nach Ansprach i, dadurch gekennzeichnet, daß der nur von dem Wechselfeld durchsetzte Eisenpfad auf einer der beiden Stirnseiten des Drehfeldstators (St) liegt.
3. 3. Wechselstromfernzeiger nach Ansprach ι und 2, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Erregung des Wechselfeldes durch den Geber, daß die Drehspule ein Strom durchfließt, der beim gewaltsamen Verdrehen der Drehspule seinen Effektivwert nur wenig ändert und keine Phasenumkehr erleidet.
4. 4. Wechselstromfernzeiger nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenpfade für das Wechselfeld und das Drehfeld in Ebenen unterteilt sind,, die sämtlich durch die Drehachse des beweglichen Systems verlaufen.
5. 5. Wechselstromfernzeiger nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenpfade für das Wechselfeld und das Drehfeld in je unter sich parallele Ebenen unterteilt sind und daß der erstere Eisenpfad als Ε-Paket ausgeführt ist.
6. 6. Wechselströmfernzeiger nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilungsarten nach den Ansprüchen 4 und 5 kombiniert sind.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen