DE2364985C3 - Induction generator - 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 bekanntThe present invention relates to an induction generator with a polyphase armature winding, which lies on the teeth of the stator with the same tooth pitch, each phase of the armature winding being composed of at least three symmetrically arranged strings connected in series, the mutual electrical angular displacement of which can be divided by 2 π without remainder is as well as with an unwound gear-shaped rotor and an annular excitation winding in the stator. Such an induction generator is known from CH-PS 10 888

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.In this known design, there is a number of stator teeth corresponding to the number of phases for each tooth pitch of the rotor. With a three-phase design of the armature winding, there are three armature teeth with a tooth pitch of ² Iz π ° for each tooth pitch of the rotor. In addition, the known machine can only be produced in a simple manner for lower frequencies.

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.This is about induction generators for higher and high frequencies, such as those in the Electrothermal energy, in electrical energy supply systems, for automation and control systems and the like. be used.

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.In induction generators for generating such high frequencies arise because of the fairly large number of anchor teeth manufacturing problems when punching out the anchor plates and with the application of the work windings to the anchor teeth.

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.Induction machines with three-phase armature winding and a reduced number of armature teeth are also known. In these machines, the number of armature teeth is very close to, but not equal to, twice the number of teeth on the rotor, ie the electrical tooth pitch angle of the stator is close to, but not equal to 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.In this case the stator winding is of the type the classic single-phase tooth winding and each phase of the stator winding on adjacent ones Arranged teeth that focus on Vj of the stator.

Aus der DT-PS 7 00 931 sind noch Induktionsgeneratoren bekannt, bei denen jede Phase aus zwei Spulengruppen besieht, die magnetisch um 180°el.From DT-PS 7 00 931 induction generators are known in which each phase consists of two See coil groups that magnetically by 180 ° el.

versetzt sind und sich auf Zähne des Ständers konzentrieren, welche ¹A, seiner Bohrung in Anspruch nehmen.are offset and focus on teeth of the stator, which take ¹ A, its hole to complete.

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.With this design it is possible to avoid the influence of rotor eccentricity on the value of the phase voltages by connecting two groups in opposite directions and in series in the phases of the stator winding.
Compared to the multi-phase Induktorgeneratoren classical tooth zone have the multiphase Induktorgeneratoren with an n "el. Near but not the same tooth pitch of the stand a number of advantages.
In the case of the multiphase inductor generators, the number of stator teeth is relatively small, namely about V3 less. Due to the shortening or lengthening of the coil pitch and the coil distribution in the strands, the strand voltage is more favorable. In addition, the pulsation of the longitudinal magnetic flux is reduced, which appears to be particularly important from the point of view of the occurrence of bearing currents. It is also essential that the weight and size parameters of the machines in question are not worse than the multi-phase machines with classic tooth zones.

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 derIn addition to the advantages mentioned, however, the machines in question also have essential ones Disadvantages. Since the perimeter of the stand is divided into three zones in which each of the phases of the

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 y> three-phase winding concentrated, exert both manufacturing technology and the nature of the operating conditions of the inductor generator caused vibrations of the rotor and its beating a considerable influence on the symmetry and the

.is Verlauf der Strangspannungen aus. Diese Nachteile schränken die Einsatzmöglichkeiten der betrachteten Maschinen ein..is course of the line voltages. These disadvantages limit the possible uses of the machines under consideration.

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.This would be due to the technical requirements that are placed on HF speed sensors in turbine generator blocks are placed, the inductor generators n: it one jr ° el. close tooth pitch is best suitable. However, it is practically impossible to use these machines as the HF speed sensor of a turbine generator block to be used with direct attachment of the encoder on the Turbinenwel.le, because the relative change in the air gap solely due to the shaft vibration of the turbine in the plain bearings, for example Can reach 30%. Correspondingly, there are modulations of the EMF and the pulse shape and frequency of the Encoder during a shaft rotation are disturbed. This will enable the operation of a connected electronic self-regulation system disturbed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile einen Induk-The object of the present invention is, while avoiding the disadvantages described, an induction

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.y> tion generator with reduced number of anchor teeth create in which the shape of the voltage curve at the output of the working winding is flawless Has a course that is not influenced by vibrations, hitting or eccentricity of the runner.

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 AnkerzähneThe problem posed is achieved in that the electrical pitch _{angle of the armature teeth is between V 1} π and π or .τ and ⁴ /: ijr without reaching these limit values, and the number of armature teeth

(>s sich von der doppelten Zähnezahl des Läufers um die doppelte Strangzahl unterscheidet.(> s from double the number of teeth on the rotor to the double number of strands is different.

Bei einer solchen Ausbildung wird der Einfluß von Vibrationen und eines Schiagens des Laufers auf dieWith such a design, the influence of vibration and a slap of the runner on the

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).Symmetry and the course of the strand tension due to the symmetrical arrangement of the strands of each phase in the stator bore and the same conditions of the strands in the magnetic and electric field eliminated (the angle between the strands is divisible by 2 π " el. Without remainder).

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.When the strands of each phase are connected in series, the phase is caused by the rotor rotation Fundamental frequency EMF equal to the sum of the EMF of the individual strands of each phase, and the through Additional EMF caused by vibrations and hitting of the rotor cancel each other out.

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.In addition, a reduction in the F.MK harmonics due to the shortening or lengthening of the Coil pitch and the coil distribution in the strands and a considerable decrease in the flux pulsations in the outer iron body of the induction generator achieved.

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.Compared to the induction generators with classic tooth zone, the number of teeth is de 'stator significantly lower, which, with their even distribution, the production and wrapping of the stator core simplified.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated by the description of exemplary embodiments with reference to the drawings further explained. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Einpaket-Induktorgenerator, 1 shows a longitudinal section through the single-package inductor generator,

Fig.2 einen Längsschnitt durch den Zweipaket-Induktorgenerator, 2 shows a longitudinal section through the two-packet inductor generator,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Induktorgenerator, F i g. 3 shows a cross section through the inductor generator,

Fig.4 ein Schaltbild der Ständerwicklung des Induktorgenerators.4 is a circuit diagram of the stator winding of the Inductor generator.

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.In the inductor generator, coils 2 of the polyphase armature winding are layered on the teeth of the Laminated core of a stator / (F i g. 1) arranged with uniform tooth pitch. Inside the sheet metal package from the stand / there is an unwound toothed runner 3, the teeth of which have poles of the same polarity form.

Eine ringförmige Erregerwicklung 4 ist auf dem feststehenden Magnetkörper 5 des Induktorgenerators angeordnet, den ein zusätzlicher Luftspalt 6 von dem ungewickelten Zahniäufer 3 trennt.An annular excitation winding 4 is on the fixed magnetic body 5 of the inductor generator arranged, which an additional air gap 6 separates from the unwound tooth runner 3.

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.The inductor generator according to the invention can also be constructed in the manner of a single-pole two-packet inductor generator are carried out, the two laminated cores 7, 8 of the Siänders (F i g. 2) and two rotating Toothed laminated cores 9, 10 of the unwound toothed rotor, which on a common cylinder magnet body Find place. In this case, the annular excitation winding 12 is located in a room between the stator laminations 7, 8 and the rotating toothed laminations 9,10 of the rotor.

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.As one of the examples, FIG. 3 shows the arrangement of the> strands, which in the single-pack inductor generator with the number of teeth Z _c = 36 of the stator /, the number of teeth Z _p = 15 of the rotor 3 from the coils 2 in the bore of the stator / exist. The number of strands k is k = 3 in each phase.

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 /.ίο As shown in the fig. 3, phase A of the armature winding consists of three strands A \, A2, A ₁ , phase Baus consists of strands B ₁ , B2, B ^ and phase C consists of strands Ci, Ci, Ci . Each strand consists of four coils 2, which lie on adjacent teeth of the stand /. The coils 2 of each phase are thus on twelve teeth of the stator /.

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.4 shows a circuit diagram of the coils 2 of the armature winding of the stator / in the example in question, with G and G beginning and end of phase A; C2 and G start and end of phase B \; Ci and Q, beginning and end of phase C are.

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, derWhen the inductor generator is in operation, an EMF is induced in each of the coils 2, the EMF being the adjacent coils 2 are shifted with respect to one another by an electrical angle λ which

2,2,

el. = 150 el.el. = 150 el.

}o btträgt. } o btbears.

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„ weilThe angle γ between two adjacent strands belonging to different phases, which is calculated from four tooth parts of the stator, is in this case 360 ° + 240 ° el "Weil

= 4λ = 4= 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), weilTwo strands of a phase are shifted by 12 tooth pitches with respect to one another, while the shift x ' between them, measured in ° el., Is missing (is divisible by 2 π ° el. Without a remainder), because

χ= 12* = 12 - ' = 5-2.7
6χ = 12 * = 12 - '= 5-2.7
6th

el.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.As can be seen from the example given, all execution conditions are in the present case a symmetrical three-phase stator winding, in which each phase consists of three series-connected and composed symmetrically arranged strands in the stator bore.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: 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.Induction generator with a polyphase armature winding, which lies on the teeth of the stator with the same tooth pitch, with each phase of the armature winding being composed of at least three symmetrically arranged strands connected in series, the mutual electrical angular displacement of which is divisible by 2 π without remainder and with an unwound gear-shaped rotor and an annular excitation winding in the stator, characterized in that the electrical pitch angle of the armature teeth is between Vi π and π or π and ^A h π without reaching these limit values, and the number of armature teeth differs from twice the number of teeth of the rotor by twice the number of strands differs.