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Verstärkermaschine
Die heute bekannten und verwendeten Verstärkermaschinen weisen bedeutende Mängel und Nachteile auf. Nachteilig ist die Anwendung von Kollektoren und die damit verbundenen Kommutationsschwierig- keiten, ferner der komplizierte Aufbau sowie die beschränkte Leistung und Drehzahl sowie der hohe Anschaffungspreis. Bei kleineren Leistungen können solche Maschinen durch Magnetverstärker ersetzt werden. Bei grösseren Leistungen sind diese preislich ungünstig.
Aus der brit. Patentschrift Nr. 752. 355 sind zweistufige Verstärker-Wechselstrom maschinen bekannt, bei denen auf dem Rotor induzierte und erregende Wicklungen sowie mitrotierende oder über Schleifringe angeschlossene feste Gleichrichter angeordnet sind. Der Aufbau des Rotors ist somit kompliziert.
Ferner ist aus der österr. Patentschrift Nr. 184980 ein Frequenzumformer mit einer Statorwicklung in mehrfacher, aus Wicklungselementen verschiedener Spulenweiten gebildeten Brückenschaltung bekannt, die ohne gegenseitige Störungen einen 16 2/3 periodigen Einphasenstrom und einen 50 periodigen Dreiphasenstrom funren kann. Eine Erregerwicklung ist nicht vorhanden. und von einem zweistufigen Verstärker ist darin nicht die Rede.
Ferner sind Mittelfrequenzmaschinen in Gleichpolbauart bekannt, bei welchen die Arbeitsspannung durch Schwankungen des mit der Arbeitswicklung dauernd im gleichen Sinne verketteten Erregerflusses induziert wird.
Die Erfindung geht von dieser Bauart von Mittelfrequenzmaschinen aus und betrifft eine Verstärkermaschine mit je zwei voneinander entkoppelten Erregersystemen und Arbeitswicklungen, welche zwei Verstärkerstufen bilden, wobei die Arbeitswicklung der ersten Stufe die Erregerwicklung der zweiten Stufe speist.
Die Erfindung besteht darin, dass sowohl die der Erregung dienenden Wicklungen wie auch die Arbeitswicklungen auf dem Stator angeordnet sind und der Rotor nach Art der Gleichpolmaschinen gezahnt ist.
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. l und 2 zeigen den Aufbau einer Verstärkermaschine im Axialschnitt und in einem Schnitt in der Rotor-Symmetrieebene, bei welcher zwei Kränze von Polen axial nebeneinander angeordnet sind. Fig. 3 zeigt den Aufbau der Verstärkermaschine, bei welcher die Polpaarzahl der Erregung der zweiten Stufe verschieden ist von jener der ersten Stufe.
Fig.1 und 2 betreffen eine Ausführung mit zwei voneinander entkoppelten Erregersystemen und zwei voneinander entkoppelten Arbeitswicklungen. Die Entkopplung erfolgt in der Weise, dass beide Systeme verschiedene Erregerpolzahlen aufweisen. Der Rotor 12 ist nach Art einer Mittelfrequenzmaschine gezahnt. Die Polteilung der Arbeitswicklung im Stator bzw. die Teilung der Polzähne des Rotors ist dabei grundsätzlich unabhängig von den gewählten Erregersystemen. Im Ausführungsbeispiel ist die Polteilung der Arbeitswicklungen 1/36 bzw. die Zahnteilung des Rotors 1/18 gewählt. Die Leiter der beiden Arbeitwicklungen sind in radial übereinanderliegenden Nuten untergebracht. Die übereinanderliegenden Nuten können auch eine gemeinsame Nut bilden.
Die Leiter der beiden Arbeitswicklungen sind dann ebenfalls in einer Nut untergebracht. Die Mittelfrequenzmaschine ist in der Weise aufgebaut, dass die Leiter der Arbeitswicklungen entlang dem Umfang der Statorbohrung nach Art der Wechselpolmaschine von LorenzSchmid verteilt sind.
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Das erste Erregersystem ist in der Art einer Unipolarmaschine gebaut. Das Erregersystem weist Blechkörper auf, in denen Arbeitswicklungen untergebracht sind. Diese Blechkörper sind in einzelne Pole 2a... 5b aufgeteilt. Die Pole weisen Erregerwicklungen 7 auf. Diese Wicklungen rufen eine zusätzliche überlagerte, wechselweise Erregung hervor, woraus sich ein zweites Erregersystem ergibt. Der Stator 1 mit der in der Symmetrieebene liegenden Erregerwicklung 6 weist somit die Pole 2a - 3a - 4a - 5a auf der einen Seite der Erregerwicklung und die Pole 2b - 3b - 4b - 5b auf der andern Seite der Erregerwicklung auf. Das Erregersystem ist zweipolig, da die Pole auf jeder Seite unter sich im gleichen Sinne magnetisiert sind.
Demgegenüber weist das zweite Erregersystem vier ausgeprägte Pole 2a + 2b, 3a + 3b, 4a + 4b, 5a + 5b auf. Diese sind in wechselnder Richtung mittels der vier Erregerspulen 7 magnetisiert. Das erste Erregersystem ist in bezug auf die Erregerwicklung 6 zweipolig, das zweite Erregersystem ist in bezug auf die vier Erregerwicklungen 7 vierpolig. Beide Erregersysteme sind infolge der unterschiedlichen Polpaarzahl magnetisch entkoppelt.
Der Stator weist in den Polen 2a-2b, 3a-3b, 4a-4b, 5a-5b die Arbeitswicklungen 8 und 9 auf.
Die Leiter der Arbeitswicklungen der beiden unter sich entkoppelten Systeme sind polweise derart zusammengeschaltet, dass die Leitergruppen des einen Systems spannungsaddierend und die Leitergruppen des andern Systems spannungssubtrahierend zusammenwirken. Die Entkopplung der Wicklungen 8 und 9 ge-
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nenhälften in bezug auf die Symmetrielinie A-A um eine Polteilung der Wechselstromwicklung verschoben sind. Die Wicklungen sind ferner in Serie geschaltet, damit sich die Spannung, die vom Feld der Erregerwicklungen 6 herrühren, addieren, während sich die Spannungen in dieser Wicklung, die vom Feld der Erregerwicklungen 7 herrühren, in der Wicklung 8 aufheben. Die Leiter der Arbeitswicklung 9 des zweiten Systems sind in den beiden Maschinenhälften nicht verschoben.
Die Folge ist, dass die vom Feld der Erregerspule 6 in der Arbeitswicklung 9 induzierte Spannung sich nach aussen aufhebt. Die Erregerwicklung 6 hat keinen direkten Einfluss auf die Klemmenspannung der Arbeitswicklung 9. Die beiden Erregerfelder erzeugen nur in je einer derbeiden Arbeitswicklungen eine Spannung. Die Arbeitswicklungen 8 und 9 können dabei in den gleichen Nuten liegen.
Beide Systeme sind z. B. gemäss Fig. 4 zu einer zweistufigen Verstärkermaschine zusammengeschaltet.
Die Arbeitswicklung 8 des ersten Systems ist über einen Gleichrichter 9 mit der Erregerwicklung 7 des zweiten Systems verbunden. Die beiden Maschinen bilden somit einen zweistufigen Verstärker. Darin arbeitet die Erregerwicklung 6 als Eingangswicklung, während die Arbeitswicklung 9 den Ausgang des zweistufigen Maschinenverstärkers bildet.
Naturgemäss können die beiden Systeme ihre Rollen tauschen, indem die Wicklung 9 über Gleichrichter auf die Erregerwicklung 6 geschaltet wird, so dass die Wicklung 8 den Ausgang und die Erregerwicklung 7 den Eingang der Verstärkermaschine bildet.
Die Arbeitsweise ist folgende : Sobald die Eingangswicklung 6 des ersten Systems durch einen Steuerstrom erregt wird, entsteht in der Arbeitswicklung 8 eine Spannung. In der Arbeitswicklung 9 des zweiten Systems entsteht dadurch am Ausgang keine Spannung. Durch Gleichrichtung der Ausgangsspannung von 8 erhält die Erregerwicklung 7 des zweiten Systems, welches eine Wechselpolanordnung aufweist, Erregerstrom. Es entsteht am Ausgang der Arbeitswicklung 9 eine Spannung. In der Arbeitswicklung 8 des ersten Systems wird jedoch von der Erregung der Wicklung 7 keine Spannung induziert. Diese Unabhängigkeit in der Spannungserzeugung in den beiden Arbeitswicklungen 8 und 9 ist auf die unterschiedliche Schaltungweise der beiden Wicklungen zurückzuführen.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem nur ein Kranz von Polen zur Anwendung kommt. Der Stator weist vier Pole 2,3, 4,5 auf, auf denen die Erregerwicklungen beider Systeme angeordnet sind, wobei das eine System eine zweipolige Erregung und das andere System eine vierpolige Erregung des Stators hervorruft. Die gegenseitige Nichtbeeinflussung beider Systeme wird durch verschiedene Polpaarzahlen der Erregersysteme erreicht.
1 ist der Stator mit den Polen 2, 3, 4, 5.8 ist die Arbeitswicklung und 6 die Erregerwicklung der ersten Stufe. 9 ist die Arbeitswicklung und 7 die Erregerwicklung der zweiten Stufe der Ausgangs-Leistungsstufe. Der Stromdurchfluss durch die Erregerwicklungen 6 erfolgt so, dass z. B. die Pole 2 und 3 in der Richtung nach dem Anker und die Pole 4 und 5 in entgegengesetzter Richtung magnetisiert werden.
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die Maschine ist somit vierpolig. Die Leiter der zu dieser zweiten Stufe zugehörigen Arbeitswicklung 9 sind so geschaltet, dass sie durch das vierpolige Feld cb, induziert werden.
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Die zwei-und vierpoligen Erregerfelder bestehen nebeneinander, ohne dass sie aufeinander einwirken. Ebenso geben die Arbeitswicklungen 8 bzw. 9 nur eine, von dem jeweils zugehörigen Feld cb bzw.
$ abhängige Spannung ab. Die Arbeitswicklungen sind somit ebenfalls unter sich entkoppelt.
Die Erreger- und Arbeitswicklungen beider Systeme sind gemäss der Schaltung Fig. 4 zu einem zwei- stufigen Verstärker zusammengeschaltet. Die Wicklungen 6 bilden den Verstärkereingang und die Arbeitswicklungen 9 den Verstärkerausgang.
Das Zusammenwirken der Erregerwicklungen 6 und 7 in Fig. 3 ergibt eine Verstärkung der Felder in den Polen 2 und 5 und eine Schwächung'in den Polen 3 und 4. Die Auswirkungen dieser Asymmetrie he-
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lung 8 der ersten Stufe erzeugt nur diese Asymmetrie eine resultierende Spannung. Von den vierpoligen
Feldern wird in dieser Wicklung keine resultierende Spannung induziert, da zwei Wicklungsteile in Serie gegengeschaltet sind.
Es besteht die Möglichkeit, die Erregerwicklungen 6 und 7 in einer gemeinsamen Wicklung zu ver- einigen. Die notwendige Asymmetrie der magnetischen Flüsse wird durch verschiedene Ströme in den einzelnen Erregerspulen erzeugt. Eine vorteilhafte Anordnung der Erregerwicklungen ist die Brtickenschal- tung in Fig. 5. Dabei sind die Ströme in den Spulen auf den Polen 3,4 gleich der Differenz J1 und J, in den Spulen auf den Polen 2,5 hingegen gleich der Summe derselben. Dieselbe Wirkung kann auch durch entsprechende Nebenschlüsse zu den Spulen erreicht werden.
Es ist auch möglich, die Arbeitswicklungen 8 und 9 in einer Brückenschaltung auszuführen. Diese
Anordnung ist in der Fig. 6 dargestellt. Darin sind mit U 1 und Uz die abnehmbaren Spannungen der beiden Systeme bezeichnet.
In der Fig. 7 ist eine Verstärkermaschine dargestellt, bei der der Stator vier Pole aufweist. Die Erregerwicklungen beider Systeme bestehen aus Teilwicklungen, die je zwei benachbarte Pole umfassen.
Die resultierenden Felder ., $, stehen dann senkrecht aufeinander.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verstärkermaschine mit je zwei voneinanderentkoppeltenErregersystemen und Arbeitswicklungen, welche zwei Verstärkerstufen bilden, wobei die Arbeitswicklung der ersten Stufe die Erregerwicklung der zweiten Stufe speist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die der Erregung dienenden Wicklungen wie auch die Arbeitswicklungen auf dem Stator angeordnet sind und der Rotor nach Art der Gleichpolmaschinen gezahnt ist.