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Gleichstrommaschine für praktisch konstanten Strom bei in weiten Grenzen veränderlicher Spannung und Schaltungen unter Benützung derselben.
In manchen Fällen, z. B. wenn es sich um das Laden von Akkumulatorenbatterien handelt muss die Spannung zwischen zwei Punkten eines Stromkreises geändert werden, während eine Änderung der Stromstärke nicht erwünscht ist.
Die Erfindung gibt ein Mittel an die Hand, um Spannungsänderungen innerhalb weiter Grenzen hervorzubringen bezw. zuzulassen, ohne dass infolge dieser Spannungsänderung die Stromstärke sich wesentlich ändert. Zwischen die zwei Punkte, deren Spannungsdifferenzsich ändern soll, wird in denjenigen Stromkreis, in welchem die Stromstärke unverändert bleiben soll, eine Maschine neuer Art eingeschaltet, welche unter der Wirkung eines Hauptfeldes und eines zweiten, gegen wirkenden Feldes steht, dessen Erregerspannung aus einer konstanten EMK und der Klemmenspannung der Zusatzmaschine sich zusammensetzt, sodass sie auch bei Änderung der ihren Klemmen innerhalb gewisser Grenzen nur Strom konstanter Stärke durchlässt.
Zur Veranschaulichung des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele angegeben :
Fig. 1 zeigt eine Batterie e, welche mit Hilfe der Zusatzmaschine z mit konstantem Strom geladen werden soll. Die Zusatzmaschine z besitzt ein Nebenschlussfeld fn und ein Hauptstrom-
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eine EMK, (gezeichnet ist eine kleine Hilfsbatterie d) eingeschaltet, die besHebr ist, ein Fele* zu erzeugen, welches dem vom Ladestrom hervorgernfenen Hauptstromfeld f1 entgegen wirkt. Das Ncbehschlussfeld. , ist derart geschaltet, dass durch dasselbe allein in der Zusatzmaschine z eine Spannung hervorgerufen würde, die sich zur Zentralen-Spannung addiert.
Die Folge davon
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das Nebenschlussfeld fn bis auf die zum Laden der Batterie erforderliche mit zunehmender Ladung allmählich grösser werdende EMK aufgehoben wird.
Angenommen, die Batterie e besitze in einem bestimmten Momente eine solche Spannung, dass, wenn die von der Zusatzmaschine z erzeugte EMU Null ist, gerade der festgesetzte Lade-
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gestellt, dass eH in diesem Falle genau 80 stark ist, wie das vom Hauptstrom erzeugte ihm entgegenwirkende Feld fi. Steigt infolge fortschreitender Ladung die Gegenspannung der Batterie e, so hat dies zur Folge, dass der Hauptstrom und das Hauptstromfeld f1 abnimmt und das jetzt überwiegende Nebenschlussfeld fn in der Zusatzmaschine z eine positive EMK von entsprechender Höhe erzeugt.
Die EMK der Zusatzmaschine addiert sich jedoch im Nebenschlusserregerstrom- kreis zu der der kleinen Hilfsbatterie d, wodurch sich eine weitere Verstärkung des Nebeunebtuss- feldes/ergibt. Diese weitere Verstärkung des Nebenschlussfeldes muss jedoch wieder aus-
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praktisch konstant bleibt.
Aus Fig. 4 ist die Charakteristik der Maschine zu ersehen, die Abszissen stellen die EMK der Maschine, die Oridinaten-Felder dar. Es bedeutet die Ordinate 0 den Nullwert der Feld-
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vorhanden wäre. Man sieht, die Linie verläuft annähernd geradlinig. Das Nebenschlussfeld hat einen bestimmten absoluten Wert bei der Linie a, bei welcher die Zusatzmaschine die Spannung 0 erzeugen soll. Es hat den Wert Null, wenn die Zusatzmaschine eine negative Spannung gibt gleich und entgegengesetzt der EMK der Hi1fsbatterie. Es hat den doppelten Wert, wenn die Zusatzmaschine eine ebenso hohe pasitive Spannung wie die Hilfsbatterie in der der EMK der Hilfsbatterie entsprechenden Richtung erzeugt.
Für die Spannung der Zusatzmaschine ist jedoch nicht dieses Nebenschlussfeld allein massgebend, sondern das resultierende Feld, das durch die Linier dargestellt sein möge, und welches sich zusammensetzt aus dem Nebenschlussfeld fn und dem Hauptstromfeld fi. Man sieht heraus, dass das resultierende Feld f4 den Wert Null bei der Linie a hat, bei welcher bedingungsgemäss die Spannung der Zusatzmaschine den Wert Null haben soll.
Fig. 2 zeigt anstelle der Batterie, welche geladen werden soll, eine Arbeitsmaschine b, die mit Schwungmasse c gekuppelt ist. Hier liegen bekanntlich die Verhältnisse ähnlich, da die Stromaufnahme dieses Aggregates möglichst unabhängig von der jeweiligen Tourenzahl sein soll, damit eben die Schwungmassen geladen werden, Rim der Kraftbedarf der Arbeitsmaschine geringer ist und entladen werden, wenn der Kraftbedarf der Arbeitminabehine höher ist als der mittleren Belastung entspricht. Da in diesem Falle die mit dem Apparat gekuppelte Zusatzmaschine nicht mehr mit konstanter Geschwindigkeit läuft, sondern mit variabler, so ändert sich die Charakteristik fi wie Pig. 5 zeigt.
Es wird bei einer 15%igen niedrigen Tourenzahl der Strom 15% höher sein, bei 15% höherer Tourenzahl 15% niedriger. Dem Hauptstrom entsprechend ändert sich auch das Hauptfeld.
Es könnte noch bei einer Verbindung zwischen einer derartigen Zusatzmaschine und einem Motor, wie z. B. vorstehend beschrieben, der Fall eintreten, dass sich die Tourenzahl über das gewollte Mass. hinaus steigern würde, sobald nämlich die Belastung dieses Motors längere Zeit herabgesetzt ist. Um dies zu verhindern, kann eine Einrichtung vorgesehen werden, welche bei einer bestimmten Tourenzahl das wirksame Feld der Maschine schwächt, z. B. kann auf die Weile den Motors ein Fliehkraftregler aufgesetzt werden, der bei einer bestimmten Tourenzahl durch Minfüsen von Widerstand das Nebenschlussfeld schwächt.
Da nun die Stromaufnahme voll dem Verhältnis von Haupt- und Nebenschlussfeld abhängig ist, so wird also bei einer
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der Strom soweit verringert wird, dass ein Durchgehen nicht stattfinden kann.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, hei welcher die Hilfsbatterie im Nebenschlusskreis der Zusatzmaschine ersetzt ist, durch eine Abzweigung von einem Widerstande r, welcher an dem Netz liegt. Figur 6 zeigt eine weitere Anwendung des Erfindungsgedankens. Hierbei soll die einem asynchronen Motor m bei Verringerung der Drehzahl entnommene Energie der Achse des Motors über einem Umformer n wieder zugeführt werden. Verwendet man eine als Motor wirkende nach den Erfindungsgedanken geschaltete Maschine z auf der Achse des Asynchron- fnotors m, so kann. sich die der Zentrale entnommene Arbeit nicht ändern. Die dem Rotor ent-
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zeugte Oeichntrom EMK an ihren Klemmen proportional der Umdrehungszahl.
Trotz dieser veränderlichen Umdrehungszahl ist jedoch, wie aus den ersten Darlegungen hervorgeht, der
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der Zusatzmaschille z ist trotzdem veränderlich, sondern auch von der Spannung abhängt, welche sich ändern muss. Diese Spannung ist bei Synchronismus etwa gleich Null, während sie beim höchsten vorkommenden Schlupf ihren Höchstwert annimmt.
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Anordnung das vom Anker erzeugte Feld, das Feld in der Kommulierungszone unter Umständen derart beeinflussen wird, dass ein fullkenloses Arbeiten nicht stattfindet, so kann zur Vermeidung der Funkenbildung ausserdem noch eine Kompensationswicklung benutzt werden, die das Ankerfeld ganz oder zum Teile aufhebt, ja sogar unter Umständen überwiegt.
Bei niedriger Spannung wird die Maschine, da man in diesem Falle mit einer Windung pro Segment und demzufolge mit sehr geringer Beaktionsspannung auskommt, ohne Weiters funkenlos arbeiten, trotz Mangel eines Kommutierungsfeldes, während bei höherer Spannung die Kommutierung gegebenenfalls in gewöhnlicher Weise durch Überkompensation des Ankerfeldes erfolgen möge.
In Fig. 7 der Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer suchen Anordnung veranschaulicht. Es bezeichnet hierin a eine Erregerwicklung, welche durch die Batterie k gespeist wird, yeine Erregerwicklung, welche von der Maschine erregt wird, während l die Gegend mpuun- dierung darstellt. Die gegebenenfalls noch anzubringende Kompensationswicklung ist in der Figur mit 0 bezeichnet.
Infolge der entmagnetisierenden Wirkung des vom Anker-itrome erzeugten Feldes kann insbesondere bei Maschinen mit grosser Ankerrückwirkunss abteile der Hauptstromerregung das gleichfalls von der Stromaufnahme abhängige Ankerfeld für Gegenkompoundierung des Nebenschluss bezw. fremderregten Feldes benützt werden. Diese entmagnetisierende Wirkung des Ankerfeldes lässt sich noch dadurch wesentlich verstärken, dass jeder Pol in zwei Kerne unter-
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Eine Ausführungsform einer derartigen Maschine mit grosser Ankerrückwirkung ergibt sich beispielsweise aus Fig. 8, welche eine n-polige Maschine mit 2. n-poligem Gehäuse zeigt.
Jeder Pol besteht aus zwei Polkernen ; der Längsfluss (ausgezogene Pfeile) und der Querfluss (punktierte Pfeile) haben somit in den Kernen gleichen Weg ; während die beiden Kraftflüsse sich in bekannter Weise in zwei Polen addieren, subtrahieren sich dieselben in den beiden anderen.
Es ist leicht zu erreichen, dass die Kerne I und 1J I schon bei relativ kleinem Ankerstrom so stark gesättigt sind, dass der Kraftfluss bei weiter zunehmenden Ankerstrom sich nicht mehr wesentlich ändert. Es bleiben somit von diesem Werte des Anker., stromes an, nur noch die Kerne II und I F für den Verlauf des wirksamen Ankerfeldes. In diesen Kernen wirkt aber das Ankerfeld ent- magnetisieren. In der praktischen Ausführung wird man zweckmässig eine normale 4-polige Gleichstrjmtype mit zweipoligem Anker versehen und in entsprechender Weise die Magnetpole zweipolig erregen. Hilfsbürsten oder Wicklungen sind hierbei nicht erforderlich.
Will man die Sättigung der Kerne 1 und III von der Belastung unabhängig machen, so wird man am besten die Fremd- und Selbsterregung derart verteilen, dass erstere auf die Kerne 1 und///, letztere auf die Kerne II und IV gelegt wird. Es wird sich eventuell empfehlen, von vorneherein die beiden polhälften verschieden zu sättigen, sei es durch verschiedene Bemessung der Pol- querdchnitte, Lufträume, Amperewindungen oder durch Kombinationen derselben. na bei der beschriebenen Anordnung die Entmagnetisierung direkt durch das Querfeld erzeugt wird, kann eine zeitliche Differenz zwischen Entstehung des Hauptfeldes und Quer-
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erfolgen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gleichstrommaschine für praktisch konstanten Strom bei in weiten Grenzen veränderlicher Spannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine unter der Wirkung eines Hauptstromfeldes und eines zweiten gegenwirkenden Feldes steht, dessen Erregerspannung aus einer konstanten EMK. und der Klemmenspannung der Maschine sich zusammensetzt.