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Selbsttätige Regeivorrichtung für elektrische Maschinen.
Es ist bekannt, dass bei Dynamomaschinen die elektromagnetischen Reaktionen das Bestreben haben, das Magnetgestell im Drehungssinne des Ankers mitzunehmen, während bei einem Motor das Magnetgestell unter der Einwirkung eines entgegengesetzt zur Drehrichtung des Ankers wirkenden Drehmomentes steht.
Da diese elektromagnetischen Reaktionen vom Kraftfluss und von der Stromstärke ab-
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können, indem durch ihre Einwirkung die selbsttätige Verschiebung der neutralen Zone gegen- über den fixen Bürsten hervorgerufen wird.
Es ist auch bereits eine Dynamomaschine bekannt geworden, bei welcher die Verdrehung
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durch die elektromagnetische Reaktion zur Erzielung konstanter Spannung benützt wird.
Die Erfindung betritt nun eine selbsttätige Regelungsvorrichtung für elektrische Maschinen, bei welcher gleichfalls die Verdrehung eines drehbar gelagerten Magnetgestelles durch die elektro- magnetische Reaktion die Regelung bewirkt, und besteht, in der Kombination dieses bekannten Merkmales mit verschiedenen Schaltungen wodurch verschiedene Spezialaufgaben gelöst sind, ferner, bei einigen der Anwendungen der Erfindung, mit der Anordnung eines das Magnetgestell beeinflussenden elektrischen Stellwerkes, welches entweder allein oder in Verbindung mit einem mechanischen Stellwerk zur Anwendung gelangt.
Im ersteren Fall ist der Vorteil erzielt, dass die Rcgtjtung auch dann in vollkommener Weise erfolgt, wenn die Schwingungsebene des Magnetgestelles nicht vertikal steht, was besonders beim Betriebe von Fahrzeugen meist nicht der Fall sein wird. Ist hingegen mit einem mechanischen Stellwerk ein diesem entgegengesetzt wirkendes elektrisches Stellwerk kombiniert, dessen Drehmoment von der zu regelnden Grösse (Stromstärke, Spannung) unmittelbar abhängt, so ist dadurch eine raschere und sichere Regelung gewährleistet, als dies bei Anwendung eines mechanischen Stellwerkes allein der Fall wäre.
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eine Dynamomaschine mit veränderlicher Geschwindigkeit. Die Fig. 4-7 veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Regelungsvorrichtung für rotierende Transformatoren.
Fig. 1 zeigt das Schema einer Dynamomaschine mit konstanter Leistung und veränderlicher Geschwindigkeit.
Die Magnotwicklungen des beweglichen Magnetgestelles 6 erhalten ihren Strom von den fixen Bürsten 1, 2. Die Bürsten 3, J des äusseren Stroirl--eises sind mit dem Magnetgestell beweglich und nehmen mit Bezug auf die Pole stets die gleiche Lage ein.
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einwirkende Drehmoment, welches beispielsweise durch ein Gewicht fi hervorgerufen wird, dann kann eine selbsttätige Regelung erzielt werden, durch welche die Leistung an den Klemmen der Bürsten 3 und. J konstant erhalten wird.
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Fig. 3 zeigt das Schema einer Dynamomaschine von konstanter Spannung und veränderlicher Geschwindigkeit. Die Anordnung ist ähnlich, wie bei einer Maschine mit konstanter Leistung (Fig. 1), d. h. der Erregerstromkreis ist von den fixen Bürsten 13, 14 abgezweigt, während der Hauptstrom von dem mit dem Magnetgestell beweglichen Bürsten 15, 16 abgeleitet wird. Anstatt den das Gleichgewicht herstellenden mechanischen Kräften, welche durch die Schwerkraft hervorgerufen wird und nach dem Sinusgesetz verläuft, wirkt in diesem Falle ein durch eine elektromagnetische Kraft hervorgerufene Kraft. Zu diesem Zwecke ist ein Solenoid 17 vorgesehen, dessen Kraft proportional der Stromstärke im Hauptstromkreis ist.
Statt des Solenoids könnte auch ein Drahtrahmen, wie er bei Galvanometern Anwendung findet, ein Bremsmotor oder dergl. verwendet werden.
Die Fig. 4-7 beziehen sich auf die Anwendung des Erfindungsgegenstandes bei rotierenden Umformern. Diese bestehen im Allgemeinen aus einer Dynamo und einem Motor, deren Wicklungen gegebenenfalls auf einem einzigen Magnetgestell und auf einem Anker vereinigt sein können. Das Magttetgestell ist in gleicher Weise beweglich gelagert und steht unter der Einwirkung einer äusseren Kraft, welche je nach den Bedürfnissen des Betriebes geregelt werden kann und dadurch eine Veränderung der verschiedenen Ströme der einzelnen Elemente ermöglicht.
Die Regelung wird, wie in den erstbeschriebenen Fällen, durch selbsttätige Verschiebung der neutralen Linie gegenüber den fixen Bürsten erzielt, doch könnte derselbe Erfolg, wenn auch in komplizierterer Art durch entsprechende Beeinflussung des Induktionsfeldes oder des Stromes durch Einschaltung eines Widerstandes oder durch Regelung der Reluktanz des Luftspaltes u. s. w. erzielt werden. Diese Regelungen können von Hand aus, durch elektrische Kräfte, durch die Fliehkraft und dergl. bewirkt werden.
Fig. 4 zeigt ein Schema, nach welchem die Stromstärke geregelt werden kann. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine zweipolige Maschine mit einem einzigen Kollektor vorausgesetzt. Dasselbe Resultat könnte jedoch auch mit einer Dynamomaschine mit zwei Kollektoren oder mit zwei besonderen Dynamomaschinen erzielt werden. Das Magnetgestell ist auf glatten Zapfen oder mittels Kugellagern drehbar gelagert und auf der Welle zentriert. Ein Gegengewicht J hält den elektromagnetischen Reaktionen das Gleichgewicht. Der Kollektor 23 der Maschine ist mit Bürsten 24, 25 des Motorstromkreises in Berührung, welche die Bewegung des Magnetgestelles mitmachen.
Die fixen Bürsten 26, 27 sind ebenfalls mit dem Kollektor in Berührung und sind an den Stromkreis der Dynamomaschine angeschlossen, welche beispielsweise zum selbsttätigen Laden einer Akkumulatorenbatterie dient. Für den normalen Strom befindet sich das Magnetgestell in der dargestellten Lage in Gleichgewicht, wobei das durch die Schwerkraft hervorgerufene Drehmoment gleich gross jedoch entgegengesetzt gerichtet ist, wie jenes, welches der algebraischen Summe der elektromagnetischen Reaktionen entspricht.
Wenn der Strom des Generatorstromkreises bei der Verminderung des Widerstandes im äusseren Stromkreis oder bei Zunahme der Spannung des Motorstromkreises das Bestreben hat, anzusteigen, dann werden die'Verluste in der Dynamo gleichfalls das Bestreben haben zu wachsen und die elektromagnetischen Reaktionen werden das Magnetgestell im Sinne des Pfeiles 28 mit- ziehen. Dies hat zur Folge, dass die Spannung an den Bürsten des Generators durch eine ent- sprechende Verstellung der neutralen Linie vermindert und demgemäss die Stromstärke konstant erhalten wird.
Wenn im entgegengesetzten Falle die Spannung sinkt, dann vermindert das Gegen- gewicht J die Verschiebung, da infolge seiner Wirkung das Magnetgestell umgekehrt zur Richtung des Pfeiles 28 bewegt wird, so dass die Spannung des Generators steigt und auch hier die Strom- stärke konstant erhalten wird.
In gleicher Weise können in gewissen Fällen, wie dies beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist, die Bürsten des Motors fix angeordnet werden, während jene des Generators mit dem Magnet- gestell beweglich sind. Dies ist der Fall, wenn bei einem einzigen Kollektor, die Spannung des
Generators höher sein muss, als jene des Motors. - Der in Fig. 6 dargestellte Regler dient ins- besondere zur Aufrechthaltung der Spannung an den Klemmen des Generators, während die
Spannung an den Klemmen des Motors veränderlich ist, welcher Fall dann vorliegt, wenn ein
Beleuchtungsstrom von einer Verteilungsleitung mit veränderlicher Spannung oder von einer Akkumulatorenbatterie, welche mit einer Dynamo parallel geschaltet ist, gespeist wird. Dieser
Fall liegt beispielsweise bei der Beleuchtung von Automobilen und Eisenbahnzügen vor.
Diese
Vorrichtung kann auch statt eines Aufwärtstransformators für Fernleitungen verwendet werden.
Da in diesem Falle die Zahl der in Betrieb befindlichen Lampen veränderlich sein kann, muss die auf das Magnetgestell wirkende Kraft ebenfalls mit der Belastung veränderlich sein.
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Zu diesem Zwecke ist zur HervoTbringung des den elektromagnetischen Reaktionen das Gleichgewicht haltenden Drehmomentes ein Solenoid 29 vorgesehen, dessen Wicklung mit dem Generatorstromkreis in Serie geschaltet ist, der von beweglichen Bürsten 30, 31 abzweigt ; die Bürsten 32 und 33 des Motorstromkreiaes sind fix.
Wenn die Spannung des MotorstromkreÎ8es sinkt, nimmt die Kraft der elektromagnetischen Reaktionen zu, da die Stromstärke entsprechend der gleichbleibenden Leistung des Generators angestiegen ist, so dass das Magnetgestell im Sinne des Pfeiles 34 mitgezogen wird.
Bei der Vergrösserung der Verschiebung der neutralen Zone gegenüber den Motorbürsten wird die Geschwindigkeit ansteigen, so dass die Spannung an den Klemmen des Generators konstant bleibt. Wenn die Spannung an den Klemmen des Motors steigt, erfolgt die Bewegung im entgegengesetzen Sinne.
Fig. 6 veranschaulicht eine Einrichtung zur Regelung, welche sich hauptsächlich als Sicherheitsvorkehrung für die Dynamo in Zentralen eignet und die selbsttätigen Ausschalter überflüssig macht, wobei überdies noch der Vorteil erzielt wird, dass die Verbindung selbsttätig wieder hergestellt wird, sobald die Überbelastung aufgehört hat oder der Kurzschluss beseitigt ist.
In diesem Falle steht das Magnetgestell unter der gleichzeitigen Einwirkung eines Gewichtes 5 und eines Solenoids 35. dessen Bewicklung mit dem Hauptstrom des zu sichernden Generators 39 oder im Nebenschluss an die Klemmen eines Widerstandes 37 angeschlossen wird, wie dies aus Fig. 6 zu ersehen ist. Die beiden Bürsten 40 und 41, weiche mit dem Magnetgestell beweglich sind, sind im Nebenschluss an die Generatorklemm < n gplegt und die beiden fixen Bürsten 42 und 43 sind mit der Erregerwicklung 38 des Generators 39 verbunden.
Damit der Strom des Generators einen voraus bestimmten Wert nicht übersteigt, wird das Magnetgestell durch ein ein Drehmoment hervorbringendes Gewicht 5 festgehalten, welches Drehmoment stärker ist, als das elektrische und elektromagnetische Drehmoment. Sobald aber die Stromstärke diesen voraus bestimmten Wert übersteigt, erreicht das elektrische Kräftepaar das Übergewicht und vermindert durch Verschiebung der neutralen Zone gegenüber den fixen Bürsten 42 und 43 nach und nach die Spannung an den Klemmen der Bewicklung 38.
Sobald die Stromstärke ihre normale Grösse wieder erlangt oder unter dieselbe sinkt, bewegt das Gegengewicht 5 oder eine an seiner Stelle verwendete Feder das Magnetgestell wieder zurück, so dass die Erregerwicklung wieder den normalen Erregerstrom zugeführt bekommt.
Fig. 7 zeigt die Anwendung des Erfindungsgegenstandes bei einem Wechselstromtransformator.
Die Bürsten 44 und 45 sind mit der Erregerwicklung 46 der Wechselstrommaschine 47 verbunden und sind fix, wobei ein Gegengewicht 50 eine bestimmte Verschiebung der neutralen Zone gegenüber diesen Bürsten aufrecht hält. An der dem Gewicht 50 gegenüberliegenden Seite ist ein Solenoid 49 angeordnet, welches mit einer Kraft angezogen wird, die proportional dem Gcsamtstrom der Wechselstrommaschine ist. Zu diesem Behufe ist ein Transformator 48 vorgesehen. Mit Hilfe d ('8 genannten Rolenoides kann die Verschiebung der neutralen Zone je nach der Belastung vermindert werden, so dass es möglich ist durch entsprechende Steigerung der Erregerspannung von Fall zu Fall den Spannungsabfall in der Wechselstrommaschine zu kompensieren.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Gleichstromdynamomaschine, bei welcher die selbsttätige Verdrehung des Magnetgestelles zur Regr1ung benützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung konstanter Leistung bei veränderlicher Antriebs-Geschwindigkeit, feststehende Bürsten zur Speisung der Manetwicklungen und mit dem Magnetgestell ffstverbundene Bürsten zum Abnehmen des Verbrauchastromes angeordnet sind (Fig. 1).
2. Gleichstromdynamomaschine, bei welcher die selbsttätige Verdrehung des Magnetgestelles zur Regelung benützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer der Antriebs-Geschwindigkeit umgekehrt proportionaler Stromstärke feststehende Bürsten zum Abnehmen des Vprbrauchsstromea und mit dem Magnetgestell verbundene Bürsten zur Speisung der Magnetwicklungen angeordnet sind (Fig. 2).
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