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Elektrisches Yerteilungssystem.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Verteilungssystem mit einem Generator, einer Sammlerbatterie und einer zwischen beiden angeschlossenen Zusatzmaschine, die entsprechend dem sie durchfliessenden Strom die Stromlieferung des Generators an den Stromkreis mit veränderlicher Belastung auf einer gleichbleibenden Höhe erhält und welche zwei Ankerwicklungen und zwei praktisch um neunzig Grade elektrisch versetzte Bürstenpaare besitzt, wobei die eine Ankerwicklung durch die Bürsten in Serie zwischen Generator und Batterie und die andere Ankerwicklung parallel zum Stromkreis mit wechselnder Belastung durch das zweite Bürstenpaar angeschlossen ist. Gemäss der Erfindung ist die Zusatzmaschine von verzögernd wirkenden Wicklungen frei und die beiden Ankerwicklungen bewegen sich demnach in einem z.
B. unbewickelten Feldsystem, wodurch eine rasche Regulierung erzielt wird.
In den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, zeigt Fig. 1 schematisch die Schaltung einer Anlage gemäss der Erfindung. Fig. 2 zeigt die Anwendung der Schaltung nach Fig. 1 auf eine Dreileiteranlage. Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei der der Strombetrag, der von der Hauptmaschine geliefert wird, veränderlich ist. Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt
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Der Stromkreis, durch den die Wicklung 11 von hohem Widerstand mit den Hauptleitungen 2 und- verbunden ist, verläuft von dem rechten Kontakt des Schalters 7 durch den Leiter 21, die Bürste 17, die Wicklung 11, die Bürste 18, den veränderlichen Widerstand 22 und den Überwachungsschalter 23.
Die Zusatzmaschine 10 kann auf irgendeine geeignete Weise, z. B. durch einen Motor 24 angetrieben werden, welcher, wie aus der Zeichnung ersichtlich, durch den Schalter 7 über den Anlasswiderstand 25 und den Überwaehungsschalter 23 an den Hauptleitungen 2 und 3 liegt. Die Zusatzmasehine 10 kann in gleich guter Weise als Dynamo oder Motor arbeiten. Ein kleiner Motor ist nur erforderlich, um die Reibung und die Eisenverluste der Zusatzmaschine zu überwinden. Der Strom, der durch diesen kleinen Motor geht, besitzt deshalb konstanten Wert gegenüber den Stromveränderu1Jgen, die in der Zusatzmaschine vorhanden sind. Beim Durchgang des Stromes durch die Ankerwicklung 12, die durch Bürsten 19 und 20 angeschlossen ist, entsteht ein magnetisches Feld, dessen Symmetrieachse mit den Bürsten zusammenfällt.
Bei der Drehung des Ankers entsteht eine E. M. K. an den Bürsten 17 und 18, die im rechten Winkel zu der Kraftlinienachse liegt. Die Wicklungen sind derart berechnet, dass beim Durchgang eines konstanten Stromes vorher bestimmten Wertes durch die Wicklungen 12 die an den
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zwischen den Bürsten 17 und 18 im Anker kein Strom fliessen wird. Dies ist der Fall, wenn die Spannung an den Arbeitsmaschinen 6 gleich der Spannung an der Stromquelle ist.
Eine Vergrösserung des durch die Bürsten 19 und 20 gehenden Stromes, die einer Vergrösserung des Stromes an den Arbeitsmaschinen entspricht, wird eine Spannung an den Bürsten 17 und 18 hervorrufen, die grösser ist als die zwischen den Leitungen 2 und 3 herrschende. Die Folge davon ist ein Strom
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und 20 entsteht, die der Richtung der E. 1. K. der Stromquelle 1 entgegengesetzt ist und deshalb eine Verringerung der Spannung an dem Stromkreis der veränderlichen Belastung hervorruft. Infolgedessen wird sich die Akkumulatorenbatterie jetzt entladen und diesen Stromabfall ausgleichen.
Eine Verringerung des Stromes an den Bürsten 19 und 20 unter den normalen Wert ruft eine E. l. K. an den Bürsten 17 und 18 hervor, die niedriger als die der Stromquelle 1 ist. Die Folge davon ist, dass ein Strom in der Ankerwicklung zwischen den Bürsten 17 und 18 in entgegengesetzter Richtung fliessen wird. Dieser Strom erzeugt an den Bürsten 19 und 20 eine E. 3L K., die die gleiche Richtung wie die E. M. K. der Stromquelle hat und diese somit unterstützen wird, so dass ein Ladestrom zur Akkumulatorenbatterie fliesst.
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konstantem Wert gehalten. Wenn dagegen aus irgendeinem Grunde, z. B. durch plötzliche Abschaltung der Batterie, Stromveränderungen an den Bürsten 19 und 20 auftreten, so werden auch anormale Stromwerte in der Ankerwicklung 11 fliessen, die mit den Bürsten 17, 18 verbunden ist.
Um irgendwelche Missstände durch einen solchen Zwischenfall zu verhüten, ist der Stromunterbrecher 23 vorgesehen. Da der Strom, der durch den kleinen Antriebmotor 24 fliesst, konstanten Wert besitzt, ist es nur notwendig, den Unterbreeher 23 so einzustellen, dass er den Strom für diesen kleinen Motor ausser dem maximal zulässigen durch die Bürsten. 17 und 18 der regulierenden Zusatzmaschine gehen lässt und erst dann öffnet, wenn dieser Wert überschritten wi-'d. Augenscheinlich kann der normale Stromwert, der durch die Zusatzmaschine fliessen da-f, dadurch verändert werden, dass man die Wi'kung der Wicklung 11, die über die Bürsten 17, 18 an den Hauptleitungen 2 und 3 liegt, ändert.
Zu diesem Zweck ist der verände liehe Widerstand 22 vorgesehen, durch dessen Benutzung der Regulierbereich der Zusatz-
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obere Lage gelegt wird, während der Schalter 27 geöffnet und der Schalter 28 geschlossen wird. In entsprechender Weise ist es auch möglich, den Batterieabschnitt 5b aufzuladen, wenn dieser gegenüber dem Batterieabschnitt 5a zu stark entladen ist. In diesem Fallwirdderdoppelpolige Umschalter29indieuntereStellung bewegt und der Schalter 28 geöffnet. Durch geeignete Betätigung der Schalter 27, 28, 29 kann somit das in Fig. 2 dargestellte System sowohl als Zweileitersystem mit oder ohne Hlfsmaschine oder alsDreileitersystem mit oder ohne Hilfsmaschine verwendet werden.
Ebenso ist zu erkennen, dass, wenn die Hilfs- maschine zum Laden eines Batterieabschnittes gebraucht wird, der Wert des Ladestromes durch
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Aus der Schaltung nach Fig. 3 kann erkannt werden, dass die Dynamomaschine mit einem Anker 35, einer Hauptschlusswicklung 36 und einer Nebensehlusswicklung 37 versehen ist. 38 ist der Nebenschluss- regulierwiderstand. Ein Lichtstromkreis. 39 und ein Stromkreis mit veränderlicher Belastung (durch Motoren 40 dargestellt), sind an die Hauptleitungen 41 und 42 der Maschine gelegt. Die Akkumulatorenbatterie 43 liegt parallel zum Stromkreis mit veränderlicher Belastung. Die Zahl der Batteriezelle ist so gewählt, dass die Batterie bei der normalen Spannung der Stromquelle weder aufgeladen noch entladen wird.
Die regulierende Zusatzmaschine liegt mit den Bürsten 53, 54 an Leitung 41 zwischen dem Lampenstromkreis und der Akkumulatorenbatterie und besitzt die gleiche Ausführung, wie vorher beschrieben. Sie besteht aus einem Anker 44, der mit zwei verschiedenen Ankerwicklungen 45 und 46 bewickelt ist. Die erstere besitzt relativ hohen Widerstand, während der Widerstand der zweiten Wicklung verhältnismässig klein ist. Die Wicklungen sind in entsprechender Weise durch die Bürstenpaare 51, 52 und 53, 54 an die Stromquelle mit konstanter Spannung bzw. in Serie an die Leitung 41 angeschlossen.
Der Anker rotiert in einem Joch 49, das mit Polen 50 versehen ist. Die Wirkungsweise der beiden Ankerwicklungen ist die gleiche, wie früher beschrieben wurde. Die Zusatzmaschine wird z. B. durch einen Motor 55 angetrieben, der an die Leitungen 41 und 42 angeschlossen ist und eine Nebenschlusserregung 56 besitzt, die durch den Anlasser 57 reguliert werden kann. Um den Wert des Stromes, der durch die
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zur Verwendung, die auf den Polen 50 der Zusatzmaschine angeordnet sind. Diese Wicklungen sind in Serie miteinander verbunden und in die Leitung zwischen der Dynamomaschine und der Bürste 5,) der Zusatzmaschine geschaltet. Ein geeigneter Nebenschlusswiderstand 59 ist parallel zur Wicklung 58 gelegt und hat die Aufgabe, den Wert des durch die Wicklung 58 gehenden Stromes zu regulieren.
Da diese Wicklungen nicht vom regulierenden Strom durchflossen sind, werden sie keine Verzögerung in der Arbeitsweise der Zusatzmaschine hervorrufen. Die Wicklungen rufen einen konstanten Magnetisierungseffekt entsprechend der Einstellung des Widerstandes 59 hervor, indem sie in der Richtung von der Bürste 53 zur Bürste 54 einen Fluss des magnetischen Feldes hervorrufen, oder mit andern Worten : In einer Richtung werden sie den magnetisierenden Effekt, welcher die Änderungen in der Spannung zwischen den Bürsten 51 und J2 hervorruft, unterstützen. Durch Veränderung des magnetsierenden Effektes der Wicklungen 58 wird der gesamte Magnetisierungseffekt in der Richtung der Bürsten 53 und 54 verändert werden, wodurch eine Änderung des Regulierbereiches der Einrichung erreicht werden kann.
Dank dieser Einrichtung kann der durch die Zusatzmaschine konstant zu haltende Strom des Generators in weitgehenden Grenzen verändert werden. Die Hilfswicklungen 58 rufen eine Vergrösserung der Empfindlichkeit der Regulierung hervor ; sie wirken als induktiver Widerstand, der zwischen der Stromquelle mit konstanter Spannung und dem Stromkreis mit veränderlicher Belastung eingeschaltet ist, was zur Folge hat, dass z. B. bei Vergrösserung des Strombedarfes im Arbeitsstromkreis in der Wicklung 58 ein augenblicklicher Spannungsabfall auftritt, wodurch die Batterie gezwungen wird, sich zu entladen und die Überlastung aufzunehmen.
Bei plötzlichen Belastungsänderungen wird also die zwischen der Stromquelle mit konstanter Spannung und der Batterie entwickelte Spannung die Summe aus dem induktiven Abfall in den Wicklungen 58 und aus der an den Bürsten 53 und 54 durch das Ankerquerfeld in der Richtung der Bürsten 51, 52 entwickelten E. M. K. der Zusatzmaschine sein, welche beiden Spannungen, da sie phasengleich sind. sich addieren.
Der Strom, der durch die Ankerwicklungen in der Richtung der Bürsten 51 und 52 fliesst, bewirkt die Regulierung und daher haben die Wicklungen 58 auf dem äusseren Magnetgestell kein Bestreben zur Verzögerung von Änderungen im magnetischen Kraftfluss in Richtung dieser Bürsten.
In Fig. 5 ist ein etwas abgeändertes 8chaltungsschema dargestellt, bei welchem die in Serie geschalteten Hilfswicklungen 58 an den Bürsten 32 und 54 der Zusatzmaschine liegen. Die Wirkung dieser Wicklungen kann mit Hilfe eines einstellbaren Widerstandes 5. 9. der mit der Wicklung in Serie liegt, verändert werden. Die Wicklungen 58 üben einen konstanten magnetisierenden Effekt aus, der von der Einstellung des Widerstandes. 59 abhängt und dem magnetisierenden Effekt der Ankerwicklung zwischen den Bürsten 5 : ; und 54 gleich oder entgegengesetzt gerichtet sein kann. Vorteilhaft wird in Verbindung mit den Wicklungen 58 nach Fig. 3 und 5 ein Umschalter verwendet.
Offenbar brauchen diese Hilfswicklungen 58 relativ nur geringen Wert zu haben, um eine erwünschte grosse Änderung des mittleren Wertes für den Strom zu erhalten, der die Zusatzmaschine durchfliessen
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darf, da der gesamte Magnetisierungseffekt in der Richtung der Bürsten 5. 3 und 54 durch den Effekt des durch diese Bürsten fliessenden Ankerstromes. vermehrt oder vermindert um den des Stromes in den Hilfswicklungen 58 gegeben ist.
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wirkt, 50% dieses Wertes besitzt, d. h. 25 Windungen aufweist. Fliessen nun 40 Ampere in der gleichen Richtung durch diese zweiwieklungssätze, so sind 3000 A. W. verfügbar. Wenn die Hilfswieklung voll- ständig eliminiert ist, so sind 2000 A.
W. wirksam, während, wenn die Richtung des Stromes durch die Hilfswicklungen umgekehrt wird und deshalb dem Strom durch die Ankerwicklung zwischen den Bürsten 5-3 und 54 entgegensteht, nur 1000 A. W. übrig bleiben. Es ist infolgedessen möglich. durch Verwendung einer solchen Hilfswicklung, die nur 50% im Maximum von dem Wert der Ankerwicklung besitzt. die Zusatzmaschine zur Konstanthaltung eines Stromes von im Minimum 20 Amp. und im Maximum 60 Amp. zu verwenden, während der normale Mittelwert 40 Amp. beträgt. Durch entsprechende Betätigung
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erhalten werden.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten, etwas abgeänderten System besitzt die Zusatzmaschine einen Anker 60, dessen Wicklung in gebräuchlicher Weise an den Kommutator 62 angeschlossen ist. und rotiert in einem Magnetgestell mit ausgeprägten Polen. Die Ankerwicklung besitzt verhältnismässig geringen Widerstand und liegt mit den Bürsten 65 und 66 in der Leitung 41. Auf dem Kommutator 62
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Die Bürsten 67 und 68 sind in einer weiter unten beschriebenen Weise mit einer Stromquelle verbunden, die eine konstante Spannung liefert. Der Antrieb der Zusatzmaschine erfolgt durch eine geeignete Motordynamo oder durch einen Einankerumformer, dessen Hochspannungswicklung durch Bürsten 69 und 70 mit den Leitungen 41 und 42 verbunden ist, die auf einem Kommutator 71 schleifen. Die Niederspannungswicklung ist an den Kommutator 72 angeschlossen, auf dem die Bürsten 7. 3 und 74 schleifen.
Diese Bürsten sind mit den Bürsten 67 und 68 der Zusatzmaschine verbunden. Der Einankerumformer hat eine Nebenschlusserregung 75 und wird durch einen Anlasswiderstand 76 kontrolliert. Die Spannung an den Niederspannungsbürsten l,', und 74 des Umformers steht in einem festen Verhältnis zur Spannung an den Leitungen 41 und 42, an denen die Hoehspannungsbürsten 69 und 70 liegen. In der Praxis wird die Spannung zwischen den Bürsten 7. 3 und 74 normal über 25% der Spannung zwischen den Leitungen 41 und 42 sein, welches Verhältnis jedoch wahlweise geändert werden kann.
Beim Durchgang des Stromes durch die Ankerwicklung, die an die Bürsten 6 und 66 angeschlossen ist, wird ein magnetisches Feld entstehen, dessen Symmetrieachse in Linie mit diesen Bürsten liegt. Bei der Rotation des Ankers tritt eine E. M. K. zwischen den Bürsten 67 und 68 auf, die im rechten Winkel zu dieser Feldachse sich befindet. Die Wicklungen sind derartig berechnet, dass bei dem Durchgang des vorher bestimmten, konstant zu haltenden Stromes durch die Ankerwicklung die an den Bürsten 67 und 68 erzeugte E. M. K. genau gleich der E. M. K. ist, die an den Bürsten 7. 3 und 74 des Umformers vorhanden ist, so dass kein Strom durch die Ankerwicklung zwischen diesen Bürsten 67 und 68 fliessen wird.
Eine Erhöhung des Stromes zwischen den Bürsten 65 und 66, die einer Vergrösserung der Belastung
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an den Bürsten 73 und 74 überwiegt, weshalb ein Strom in der Ankerwicklung zwischen den Bürsten 67 und 68 fliessen wird. Infolgedessen wird ein magnetisches Feld in Linie mit diesen Bürsten 67 und 68 entstehen, das eine E. M. E. zwischen den Bürsten 6. 5 und 66 in einer Richtung erzeugt, die der E. M. K. der Stromquelle entgegengesetzt ist. Dadurch tritt eine Verringerung der Spannung am Stromkreis der wechselnden Belastung ein. Unter diesen Bedingungen wird die Batterie in den Belastungsstromkreis entladen, um diesen Abfall auszugleichen.
Ein Sinken des Stromes zwischen den Bürsten 6. 5 und 66 unter den normalen Wert wird infolgedessen eine E. M. K. zwischen den Bürsten 67 und 68 hervorrufen, die niedriger als die E. M. K. ist, die an den Bürsten 73 und 74 herrscht. Die Folge hievon ist, dass ein Strom in der Ankerwicklung zwischen den Bürsten 67 und 68 in solcher Richtung fliesst, dass eine E. 1. K. an den Bürsten 6. und 66 in einer Richtung entsteht, die die E. 3L K. der Stromquelle unterstützt, so dass ein Ladestrom zur Batterie fliessen kann. Auf jeden Fall wird der Strom, der durch die Bürsten 6. und 66 fliesst, auf konstantem, normalem Wert erhalten.
Die Zusatzmaschine in diesem System kann als normale Anker-und Eommutatortype gebaut werden, während der doppelt gewickelte Anker im Einankerumformer Verwendung findet, der eine kleine und sehr einfache Maschine darstellt.
Fig. 7 zeigt ein abgeändertes System. Die Zusatzmaschine ist die gleiche, wie gemäss Fig. fi.
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former 78 vorgesehen, um die hohe Spannung der Stromquelle in die relativ niedrige Spannung um- zuformen, die der Spannung entgegengesetzt ist, die bei dem Durchgang des Stromes durch die Bürsten 65,
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motor 77 kontrolliert. Die Niederspannungswicklung ist durch Bürsten 82 und 83 und entsprechende Leiter an die Bürsten 67 und 68 der Zusatzmaschine gelegt. Der Einankerumformer soll mit sehr hoher Tourenzahl laufen und kann eine kleine Maschine sein.
Die Wirkungsweise dieses Systems ist die gleiche wie die nach Fig. 6, so dass eine besondere Erläuterung nicht erforderlich erscheint. Durch Anschluss der Hochspannungswicklungen der Motordynamo 78 an den Stromkreis mit veränderlicher Belastung wird sie den Veränderungen der Spannung im Belastungskreis unterworfen. Diese veränderliche Spannung wird proportional auf die Niederspannungsbürsten einwirken, die mit den Bürsten 67 und 68 verbunden sind. Man erhält also auf diese Weise eine äusserst gute Regulierung. Durch Verwendung des gleichen Anlasswiderstandes für den Motor und den Umformer können beide Maschinen auf die gleiche Tourenzahl gebracht werden.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungen, wie sie die Zeichnungen enthalten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrisches Verteilungssystem mit einem Generator (1), einer Sammlerbatterie (5) und einer zwischen beiden angeschlossenen Zusatzmaschine (10), die, entsprechend dem sie durchfliessenden Strom, die Stromlieferung des Generators an den Stromkreis mit veränderlicher Belastung (6) auf einer im Wesen gleichbleibenden Höhe hält und welche zwei Ankerwicklungen (11 und 12) und zwei um 90'elektrisch versetzte Bürstenpaare besitzt, wobei die eine Ankerwicklung (12) durch die Bürsten (19, 20) in Serie zwischen Generator und Batterie, die andere Ankerwicklung H parallel zum Stromkreis mit wechselnder Belastung durch das Bürstenpaar (17, 18) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Ankerwicklungen in einem unbewickelten Feldmagnetsystem rotieren, wodurch eine rasche Regulierung erzielt wird.