DE102498C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 3. Juli 1898 ab.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Dynamomaschine, welche in sich zweierlei Anordnungen für die Felderregung und Induction vereinigt und dadurch im Stande ist, gleichzeitig Gleichstrom und Wechselstrom zu erzeugen oder gleichzeitig durch beide Stromarten als Motor betrieben zu werden oder auch als Motor-Generator eine Stromart in die andere umzuwandeln. Als Gleichstrom-Generator oder Gleichstrom-Motor arbeilet die Maschine in der gewöhnlichen Weise mit Collector und Bürsten, als Wechselstrom-Generator oder Wechselstrom-Motor mit Kurzschlufsanker; die beiden verschiedenen Wirkungen werden durch einen gemeinsamen Anker und eine gemeinsame Feldarmatur hervorgebracht , welch letztere gleichzeitig mit Gleichstrom und Wechselstrom erregt wird.

Die Anordnungen, mittelst welcher die combinirte Wirkung erzielt wird, sind in folgenden Beispielen beschrieben:

In Fig. ι stellt F die Feldarmatur und A den Anker dar. Die Feldarmatur ist mit zwei Spulengruppen bewickelt. Die Feldspulen von S₁ bis J₈ sind mit vier Folgepolen (bei J₂ J₃, J₄ J₅, J₆ J₇ und J₈ J₁) geschaltet und bilden — wie die den magnetischen KraftfluTs anzeigenden Pfeile ersichtlich machen — ein vierpoliges Feld. Diese Spulen in der bezeichneten Reihenfolge nehmen den Strom C_a auf; das ist nach dem vorliegenden Beispiel einfacher Wechselstrom, der einem Transformator T entnommen und bei J₁ und J₈ in die Feldwickelung geleitet wird.

Die Feldspulen von J₉ bis J₂₀ hingegen sind so geschaltet, dafs sie nur zwei Folgepole (bei J₉ J₀₀ und bei J₁₄ J₁₅) haben und ein zweipoliges Feld bilden. Diesen Spulen wird Gleichstrom C_e beispielsweise aus einer Batterie B_e bei J₉ bezw. J₂₀ zugeführt.

Bei dem Umstand, dafs die beiden Felder von einander verschiedene Polzahlen besitzen (im Beispiel 4 und 2), werden die in ihren Windungen oder Spulen gegenseitig inducirten elektromotorischen Kräfte sich aufheben, so dafs die Summe derselben in einer Gruppe Null ist, wie die Ueberlegung an Hand der Fig. ι zeigt. Es wird demnach keine Inductionswirkung von einer Spulengruppe auf die andere erfolgen können, trotzdem die Spulengruppen J₁ bis J₈ und J₉ bis J₂₀ eine gemeinsame Feldarmatur und stellenweise gemeinsame Kraftlinienbahnen besitzen. Durch die beschriebene Anordnung ist es also moslieh, indem man Ströme verschiedener Art durch zwei verschieden geschaltete Spulengruppen leitet, in einer Feldarmatur gleichzeitig .zweierlei Magnetfelder zu erregen, ohne dafs eines das andere stört oder beeinträchtigt. In Fig. ι sind die Spulengruppen so geschaltet, dafs ein vierpoliges Wechselfeld und ein zweipoliges constantes Feld hervorgebracht wird.

Analog kann statt eines wechselnden Feldes auch ein Drehfeld gleichzeitig mit dem con-

stanten Felde erzeugt werden, wenn an Stelle des erregenden einfachen Wechselstromes C_a ein mehrphasiger Wechselstrom verwendet wird; es ergiebt sich dadurch die Combination eines rotirenden constanten Feldes mit einem feststehenden constanten Felde, welche gleichfalls auf einander keine Inductionswirkung ausüben," sofern die Anzahl ihrer Pole verschieden ist.

Es ist klar, dafs nach den beschriebenen Anordnungen die verschiedene Erregung einer Armatur anstatt gleichzeitig auch nach einander folgend hervorgebracht werden kann, in welchem Falle für die abwechselnde Gleichstrom-Wechselstromerregung auch gemeinschaftliche Feldspulen mit entsprechender Umschaltung auf verschiedene Polanzahl benutzt werden können.

Als Beispiel dafür, wie die Umschaltung von der Gleichstromerregung auf Wechselstromerregung mit verschiedenen Polzahlen bewerkstelligt werden kann, dient die Fig. 2; die Spulen können demnach in einer Reihe S₁ bis S₈ zweipolig geschaltet und mit einer Gleichstromquelle, z. B. einer Batterie B, verbunden werden und andererseits in zwei Reihen 5₄_₅ bis S_l__s vierpolig mit einer Wechselstromquelle (einem Transformator T) verbunden werden. Durch die entsprechende Links- oder Rechtsstellung des dreifachen Hebels im Umschalter U wird entweder die eine oder die andere Verbindung hergestellt.

Es ist ferner möglich, mit einer einzigen Feldwickelung die Feldarmatur durch beide Stromgattungen gleichzeitig zu erregen, indem die Feldspulen für die eine und die andere Stromgattung auf verschiedene Fo'zahlen geschaltet werden. Dies geschieht Lej^pielsweise nach Fig. 3 in der Weise, dafs die zweipolig geschaltete Spulenserie S₁ bis S_s mit einer Gleichstromquelle B verbunden und gleichzeitig bei den Punkten von gleichem Potentiale «S₄_₅ und b_s eine Werhselstromleitung angeschlossen wird. Der Gleichstrom durchfliefst die Spulen in einer Reihe und erregt ein zweipoliges constantes Feld, währenddem zu gleicher Zeit der Wechselstrom von dem Gleichstrom unbeeinflufst in zwei Zweigstromkreisen die Feldarmatur umschliefst und ein vierpoliges Wechselfeld erregt.

In den Fig. 2 und 3 bedeuten die voll ausgezogenen Pfeillinien den durch Gleichstrom erregten und die unterbrochen ausgezogenen Pfeillinien den durch Wechselstrom erregten magnetischen Kraftschlufs.

. Der Anker A, welcher in Fig. 1 als Trommelanker dargestellt erscheint, aber auch als Ringanker hergestellt werden kann, ist mit einer Wickelung versehen, die wie die Feldspulen mach zwei verschiedenen Gruppirungen für ■vier und zwei Pole geschaltet sind. Nach Fig. 1 sind die einzelnen Drähte oder Stäbe t einerseits in einer bestimmten Reihe in Gruppen zu vier verbunden (z. B. J₁ t₈ i₁₅ Und t.₂₂) und bilden eine Anzahl von kurzgeschlossenen Vierdrahtwindungen mit Rücksicht auf-das vierpolige Wechselfeld; andererseits sind die rücksichtlich des vierpoligen Feldes äquipotentialen Punkte 1 und 1', 2 und 2' u. s. w. mit einander , oder mit einem Schliefsungskreise in solcher Weise verbunden, dafs der von 1 nach 1', von 2 nach 2' u. s. w. fliefsende Strom je ein zweipoliges Ankerfeld hervorbringen. Verbindet man nun die äquipotentialen Punkte unter einander und mit den Sectoren eines Collectors in der bestimmten Reihenfolge, wie bei der bekannten Trommelwickelung von Dynamomaschinen —in Fig. 1 nach der Reihe !'-3 — ■}'-$ — 5'-/— 7'"² —-2'"4 — 4'-6 — 6'-1 — und legt man bei den geeigneten Stellen an den Collector Bürsten an, so bildet der Anker mit der soeben beschriebenen Schaltung einen Gleichstromanker gewöhnlicher Art, welcher im zweipoligen constanten Felde Gleichstrom erzeugen oder, durch Gleichstrom gespeist, ein zweipoliges Ankerfeld bilden kann. In der Fig. 1 sind die Collectörbürsten mit den Zuleitungen einer Gleichstromquelle C_c, beispielsweise einer Batterie B_c, verbunden dargestellt.

Erregt man nun von den zwei Bewickelungen der Feldarmatur die eine vierpolige mit Wechselstrom, die andere zweipolige mit Gleichstrom, so kann der rotirende Anker zweierlei Functionen gleichzeitig oder abwechselnd erfüllen; er kann nämlich als Kurzschlufsanker ein Drehmoment hervorbringen und motorische Kraft abgeben oder, wenn er mit ' einer gröfseren als der synchronen Geschwindigkeit in Umdrehung erhalten wird, in der Feldwickelung Wechselstrom erzeugen; er kann aber auch zwischen den Bürsten eine continuirliche elektromotorische Kraft hervorrufen und Gleichstrom erzeugen oder, wenn durch die Bürsten in den Anker. Gleichstrom eingeleitet wird, mit dem constanten Felde der Armatur ein Drehmoment und eine Kraftwirkung hervorbringen. Die doppelte Function wird — wie bereits oben dargethan ■—■ ohne gegenseitige Störung auch zu gleicher Zeit vor sich gehen und kann man jede der beiden Functionen reguliren, ohne die andere zu beeinflussen.

Durch diese Anordnung ist also die Maschine im Stande,

gleichzeitig oder abwechselnd Gleichstrom und Wechselstrom (ein- oder . mehrphasigen) zu erzeugen; oder

gleichzeitig oder abwechselnd durch Gleichstrom und durch' ein- oder mehrphasigen Wechselstrom als Motor betrieben Kraftwirkungen zu äufsern; oder

einerseits als Motor, andererseits als Generator zu arbeiten und so als Umformer ein- oder

mehrphasigen Wechselstrom in Gleichstrom bezw. Gleichstrom in ein- oder mehrphasigen Wechselstrom umzuwandeln.

In diesem Umformer ist die Spannung des secundären Stromes von derjenigen des Primärstromes nicht abhängig. Für die Spannung des erzeugten Gleichstromes wird nämlich die Windungszahl des Ankers mafsgebend sein, welche hingegen rücksichtlich der Function als inductionsmotor ohne Bedeutung ist, indem die Ankerwickelung für letztere Function kurzgeschlossen benutzt wird.

In den beschriebenen'Beispielen und Darstellungen sind für das Wechselfeld vier und für das constante Feld zwei Pole angenommen worden, selbstverständlich können aber auch andere Polzahlen an Stelle von zwei und vier angewendet werden. Die beschriebene Combination und ihre doppelte Wirkungsweise ist möglich, wenn für den erregenden Gleichstrom irgend eine gerade Polzahl und für den erregenden Wechselstrom irgend eine gerade, von jener verschiedene Polzahl gewählt wird. Es kann sowohl das constante Feld eine kleinere Polzahl besitzen als das Wechselfeld oder auch umgekehrt.

In den beschriebenen Beispielen ist die Anordnung so gewählt, dafs die Feldarmatur feststeht und der Anker rotirt, aber es kann unter Umständen die Anordnung auch umgekehrt erfolgen. Ebenso sind auch die Art der Bewickelung und die Lage der Wandungen und Spulen auf der, Feldarmatur und dem Anker, deren Zahl, Construction und Form ohne Bedeutung; es gelten hierfür die beim Bau von Dynamomaschinen und Elektromotoren bekannten Regeln.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Ein Verfahren zur combinirten Erregung von Magnetfeldern durch Gleichstrom und durch ein- oder mehrphasigen Wechselstrom, gekennzeichnet dadurch, dafs eine Feldarmatur mit zwei Wickelungen versehen wird, von denen eine für eine bestimmte . Polanzahl geschaltet den Gleichstrom und die andere für eine von jener verschiedenen Polanzahl geschaltet den Wechselstrom aufnimmt, oder dafs blos eine Feldwickelung bei einer entsprechenden Schaltung für eine bestimmte Polanzahl die eine Stromgattung und bei einer anderen Schaltung für eine von jener verschiedene Polanzahl die andere Stromgattung aufnimmt und solcher Art in einer gerneinsamen Feldarmatur von einander unabhängig ein constantes und ein wechselndes bezw. rotirendes Feld mit von einander verschiedener Polanzahl gleichzeitig oder alternirend erzeugt werden.
2. 2. Ein combinirter Stromgenerator, bestehend aus einer Feldarmatur, in welcher nach Anspruch i, durch Gleichstrom und durch ein- oder mehrphasigen Wechselstrom .erregt, ein constantes und ein wechselndes bezw. rotirendes Feld von verschiedener Polanzahl hervorgerufen werden, und aus einem Anker, welcher mit solcher Art geschalteter Wickelung versehen ist, dafs die Windungen oder Spulen einerseits kurzgeschlossene Stromkreise mit der dem Wechselfelde entsprechenden Polanzahl und andererseits mit den Lamellen eines Collectors in entsprechender Serienschaltung verbundene Stromkreise mit der dem constanten Felde entsprechenden Polanzahl bilden, so dafs bei Drehung des Ankers in dem combinirten Felde mit einer gröfseren als der synchronen Geschwindigkeit aus den durch Wechselstrom erregten inducirenden Feldspulen Ein- oder Mehrphasen-Wechselstrom und aus dem Collector Gleichstrom gleichzeitig oder abwechselnd gewonnen werden kann.
3. 3. Ein combinirter Elektromotor, bestehend aus einer nach Anspruch 1 durch Gleichstrom und Wechselstrom erregten Feldarmatur und aus einem nach Anspruch 2 bewickelten und combinirt geschalteten Anker, in welchem Elektromotor bei Einleitung von Gleichstrom in den Collector des Ankers und von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom in die betreffende Feldwickelung durch beide Stromgattungen gleichzeitig oder durch eine und die andere Stromgattung abwechselnd Drehmomente zur Kraftwirkung hervorgerufen werden.
4. 4. Ein asynchroner Umformer, bestehend aus einer nach Anspruch r durch Gleichstrom und Wechselstrom erregten Feldarmatur und aus einem nach Anspruch 2 bewickelten und combinirt geschalteten Anker, welch letzterer, als Kurzschlufsanker in Drehung versetzt, aus dem Collector Gleichstrom abgiebt oder als Gleichstromanker mit einer gröfseren als der synchronen Geschwindigkeit in Drehung versetzt aus den Wechselstrom-Feldspulen ein- oder mehrphasige Wechselströme abgiebt, demnach entweder Wechselströme in Gleichströme oder Gleichströme in Wechselströme transformirt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.