DE105909C - - Google Patents

Description

if J

ß/ ^yy 7.- Ψ

if/ t-- M

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Nutzbarmachung und Umwandlung elektrischer Gleichströme und bezweckt die Schaffung eines Verfahrens nebst Mitteln zum Aendern der Arbeitsgeschwindigkeit von elektrischen Gleichstrommotoren ohne Aenderung der diesen zugeführten elektromotorischen Kraft und ohne irgend welche Aenderungen an den Feldmagnetwickelungen.

Das neue Verfahren und die demselben entsprechenden Mittel sind ferner auch anwendbar bei rotirenden Umformern, welche zum Umwandeln von Gleichströmen in ein- oder mehrphasige Wechselströme benutzt werden.

Gemä'fs der Erfindung wird dieser Zweck dadurch erreicht, dafs man die Ankerrückwirkung und somit die Feldmagnetstärke des Motors oder Umformers durch Anschliefsen oder mehrerer Hülfsstromkreise für

Wechselstrom an die Ankerwickelung und durch Verändern oder Einstellen des Phasenverhältnisses zwischen Strom und elektromotorischer Kraft dieses Stromkreises bezw. dieser Stromkreise verändert.

Es ist festgestellt worden, dafs, wenn die Stromwellen und die Wellen elektromotorischer Kraft, welche von einem Wechselstromerzeuger zugeführt werden, gleichen Schritt haben, die Ankerrückwirkung im Wesentlichen gleich Null ist und dafs somit die Feldmagnetstärke nicht verändert wird; wenn aber der Strom nacheilt, d. h. zurückbleibt, dann steigert sich die Ankerrückwirkung und verringert sich dementsprechend die Feldmagnetstärke. Wenn andererseits der Strom gegenüber der elektromotorischen Kraft voreilt, dann wird die Ankerrückwirkung eine derartige, dafs sie den Feldmagnet verstärkt. Hiernach ist es klar, dafs die Feldmagnetstärke von der Ankerrückwirkung abhängt, und dafs man somit durch Aendern der Ankerrückwirkung auch die Arbeitsgeschwindigkeit des Ankers ändern kann.

Im Falle der Verwendung eines rotirenden Umformers zum Umwandeln von Gleichströmen in Wechselströme ist es erwünscht, die Arbeitsgeschwindigkeit des Ankers ohne Rücksicht auf Aenderung der inductiven Belastung im Wechselstromkreise gleichbleibend zu erhalten, und es wird dies nach vorliegender Erfindung bewerkstelligt durch Anwendung eines Hülfsstromkreises mit eingeschalteten Drosselspulen in solchem Verhältnifs, dafs dadurch Aenderungen in der inductiven Belastung ausgeglichen werden und die Ankerrückwirkung gleichbleibend erhalten wird.

In der Zeichnung veranschaulicht Fig. 1 das Schema eines Gleichstrommotors mit zwei an dessen Ankerwickelung angeschlossenen ungleichphasigen Wechselstromleitungen, die mit veränderlichen Selbstinductionsvorrichtungen ausgestattet sind. Fig. 2 ist ein ähnliches Schema, bei welchem die Wechselstromleitungen veränderliche Capacität haben. Fig. 3 zeigt das Schema einer Verteilungsanlage, bei welcher ein rotirender Umformer zum Umwandeln von Gleichströmen in Wechselströme ver-

wendet ist, wobei die Wechselstromleitung mit Hülfsstromkreisen versehen ist, die Drosselspulen von veränderlicher Selbstinduction enthalten. Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die dem Strom und der magnetischen Sättigung entsprechenden Werthe für die in Fig. 3 angedeuteten Regelungsdrosselspulen bei verschiedenen Polwechselgeschwindigkeiten und gleichbleibender elektromotorischer Kraft.

In Fig. ι bis 3 bezeichnet 1 einen Gleichstromerzeuger mit den Hauptleitungen 3 und 4, welche durch einen Stromwender 5 den Anker 6 mit Strom versorgen. Dieser Anker ist in Fig. 1 und 2 der Anker eines Gleichstrommotors und in Fig. 3 derjenige eines rotirenden Umformers. In diesen drei Figuren liegen die Feldmagnetspulen, wie bei 7 angedeutet, im Nebenschlufs zum Anker. Diese Wickelungsweise verdient deshalb den Vorzug, weil das dadurch erzielte Feld ein verhältnifsmäfsig schwaches im Vergleich mit dem durch die Ankerrückwirkung erzeugten Felde ist. Man könnte indessen gegebenenfalls auch eine im Hauptstrom liegende Feldmagnetwickelung verwenden.

Nach Fig. 1 besitzt der Motoranker zwei Paar Sammelringe 8, 9, gegen welche sich die Schleif bürsten 10 und 11 anlegen. Letztere sind an Hülfsstromkreise 12 und 13 angeschlossen, die mit inductiven Widerständen —^; nach der Zeichnung mit den Drosselspulen 14 und 15 — ausgestattet sind. Jede von diesen Spulen besitzt nach der Zeichnung einen verstellbaren Kern 16 bezw. 17 und eine Anzahl Leiter, an welche die Schaltvorrichtungen 18 und 19 zum Aendern der wirksamen Länge der Drosselspule oder zum vollständigen Ausschalten derselben angeschlossen sind. Die Selbstinduction in den Wechselstromleitungen kann durch Verstellen der beweglichen Kerne oder durch Aendern der wirksamen Spulenlänge, oder auch durch beide Mafsnahmen zugleich verändert werden. Ueberhaupt kann man irgend eine zweckentsprechende Vorrichtung zum Aendern der Selbstinduction der Wechselstromleitungen benutzen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Stromschema ist die Wirkungsweise folgende: Wenn die Schaltvorrichtungen 18 und 19 sämmtlich offen sind, dann arbeitet der Motor mit gewöhnlicher Geschwindigkeit, entsprechend seiner Wickelung, der Anzahl Feldmagnetpole und der von den Hauptleitungen 3 und 4 zugeführten elektromotorischen Kraft. Wenn dagegen durch die betreffenden Schaltvorrichtungen 18, 19 ein Theil der Drosselspulen eingeschaltet und beide Stromkreise 12 und 13 geschlossen sind, dann tritt in letzteren ein Nacheilen oder Zurückbleiben des Stromes ein, was dahin wirkt, die Ankerrückwirkung des Motors zu steigern und infolge dessen auch die Feldmagnetstärke, so dafs sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors erhöht. Es liegt auf der Hand, dafs die Geschwindigkeit entsprechend der Anzahl der in den Stromkreis eingeschalteten Abtheilungen der Drosselspulen zunimmt. Gegebenenfalls kann ferner die Selbstinduction im Stromkreise auch durch Verstellen der Kerne 16, 17 hinsichtlich der Drosselspulen geändert und auf diese Weise eine weitere Aenderung in der Arbeitsgeschwindigkeit des Motors erzielt werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten geänderten Ausfuhrungsform sind die Wechselstromleitungen 12, 13 mit Condensatoren 20 versehen. Die Anzahl der in den Stromkreis eingeschlossenen Condensatoren ist durch die entsprechenden Schaltvorrichtungen 21 regelbar. Auf diese Weise lassen sich erhebliche Aenderungen der in dem Wechselstromkreis enthaltenen Capacität erzeugen und durch diese Aenderung der Capacität wird auch der Betrag geändert, um welchen der Strom in diesem Stromkreise der elektromotorischen Kraft vorauseilt. Wie ohne Weiteres verständlich, beeinflufst diese Vorauseilung des Stromes die Ankerrückwirkung derartig, dafs die Feldmagnetstärke erhöht und die Arbeitsgeschwindigkeit des Motors dadurch verringert wird.

Es sei hier bemerkt, dafs man an Stelle der Drosselspulen nach Fig. 1 oder der Condensatoren nach Fig. 2 auch Synchronmotoren verwenden kann, da das Phasenverhä'ltnifs zwischen dem Strome und der elektromotorischen Kraft durch Einstellen der Feldmagnetstärke eines solchen Synchronmotors geregelt werden kann.

Nach Fig. 3 ist der Anker 6 derjenige eines rotirenden Umformers, welcher Zweiphasenströme den Stromkreisen 22, 23 und 24, 25 durch Gleitringe 26 zuführt. Diese Stromkreise versorgen nach der Zeichnung einzeln die einphasigen Uebersetzungsvorrichtungen 27 und aufserdem einen Inductionsmotor 28. Im Nebenschlufs zu den Stromkreisen 22, 23 und 24, 25 sind Drosselspulen 29 ynd 30 von veränderlicher Selbstinduction angeschlossen, wie oben mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben.

Nach dem oben Gesagten ist es klar, dafs Aenderungen in dem inductiven Widerstände der Drosselspulen 29 und 30 die Arbeitsgeschwindigkeit des Ankers 6 des rotirenden Umformers und damit auch die Zahl der Polwechsel in dem . vom Anker ausgehenden Wechselstrome, sowie die Arbeitsgeschwindigkeit des Inductionsmotors 28 andern. Wenn lediglich eine Aenderung der Arbeitsgeschwindigkeit des letztgenannten Motors erforderlich ist, kann man die Drosselspulen 29 und 30 von Hand verstellen. Will man dagegen die Geschwindigkeit des Ankers 6 des rotirenden

Umformers, unabhängig von Aenderungen der inductiven Belastung oder trotz solcher Aenderungen, gleichbleibend erhalten, so ist nach einmaligem Einstellen der Drosselspulen für das System, von welchem diese einen Theil bilden, eine weitere Handhabung . der Drosselspulen nicht erforderlich. Nimmt man an, dafs die Drosselspulen 29 und 30 für die Hervor- - bringung einer bestimmten Nacheilung des Stromes in jedem von den Stromkreisen 22, 23 bezw. 24, 25 eingestellt sind, und dafs diese Stromkreise entweder ohne Belastung sind oder nur eine nicht inductive Belastung — beispielsweise durch die Lampen 27 — haben, so hängt die Umdrehungsgeschwindigkeit, mit welcher sich der Umformeranker 6 dreht, von der durch den nacheilenden Strom verursachten Ankerrückwirkung ab. Wird jetzt eine inductive Belastung wie beispielsweise durch den Motor 28 im Arbeitsstromkreis hinzugefügt, dann tritt ein weiteres Nacheilen des Stromes ein, und es zeigt sich eine Neigung zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit des rotirenden Umformers. Mit der zunehmenden Arbeitsgeschwindigkeit nimmt auch die Zahl der Polwechsel zu und die Drosselspulen 29 und 30 nehmen somit weniger Strom als zuvor auf; infolge dessen üben sie in geringerem Mafse eine Rückwirkung auf den Stromkreis und den Umformer aus. Wenn die Drosselspulen richtig entworfen und eingestellt sind, dann gleicht die Verminderung in dem von ihnen bei der erhöhten Polwechselzahl aufgenommenen Strome die der Erhöhung der inductiven Belastung im Arbeitsstromkreise zuzuschreibende Rückwirkung aus, und es verringert sich infolge dessen die Arbeitsgeschwindigkeit des Umformers im Wesentlichen auf den zuvor, d. h. vor Hinzufügung der inductiven Belastung vorhanden gewesenen Stand.

Die Wirkungsweise der Drosselspulen bei verschiedenen Wechselzahlen ist in Fig. 4 dargestellt, indem hier der Strom in wagerechter Richtung, von dem Punkte α ausgehend, und die elektromotorische Kraft in senkrechter Richtung gemessen wird. Angenommen, es werde für eine gegebene Wechselzahl die elektromotorische Kraft durch die Linie c-b und der von den Drosselspulen aufgenommene Strom durch die Linie a-c ausgedrückt, dann stellt a-b die Sättigungscurve dar. Nimmt bei gleichbleibender elektromotorischer Kraft die Wechselzahl zu, so dafs der Grad der Sättigung durch die Curve a-f dargestellt wird, dann sinkt der Strom auf den durch die Linie a-g ausgedrückten Werth.

Mit Hülfe der angedeuteten Vorrichtung wird es vielleicht nicht möglich sein, eine absolut gleichbleibende Arbeitsgeschwindigkeit des Umformers bei wechselnder Belastung zu sichern, es wird sich aber immerhin eine für praktische Zwecke ausreichend genaue Regelung erzielen lassen. Dabei ist die Vorrichtung zugleich aufserordentlich einfach und wenig kostspielig.

Wenngleich in Fig. 1 bis 3 zweiphasige Wechselstromkreise als an den Anker 6 angeschlossen gezeigt sind, so liegt es doch auf der Hand, dafs die Erfindung nach dieser Richtung nicht beschränkt ist, da Stromkreise von jeder beliebigen Phasenzahl verwendet werden können.

Der Erfinder beschränkt sich auch nicht auf irgend eine bestimmte Ausführungsform des Gleichstrommotors oder des Umformers, sei es hinsichtlich des Ankers oder sei es hinsichtlich des Feldmagneten der Maschine.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Aenderung der Arbeitsgeschwindigkeit von Gleichstrommotoren oder rotirenden Umformern, dadurch gekennzeichnet , dafs das Phasenverhältnifs zwischen Strom und elektromotorischer Kraft im Ankerstromkreise und dadurch die Ankerrückwirkung geändert und die Feldstärke erhöht oder vermindert wird, ohne Aenderung der zugeführten elektromotorischen Kraft oder der Feldmagnetwickelungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafs an die Ankerwickelungen des Motors oder Umformers ein Hülfswechselstrom angeschlossen wird, der mit veränderlicher Selbstinduction oder veränderlicher Capacität oder mit einem synchronen Motor, dessen Feldstärke geregelt werden kann, versehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zum selbstthätigen Aufrechterhalten einer im Wesentlichen gleichbleibenden Arbeitsgeschwindigkeit eines rotirenden Umformers, der einen Wechselstromkreis mit veränderlicher Belastung speist, dadurch gekennzeichnet, dafs in Nebenschlufs zu der veränderlichen inductiven Belastung eine Drosselspule geschaltet wird, die so eingestellt ist, dafs die Aenderung in dem von ihr aufgenommenen Strome die durch Veränderung in der inductiven Belastung hervorgerufene Aenderung in der Ankerrückwirkung des Umformers ausgleicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.