DE161532C - - Google Patents

Description

^m<gmJHhS a

PATENTAMT.

KLASSE 21 d.

in BERLIN.

Im folgenden ist eine Anordnung beschrieben, welche die Aufgabe löst, aus einem Gleichstromerzeuger, dessen Drehrichtung und Geschwindigkeit Änderungen unterworfen ist, stets gleichgerichteten Strom mit selbsttätiger Regelung der Stromstärke oder Spannung abzunehmen, eine Aufgabe, die insbesondere bei Zugbeleuchtungsmaschinen auftritt, die von der Wagenachse aus angetrieben werden.

ίο Der Gleichstromerzeuger (Fig. i) hat einen Hauptanker A und einen Erregeranker a, die in der Fig. ι durch Kreise mit aufliegenden Bürsten B B und b b angedeutet sind. Zu jedem dieser Anker gehört ein besonderes Magnetsystem. Zu dem Hauptanker A gehört die Erregerspule F, die mit dem Hilfsanker α einen geschlossenen Stromkreis bildet. Die Erregung des Magnetsystems, das zum Hilfsanker α gehört, wird von einer Spule f besorgt, die an eine beliebige Stromquelle, z. B. eine Akkumulatorenbatterie Q angeschlossen ist. Der Spule/ wirkt eine vom Nutzstrome durchflossene Spule f entgegen. Anstatt des ganzen Hauptstromes kann auch ein Teil desselben verwendet werden, z. B. wenn der Hauptstrom zur Speisung von Lampen und Ladung von Akkumulatoren verwendet wird, nur der Ladestrom.

Durch diese Anordnung ist erstens jener Zweck erreicht, den man sonst durch einfache Maschinen mit gegengeschalteter Verbundwicklung erreichen will. Wenn die Umlaufszahl der Maschine stark erhöht wird, so daß anderenfalls der von der Maschine z. B. an eine Batterie abgegebene Strom einen sehr hohen Wert annehmen würde, wird hier eben durch das Steigen des Stromes das Feld der Hilfsmaschine geschwächt, dadurch mittelbar auch das Feld der Hauptmaschine, so daß die Steigerung des Stromes in Wirklichkeit nur unbedeutend wird.

Die hier gewählte Anordnung hat gegenüber der Gegenverbundschaltung der Hauptmaschine einen bedeutenden Vorteil. Bei letzterermuß die Nebenschlußwicklung der Hauptmaschine ständig den höchsten Erregerstrom führen. Die für Erregung aufgewendete Leistung bei Belastung setzt sich aus den in der Nebenschluß wicklung und in der gegengeschalteten Hauptstromwicklung verlorenen zusammen. Der Wickelraum und das ganze Magnetsystem muß dementsprechend groß bemessen sein. Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung die Erregerenergie der Hauptmaschine bei steigender Stromabgabe kleiner und nur bei der Erregermaschine, deren Leistung wenige Prozent der Hauptmaschinenleitung ausmacht, werden die Verluste größer. Daher kann man bei dieser Anordnung die Hauptmaschine kleiner und mit besserem Wirkungsgrade herstellen als bei der Gegenverbundanordnung, und es werden in den meisten Fällen die Ersparnisse in Herstellungskosten und Erregerleistung der Hauptmaschine die Kosten und Leistungs-Verluste der kleinen Erregermaschine reichlich decken.

Durch diese Anordnung wird aber nicht

nur eine selbsttätige Regelung der Stromstärke bei wechselnder Geschwindigkeit, sondern auch Konstanz der Stromrichtung bei jeder Drehrichtung erzielt. Es ist schon aus der amerikanischen Patentschrift 547537 bekannt, daß durch Anordnung einer mechanisch gekuppelten Erregermaschine die Stromrichtung der Hauptmaschine unabhängig von der Drehrichtung wird, weil· das Feld der Hauptmaschine mit Umkehr der Drehrichtung gleichzeitig umpolarisiert wird. Die Anordnung einer besonderen Erregermaschine wird sich aber bei der Anordnung der angezogenen Patentschrift kaum lohnen, weil nur der selbsttätige Umschalter gespart wird, aber selbsttätige Regler der Stromstärke erforderlich sind. Bei der hier gewählten Anordnung werden aber diese letzteren entbehrlich. Dies ist von großer Wichtigkeit. Es ist vor allem klar, daß bei dem mechanisch-elektrischen Regler, wenn man nicht einen Flüssigkeitswiderstand verwendet, nur eine sprungweise Regelung stattfinden kann. Ferner ist es selbst bei Verwendung eines Flüssigkeits-Widerstandes unmöglich, die Feldstärke auf ein beliebig kleines Maß bis Null stoßfrei zu bringen. Dies wird sich z. B. bei Zugbeleuchtuhgsmaschinen insbesondere dann störend bemerkbar machen, wenn der Zug eine übermäßige Geschwindigkeit annimmt, für die der Apparat nicht berechnet ist. Es wird dann entweder die Feldstärke erheblich zu groß sein, wodurch überstarke Stromlief erung entsteht, oder es wird ein vollständiges Ausschalten stattfinden.

Dagegen kann bei unserer Anordnung eine solche Diskontinuität nicht eintreten. Die Maschine würde theoretisch auch bei unendlich hoher Geschwindigkeit einen genau bestimmbaren Strom liefern, nämlich jenen, bei welchem die Amperewindungen der vom Nutzstrom durchflossenen Spule f den Amperewindungen der Erregerspule f das Gleichgewicht halten. Bei Überschreitung der Normalgeschwindigkeit wird die Stromstärke sich also diesem Werte asymptotisch nähern. Auch bei etwa eintretenden Kurzschlüssen kann dieser Wert nicht überschritten werden. Während bei Anwendung eines mechanischen Reglers stets eine gewisse Verzögerung eintreten muß, die oft hinreichen wird, die Maschine zu beschädigen, ist bei • unserer Schaltung der Wert des Kurzschlußstromes von vornherein bestimmt und deshalb hat die hier gewählte Erregeranordnung nicht nur bei der Zugbeleuchtung, sondern überall dort einen großen Wert, wo Kurzschlüsse zu befürchten sind, z. B. bei Karbidanlagen.

Der Vorteil des neuen Regelungsverfahrens zeigt sich aber auch bei zu geringen Geschwindigkeiten, bei denen die vom Hauptanker erzeugte Spannung geringer ist als diejenige des· Netzes z. B. der Batterie, auf die der Anker arbeitet. Bei der Anordnung der genannten amerikanischen Patentschrift wird, wenn die Nutzstromstärke auf Null heruntergeht, der Regler kurzgeschlossen, womit die Regelung ihr Ende erreicht hat. Bei unserer Anordnung (Fig. 1) wird, wenn der Nutzstrom sich umkehrt, die Spule f auf das Feld der Spule f verstärkend wirken, wodurch auch das Hauptfeld verstärkt wird. Es wird deshalb der Anker A, falls er mit zu geringer Drehzahl betrieben wird, einen kleineren Strom aufnehmen, als wenn die Feldspule f allein vorhanden wäre. Diese ist deshalb von größter Wichtigkeit, ' weil eine Verzögerung in der Wirkung eines etwa vorgesehenen Rückstromausschalters keine so üblen Folgen nach sich ziehen kann wie bei der Anordnung der amerikanischen Patentschrift.

Bei vorliegender Anordnung ist auch das Überregeln ausgeschlossen, welches bei mechanischen Reglern stets vorkommt. Ferner wird durch den Wegfall eines solchen Reglers mit der diesen Apparaten anhaftenden Unzuverlässigkeit und Empfindlichkeit eine viel weiter gehende Benutzungsmöglichkeit eröffnet.

Bekanntlich wurde schon vielfach versucht, durch Hilfsmaschinen die mechanische Regelung zu umgehen. So sind in der Patent- literatur eine Reihe von Anordnungen bekannt, bei welchen die Feldstärke der von der Akkumulatorenbatterie erregten Hauptmaschine durch eine Hilfsmaschine verändert wurde, welch letztere eine der Haupterregung entgegenarbeitende Spule speist, so daß das Feld bei steigender Drehzahl geschwächt wird. Abgesehen von den Gefahren, die diese Anordnungen dadurch mit sich bringen, daß bei Überschreitung einer gewissen Tourenzahl eine Umpolarisierung des Feldes möglich ist, erkennt man auch ohne weiteres, daß gerade durch die Verwendung einer von der Akkumulatorenbatterie gespeisten Erregung der Hauptmaschine die Notwendigkeit begründet wird, bei Umkehr der Drehrichtung einen selbsttätigen Umschalter anzubringen. Die vorliegende Erfindung gestattet mit den einfachsten Mitteln Gleichrichtung des Stromes bei wechselnder Antriebsrichtung und gleichzeitig Regelung der Feldstärke je nach der Antriebsgeschwindigkeit und Belastung und erlaubt dabei eine Erleichterung und Verbilligung der Hauptmaschine.

Es macht natürlich keinen Unterschied, ob man den Haupt- und Hilf sanker in demselben Gehäuse anbringt, oder ob man etwa den Hilfsanker mit seinem Magnetgestell vom Hauptanker und dessen Magnetgestell trennt und beispielsweise bei Zugbeleuchtung durch eine andere Achse des Wagens antreiben läßt.

Claims (2)

Wählt man anstatt einer vom Hauptstrom durchflossenen Wicklung /' eine Spannungswicklung f" (Fig. 2), welche unmittelbar oder mit Vorschaltwiderstand an den Klemmen der Hauptdynamomaschine oder an den Klemmen eines von derselben gespeisten Stromaufnehmers liegt, so wird die Wirkung anders sein. Es wird nicht der Strom, sondern die Spannung der Hauptmaschine in bestimmten Grenzen gehalten, denn es ist klar, daß die Hauptmaschine, ganz gleichgültig, wie hoch auch ihre Antriebsgeschwindigkeit und ihre Belastung sein mag, einen bestimmten Höchstwert der Spannung niemals erreichen kann, nämlich jenen, bei welchem die entmagnetisierende Wirkung der Wicklung f" der magnetisierenden Wirkung der Wicklung f gleichkommt. Diese Einrichtung hat beispielsweise Bedeutung für Dynamomaschinen, welche von schlecht regelnden Primärmotoren angetrieben werden und bei denen eine plötzliche Entlastung vorkommen kann. Durch richtige Bemessung der Wicklung f" läßt sich dabei der erreichbare Höchstwert der Spannung auf ein beliebiges Maß fixieren. Man kann parallel zu f der Fig. 1 einen Widerstand aus einem Metall mit hohem Temperaturkoeffizienten, z. B. Eisen, anordnen, um die Wirkung der Gegenwicklung, erst von einer gewissen Höhe des Stromes angefangen, stark fühlbar zu machen. Das ähnliche wird erzielt, wenn man in Fig. 2 parallel zu f" einen derartigen Widerstand und vor f" einen Vorschaltwiderstand aus beliebigem Material anordnet. In gleicher Weise, wie bei den erwähnten Anordnungen bei steigendem Strom bezw. bei steigender Spannung das Feld geschwächt wurde, ist es auch selbstverständlich möglich, das Feld zu verstärken, indem man die zAveite, den Hilfsanker beeinflussende Erregerwicklung mit der ersten gleichsinnig schaltet. Man kann dadurch jede beliebige Charakteristik der Hauptmaschiene erzielen: die Charakteristik einer Verbundmaschine oder , die Charakteristik einer Reihenmaschine. Wenn es für den besonderen Fall erwünscht ist, kann die Feldwicklung / der Erregermaschine anstatt von einer anderen beliebigen Stromquelle auch von den Bürsten der Hauptmaschine gespeist werden, so daß der ganze Maschinensatz mit Selbsterregung arbeitet, gleichgültig wie die Drehrichtung sein mag. Man kann auch zum Überfluß eine der in den deutschen Patentschriften 155972 und 156620, Kl. 21 d, beschriebenen Erregungs- , anordnungen für Dynamomaschinen verwenden, die gestatten, mit geringem anfängliehen Fremdstrom sichere Selbsterregung zu erzielen. Pate nt-A ν sprüche:

1. Anordnung zur Regelung von Gleichstromerzeugern durch eine besondere Erregermaschine, die mit einer der Drehzahl der Hauptmaschine proportionalen Geschwindigkeit umläuft und deren Drehrichtung sich gleichzeitig bei jedem Wechsel des Umlaufsinnes der Hauptmaschine umkehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermaschine zwei Feldwicklungen besitzt, deren eine von einer beliebigen Stromquelle stets mit Strom derselben Richtung versorgt wird und deren andere der ersteren entgegenwirkt und von der Hauptmaschine in Reihe oder in Nebenschluß zu deren Stromaufnehmern oder einem Teile der letzteren gespeist wird, zu dem Zwecke, ohne Zuhilfenahme irgend eines Stromreglers den von der Hauptmaschine gelieferten Strom hinsichtlich seiner Stärke bezw. Spannung möglichst unabhängig von der Umlaufszahl und Drehrichtung zu machen und insbesondere ein übermäßiges Anwachsen der genannten Größen bei zu hoher Umlaufszahl oder bei Kurzschluß zu verhüten.

2. Anwendung der Regelungsanordnung nach Anspruch 1 auf Stromerzeuger für Zugbeleuchtung, die von Wagenachsen aus angetrieben werden und mit Sammlern parallel geschaltet sind, zu dem Zwecke, die Stromlieferung unabhängig von. der Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit zu machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.