DE166486C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

JKi 166486 KLASSE 21 d.

gespeist wird.

20. März ι ί

die Priorität

Hutin und Leblanc haben in der Patentschrift 78825 ein Verfahren angegeben, nach welchem Wechselstrom in Gleichstrom (oder auch umgekehrt Gleichstrom in Wechselstrom) verwandelt werden kann. Das Verfahren beruht auf dem durch die Gleichung

sin² α -j- cos² α = ι

zum Ausdruck gebrachten mathematischen Gesetz. Wird nämlich durch einen um einen Eisenkern fließenden Wechselstrom im Eisen ein sinusförmiges Feld erzeugt, so würde dieses wieder einen Wechselstrom in einer Sekundärwicklung erzeugen, wenn die Stromentnahmestellen wie beim gewöhnlichen Transformator festlägen. Teilt man jedoch die Sekundärwicklung in einzelne Abschnitte und werden die Stromentnahmestellen mit Hilfe von Bürsten und Kommutator so. verlegt, daß die Zahl der Windungen sich sinusförmig ändert, so ist der erzeugte Strom von dem Quadrat des Sinus abhängig, er ist daher ein gleichgerichteter Strom. Bei Benutzung von Mehrphasenströmen, bei denen die gelieferte Energie ja konstant ist, wird auch der erzeugte gleichgerichtete Strom konstant.

Dieselbe Einrichtung kann natürlich auch umgekehrt benutzt werden, um Gleichstrom in Wechselstrom zu verwandeln, d. h. man schickt durch die Bürsten und den Kommutator Gleichstrom in den Apparat und erhält in der anderen Spule Wechselstrom.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine neue Anwendung dieser Theorie und dieses Apparates. Wird nämlich in der erwähnten Umkehrung statt des Gleichstromes Wechselstrom durch den Kommutator in den Apparat geschickt, so wird dadurch ein gleichgerichtetes Feld in dem magnetischen Kreise erzeugt, d. h. es werden nicht mehr elektromotorische Kräfte addiert, sondern magnetische Felder, welche sich mit dem Quadrat des Sinus ändern. ·

Eine sekundäre Spule fällt hierbei natür-Hch fort.

Die Erfindung ist also auf ein Verfahren zur Erzielung einer konstanten Magnetisierung gerichtet, indem mehrere übereinander liegende Felder erzeugt werden, deren jedes sich mit der Funktion des Quadrates des Sinus des Phasenwinkels der einen der Phasen einer bestimmten Phasenzahl ändert. Mehr im besonderen betrachtet, ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzielung einer konstanten Magnetisierung in einem magnetischen Kreis gerichtet, welches darin besteht, der oder den Erregerwicklungen Mehrphasen-

Spannungen zu liefern und gleichzeitig die Zahl der mit jeder Phase verbundenen wirksamen Windungen in Übereinstimmung mit der Änderung des Sinus des Phasenwinkels zu ändern.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.

In Fig. ι ist A ein Teil eines magnetischen Kreises, auf welchem eine Wicklung angeordnet ist, welche aus einer bestimmten Anzahl Abschnitte a^l bis a^e besteht, wobei die eine Hälfte der Abschnitte umgekehrt wie die andere Hälfte gewickelt ist und das ganze eine geschlossene Wicklung bildet.

Diese Wicklung ist an Punkten, welche zwischen den aufeinander folgenden Abschnitten liegen, mit den Segmenten eines Kommutators C mit sechs Lamellen verbunden.
B B und B¹ B¹ sind umlaufende Bürsten, welche auf dem Kommutator schleifen. Es ist leicht ersichtlich, daß sich die Anzahl der wirksamen Windungen der Wicklungen, welche sich mit den Bürsten im Stromkreis befinden, während der Umdrehung dieser letzteren ändert.

Um eine sinusförmige Änderung der Anzahl der wirksamen Windungen im Stromkreis zu erhalten, müssen die Spulen oder die einander folgenden Abschnitte eine Anzahl Windüngen enthalten, welche durch die folgenden Ausdrücke gegeben sind:

Anzahl der Windungen der ersten Spule

... . = k sin α,

Anzahl der Windungen der zweiten Spule

= k sin (a

Anzahl der Windungen der dritten Spule

ί Α.π\

= k sin Ι α + —— I usw.,

wobei k eine Konstante und η die Anzahl der Spulen ist.
Um ein einfaches Beispiel zu wählen, sei

a. = —, η = 6 und k = 2. Werden diese

Werte in die obigen Ausdrücke eingesetzt, so findet man, daß die Anzahl der Windungen der Spulen oder Abschnitte die folgenden sind:

i, 2, i,— i,—2, — i. Es ist dies der

Fall der Fig. 1, in welcher auf die negativen Vorzeichen Rücksicht genommen ist, indem der Sinn der Wicklung der entsprechenden Abschnitte umgekehrt worden ist. Es ist augenscheinlich, daß, um sich einer Sinusfunktion mehr zu nähern, eine größere Anzahl Abschnitte nötig ist, aber die dargestellte Anordnung genügt für die Auseinander-Setzung. Die beiden Abschnitte, von welchen jeder zwei Windungen enthält, sind durch stärkere Linien dargestellt. Es ist dieses geschehen, weil die Leiter stärkeren Querschnitt besitzen. In der Tat sind die verschiedenen Spulen vorzugsweise in der Weise hergestellt, daß sie alle ungefähr gleiche Widerstände besitzen, damit der Ohm'sche Widerstand des Stromkreises während der Umdrehungen der Bürsten B B auf dem Kommutator C sich nicht ändert.

Da die Bürsten B B auf dem Kommutator angeordnet sind, wie es die Zeichnung angibt, so teilt sich der Strom, welcher dort ankommt und von dort ausgeht, in zwei Teile: jede Hälfte geht durch eine der beiden Hälften der Gesamtanordnung der Spulen und der Strom, welcher durch alle Spulen geht, trägt zur Erzielung der Magnetisierung bei; die Gesamtanzahl der Amperewindüngen ist also gleich 4 I, wobei I der den Bürsten gelieferte Strom ist. Wenn dieser Strom ein Wechselstrom ist, welcher einer der Phasen einer Zweiphasenquelle D entnommen ist, so sind die Amperewindungen in jedem Augenblicke gleich 4 I sin a, wobei I der Maximalwert des den Bürsten gelieferten Stromes ist. Wenn jetzt die Bürsten synchron mit der Veränderung der Ströme, welche sie empfangen, umlaufen, so ändert sich die wirksame Anzahl der Windungen, welche durch go den den Bürsten gelieferten Strom durchflossen wird, auch wie sin α und die resultierenden Amperewindungen können zu allen Zeiten durch 4 I sin² α ausgedrückt werden. Wenn ein zweites Paar Bürsten B¹ B¹ auf dem Kommutator um 90 ° zu den Bürsten B B angeordnet ist und wenn ein Strom in diese zweite Bürstenreihe geschickt wird, so ist, da dieser Strom von der anderen Phase der Quelle D genommen und um 90⁰ mit Bezug auf den den Bürsten B B gelieferten Strom verschoben ist, Erzeugung eines zweiten Feldes vorhanden, welches den Amperewindungen entpricht, deren wirksamer Wert in jedem Augenblicke gleich 4 I cos² α ist. Das resultierende Feld ist gleich 4 I, d. h. es ist konstant und stets von gleichem Sinn.

Es ist augenscheinlich, daß dieses Feld in den gleichen Fällen angewendet werden kann wie dasjenige, welches durch Gleichstrom erzeugt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung von Zweiphasenströmen beschränkt, welche der Wicklung durch eine Bürstenanordnung für Zweiphasenströme geliefert werden. Mehrphasenströme können der Wicklung durch eine geeignete Bürstenanordnung geliefert werden, um die gewünschte Magnetisierung zu erzeugen. Es ist im übrigen nicht wesentlich, den Kommutator mit Mehrphasenströmen zu speisen. Die eine der Bürstengruppen kann mit einfachem Wechsel-

Strom gespeist werden, während die andere Gruppe in Kurzschluß gebracht wird, anstatt mit einer zweiten Phase verbunden zu werden; ein Strom, welcher eine Folge der Induktion der Erregungswicklung ist, geht dann durch diesen Kurzschluß; die durch diesen Strom erzeugte magnetomotorische Kraft ändert sich annähernd nach einer Funktion des Quadrates des Sinus; diese

ίο magnetomotorische Kraft erzeugt mit derjenigen, welche durch den den anderen Bürsten gelieferten Strom erzeugt wird, in dem magnetischen Kreis ein merklich konstantes Feld. Indessen hat diese Art der Verwirklichung nicht den Wert der mehrphasigen Erregung.

In der Tat besteht das Wesentliche darin, in dem magnetischen Kreis eine Mehrheit von magnetomotorischen Kräften zu erzeugen, deren jede wie eine Funktion des Quadrates des Sinus veränderlich ist, einerlei, woher die Ströme kommen, welche diese magnetomotorischen Kräfte erzeugen.

Ebenso ist es von geringer Bedeutung, ob die festen Teile der Kommutator mit der Erregungswicklung oder vielmehr die Bürsten sind. Die Anzahl der Abschnitte der Wicklung kann beliebig verändert werden. Je größer sie ist, desto mehr nähert man sich

einer sinusförmigen Änderung. Obwohl eine einzige Wicklung genügend ist für die Erzielung eines konstanten Feldes, kann man, wenn man es will, deren mehrere benutzen. Die Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine dynamoelektrische selbsterregende oder selbstkompoundierende Maschine. Auf dieser Figur stellt D den Anker einer dreiphasigen Maschine dar, dessen Klemmen mit d bezeichnet sind. E ist das Magnetgestell, welches die Erregungsspulen F ebenso wie den Kommutator C trägt, auf welchem die drei Bürsten BBB schleifen. Diese Bürsten sind in elektrischer Hinsicht gegeneinander um 120⁰ verschoben. Die Wicklung jeder Spule für sich ist aus sechs Abschnitten zusammengesetzt, welche denen der Fig. 1 entsprechen. Die ersten Abschnitte aller Spulen sind in Reihe in einer Gruppe verbunden, welche selbst mit der durch die zweiten Abschnitte aller Spulen gebildeten zweiten Gruppe verbunden ist, während der letzte Abschnitt der letzten Gruppe mit dem ersten Abschnitt der ersten Gruppe verbunden ist. Alle Abschnitte sind also in Reihe geschaltet und bilden einen geschlossenen Kreis. Der Vereinigungspunkt zwischen einem Abschnitt der letzten Spule und dem folgenden Abschnitt der ersten Spule ist mit einem Segment des Kommutators C verbunden. Dieser erhält 24 Segmente, welche vier Gruppen von je sechs Segmenten bilden, und die entsprechenden Segmente jeder Gruppe sind elektrisch verbunden. Es ist also eine Gruppe pro Polenpaar vorhanden, und jede Gruppe entspricht dem Kommutator mit sechs Lamellen der Fig. 1.

T ist ein Transformator, dessen Primärwicklung mit dem Stromkreis oder der Armatur verbunden ist und dessen Sekundärwicklung mit den Bürsten BBB verbunden ist. Dieser Transformator kann ein einfacher Transformator sein, wie dargestellt ist, oder er kann einer der verschiedenen bekannten Kompoundierungstransformatoren sein. Die so den Bürsten des Kommutators gelieferten Mehrphasenströme erzeugen ein konstantes Feld von stets gleichem Sinn in jedem Pol des Induktors und die Maschine arbeitet infolgedessen genau in der gleichen Weise, als ob das Feld durch Gleichstrom erzeugt wäre. Die Maschine kann auf diese Weise selbsterregend oder selbstkompoundierend sein oder alles beides, und zwar so, daß sie sich nur sehr wenig von der typischen Ausführung der synschronen Maschinen mit Wechselströmen entfernt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Magnetwicklung, welche über einen Kommutator von Ein- oder Mehrphasenstrom gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Erzeugung eines konstanten Feldes von stets gleicher Richtung die Windungszahlen und Wicklungssinn der einzelnen an die Segmente angeschlossenen Abschnitte der geschlossenen Wicklung sich wie eine Sinusfunktion ändern, während die Widerstände der Abschnitte möglichst gleich gehalten sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.