DE177652C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es ist bekannt, daß .sich Wechselstromerzeuger selbst erregen können, indem man dem Feldmagneten (f in Fig. 1) vermittels eines Kommutators c und darauf schleifender Bürsten einen Strom zuführt, welcher der Maschine selbst entnommen wird. Um solche Maschinen zu kompoundieren, wird die dem Kommutator zugeführte Spannung aus zwei Komponenten zusammengesetzt, deren eine proportional der Spannung der Maschine und deren andere proportional ihrem Strome ist, indem der Erregerstrom z. B. den hintereinander geschalteten Sekundärwicklungen eines Spannungs- und eines Stromtransformators entnommen wird. Um eine richtige Kompoundierung auch bei verschiedenen Leistungsfaktoren der Belastung zu erzielen, sollen die beiden zusammenzusetzenden Spannungskomponenten zueinander möglichst senkrecht in der Phase stehen. Die Fig. 1 zeigt beispielsweise eine zweipolige, zweiphasige Maschine. Der feststehende Anker trägt beispielsweise eine Grammewicklung. An den Punkten a_v Ci₁ wird die eine Phase abgenommen, an den Punkten a₂ a.₂ die andere Phase. Der an die erste Phase angelegte Spannungstransformator P₁ ist sekundär in Reihe geschaltet mit dem in der zweiten- Phase liegenden Stromtransformator f₂; die Summenspannung ist an die gegenüberliegenden Bürsten b_l b_x gelegt. In übereinstimmender Weise ist die

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Sekundärwicklung des Spannungstransformators p₂ in Reihe geschaltet mit der Sekundärwicklung des Stromtransformators If₁ und die Summenspannung an die Bürsten b₂ b_% gelegt, welche in der Mitte zwischen den Bürsten 6, b_x liegen. Der Kommutator trägt zwei. Segmente. Im allgemeinen ist die Zahl der Segmente entsprechend der Polzahl zu wählen und die Zahl der Bürsten entsprechend der Pol- und der Phasenzahl. Die Kommutatorsegmente liegen abwechselnd an den Bürsten der einen und der anderen Phase, der Erregerstrom wird daher abwechselnd der einen und anderen Phase entnommen.

Um eine Funkenbildung am Kommutator zu verhindern, welche von der Selbstinduktion der unterbrochenen Stromkreise herrührt, wurde bereits folgendes vorgeschlagen: Parallel zu den Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren werden Widerstände T₁ und r₂ geschaltet. Infolgedessen werden die sekundären Stromkreise der Stromtransformatoren nie ganz unterbrochen. Außerdem wird durch diese Widerstände ein richtiges Zusammenwirken der hintereinander geschalteten Transformatoren erzielt, während sonst der Stromtransformator allein die Phase des Sekundärkreises bestimmen würde. Ferner wurde vorgeschlagen, die Kommutatorsegmente so breit zu machen, daß, wenn ein Segment eine Bürste verläßt, es bereits die nächste berührt.

Infolgedessen wird der Stromkreis der Er- ' regerwicklung, welche eine große Selbstinduktion besitzt, nie unterbrochen. Hierbei gibt es immer einen Zeitpunkt, da ein Segment zwei Bürsten gleichzeitig berührt, also die zugehörigen Phasen unmittelbar aufeinander kurzschließt. Dieser Zeitpunkt ist daher so zu wählen, daß während desselben die Augenblickswerte der beiden Phasenspannungen einander gleich sind.

Die Bürsten sind daher so einzustellen, daß der Zeitpunkt, da ein Segment zwei Bürsten berührt, zusammenfällt mit dem Zeitpunkte, da sich die beiden Schaulinien e_x und e₂ (Fig. 2), welche die beiden Phasenspannungen darstellen, schneiden. Die Spannung an der Erregerwicklung ist dann durch die dick ausgezogene Linie dargestellt, der Erregerstrom selbst nähert sich infolge der großen Selbstinduktion des Feldmagneten noch mehr einem gleichbleibenden Werte. Theoretisch würde es genügen, wenn die gemeinschaftliche Berührung einen Augenblick dauerte. Da aber zur Stromleitung eine gewisse Berührungsfläche erforderlich ist, so muß die Berührung eine gewisse Zeitlang dauern. Die Änderung, welche hierdurch in der Kommutierung eintritt, gibt in der Praxis noch keinen Anlaß zu einer Funkenbildung. Es ist dagegen noch eine zweite Ursache zur Funkenbildung vorhanden, welche von der Art der Kompoundierung selbst herrührt. Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, durch welche auch diese Ursache der Funkenbildung beseitigt wird.

Jede Phasenspannung e setzt sich zusammen aus der Spannung ρ eines Spannungstransformators und aus der Spannung t eines Stromtransformators (Fig. 3). Ist die Belastung induktionslos (Leistungsfaktor = 1), so stehen die beiden Komponenten angenommenermaßen senkrecht zueinander, die resultierende Spannung e eilt der Spannung ρ um einen gewissen Winkel vor. Ändert sich bei gleichbleibender Stärke die Phase der Belastung, eilt sie z. B. um 45° nach, so wird die Spannung des Stromtransformators f. Die Resultierende e' ist jetzt größer, wie gewünscht. Bei rein induktiver Belastung (Lei-So stungsfaktor = o) fällt die Spannung des Stromtrarisformators t" in die Richtung von p, die Summenspannung ist am größten. Wie man sieht, ist die Erregerspannung um so größer, je mehr die Belastung in der Phase nacheilt. Sie ist ferner, wie man sich leicht überzeugt, um so größer, je größer die Belastung. Wie man nun aus Fig. 3 sieht, ändert sich die Erregerspannung bei einer Änderung der Belastung im allgemeinen nicht nur der Größe nach, sondern auch der Phase nach gegenüber der Spannung p, und zwar eilt sie ihr bei zunehmender Belastung um einen wachsenden Winkel vor. Die Phase der Spannung^ steht mit der Lage der Feldpole bezw. Kommutatorsegmente, wenn man von der Ankerrückwirkung vorläufig absieht, unabhängig von der Belastung in eindeutigem Zusammenhange. Daher ändert sich mit zunehmender Belastung notwendigerweise die Phase der resultierenden Spannung e rücksichtlich der Lage der Kommutatorsegmente. Wenn daher die Bürsten so eingestellt sind, daß die gemeinschaftliche Berührung zweier Bürsten durch ein Kommutatorsegment bei einer bestimmten Belastung gerade in jenem Zeitpunkte stattfindet, da die Augenblickswerte der beiden Phasenspannungen e, und e₂ (Fig. 2) einander gleich sind, so wird dies bei einer anderen Belastung nicht mehr der Fall sein. Das gibt Anlaß zur Funkenbildung.

Diese Ursache zur Funkenbildung wird durch die Ankerrückwirkung etwas vermindert. Diese bewirkt bekanntlich, daß die Kraftliniendichte an dem in der Drehrichtung vorderen Rande der Polschuhe (beim Stromerzeuger) vermindert, am hinteren Rande verstärkt wird, indem das Ankerfeld beispielsweise bei einem Nordpol N, wie Fig. 1 zeigt, am vorderen Rande eintritt, am hinteren Rande austritt. Die Ankerrückwirkung bewirkt daher, daß gegenüber der räumlichen Lage der Feldpole die in der Ankerwicklung erzeugte Spannung zeitlich nach rückwärts verschoben erscheint. Dasselbe gilt dann auch von der Spannung ρ und von der Spannung e. Dadurch wird dem. oben erläuterten Bestreben der an den Kommutator angelegten Spannung, bei zunehmender Belastung in der Phase mehr vorzueilen, entgegengewirkt.

Bei jener Form der Feldmagnete, welche bisher bei Synchronwechselstromerzeugern verwendet wurde, ist der magnetische Widerstand, welcher der Ausbildung des Ankerfeldes entgegenwirkt, groß und daher das Ankerfeld zu schwach, um die erwähnte Ursache zur Funkenbildung ganz aufzuheben. Nach der Erfindung wird nun die Wirkung des Ankerfeldes verstärkt, indem der Feldmagnet in an sich bekannter Weise eine derartige Form erhält, daß er dem Ankerfelde nur einen geringen magnetischen Widerstand bietet. Es werden z. B., wie Fig. 1 zeigt, zwischen den Polen N und 5 Hilfspole η und s angeordnet. Hierdurch wird dem Ankerfelde außer durch die Polschuhe der Hauptmagnete noch ein weiterer Weg geboten.

Die Wirkung der Hilfspole geht noch deutlicher aus Fig. 4 hervor. In dieser ist ein Teil einer vierpoligen Maschine dargestellt. Die zweiphasige Ankerwicklung ist beispiels-

weise eine konzentrierte Wicklung. Bei der eingezeichneten Stellung fließt etwa in der Spule α des Ankers augenblicklich ein starker Strom. Die Spule erzeugt ein Feld, welches durch die Pfeile dargestellt ist, die vom Anker in die Pole N und S treten und umgekehrt. Wie man sieht, schwächt die Ankerrückwirkung die Kraftlinieridichte an den vorderen Polschuhhörnern und verstärkt sie an den hinteren Polschuhhörnern. Durch den Hilfspol ist dem Ankerfelde ein weiterer Weg gegeben. Der Hilfspol nimmt dabei jene Magnetisierung an, welche der in der Drehrichtung vor ihm liegende Hauptpol besitzt. Das resultierende Feld ist daher aus der Mittellinie der Hauptpole nach rückwärts verschoben. Dasselbe tritt dann auch bei der im Anker erzeugten Spannung ein. Selbstverständlich könnte statt der Hilfspole auch irgend eine andere Form des Feldmagneten verwendet werden, welche dem Ankerfelde geringen magnetischen Widerstand entgegensetzt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Synchroner Wechselstromerzeuger mit Selbsterregung und Kompoundierung, indem der der Spannung und dem Belastungsstrom der Maschine proportionale Erregerwechselstrom dem Feldmagneten über einen Kommutator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldmagnet ζ. B. durch Anbringen von Hilfspolen so ausgebildet ist, daß er der Ankerrückwirkung einen geringen magnetischen Widerstand entgegensetzt, zum Zweck, die Funkenbildung am Kommutator zu verhindern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.