DE191729C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 191729 KLASSE 21 d. GRUPPE- M 191729 CLASS 21 d. GROUP

Ankernutzstromfeld.Armature useful current field.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Juni 1906 ab.Patented in the German Empire on June 20, 1906.

Die wichtigste Form des in der deutschen Patentschrift 178053, Kl. 21 d, angegebenen Gleichstromerzeugers hat die Eigenschaft, daß das vom Nutzstrom erzeugte Ankerfeld dem primären Feld unmittelbar entgegengesetzt ist, wodurch die Maschine stark abfallende Charakteristik hat und, konstante Felderregung vorausgesetzt, bei ziemlich weitgehender Veränderung des äußeren Widerstandes und der Drehzahl auf annähernd konstanten Strom regelt. Auch bei völligem Kurzschluß des äußeren Stromkreises ist der Strom' nur wenig größer als der Normalstrom.The most important form of that specified in German patent specification 178053, class 21 d DC generator has the property that the armature field generated by the useful current to the primary field is directly opposite, making the machine sharply sloping Has characteristic and, assuming constant field excitation, with fairly extensive change the external resistance and the speed regulates to an approximately constant current. Even if the in the external circuit, the current is only slightly larger than the normal current.

Die konstante Felderregung kann, gegebenenfalls mit Hilfe von hochbelasteten Eisendrahtvorschaltwiderständen, durch Nebenschlußselbsterregung hergestellt werden, wenn die Maschine auf ein Netz annähernd konstanter Spannung oder konstanten Widerstandes arbeitet; wenn sie aber Stromkreise speist, deren Widerstand sich fortwährend ändert, unter Umständen von Unendlich bis Null, wie Bogenlampen, elektrische öfen, Karbidanlagen, Schweißanlagen, ist eine Nebenschlußerregung praktisch ausgeschlossen.The constant field excitation can, if necessary with the help of highly loaded iron wire series resistors, can be produced by shunt self-excitation when the machine is approximately constant on a network Voltage or constant resistance works; but if it feeds circuits, whose resistance changes continuously, possibly from infinity to zero, such as arc lamps, electric ovens, carbide systems, welding systems, is a shunt excitation practically impossible.

Bei der Erfindung wird Hauptstromerregung angewandt und trotzdem das wesentliche Kennzeichen der Maschine — in weitem Bereiche stark fallende Charakteristik und begrenzter Kurzschlußstrom — durch eine besondere Anordnung des Magnetsystems erzielt.In the invention, main current excitation is used and yet the essential characteristic of the machine - in wide areas sharply falling characteristics and more limited Short circuit current - achieved by a special arrangement of the magnet system.

In Fig. ι ist die fremderregte Maschine dargestellt, und zwar in einer Form, die keine bedeutende magnetische Streuung hat.In Fig. Ι the separately excited machine is shown, in a form that has no significant magnetic scattering.

Fast alle Kraftlinien, welche durch die aus der Batterie Q. gespeisten Feldspulen f in den Magnetpolen M erzeugt werden, durchsetzen auch den Anker; und umgekehrt würden fast alle Kraftlinien, die im Anker dadurch erzeugt werden, daß ein Nutzstrom durch die Bürsten B B ein- und austritt, auch die Magnete M durchsetzen. Nun ist bekanntlich bei dieser Maschine im normalen Betriebszustand nur ein sehr schwaches Primärfeld erforderlich, um zwischen den kurzgeschlossenen Hilfsbürsten b b einen genügend starken Strom und daher ein genügend kräftiges Querfeld (Sekundärfeld) zu erzeugen; es würde dafür eine ganz geringe Zahl von primären Amperewindungen genügen. Wenn man die Amperewindungen des Nutzstromes (tertiäre Amperewindungen) entsprechend ihrer Verteilung auf dem Anker mit ihrem Wirksamkeitsfaktor in Rechnung stellt, und wenn man von der meist vernachlässigbaren Wirkung der jeweilig kommutierenden Spulen absieht, läßt sich das Reglungsprinzip dieser fremderregten Maschine in dem Satz aussprechen: Der Grenzwert der tertiären Amperewindungen ist gleich dem Wert der primären; der wirkliche Wert ist innerhalb großer Schwankungen des äußeren Widerstandes und der Tourenzahl nur wenig kleiner als dieser Grenzwert.Almost all lines of force which are generated in the magnetic poles M by the field coils f fed from the battery Q. also penetrate the armature; and conversely, almost all lines of force that are generated in the armature by the fact that a useful current enters and exits through the brushes BB would also pass through the magnets M. As is well known, only a very weak primary field is required with this machine in the normal operating state in order to generate a sufficiently strong current and therefore a sufficiently strong transverse field (secondary field) between the short-circuited auxiliary brushes bb; a very small number of primary ampere-turns would be sufficient for this. If you take into account the ampere turns of the useful current (tertiary ampere turns) according to their distribution on the armature with their effectiveness factor, and if you disregard the mostly negligible effect of the respective commutating coils, the control principle of this separately excited machine can be expressed in the sentence: The The limit of the tertiary ampere-turns is equal to the value of the primary; the real value is only slightly smaller than this limit value within large fluctuations in the external resistance and the number of revolutions.

Würde man eine gemäß Fig. 1 gebaute Maschine mit Hauptstromerregung anstatt mit Fremderregung ausrüsten, so erhielte man bei überwiegender Windungszahl derIf one were to use a machine built according to FIG. 1 with main current excitation instead equip with external excitation, one would get the with a predominant number of turns

Magnetspulen eine mit steigender Stromstärke steigende Spannung.Magnet coils have a voltage that increases with increasing current strength.

Nach der Erfindung wird nun das Magnetsystem mit Absicht so gebaut, daß ein starkes Streufeld erzeugt wird. In Fig. 2 sind die in Reihe mit dem äußeren Stromkreis, beispielsweise einem Lichtbogen L, geschalteten Feldspulen F um schwache Magnetkerne K gewickelt, über welche die Polschuhe P weit vorragen. Sowohl die Polschuhe als das Magnetjoch J sind so geformt, daß eine starke Streuung von den Polschuhen zum Joch (Streulinien s) und von einem Polschuh zum anderen (Streulinien s^l) stattfinden kann. In Fig. 2 ist nur das den tertiären Amperewindungen entsprechende Streufeld eingezeichnet, während das den Magnetspulen F entsprechende primäre Streufeld fortgelassen ist; der Verlauf des letzteren ergibt sich übrigens ohne weiteres. Nun sind die Querschnitte von Anker und Polschuhen verhältnismäßig groß, während der Querschnitt des Magnetkernes K klein bemessen wird. Für eine gewisse Amperewindungszahl des Ankers, bei welcher die Eisenquerschnitte des Streufeldweges noch ganz schwach gesättigt sind, so daß die Größe des Streuflusses proportional dem Ankerstrom gesetzt werden kann, wird der Magnetkern K schon hoch gesättigt sein, also einen großen magnetischen Widerstand darbieten. Bei einer solchen Maschine kann nicht mehr der Satz von der Gleichheit der primären und tertiären Amperewindungen zur Anwendung gebracht werden, es muß vielmehr ein effektives Feld primär aufgewendet werden, um das tertiäre Streufeld zu bekämpfen. Daher werden, um dem Ankerstrom das Gleichgewicht zu halten, die primären Amperewindungen mit steigendem Ankerstrom viel mehr als proportional erhöht werden müssen.According to the invention, the magnet system is now intentionally built so that a strong stray field is generated. In FIG. 2, the field coils F connected in series with the external circuit, for example an arc L, are wound around weak magnetic cores K , over which the pole shoes P protrude far. Both the pole pieces and the magnetic yoke J are shaped so that a strong scattering from the pole pieces to the yoke (scatter lines s) and from one pole piece to the other (scatter lines s ^l ) can take place. In FIG. 2, only the stray field corresponding to the tertiary ampere turns is shown, while the primary stray field corresponding to the magnet coils F is omitted; the course of the latter can be seen without further ado. Now the cross-sections of the armature and pole pieces are relatively large, while the cross-section of the magnetic core K is small. For a certain number of ampere-turns of the armature, at which the iron cross-sections of the stray field path are still very weakly saturated, so that the magnitude of the stray flux can be set proportional to the armature current, the magnetic core K will already be highly saturated, i.e. it will have a high magnetic resistance. With such a machine, the principle of the equality of the primary and tertiary ampere-turns can no longer be applied; instead, an effective field must be used primarily to combat the tertiary stray field. Therefore, in order to balance the armature current, the primary ampere-turns will have to be increased much more than proportionally as the armature current increases.

Fig. 3 stellt das Verhältnis zwischen FeId- und Ankeramperewindungen bei einer streuungslosen Maschine (Fig. 1) unter der Voraussetzung dar, daß die Nutzbürsten BB widerstandslos geschlossen seien und daß von Remanenz abgesehen werden kann. Bis zu hohen Werten des Ankerstromes besteht fast strenge Proportionalität zwischen Feldamperewindungen ^l W¹ und Ankeramperewindungen iF³. Es ist klar, daß hier eine Reihenschlußwicklung nicht bewirken könnte, daß die Maschine bei Kurzschluß des äußeren Stromkreises einen bestimmten mäßigen Strom gibt, und daß bei geringer Verkleinerung des äußeren Stromes die Spannung zunimmt; denn wenn man für irgendeinen¹ bestimmten Strom die Amperewindungen für Feld und Anker abgleicht, dann sind sie auch für jeden anderen abgeglichen. Es ist gewissermaßen ein indifferenter Gleichgewichtszustand vorhanden.FIG. 3 shows the relationship between field and armature amp windings in a non-scattering machine (FIG. 1) on the assumption that the utility brushes BB are closed without resistance and that remanence can be dispensed with. Up to high values of the armature current there is almost strict proportionality between field ampere turns ^ l W ¹ and armature ampere turns iF ³ . It is clear that here a series winding could not cause the machine to give a certain moderate current in the event of a short circuit in the external circuit, and that the voltage increases if the external current is reduced slightly; because if you ^{match the ampere-turns for field and armature for any 1} specific current, then they are also matched for each other. In a sense, there is an indifferent state of equilibrium.

Fig. 4 zeigt zum Unterschiede die Verhältnisse bei einer stark mit Streuung behafteten Maschine (Fig. 2). Die Schaulinie O-D-G-A gilt dabei für Aufwärtsmagnetisierung, die Schaulinie^L-G^-D'-C für Abwärtsmagnetisierung. Von einem gewissen mäßigen Wert des Ankerstromes an müssen bei widerstandsloser Verbindung der Nutzbürsten die Feldamperewindungen viel stärker zunehmen als die Ankeramperewindungen.In contrast to this, FIG. 4 shows the conditions in a machine with a high degree of scattering (FIG. 2). The sight line ODGA applies to upward magnetization, the sight line ^ LG ^ -D'-C for downward magnetization. From a certain moderate value of the armature current, the field ampere turns must increase much more strongly than the armature ampere turns with no resistance connection of the utility brushes.

Man kann aus dieser Schaulinie irgendeinen Punkt A herausgreifen und festsetzen, daß der Nutzstrom bei Kurzschluß eine solche Größe haben solle, daß die Ankeramperewindungen durch den Wert a A dargestellt seien. Es ist dann nichts anderes notwendig, als die Windungszahl des Feldes zur rechnungsmäßigen Windungszahl des Ankers im Verhältnis Oa zu a A abzugleichen. Für den der Strecke a A entsprechenden Stromwert ist die Nutzspannung gleich Null. Ist der Strom kleiner, z. B. gleich dem Werte h H, so ist auf den Magnetspulen eine durch die Strecke RH dargestellte Amperewindungszahl vorhanden, während zur Kompensation des Ankerfeldes nur eine durch die Strecke R G bezw. R G¹ dargestellte Amperewindungszahl gebraucht würde. Die frei wirkende Amperewindungszahl G H bezw. G¹ H schafft einen Sekundärstrom zwischen den Erregerbürsten, und das von diesem erzeugte Feld gibt zwischen den Nutzbürsten B B eine Spannung entsprechender Größe.One can pick out any point A from this line and stipulate that the useful current in the event of a short circuit should be of such a size that the armature ampere turns are represented by the value a A. Then nothing else is necessary than to compare the number of turns of the field with the calculated number of turns of the armature in the ratio Oa to a A. For the current value corresponding to the distance a A , the useful voltage is equal to zero. If the current is smaller, e.g. B. equal to the values h H, then a number of ampere turns represented by the line RH is present on the solenoid coils, while only one through the line RG respectively to compensate for the armature field. R G ¹ shown number of ampere turns would be needed. The freely acting number of ampere turns GH respectively. G ¹ H creates a secondary current between the exciter brushes, and the field generated by this gives a voltage of a corresponding magnitude between the useful brushes BB.

In solchen Fällen, in welchen die aufsteigende Magnetisierungsschaulinie O-D-G-A in Betracht kommt, wird daher die Spannungscharakteristik der Maschine (Nutzspannung e in Abhängigkeit vom Nutzstrom i) die in Fig. 5 dargestellte Form haben, in solchen Fällen, in welchen der fallende Ast A G¹ D¹ C in Betracht kommt, etwa eine Form, wie sie Fig. 6 zeigt. Es wäre auch möglich, eine stetig fallende Charakteristik gemäß Fig. 7 zu erhalten, indem man die Maschine für einen so kleinen Kurzschlußstrom einstellte, daß in Fig. 4 die Verbindungslinie O-A stärker gegen die Abszissenachse geneigt wäre als die Tangente an den fallenden Ast der Magnetisierungsschaulinie im Punkte C. In those cases in which the ascending magnetization curve ODGA comes into consideration, the voltage characteristic of the machine (useful voltage e as a function of useful current i) will therefore have the form shown in FIG. 5, in those cases in which the falling branch AG ¹ D ¹ C comes into consideration, for example a shape as shown in FIG. It would also be possible to obtain a steadily falling characteristic according to FIG. 7 by setting the machine for such a small short-circuit current that the connecting line OA in FIG. 4 would be more inclined to the abscissa axis than the tangent to the falling branch of the magnetization line in point C.

In den Fig. 5, 6 und 7 sind die Schaulinien bis unter die Abszissenachse verlängert. Wenn man sich nämlich in Fig. 4 den Strom über den Wert a A hinaus erhöht denkt — durch die gestrichelten Linien angedeutet —, so kehrt sich bei Reihenschaltung das Feld um, denn es wird die Gegenmagnetisierung des Ankers die primäre Magnetisierung überwinden. Von praktischer Bedeutung ist dies, wenn die Maschine als Puffermaschine zwi-In FIGS. 5, 6 and 7, the viewing lines are extended to below the abscissa axis. If one imagines the current to be increased beyond the value a A in FIG. 4 - indicated by the dashed lines - then the field is reversed when connected in series, because the counter magnetization of the armature will overcome the primary magnetization. This is of practical importance when the machine is used as a buffer machine between

sehen zwei verschiedene elektromotorische Kräfte geschaltet ist. Die Maschine kann dann positive und negative Zusatzspannung geben, d. h. als Stromerzeuger oder als Motor laufen. Für einen Wert des Stromes, der unterhalb O N liegt (Fig. 5), gibt sie positive Zusatzspannung, für einen Wert, der größer als OiV ist, Gegenspannung, und zwar ist innerhalb eines gewissen Bereiches die Zusatzspannung fast proportional der Abweichung des Stromes vom Grundwert O N. see two different electromotive forces connected. The machine can then provide positive and negative additional voltage, ie run as a generator or as a motor. For a value of the current that is below ON (Fig. 5), it gives positive additional voltage, for a value that is greater than OiV, counter voltage, and within a certain range the additional voltage is almost proportional to the deviation of the current from the basic value O N.

Es sei noch bemerkt, daß in dem Aufsatz von Rosenberg in der Elektrotechnischen Zeitschrift 1905, Seite 394 bis 401, Gleichstromerzeuger dargestellt sind, die der Patentschrift 178053 entsprechen und Magnetschenkel mit kleinem Querschnitt und weit überragende Polschuhe besitzen. An einer anderen Stelle des Aufsatzes, Seite 396, Spalte 2, Absatz 3, ist auch davon die Rede, daß man die Maschine mit Hauptstromwicklung versehen kann. Dort geschieht dies aber zu dem Zwecke, um der Maschine die Charakteristik einer Serienmaschine zu geben,It should also be noted that in the article by Rosenberg in Elektrotechnische Journal 1905, pages 394 to 401, DC generator are shown, which correspond to the patent 178053 and magnetic legs have a small cross-section and protruding pole pieces. At another part of the article, page 396, Column 2, paragraph 3, it is also mentioned that one has the machine with main current winding can provide. There, however, this is done for the purpose of giving the machine the characteristics of a series machine,

d. h. ein Ansteigen der Spannung im gleichen Sinne mit der Stromstärke zu erzielen. .Es ist in dem genannten Aufsatz weder das • Streufeld des Ankers noch insbesondere die Möglichkeit erwähnt, durch Stellen mit besonders hoher magnetischer Sättigung im Feldmagneten und durch geeignete Ausbildung der Polschuhe Primärfeld und Ankerstreuung gegeneinander so zu bemessen, daß die Nutzspannung bei steigender Stromstärke herabgedrückt werden kann.d. H. to achieve an increase in voltage in the same sense as the current. .It is in the mentioned article neither the • stray field of the anchor nor in particular the Possibility mentioned by places with particularly high magnetic saturation in the Field magnets and, through a suitable design of the pole pieces, primary field and armature scattering to be measured against each other in such a way that the useful voltage can be reduced with increasing current intensity.

Es ist selbstverständlich, daß man auch mit anderen Formen des Magnetsystems als der in Fig. 2 gezeichneten die erwünschte große Streuung erzielen kann. Beispielsweise wäre die früher beliebte Manchestertype, mit den entsprechenden Querschnitten versehen, gut geeignet.It goes without saying that one can also work with other forms of the magnet system than the in Fig. 2 drawn can achieve the desired large scatter. For example would be the earlier popular Manchester type, provided with the appropriate cross-sections, good suitable.

Claims

Patent-An saying:

DC generator according to patent 178053, class 2id, with a primary field directed opposite Armature usable current field, which is approximately half a pole pitch compared to the main brushes owes offset and conductively interconnected auxiliary brushes, characterized in that under simultaneous Use of main current excitation for the stray field of the armature a path with relatively little magnetic resistances and for the primary field places with such high magnetic Saturation can be arranged in the field magnet system, that even with a moderate value of the useful current the increase of the anchor stray field outweighs that of the primary field to which Purposes to have already started from a moderate value of the useful current a to achieve opposite changes in voltage and current.

1 sheet of drawings.