DE195118C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 ^. GRUPPE

HENRY LEITNER in MAYBURY und R. N. LUCAS in LYNTON, Engl.

feststehenden Hilfsbürstensatzes.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Juni 1905 ab.

auf Grund der Anmeldung in England vom 8. Mai 1905 anerkannt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur selbsttätigen Regelung von Gleichstrommaschinen veränderlicher Drehzahl mittels eines zwischen den üblichen Hauptbürsten angeordneten Hilfsbürstensatzes, der während der Regelung feststeht.

Bei der nach vorliegendem Verfahren verwendeten Maschine sind die Hauptbürsten im Gegensatz zu denen bei den bisher bekannten ähnlichen Maschinen nicht kurz geschlossen und die von den Hilfsbürsten abgeleitete Spannung wird in derselben Feldwicklung wie die Haupterregerspannung oder in getrennten Feldwicklungen derart zur Wirkung gebracht, daß die Hilfserregerspannung bei niedriger Drehzahl die Haupterregerspannung unterstützt, bei höherer Drehzahl und geschlossenem Stromkreis hingegen schwächt. Die von den Hilfsbürsten abgeleitete elektromotorische Kraft wird daher bei zunehmender Geschwindigkeit der Maschine größer anstatt kleiner, und die Hilfsbürsten wirken wie die Bürsten einer getrennten Reglungs- oder Entmagnetisierungsdynamo, ausgenommen, daß sie bei geringer Geschwindigkeit die entgegengesetzte Wirkung ausüben und die Erregung des Feldes unterstützen.

Die Erfindung ist anwendbar für Nebenschlußmaschinen mit zwei, vier oder mehr Polen, aber der Einfachheit wegen sei im folgenden nur eine zweipolige Maschine beschrieben.

Bei einer derartigen Maschine sind außer den gewöhnlichen zwei Bürsten zur Abnahme des Stromes zwei weitere Hilfsbürsten' unter • einem bestimmten Winkel zu den ersteren angeordnet, welche zur Ableitung eines als Hi.lfsstrom bezeichneten Stromes dienen.

Die gewöhnlichen beiden Bürsten der Maschine, welche den zum Laden der Akkumulatoren, zum Speisen der Lampen oder zu anderen Zwecken erforderlichen Nutzstrom ableiten, sind vorzugsweise unter einem beträchtlichen Voreilungswinkel angeordnet. Die Hilfsbürsten, welche den Stromwender an diametral gegenüberliegenden Punkten berühren, sind zwischen den beiden gewöhnlichen Bürsten und in einer Linie angeordnet, die die Mittelpunkte der Polschuhe in einer senkrecht zu den Hauptbürsten liegenden Richtung verbindet, und aus diesem Grunde bestimmt die Verschiebung der Hauptbürsten den Winkel, welchen die Hilfsbürsten mit der die Mittelpunkte der Polschuhe ver-

bindenden Linie bilden, und zwar eilt dieser Winkel in bezug auf die Drehrichtung vor. Die Stärke des Hilfsstromes oder seine elektromotorische Kraft, welche die Hilfsbürsten ableiten, hängt innerhalb bestimmter Grenzen von dem Winkelabstand in der Drehrichtung von der die Mittelpunkte der Polschuhe verbindenden Linie ab.

Die erwähnten Hilfsbürsten der Maschine

ίο sind zwischen die Hauptbürsten der Maschine geschaltet, und die Nebenschlußfeldwicklung ist derart angeordnet, daß, wenn die Maschine sich zu drehen und zu erregen beginnt, die von den Hilfsbürsten abgeleitete elektromotorische Kraft dazu beiträgt, das Feld zu bilden; wenn aber eine gewisse mäßige Drehgeschwindigkeit erreicht ist, so wirkt sie dem von den gewöhnlichen Bürsten der Maschine abgeleiteten Strom entgegen, so daß sie den durch die Feldmagnetwicklungen fließenden Strom zu schwächen strebt, und dieses Streben wird um so stärker, als die Drehgeschwindigkeit zunimmt. Die Folge hiervon ist eine zunehmende Schwächung des Feldes, wenn die Antriebsgeschwindigkeit zunimmt, und die Leistung der Maschine wird praktisch innerhalb weiter Grenzen unabhängig von der Antriebsgeschwindigkeit konstant erhalten.

Die Einstellung des Punktes, an welchem die von den Hilfsbürsten abgeleitete elektromotorische Kraft das Feld zu bilden oder zu schwächen beginnt, hängt von dem Abstandswinkel von der die Mittelpunkte der PoI-schuhe verbindenden Linie im Drehsinne ab. Anstatt die von den Hilfsbürsten abgeleitete elektromotorische Kraft zu verwenden, um den durch die Feldmagnetwicklungen fließenden Strom zu hemmen, kann auch von den Hilfsbürsten aus ein entmagnetisierender Strom durch eine besondere Feldmagnetwicklung geleitet werden, der das Feld nach Maßgabe der Geschwindigkeitszunahme schwächt.

Auf der Zeichnung veranschaulicht Fig. 1 das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip

. an einer gewöhnlichen Nebenschlußmaschine.

Fig. 2 veranschaulicht die Erfindung an

einer Maschine, deren Feldmagnete mit einer besonderen Spule oder Wicklung versehen sind, durch welche der von den zusätzlichen oder Hilfsbürsten abgeleitete Strom fließt.

Fig. 3 zeigt eine Maschine, bei welcher die Erregung der Maschine getrennt erfolgt.

Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß die Maschine in jeder Richtung wirksam angetrieben werden kann.

In diesen Figuren stellt α den Stromwender einer zweipoligen Nebenschlußdynamomaschine dar, während b, b^l die beiden Pole des Feldmagneten sind, c und c^l sind die gewöhnlichen Bürsten der Maschine, welche den Leitungen / und Z¹ Strom zuführen, die mit der von der Maschine zu ladenden Akkumulatorenbatterie verbunden sind, d und d¹ sind die beiden Hilfsbürsten, welche an gegenüberliegenden Stellen des Stromwenders a schleifen und vorzugsweise in einer Ebene angeordnet sind, die zwischen der Ebene, in welcher die gewöhnlichen Bürsten c und c^l stehen, und der Ebene oder Linie x-y liegt, welche die Polstücke b, b¹ halbiert.

w ist die gewöhnliche Nebenschlußwicklung des Feldmagneten.

n>¹ (Fig. 2) ist die besondere Wicklung, durch welche der von den Hilfsbürsten d, d^[ abgenommene Strom geleitet wird.

Obwohl die Teile und die Wicklungen nur schematisch dargestellt sind, so ist doch zu erkennen, daß, wenn die Maschine unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher sie angetrieben wird, eine konstante Leistung ergeben soll, die gegenelektromotorische Kraft, welche von den Hilfsbürsten d und d^l abgeleitet wird, dem durch die Feldmagnetwicklung w fließenden Strom entgegenwirkt (Fig. 1).

In ähnlicher Weise fließt der Strom, der durch die mit den Hilfsbürsten d, d¹ verbundene Feldmagnetwicklung w^x (Fig. 2) fließt, in einer' solchen Richtung, daß er der magnetisierenden Wirkung des durch die gewöhnliche Wicklung w fließenden Stromes entgegenwirkt.

Die Wirkungsweise der Anordnung mag zuerst mit Bezug auf Fig. 1 erläutert werden.

Es sei angenommen, der Anker und der Stromwender der Maschine drehen sich in der der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzten Richtung, wie sie durch den Pfeil angedeutet ist. Dadurch, daß die Hilfsbürsten unter einem gewissen Winkel zwischen der Linie x-y und einer die gewöhnlichen Bürsten c, c¹ verbindenden Linie angeordnet sind, spielen sich folgende Vorgänge ab.

Wenn die Maschine in langsame Drehung versetzt wird und sich gerade zu erregen beginnt, so ist die Polarität des von den Hilfsbürsten d, d¹ abgeleiteten Stromes, welche als die Bürsten einer unabhängigen Regelungsdynamo anzusehen sind, derart, daß die elektromotorische Kraft zu dem von den gewohnlichen Bürsten abgenommenen Strom zugefügt wird, so daß der durch die Feldmagnetwicklung »»fließende anfängliche Strom verstärkt wird.

Wenn jedoch die Geschwindigkeit bei Belastung zunimmt, so verschieben sich die wirksamen Pole der Feldmagnete infolge der Ankerrückwirkung in der Drehrichtung, und die Polarität'der Hilfsbürsten d und d¹ wird allmählich umgekehrt, wobei die elektromotorische Kraft zuerst auf Null sinkt und dann dem durch die Feldmagnetwicklung w

fließenden Strom entgegenwirkt. Je größer dann- die Drehgeschwindigkeit wird, desto größer ist. die gegenelektromotorische Kraft, welche infolge des Winkels zwischen ihnen und den Polen des die Ankerwindungen induzierenden Feldes von den Hilfsbürsten d, d¹ abgeleitet wird, und die Leistung der Maschine wird auf diese Weise praktisch konstant oder auf einer geeigneten, den Zugbeanspruchungen entsprechenden Höhe unabhängig von der Geschwindigkeit erhalten, mit welcher der Anker angetrieben wird.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 veranschaulichten Maschine ist vollkommen- ähnlieh und gleichwertig. Wenn sich der Anker in der Richtung des Pfeiles zu drehen beginnt, so führen die Bürsten d und d¹ zuerst der Wicklung w¹ einen Strom zu, der die magnetisierende Wirkung des durch die gewohnliche Feldmagnetwicklung n> fließenden Stromes auf die Feldmagnete unterstützt. Wenn jedoch die Geschwindigkeit zunimmt, und die auf diejenigen Windungen des Ankers, welche mit den Hilfsbürsten verbunden sind, wirkende Polarität sich in der Drehrichtung verschiebt, so sinkt der Strom in der Wicklung tv¹ zuerst auf Null und kehrt dann seine Richtung um. Seine Wirkung sucht daher die von der gewöhnlichen Wicklung hervorgerufene magnetisierende Wirkung auszugleichen, wobei der durch die Wicklung w^x fließende entmagnetisierende Strom mit der Antriebsgeschwindigkeit wächst und so die Leistung der Maschine konstant erhält.

Bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Anordnung wird die Erregung durch eine besondere Stromquelle bewirkt. Auf diese Weise ist es möglich, die Maschine in jeder Richtung wirksam anzutreiben und einen nutzbaren Strom ohne Anwendung von Umkehfvorrichtungen zu erzeugen.

Bei der in dieser Figur dargestellten Anordnung sind c, c¹ die Hauptbürsten der Maschine, d und d^l sind die Hilfsbürsten, die in diesem Falle in der Richtung der Linie x-y angeordnet sind. w w sind die besonders erregten Feldmagnetwicklungen, die von der Akkumulatorenbatterie ν durch die Leitungen Γ², Z^s, Z⁴ Strom erhalten. Die Feldmagnet-.

wicklungen w\ jp¹ sind ebenfalls mit der Batterie verbunden, aber gleichzeitig auch mit den Hilfsbürsten. Z und / ¹ stellen wie vorher die Hauptleitungen der Maschine dar. Die Leitungen Z², Z³ oder Z⁴ können in der Weise angeordnet sein, daß sie mittels einer Schwungkraftvorrichtung o. dgl. die Verbindung mit der Batterie nur herstellen, wenn eine gewisse Antriebsgeschwindigkeit erreicht ist.

Wenn die Geschwindigkeit, mit der die Dynamomaschine angetrieben wird, gering ist, so fließt der Strom der Batterie ν durch beide Feldmagnetwicklungen w, w und n>¹, η>^Λ, wobei die Anordnung derart ist, daß beide das Kraftfeld stärken; wenn aber die Geschwindigkeit zunimmt, so wirkt die von Hilfsbürsten d,. d^l abgeleitete gegenelektromotorische Kraft dem Akkumulatorenstrom in der Wicklung w^x, ιν^λ mehr und mehr entgegen und wird schließlich stärker als dieser. Infolgedessen wird das Feld in geeigneter Weise in dem Maße geschwächt, wie die Geschwindigkeit zunimmt, und der von. den Bürsten c, c¹ abgeleitete Strom innerhalb weiter Geschwindigkeitsgrenzen verhältnismäßig konstant erhalten.

Wenn die Maschine von- der besonderen Erregung unabhängig sein soll, so werden die Leitungen Z^s und Z⁴ von der Batterie getrennt mittels einer geeigneten Umschaltevorrichtung mit den Leitungen Z und Z ^l oder umgekehrt je nach der Drehrichtung verbunden.

Die in Fig. 3 dargestellte Maschine kann auch in der Weise abgeändert werden, daß die Wicklungen w¹, w¹ von w, w getrennt und untereinander verbunden werden, so daß die Schaltung der in Fig. 2 dargestellten Anordnung entspricht.

Die Leistung sämtlicher auf der Zeichnung dargestellten Maschinen kann in gleicher Weise durch Änderung der Stellung der Hilfsbürsten d, d^l geändert werden und es ist, wenn auch nicht durchaus notwendig, vorzuziehen, daß der Winkelabstand zwischen den Haupt- und Hilfsbürsten dadurch konstant erhalten wird, daß sie auf derselben Bürstenbrücke oder in einer anderen geeigneten Weise angeordnet sind. Eine weitere Regelung kann ferner dadurch erhalten werden, daß die Hilfsbürsten d, d¹ durch einen geeigneten veränderlichen Widerstand miteinander verbunden werden.

Durch die oben beschriebenen Anordnungen wird eine Dynamomaschine geschaffen, welche besonders den Anforderungen einer Zugbeleuchtungsanlage entspricht, d. h. sie erregt sich leicht und schnell bei geringer Geschwindigkeit und erreicht schnell ihre Maximalleistung, während bei größeren Geschwindigkeiten als die Durchschnittsgeschwindigkeit die Leistung auf ein mehr oder minder beständiges Minimum sinkt.

Mit Bezug auf* die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung können auch noch weitere Regelungsmittel angewendet werden. Diese können aus einem oder mehreren Widerständen mit negativem oder positivem Temperaturkoeffizienten bestehen, welche mit einer der Feldmagnetwicklungen hintereinander oder iao parallel geschaltet werden, je nach der gewünschten Charakteristik der Maschine.

Wo es z. B. wünschenswert ist, zum Zwecke der sicheren Erregung der Maschine den

Strom für die Feldmagnetwicklung von der zu ladenden Akkumulatorenbatterie zu entnehmen, wenn die Lampen eingeschaltet sind, kann nach dem der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Prinzip die Extraleistung, welche sich ohne eine solche Anwendung ergeben würde, ausgeglichen werden.

Claims (1)

1. Patent- Anspruch :

   ίο Verfahren zur selbsttätigen Regelung

   von Gleichstrommaschiuen veränderlicher Drehzahl mittels eines zwischen den üblichen Hauptbürsten angeordneten, während der Regelung feststehenden Hilfsbürstensatzes, dadurch gekennzeichnet, daß die an letzteren herrschende Spannung in derselben Feldwicklung wie die Haupterregerspannung oder in getrennten Feldwicklungen derart zur Wirksamkeit gebracht wird, daß die Hilfserregersparinung bei niedriger Drehzahl der Maschine die Haupterregerspannung der Maschine unterstützt, bei höherer Drehzahl und geschlossenem Stromkreise hingegen schwächt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.