DE199196C

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Publication number: DE199196C
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Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Gleichstrom konstanter Richtung unabhängig von der Drehrichtung der erzeugenden Maschine oder Maschinen, wobei die Spannung nach oben begrenzt also nicht proportional der Drehzahl ist.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, daß eine Hauptmaschine von einer mit

ίο ihr in Abhängigkeit angetriebenen Erregermaschine erregt wird. Die Erregung der Erregermaschine wird im wesentlichen von zwei elektromotorischen Kräften beeinflußt, erstens von einer Quelle nahezu konstanter elektromotorischer Kraft und zweitens von einer elektromotorischen Kraft, die proportional der Belastung oder einem Teil der Belastung der Hauptmaschine und der zweiten Potenz der Drehzahl ist. Der von der Erregermaschine hervorgebrachte Strom wird daher durch den Einfluß zweier elektromotorischer Kräfte hervorgerufen, von denen die eine proportional "der Drehzahl und die andere proportional dem Belastungsstrom der Hauptmaschine mal der dritten Potenz der Drehzahl ist. Diese beiden elektromotorischen Kräfte wirken einander entgegen, so daß der Hauptstrom der Erregermaschine durch die Difrerenzwirkung der beiden elektromorischen Kräfte entsteht.

Die Richtung des Stromes ändert sich mit der Drehrichtung der Maschine bzw. der Maschinengruppe. Da dieser Strom zur Erregung der Hauptmaschine benutzt wird, wird die Polarität der Hauptmaschine auch bei wechselnder Drehrichtung dieselbe bleiben. Der Strom einer in dieser Weise erregten Hauptmaschine läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

i = α

(b — eiri¹),

wobei, wenn man von den Eisensättigungen absieht, a, b und c Konstanten darstellen, während η die Drehzahl und i den Strom der Hauptmaschine bedeuten.

Bei den bis jetzt bekannten Einrichtungen zur Erzeugung von Gleichstrom begrenzter Spannung ist an Stelle des in obiger Gleichung stehenden, die schwächende Wirkung ergebenden Gliedes c i n² nur der Wert c i vorhanden. In vorliegendem Fall erhält man also dadurch eine bedeutend energischere, schwächende Wirkung, daß < der obige für die Schwächung maßgebende Ausdruck der zweiten Potenz der Drehzahl proportional gemacht ist, so daß schon eine sehr geringe Zunähme der Drehzahl eine derartig schwächende Wirkung auf das Erregerfeld einsetzen läßt, daß die Spannung nur unwesentlich zunehmen kann.

An Hand der beiliegenden Zeichnung soll im nachstehenden ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Mit d ist die Erregermaschine, mit c die Hauptmaschine bezeichnet. Die Erregermaschine d kann eine Maschine mit Hilfsbürsten von der in früheren Patenten der Erfinderin beschriebenen Art

oder aber auch eine andere Gleichstrommaschine sein, deren Spannungsrichtung' sich mit der Drehrichtung ändert und deren Spannungsgröße bei entsprechender Einstellung der Maschine mit zunehmender Drehzahl abnehmen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen zur Beeinflussung der Erregung der Erregermaschine zwischen deren Hauptbürsten α α angeordnete Hilfsbürsten b b, welche in den Erregerstromkreis eingeschaltet sind, d. h. in Reihe mit der Erregerwicklung / und der Erregerstromquelle e liegen. Das in Richtung der Hauptbürsten α α erzeugte Ankerfeld der Erregermaschine wird zweckmäßig durch eine Wicklung / ausgeglichen.

Die Erregermaschine d, soweit sie bis jetzt beschrieben ist, d. h. nur mit den Ständerwicklungen f und / versehen, würde in der Erregerwicklung g der Hauptmaschine c einen Erregerstrom senden, welcher der Drehzahl der Maschine d direkt proportional wäre, denn in der Erregermaschine d ist nur das etwa in der Richtung der- Bürsten b b verlaufende Feld wirksam, welches in der Wicklung f und der Ankerwicklung durch den von der Batterie e gelieferten konstanten Erregerstrom hervorgerufen wird.
: Gemäß der Erfindung wird nun aber in der den Hilfsbürsten b b zugeordneten, etwa in die Richtung der Hauptbürsten α α fallenden Feldachse der Maschine durch eine weitere Wicklung h ein Feld erzeugt, welches an den Hilfsbürsten b b eine der Drehzahl der Erregermaschine d proportionale Spannung in bekannter Weise hervorruft. Die Feldwicklung h wird nun von ähnlichen Hilfsbürsten b_x b_l der Hauptmaschine gespeist, an welchen eine der Drehzahl und dem Belastungsstrom der Hauptmaschine proportionale Spannung herrscht. Das von der Wicklung h hervorgerufene Feld ist also proportional dem Belastungsstrom der Hauptmaschine und der Drehzahl derselben, hingegen die durch Umlauf des Ankers der Erregermaschine d in dem Felde der Wicklung h an den Bürsten b b hervorgerufene Spannung proportional der Belastung der Hauptmaschine und dem Quadrat der Drehzahl derselben, da ja die Hilfsmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hauptmaschine angetrieben wird.

Man kann sich nun den von den Bürsten a a an die Wicklung g abgegebenen Strom aus zwei Teilen bestehend denken, von denen der eine Strom proportional der Drehzahl ist (entsprechend der konstanten Erregung der Maschine), während der andere, der dem ersteren entgegenwirkt, proportional dem Belastungsstrom der Hauptmaschine nial der dritten Potenz der Drehzahl ist (entsprechend der dem Quadrat der Drehzahl proportionalen Erregung, welche durch die zwischen den Bürsten b b durch Umlauf der Ankerwicklung im Felde der Wicklung h erzeugte Spannung hervorgerufen wird). Der resultierende Strom in der Feldwicklung g der Hauptmaschine c ändert also seine Richtung mit der Drehrichtung der Maschine bzw. der Maschinengruppe. .

Durch entsprechende Einstellung der Konstanten der beiden Maschinen, z. B. mit Hilfe von parallel zu den Wicklungen gelegten regelbaren Nebenschlußwiderständen usw., oder durch Verwendung von Widerständen mit negativem oder positivem Widerstandskoeffizienten kann man erreichen, daß innerhalb gewisser Grenzen die Erregung der Hauptmaschine in demselben Maße abnimmt, wie die Drehzahl zunimmt.

Da die Erregung der Hauptmaschine sich mit der ersten und dritten Potenz der Drehzahl ändert, so muß sich die an den Hauptbürsten a_x Ci₁ der Hauptmaschine hervorgerufene elektromotorische Kraft mit der zweiten und der vierten Potenz der Drehzahl ändern, d.h. sie wechselt ihr Vorzeichen mit der Drehrichtung nicht.

Man kann an der Erregermaschine d die Bürsten b b anstatt über die Wicklung f unmittelbar über andere Wicklungen oder Widerstände beliebiger Art, etwa mit Hilfe eines Schalters o, schließen. Es wirken dann an Stelle zweier Ströme zwei Felder einander entgegen, die in besonderen Wicklungssystemen erzeugt werden.

Erregermaschinen und Haüptmaschinen kann man zu einer einzigen Maschine vereinigen, wenn man sie z. B. mit verschiedener Polzahl ausführt und dementsprechend einen Anker mit zwei Wicklungen und zwei getrennten Stromwendern wählt. Ebenso könnte man die Erregermaschine in zwei Maschinen zerlegen, von denen die eine konstant erregt, die andere durch die Wicklung h erregt ist. Hier kann jede Erregermaschine auf eine besondere Wicklung g der Hauptmaschine wirken.

Die oben aufgestellte Gleichung für die elektromotorische Kraft der Hauptmaschine gilt für den einfachsten Fall, daß das Ankerfeld der Erregermaschine in Richtung der° Hauptbürsten α α durch eine Kompensationswicklung I völlig aufgehoben ist, ebenso das Ankerfeld der Hauptmaschine in Richtung der Hilfsbürsten b_x b_x durch eine Kompensationswicklung k. Die Kompensation ist jedoch nicht unbedingt nötig. Die Wicklung/ kann z. B. das Ankerfeld in Richtung der Hauptbürsten α α nur teilweise oder auch überkompensieren oder auch jenes Feld verstärken. Dasselbe gilt für die Wicklung k,

Die Kompensationswicklung I₁ in Richtung der Hauptbürsten a_x a_x der' Hauptmaschine kann zu dem Zweck angewendet werden, um die Spannung der Maschine c unabhängig von der Zahl und dem Stromverbrauch der an die Hauptmaschine angeschlossenen Stromverbraucher zu machen. Zweckmäßig läßt man die Wicklung I₁ nur von demjenigen Teil des Belastungsstromes durchfließen, weleher veränderlich ist.

Die an die Hauptbürsten a_x angeschlossen gezeichnete Batterie e, kann mit der an die Hilfsbürsten b b ■ der Erregermaschine angeschlossenen Batterie e ganz oder teilweise identisch sein.

Um die an den Bürsten b_x b_Y der Hauptmaschine auftretende elektromotorische Kraft einzustellen, kann man eine irgendwie regelbare weitere Feldwicklung ρ benutzen, die vom Gesamtstrom der Maschine c durchflossen wird. An deren Stelle oder zu deren Ergänzung könnte auch noch die gleichfalls zweckmäßig irgendwie einstellbare Feldwicklung g^l benutzt werden, welche im Nebenschluß zu den Hauptbürsten Ci₁ U₁ der Hauptmaschine liegt.

Bei Verwendung der Wicklung g¹ geht die oben erwähnte Gleichung der Maschine über in

i = α η¹ [b — c (i — d) n%

wobei d eine von der Stärke des Feldes g^x abhängige Konstante bedeutet.

Durch Änderung des Feldes von g^l läßt

sich der Wert, dem 2 sich asymptotisch nähert, beliebig einstellen. Die Maschine kann also auf diese Weise mit verschieden einstellbaren, konstanten Strömen arbeiten.

Es kann u. U. zweckmäßig sein, das Vorzeichen von d negativ und dasjenige von i positiv zu wählen. Dann würde die Gleichung lauten:

i = α η"¹ \b — c (d — i) n²].

Claims

Patent-Ansprüche:

I. Einrichtung zur Erregung von Maschinen für Gleichstrom konstanter Richtung und nach oben begrenzter Spannung mittels einer Erregermaschine, deren Spannung durch eine konstante und eine dieser entgegenwirkende, veränderliche Erregung bei zunehmender Drehzahl vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Erregung der Erregermaschine von einer der Belastung der stromerzeugenden Hauptmaschine und der zweiten Potenz der Drehzahl jener Maschine proportionalen Spannung hervorgerufen wird, zum Zwecke, eine möglichst rasch wirkende Regelung der Hauptmaschine zu erzielen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Erregung der Erregermaschine durch eine Spannung beeinflußt wird, welche Hilfsbürsten der Hauptmaschine entnommen wird, die etwa in Richtung der Hauptfeldachse der Hauptmaschine liegen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Spannung an den Hilfsbürsten der Hauptmaschine eine vom Hauptstrom oder einem Teil des Hauptstromes durchflossene Feldwicklung (p' bzw. I₁) angeordnet ist, die ein Feld in Richtung der Hauptbürstenachse der Maschine erzeugt.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Wertes, dem sich der Hauptstrom der Hauptmaschine nähert, eine regelbare Feldwicklung (g¹) angeordnet ist, die im Nebenschluß zu der Hauptmaschine liegt und ein Feld in Richtung der Hauptbürsten der Hauptmaschine erzeugt.

■5. Einrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Grades der Abhängigkeit der Feldstärke der Erregermaschine von ihrer Drehzahl eine regelbare Feldwicklung (I) vorgesehen ist, die in Richtung der Arbeitsbürsten der Erregermaschine ein Feld er- zeugt, welches die dem konstanten Teil des Hauptfeldes der Erregermaschine entgegenwirkende veränderliche Spannung beeinflußt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.