DE207951C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 207951 KLASSE 21 r/. GRUPPE- M 207951 CLASS 21 r /. GROUP

ROBERT MOSER in CHARLOTTENBURG.ROBERT MOSER in CHARLOTTENBURG.

für Einphasenstrom.for single phase electricity.

Zusatz zum Patente 207707 vom 21. März 1908.Addendum to patent 207707 of March 21, 1908.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. Juni 1908 ab. Längste Dauer: 20. März 1923.Patented in the German Empire on June 19, 1908. Longest duration: March 20, 1923.

Gegenstand der Erfindung ist die Weiterbildung der Maschine nach Patent 207707 in der Richtung, daß sie zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom tauglich wird. .DieThe subject of the invention is the further development of the machine according to patent 207707 in the direction that it is suitable for the generation of single-phase alternating current. .The

strenge Übertragung der Drehstromschaltung auf Einphasenstrom liefert nämlich keine befriedigende Anordnung, Eine solche würde in Fig. ι dargestellt sein,, bei welcher beispielsweise die festen ' Amperewindungen durch Gleichstrom erzeugt werden. Es bedeutet wieder s den Ständer der Hauptmaschine, e die Erregerwicklung, k die mit Gleichstrom gespeiste Wicklung des Läufers. Der Einfachheit halber ist der Erregertransformator in der Figur fortgelassen und die Erregerwicklung β durch Bürsten ζ unmittelbar an die Ständerwicklung s angeschlossen gezeichnet. Ebenso sind sämtliche Regulierwiderstände hier wie in den folgenden Figuren, soweit sie nicht für die Arbeitsweise geradezu erforderlich sind, weggelassen. Eine solche Maschine nach Fig. 1 kann nun natürlich nicht selbsterregend sein, da sich die Ständerwicklung s zur Erregerläuferwicklung β in dieser Schaltung genau so verhält, wie wenn die Maschine in Ruhe wäre, wie wenn sich also die beiden Wicklungen auf einem ruhenden Transformator befänden.Strict transfer of the three-phase circuit to single-phase current does not provide a satisfactory arrangement. Such an arrangement would be shown in FIG. 1, in which, for example, the fixed ampere-turns are generated by direct current. It again means s the stator of the main machine, e the field winding, k the winding of the rotor fed with direct current. For the sake of simplicity, the excitation transformer has been omitted from the figure and the excitation winding β is shown connected directly to the stator winding s by brushes ζ. Likewise, all regulating resistors are omitted here and in the following figures, unless they are absolutely necessary for the mode of operation. Such a machine according to FIG. 1 can of course not be self-exciting, since the stator winding s behaves to the exciter rotor winding β in this circuit exactly as if the machine were at rest, as if the two windings were on a stationary transformer.

Es ist gemäß der Erfindung vielmehr notwendig, die einphasige Erregung nahezu ganz oder teilweise in eine Drehfelderregung überzuführen, und das kann nach Fig. 2 in an sich bekannter Weise bei Synchronismus durch ein zweites Paar kurzgeschlossener Bürsten χ geschehen. Denkt man sich aber in Fig. 2 vorerst die Gleichstromläuferwicklung k stromlos und durch irgendein Mittel in die Erregerbürsten ζ einen synchronen Wechselstrom eingeleitet, so wird die an diese Bürsten anzulegende Spannung bekanntlich nahezu in Phase mit dem Strome sein. Hingegen ist die Ständerspannung, welche durch das vom Strome erzeugte Läuferfeld hervorgebracht wird, um 90 ° gegen den Strom verschoben. Die Ständerspannung kann also nicht an die Bürsten ζ zur Erzeugung dieses Erregerstromes unmittelbar gelegt werden, sondern es müßte eine Drosselspule oder ein Kondensator 0 in die Erregerleitung eingefügt werden. Die Bürsten werden im allgemeinen auch aus der gezeichneten Stellung mehr oder weniger herausgedrückt werden müssen. Es ist weiter zu beachten, daß im Läufer doch ein geringes Wechselfeld vorhanden bleibt, das durch den ohmischen Abfall in der Erregerwicklung e und bei Belastung durch die Streuung zwischen den beiden Läuferwicklungen bedingt ist. In der Läuferwicklung k wird also eine geringere Wechselspannung auftreten, die immerhin ungefähr von der GrößenordnungAccording to the invention, it is rather necessary to convert the single-phase excitation almost entirely or partially into a rotating field excitation, and this can be done according to FIG. 2 in a manner known per se with synchronism by a second pair of short-circuited brushes χ . If, however, in Fig. 2 one initially imagines the DC rotor winding k currentless and a synchronous alternating current introduced into the exciter brushes ζ by some means, the voltage to be applied to these brushes is known to be almost in phase with the current. In contrast, the stator voltage, which is produced by the rotor field generated by the current, is shifted by 90 ° against the current. The stator voltage cannot be applied directly to the brushes ζ to generate this excitation current, but a choke coil or a capacitor 0 would have to be inserted into the excitation line. The brushes will generally have to be pushed out more or less from the position shown. It should also be noted that a small alternating field remains in the rotor, which is caused by the ohmic drop in the excitation winding e and, when loaded, by the scatter between the two rotor windings. A lower alternating voltage will therefore occur in the rotor winding k , which is approximately of the same order of magnitude

der Gleichstromspannung ist und einen übergelagerten . Wechselstrom in der Leitung erzeugen wird. Um diesen Wechselstrom zu verbinden, kann eine Drosselspule η in die Gleichstromleitung eingeschaltet werden.the direct current voltage and a superimposed. Will generate alternating current in the line. In order to connect this alternating current, a choke coil η can be switched into the direct current line.

Die Drosselspule (oder der Kondensator) ο in der Erregerleitung ließe sich ersparen, wenn man die Kurzschlußbürsten χ ungefähr in die Achse der Ständerwicklung stellt, wie es inThe choke coil (or the capacitor) ο in the excitation line could be saved if the short-circuit brushes χ are placed approximately in the axis of the stator winding, as shown in

ίο Fig. 3 angegeben ist. Die Erregung findet dann gewissermaßen durch die %-Bürsten statt, und die Ständerspannung ist mit der anzulegenden Läuferspannung in Phase. Der Kurzschluß über die «-Bürsten hat aber gleichzeitig die Eigenschaft, die Ständeramperewindungen teilweise aufzuheben. Die Anordnung gleicht dann, abgesehen von der Gleichstromwicklung k, einer selbsterregenden und kompoundierenden Maschine, wodurch sie für den Zweck der Erfindung etwas unstabil wird. Es ist daher günstig, die Bürsten χ aus der Achse der Ständerwicklung herauszudrehen, um die Kompoundiemngswirkung abzuschwächen. Dann ist aber wieder zur Herstellung einer vollkommenen Selbsterregung eine Induktionsspule 0 o. dgl. in der Erregerleitung erforderlich, wenn auch von kleineren Abmessungen wie in Fig. 2.ίο Fig. 3 is indicated. The excitation then takes place to a certain extent through the% brushes, and the stator voltage is in phase with the rotor voltage to be applied. The short circuit across the brushes also has the property of partially canceling the stator ampere turns. The arrangement then resembles, apart from the direct current winding k, of a self-exciting and compounding machine, whereby it becomes somewhat unstable for the purpose of the invention. It is therefore beneficial to unscrew the brushes χ from the axis of the stator winding in order to weaken the compounding effect. But then again an induction coil 0 or the like is required in the excitation line to produce complete self-excitation, albeit of smaller dimensions as in FIG. 2.

Anstatt die Läuferwicklung k mit Gleichstrom zu speisen, kann dies, ähnlich wie bei der Drehstromanordnung, auch mit Drehstrom oder Wechselstrom geschehen, der von einer zwangläufig gekuppelten Erregermaschine geliefert wird. Eine gleichwertige Abänderung der Schaltung nach Fig. 3 mit nur einer Läuferwicklung ist in Fig. 4 gezeichnet, wo die festen Amperewindungen durch die einphasige Erregermaschine d hervorgerufen werden. Letztere ist mit der Läuferwicklung I und mit den Klemmen der Ständerwicklung (bzw. dem nicht gezeichneten Erregertransformator) in Reihe geschaltet. Bei dieser Anordnung besitzt die Erregermaschine schon eine genügende Selbstinduktion, so daß eine weitere Induktionsspule überflüssig wird. Die Bürsten werden also ungefähr in die angegegebene Lage gebracht werden müssen.- Es läßt sich beweisen, daß sich mit einer solchen Anordnung ein vollkommen unveränderlicher oder ein in gewissen, leicht zu bestimmenden Grenzen veränderlicher Strom bei beliebigen Verhältnissen im Netz erzielen läßt, genau so wie bei Drehstrom.Instead of feeding the rotor winding k with direct current, this can also be done with three-phase or alternating current, similar to the three-phase arrangement, which is supplied by a positively coupled exciter. An equivalent modification of the circuit according to FIG. 3 with only one rotor winding is shown in FIG. 4, where the fixed ampere turns are caused by the single-phase exciter d . The latter is connected in series with the rotor winding I and with the terminals of the stator winding (or the excitation transformer, not shown). With this arrangement, the exciter machine already has sufficient self-induction so that a further induction coil is superfluous. The brushes will therefore have to be brought approximately into the given position.- It can be proven that with such an arrangement a completely unchangeable current or a current which can be changed within certain easily determinable limits can be achieved under any conditions in the network, just like with three-phase current.

Anstatt die Wechselfelder durch ein Paar kurzgeschlossener Bürsten' in Drehfelder überzuführen, kann dies auch durch eine auf dem Läufer neben den anderen Wicklungen befindliche Kurzschlußwicklung j wie in Fig. 5 geschehen. Ein den Bürsten ζ zufließender synchroner Wechselstrom erzeugt mit Hilfe dieser Wicklung in der Hauptsache ein fast vollkommenes und synchrones Drehfeld, wobei die anzulegende Spannung nahezu in Phase mit dem Erregerstrome ist. Wie sich leicht finden läßt, muß die Achse der Bürsten ζ ebenfalls nahezu senkrecht zur Ständerachse stehen, wenn Selbsterregung stattfinden soll. Diese Anordnung entspricht also jener in Fig. 3; dagegen würde eine mit Fig. 4 gleichwertige Anordnung mit einer zwangläufig gekuppelten Einphasenerregermaschine in Fig. 6 dargestellt sein. Hier sind die Wicklungen e und k ebenfalls in eine einzige I vereinigt.Instead of converting the alternating fields into rotating fields through a pair of short-circuited brushes, this can also be done through a short-circuit winding j located on the rotor next to the other windings, as in FIG. With the help of this winding, a synchronous alternating current flowing to the brushes ζ mainly generates an almost perfect and synchronous rotating field, whereby the voltage to be applied is almost in phase with the excitation current. As can be easily found, the axis of the brushes ζ must also be almost perpendicular to the stator axis if self-excitation is to take place. This arrangement therefore corresponds to that in FIG. 3; on the other hand, an arrangement equivalent to FIG. 4 with a positively coupled single-phase excitation machine would be shown in FIG. 6. Here the windings e and k are also combined into a single I.

An Stelle der Hintereinanderschaltung von Erregermaschine d, gemeinsamer Läuferwicklung I und Erregertransformator (Ständerklemmen) kann wie bei Drehstrom eine Parallelschaltung unter den dort angegebenen Vorsichtsmaßregeln stattfinden. Als Beispiel ist' eine solche in Fig. 7 angeben, wo die Erregermaschine sechsphasig mit den Bürsten y an die Läuferwicklung I. angeschlossen ist, dagegen der Erregerstrom über einen Widerstand w zu zwei gemeinsamen Bürsten z, y zugeführt wird. Es könnten auch besondere Erregerbürsten angewendet und, wie z. B. in Fig. 8, die Erregermaschine einphasig mit einem zu den ^-Bürsten senkrechten Bürstenpaar y angeschlossen werden. Der Widerstand w ist dann auch nicht unbedingt erforderlich.Instead of connecting the exciter d, the common rotor winding I and the exciter transformer (stator terminals) in series, a parallel connection can take place as with three-phase current, taking the precautionary measures specified there. As an example, one is indicated in FIG. 7, where the excitation machine is connected in six phases with the brushes y to the rotor winding I. , whereas the excitation current is fed via a resistor w to two common brushes z, y. Special exciter brushes could also be used and, such as. B. in Fig. 8, the exciter machine can be connected in one phase with a pair of brushes y perpendicular to the ^ brushes. The resistance w is then also not absolutely necessary.

Noch eine weitere Abänderung läßt sich bei Anwendung der Kurzschlußwicklung erreichen, wenn man den einphasigen Erregerstrom des Erregertransformators durch einen mit geradliniger Sättigungskurve arbeitenden Phasenumformer in Drehstrom umwandelt, so daß der Läuferstromkreis eine durchweg mehrphasige Schaltung erhalten kann.Another modification can be achieved when using the short-circuit winding, if you pass the single-phase excitation current of the excitation transformer through a straight line Saturation curve working phase converter converts into three-phase current, so that the rotor circuit is a consistently multi-phase Circuit can get.

Weiter kann die Kurzschlußwicklung, wie bekannt, durch zwei zueinander senkrecht stehende kurzgeschlossene Bürstenpaare ersetzt werden. Ferner ist die Vereinigung der Schaltung nach Fig. 3 und 5 oder 4 und 6 möglich.Furthermore, as is known, the short-circuit winding can be perpendicular to one another by two standing, short-circuited pairs of brushes must be replaced. Furthermore, the association is the Circuit according to Fig. 3 and 5 or 4 and 6 possible.

• Bekanntlich hat die Kurzschlußwicklung auch die Eigenschaft, die Kommutierung wesentlich zu verbessern. Dies wäre ein Grund, dieselbe auch bei Drehstrom anzuwenden. Die Bemessung der Leiterquerschnitte in dieser Wicklung würde dort aber nach anderen Ge-Sichtspunkten zu erfolgen haben, da nur geringere Feldschwankungen auszugleichen sind; Im äußeren würde aber dann die Drehstromanordnung mit der Einphasenschaltung, abgesehen von der Phasenzahl, übereinstimmen, so daß sich bei entsprechender Ausbildung der Kurzschlußwicklung eine für beide Stromarten verwendbare Anordnung, nach passender Ein- _λ stellung der Bürsten und der übrigen Teile, erreichen läßt.· Die hier zu verwendenden• It is well known that the short-circuit winding also has the property of significantly improving the commutation. This would be a reason to also use the same for three-phase current. The dimensioning of the conductor cross-sections in this winding would have to take place there according to other Ge points of view, since only minor field fluctuations have to be compensated; In the outer but would then be the rotational flow arrangement with the single-phase circuit, except for the number of phases coincide so that a usable for both types of current arrangement, can, with appropriate design of the short-circuit winding for suitable input _λ position of the brushes and of the other parts, to achieve. · The ones to be used here

Drehstrom- oder Wechselstrommaschinen werden natürlich auch, wie gewöhnliche Wechselstrommaschinen, mit Dämpferwicklungen zu versehen sein, um die störenden Wirkungen der Feldpulsationen zu vermeiden.Three-phase or alternating current machines are of course also, like ordinary alternating current machines, to be provided with damper windings to avoid the disruptive effects to avoid field pulsations.

Die angegebenen Anordnungen sind zwei; polig dargestellt, lassen sich natürlich aber mit beliebiger Polzahl ausführen.The arrangements given are two; shown in poles, but can of course with any number of poles.

Das Verfahren zur Einstellung der BürstenThe procedure for adjusting the brushes

ίο kann in derselben Schaltung wie bei Drehstrom mit Hilfe einer fremden, zwangläufig synchronen Stromquelle ausgeführt werden. Soll vollkommen unveränderlicher Strom erreicht werden, müssen, wie dort, alle Teile so eingestellt sein, daß bei beliebiger zugeführter Ständerspannung der Ständerstrom Null ist. Die Erregermaschine muß hier bei dem Versuch im Gegensatz zu Drehstrom stets, auch bei getrennten Läuferwicklungen k und e, betriebsmäßig angeschlossen bleiben, damit die Rückwirkung der wenn auch kleinen Wechselfelder auf die Erregermaschine berücksichtigt wird.ίο can be carried out in the same circuit as with three-phase current with the help of an external, necessarily synchronous power source. If a completely unchangeable current is to be achieved, all parts must, as there, be set in such a way that the stator current is zero for any stator voltage supplied. In contrast to three-phase current, the exciter machine must always remain operationally connected during the experiment, even with separate rotor windings k and e , so that the reaction of the albeit small alternating fields on the exciter machine is taken into account.

Soll sich der Strom nur in gewissen Grenzen ändern, so war für Drehstrom eine Regel gegeben, nach welcher bei dem Versuch die Bürsten so eingestellt werden müssen, daß das Verhältnis »Ständerstrom zu Ständerspannung« am kleinsten ist. Nimmt man. , nun den Ständer als verlustlos an, so gibt diese Stellung bei dem Versuch einen Zustand, bei dem die Ständeramperewindungen in Phase sind mit den resultierenden Läuferamperewindungen (letztere bei Einphasenstrom natürlich bezogen auf die Achse der Ständerwicklung). Das bedeutet auch, daß die Phasenverschiebung zwischen Ständerstrom und -spannung 90 ° beträgt, und dieses Kennzeichen soll bei Einphasenstrom benutzt werden, um eine leicht berechenbare (begrenzte) Stromänderung zu er- - reichen.If the current should only change within certain limits, there was a rule for three-phase current, after which the brushes must be adjusted in the attempt so that the ratio of "stator current to stator voltage" is the smallest. Taking. , well the stand as lossless, then this position gives a state in the attempt at where the stator amp turns are in phase with the resulting rotor amp turns (The latter with single-phase current, of course, related to the axis of the stator winding). This also means that the phase shift between stator current and voltage 90 °, and this indicator is intended to be used for single-phase power to achieve a slight to achieve a calculable (limited) change in current.

Es muß hinzugefügt werden, daß das Verfahren zur Einstellung der Bürsten, wie auch bei Drehstrom, nicht auf die Anordnungen zur Erzeugung von Strom begrenzter Stärke beschränkt, sondern auch für andere selbsterregende Maschinen mit Stromwender anwendbar ist. Unter »Ständerstrom« kann man streng genommen den wahren Strom im Ständer der Hauptmaschine oder auch den vor der Maschine gemessenen Gesamtstrom verstehen, der . auch den Erregerstrom in sich schließt. Da letzterer nur einen geringen Bruchteil (meist kaum 2 bis 3 Prozent) des Ständerstromes beträgt, ist es nicht von Belang, ob man den Ständer- oder Gesamtstrom mißt.It must be added that the procedure for adjusting the brushes, as well in the case of three-phase current, not on the arrangements for generating electricity of limited strength limited, but can also be used for other self-exciting machines with commutators is. Strictly speaking, the “stator current” can be the real current in the stator of the main machine or the one in front of it Understand the total current measured by the machine. also the excitation current in itself closes. Since the latter is only a small fraction (mostly barely 2 to 3 percent) of the Stator current, it does not matter whether you use the stator current or the total current measures.

Auch als Synchronmotor kann eine Maschine für Einphasenstrom nach vorliegender Erfindung mit denselben Eigenschaften wie bei Drehstrom Verwendung finden. Wie dort könnte man z. B. einen solchen Motor (z. B. leerlaufend) mit einem elektrische Energie verzehrenden Apparat (z. B. für metallurgische Zwecke) in Reihe schalten. Dann würde man die in den Apparat von einem Netz aus zufließende Stromstärke beliebig einstellen können, und diese Stromstärke würde unbedingt aufrechterhalten werden, wenn sich auch der Widerstand des Apparates beliebig verändert. Die Einstellung der Stromstärke erfolgt nur durch Regelung des Gleichstromes bei den Anordnungen nach Fig. 1, 2, 3 und 5 oder durch alleinige Regelung der Erregung an der Erregermaschine, z. B. bei den Anordnungen nach Fig. 4, 6, 7 und 8.A machine for single-phase current can also be used as a synchronous motor according to the present Invention with the same properties as with three-phase current use. Like there you could z. B. such a motor (z. B. idling) with an electrical energy consuming Connect the apparatus (e.g. for metallurgical purposes) in series. Then one would be the one flowing into the apparatus from a network Amperage can be set arbitrarily, and this amperage would absolutely be maintained if the Resistance of the apparatus changed at will. The amperage is only set by regulating the direct current in the arrangements according to FIGS. 1, 2, 3 and 5 or by controlling the excitation on the exciter machine alone, e.g. B. in the arrangements according to Figs. 4, 6, 7 and 8.

Man hat also die Einstellung der Stromstärke des Apparates vollkommen in der Hand.So you have the setting of the current strength of the apparatus completely in your hand.

Wenn man die in den Fig. 2 und 3. angegebene und in Fig. 5 ebenfalls anwendbare Drosselspule 0 in der Erregerleitung reichlich bemißt, ist die .Maschine imstande, auch bei veränderter Umdrehungs-, also auch Periodenzahl einen Strom begrenzter Stärke zu liefern. Denn dann wird z. B. bei geringerer Periodenzahl die Drosselspule einen ungefähr in demselben Verhältnis vergrößerten Erregerstrom hindurchlassen, so daß wieder die Bedingungen der Selbsterregung angenähert erfüllt sind. Dasselbe würde auch bei Drehstrom eintreten. If the inductor 0 in the exciter line indicated in FIGS. 2 and 3 and also applicable in FIG. 5 is sufficiently dimensioned, the .Maschine is able to deliver a current of limited strength even with a changed number of revolutions, i.e. also the number of periods. Because then z. B. with a lower number of periods, the choke coil let through an excitation current increased approximately in the same ratio, so that the conditions of self-excitation are again approximately fulfilled. The same would also happen with three-phase current.

Claims

Patent Claims:

1. Synchronous AC machine for generating a current of limited strength according to patent 207707 for single-phase current, characterized in that for the complete or partial cancellation of all alternating fields or their conversion into rotating fields short-circuited brushes or a short-circuit winding is applied to the rotor.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the fixed ampere turns are generated by direct current, wherein. into the DC line Choke coil is switched on if there is a superimposed alternating current prevented shall be.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the fixed ampere turns can be generated by a positively coupled, single or multi-phase alternating current machine.

4. A method for adjusting the brushes in the arrangements according to claim 1 to 3, characterized in that the arrangements are operationally switched as according to the main patent and with interrupted Direct current or with an unexcited 120.

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Exciter machine must be connected to a necessarily synchronous power source, and then brought the brushes into that position for a perfectly unchangeable current, and also the resistors and transformers are set so that at any voltage supplied the stator or total current is zero, while the phase shift between Voltage and stator or total current should be approximately 90 °.

1 sheet of drawings.