DE210549C

DE210549C -

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Publication number: DE210549C
Application number: DENDAT210549D
Authority: DE

Description

Gelöscht,

KAISERLICHES

PATENTAMT.

In der Patentschrift 179460, Klasse 21 d, ist eine Gleichstrommaschine mit Wechselstrom- und Gleichstromwicklung auf demselben Anker beschrieben; die Dynamomaschine ist ein Doppelgenerator, dessen Wechselstromseite mit Schleifringen verbunden und durch Widerstände geschlossen ist, oder sie besitzt neben der Gleichstromwicklung noch einen Kurzschlußanker. Das durch die geschlossene Wechselstrom wicklung erzeugte Querfeld kann dabei zur Regelung der Maschine herangezogen werden und bei passender Abgleichung eine von Umlaufzahl und Umlaufrichtung nahezu unabhängige Gleichspannung liefern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Querfeld, innerhalb dessen durch Drehung der Gleichstromankerwicklung zwischen den um 90 elektrische Grade versetzten Bürsten eine Gleichspannung von unveränderlicher Richtung und wenig veränderlicher Stärke bei wechselnder Drehnchtung und Drehzahl erzeugt werden soll, durch passenden Kurzschluß dieser Wicklung selbst erzeugt. Die Benutzung einer gemeinsamen Ankerwicklung für den Gleichstrom und den durch übererregte synchrone Motoren, Kondensatoren oder elektrolytische Zellen gelieferten voreilenden Wechselstrom zeigen zwar auch die amerikanischen Patentschriften 712041 lind 712451.

Während dort aber der voreilende wattlose Strom das Feld verstärkt bzw. völlig ersetzt, so daß eine eigene Feldwicklung in Wegfall kommen kann, wirkt bei der vorliegenden Erfindung der nacheilende oder verzögerte wattlose Strom stets entmagnetisierend, so daß hier die Feldwicklung nötig ist. Die Wirkung der Erregermaschine der Patentschriften 712041 und 712451 beruht vollständig auf der magnetisierenden Wirkung der wattlosen Erregerströme; die Wirkung der in vorliegender Erfindung beschriebenen Maschine, die im wesentlichen für Zugbeleuchtung oder ähnliche Betriebe mit wechselnder Umlaufrichtung und -geschwindigkeit verwendet werden soll, . ist um so günstiger, je weniger stark die wattlosen Komponenten entwickelt sind.

Zur Erklärung der Wirkungsweise dienen die folgenden Figuren und Diagramme. Fig. 1 stellt im Schema eine zweipolige Anordnung dar. Fig. 4 und 5 geben andere Ausführungsformen des Ankers schematisch wieder. Fig. 2 ist ein Diagramm der Arbeitsweise. Fig. 6 zeigt einen Anker mit einem besonders gestalteten Wechselstromkurzschluß, der in Fig. 7 und 8 weiter zur Ausbildung eines Dreileiternetzes durchgebildet worden ist. Fig. 3 schließlich gibt eine andere Form der Ausbildung des Dreileiternetzes mittels eines dreiphasigen, völligen o'der teil weisen Kurzschlusses wieder. Bei allen Anordnungen sind die Bürsten um etwa 90 ° gegen die ursprüngliche neutrale Zone verschoben, so daß sie annähernd in der Richtung O A (Fig. 2) des primären oder Hauptfeldes stehen. Das Querfeld O C wird dann beispielsweise bei Linkslauf, das Querfeld O C bei Rechtslauf in den Bürsten A und D eine elektromotorische Kraft O E hervorrufen, die wegen der stets gleichzeitig erfolgenden Umkehrung von Feld

und Drehrichtung immer die nämliche Richtung beibehält. Dies ist wünschenswert bei Betrieben mit wechselnder Drehrichtung, beispielsweise bei Verwendung der Maschine zur Zugbeleuchtung.

Bei Belastung der Maschine mit Gleichstrom und unveränderter Stärke des Hauptfeldes F=OA wird die Ankerrückwirkung ein drittes Feld hervorrufen, dessen entmagnetisierende Komponente in der Richtung O E liegt und die entmagnetisierende Komponente O D des vom Wechselstrom oder Drehstrom O J hervorgerufenen Feldes O G unterstützt, etwa von O D auf O D' verstärkt, und dessen quermagnetisierende Komponente, etwa für Linkslauf O C", der quermagnetisierenden Komponente O C entgegenwirkt oder sie schwächt. Beide Ursachen bewirken eine Abnahme der Gleichspannung O E mit wachsender Belastung.

Wegen des schwächeren Feldes OA-OD' wird die E. M. K. des Wechsel- oder Drehstromes O H kleiner, also bei sonst ungeänderten Verhältnissen im Wechselstromkreis ebenso der Strom O J und somit auch sein Querfeld O C. Dieses aber dient als Hauptfeld für die Erzeugung der Gleichstromspannung O E und wird bei Belastung noch weiter geschwächt durch O C, wie beschrieben. Durch passende Wahl der Verhältnisse kann daher eine Maschine erzielt werden, die eine mit wachsender Belastung mehr oder weniger abfallende Gleichspannung von stets, und zwar auch bei wechselnder Drehrichtung, gleichbleibender Richtung liefert.

Das Hauptfeld F kann in bekannter Weise durch Erregung aus einer Batterie B und durch Nebenschlußwindungen w (Fig. 1) erzeugt werden, wobei durch Regelwiderstände r (Fig. 3) seine Stärke von Hand oder selbsttätig verändert werden kann. Oder es kann der Strom zur Selbsterregung aus den Bürsten A und D entnommen werden, deren Vorzeichen mit wechselnder Drehrichtung unverändert bleibt. Ferner kann das Hauptfeld F durch eine in entgegengesetztem Sinne (Fig. 3) oder in gleichem Sinne mit dem Nebenschluß w wirkende Hauptstromwicklung W bei wachsender Gleichstrom.belastung selbsttätig geschwächt oder verstärkt werden, wodurch die Belastungscharakteristik mehr oder weniger stark abfällt. Schließlich kann die Maschine statt als reine Nebenschlußoder Verbundmaschine bzw. Gegenverbundmaschine auch als Reihendynamo betrieben •werden, wobei die Nebenschlußwindungen w (Fig. 3) wegfallen.

Das Hilfsfeld G (Fig. 2) muß vor allem eine passende Quer komponente' O C liefern, ohne daß zu große Energieverluste auftreten. Der Phasenverschiebungswinkel φ zwischen Wechselspannung H und Wechselstrom / soll also klein sein, um ein starkes Querfeld zu erzeugen, und er soll groß sein, um kleine Energieverluste zu ergeben. Daraus folgt, daß es einen günstigsten Wert der Stromstärke / gibt, welche das Feld G (Fig. 2) hervorruft.

Diese günstigste Stromstärke wird durch passende Wahl der Nutenform und der davon abhängigen Selbstinduktion des Ankers und des Widerstandes der Ankerbewicklung und der sie überbrückenden Kurzschlußverbindungen im Falle der Fig. 1 oder durch Wahl der Anzahl und Lage der kurzgeschlossenen Stellen (Fig. 4 und 5) oder schließlich bei Fig. 6 und 7 durch Einfügung von Selbstinduktion in . die Kurzschlußverbindung a b erreicht, während bei Fig. 3 passende Widerstände zum Sternpunkt O von den drei Schleifringen 5 geführt werden können.

Die einfachste Form der Ausführung wird durch Fig. 1 für eine zweipolige Maschine dargestellt. Die Bürsten A D sind um etwa 90 ° elektrisch gegen die ursprüngliche Neutrale bei Leerlauf verdreht; der Nebenschluß ist hier von einer Batterie B erregt, die zwischen den Hauptleitungen M M liegt. Diese speisen parallel geschaltete Verbraucher, etwa Lampen L, mit oder ohne Vorschaltwiderständen r. Das Querfeld wird in Fig. 1 erzeugt durch einen Kurzschluß zwischen drei um 120° voneinander entfernte Punkte a, b, c, zwischen denen die Verbindungsleitungen a b, b c, ca den nötigen kleinen Widerstand einschalten. Diese Verbinder können je nach Wahl aus Metall von stark positivem Temperaturkoeffizienten, etwa Eisen, oder aus solchen vom Temperaturkoeffizienten Null hergestellt werden, oder sie können nach D. R. P. 173910 aus Parallelschaltung von induktionsfreien und induktiven Widerständen bestehen. In beiden Fällen läßt sich die Belastungscharakteristik der Maschine bei wechselnder Belastung und Drehzahl etwas beeinflussen, wie für den Fachmann ohne weiteres klar ist.

Es hat sich durch Versuche ergeben, daß es auch genügt, statt eines dreiphasigen Kurzschlusses einen einphasigen anzuwenden. Dies ist von Wichtigkeit im Falle der Fig. 3, wenn dort eine Bürste von den Schleifringen 5 abfällt. Bei unmittelbarem Kurzschluß ohne Schleifringe erhält man dann für zweipolige Felder beispielsweise die Möglichkeit, statt des' dreiphasigen Kurzschlusses (Fig. 1) nur einen Kurzschluß α b anzubringen, wie in Fig. 4 durch die starke Linie a b angedeutet, oder zwei, α b und α c, wie durch Strichelung gezeigt ist. Oder man kann einen fünfphasigen oder allgemein einen (2 η -\- 1) phasigen Kurzschluß anbringen, wie Fig. 5 andeutet. η bedeutet hierbei irgendeine ganze Zahl,

Die punktierten Linien sollen dabei in Fig. 5 andeuten, daß nur einzelne Teile dieses (2 η -\- 1) phasigen Schlusses ausgeführt werden müssen, während andere weggelassen werden können. Zweckmäßig ist es, der Polzahl und Phasenzahl keinen gemeinsamen Teiler zu geben, weil sonst auch auf der Gleichstromseite Kurzschlüsse störend auftreten könnten.

Dies muß nicht stets der Fall sein. Wenn nämlich die Verbindung zwischen zwei diametral liegenden Punkten α und b (Fig. 6 und 7) der zweipolig gedachten Wicklung bei der Frequenz der Kommutierung genügend große Selbstinduktion hat, wird die Gleichspannung beim Vorbeigang von α b unter den Bürsten nicht 'auf Null sinken, sondern nur abnehmen. Doch können dabei störende Funken am Stromwender auftreten.

Man kann auch durch einen Schleifring 5 . von der Mitte c des Kurzschlußbügels (Fig. 7) einen neutralen Leiter N abzweigen, der das Potential zwischen A und D teilt und so ein Dreileitersystem gestattet. Besser noch ist dies der Fall, wenn der Kurzschluß dreiphasig, nach Fig. 3 mit drei Schleifringen 5 oder nach Fig. 8 mit drei Kurzschließern a S, b S, c S nach einem Schleifring S ausgeführt ist. Der neutrale Leiter N schließt dann an den Sternpunkt O (Fig. 3) bzw. 5 (Fig. 8) an. Bei allen hier als Beispiele -dargestellten Ausführungsformen der Erfindung^: sind alle Arten von Gleichstromankerwicklungen verwendbar, doch empfehlen sich, besonders bei mehrpoligen Anordnungen, die Reihen- oder Wellen wicklungen, weil sie die auftretenden Unsymmetrien besser ausgleichen.

Obwohl hier nur zweipolige Formen der Deutlichkeit halber gezeichnet sind, können natürlich alle Ausführungsformen in bekannter Weise mehrpolig angewendet werden.

Claims

Pate nt-An Sprüche:

Gleichstrommaschine, bei welcher

i.
durch

ein im Anker erzeugtes Querfeld zwischen den unter den Feldmagnetpolen liegenden Bürsten eine auch bei wechselndem Drehsinn ständig gleichgerichtete Gleichspannung hervorrufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß jenes Anker querfeld durch einphasige oder mehrphasige Wechselströme innerhalb einer auf dem Anker allein vorhandenen Gleichstromwicklung erzeugt wird, während das zur Schaffung der Wechselströme nötige Hauptfeld in bekannter Weise durch Fremd-, Selbst-, Nebenschluß- oder Hauptschlußerregung oder auch durch gleichzeitige Verwendung dieser Erregerschaltungen hervorgebracht oder beeinflußt werden kann.
2. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querfeld durch Kurzschluß entsprechender Punkte der Gleichstromwicklung unter Wegfall von Hilfsbürsten erzeugt wird.
3. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung von festen oder veränderlichen Widerständen, in denen die zur Erzeugung des Querfeldes, nötigen Wechselströme fließen.
4. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung von Kurzschlußverbindungen, deren Widerstand mit steigender Stromstärke wächst, zum Zwecke, ein zu starkes Ansteigen der Gleichstromspannung bei Leerlauf zu verhüten.
5. Bei einer Gleichstrommaschine nach Anspruchs die Ausbildung eines zn -\- iphasigen Kurzschlusses, wovon jedoch nur ein Teil der Kurzschlußverbinder praktisch ausgeführt, ein anderer Teil zum Zweck der Erzielung eines günstigen Querfeldes bei mäßigem Energieverlust weggelassen wird.
6. Bei einer Gleichstrommaschine nach Anspruch 1 die Ausbildung eines Dreileitersystems unter Verwendung geeigneter neutraler Punkte. ■

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.