DE212612C

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Publication number: DE212612C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

M 212612 -._ KLASSE 21 rf. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. November 1908 ab.

Will man einen Wechselstromgenerator vermittelst eines freilaufenden Umformers kompoundieren, sp muß dieser Umformer, um auf die Phasenverschiebung φ, sowie auf die Stromintensität zu reagieren, über die Wechselstromseriewicklung eine weitere, von der Hauptleitung abgezweigte Spannungswicklung besitzen oder von einem Kompoundtransformator gespeist werden.

ίο Wenn man mit Hilfe einer Seriewicklung allein die Änderung der Phasenverschiebung ausgleichen will, so wird man bekanntlich dazu geführt, den Kompoundierungsumformer mit der Wechselstrommaschine starr zu kuppeln, sei es mit direkter Kupplung, sei es mittels einer starren Übersetzung (Kettenantrieb, Zahnräder). Wegen dieser festen Verbindung zwischen dem Rotor des Generators und dem Umformeranker wird sich das durch die Umformerwicklung erzeugte, zur Kompoundierung dienende magnetische Feld gegenüber dem Magnetfeld des Umformers verdrehen, je nach der Phasenverschiebung des Generatorstromes gegenüber der Spannung, und eine in dem gewünschten Sinne beeinflußte Wirkung auf die Erregerspannung ausüben.

Dadurch wird aber die Lage des resultierenden Feldes, welches die Gleichstromspannung erzeugt, nicht mehr mit der Achsenlinie der Magnetkörper zusammenfallen, und zwar umsomehr von dieser normalen Lage abweichen, als der zu kompensierende Phasenverschiebungswinkel kleiner wird.

Die Folge davon ist, daß die Neutralzone keine feste Lage besitzt und daß die Stromwendung für gewisse Verhältnisse schlecht wird. In freilaufenden Umformern fällt die Achse des resultierenden Ankerfluxes stets mit der Achse des Magnets zusammen, so daß die Lage der neutralen Zone unverändert bleibt.

Der erwähnte Übelstand ist also eine direkte Folge der zwangläufigen Bewegung des Umformerrotors, im Falle der starren Kupplung. In diesem Falle ist daher eine richtige Kommutation und infolgedessen die Richtigkeit der Kompensationswirkung sehr zweifelhaft, wenn die induzierende und induzierte Wicklung auf einen gemeinsamen Anker verlegt sind. * . '

Das Wesen vorliegender Erfindung besteht in der Verlegung der Wicklungen auf zwei Anker, die in dem magnetischen Stromkreis hintereinander liegen.

Die Kompoundierungsmaschine ist durch Fig. i, 2 und 3 schematisch dargestellt. Die Welle A ist mit der Generatorwelle so gekuppelt, daß die relative Lage des rotierenden Induktors des Generators und des doppelten Ankers der Kompoundierungsmaschine während des Laufens unveränderlich' bleibt. Auf der Welle A sind zwei lamellierte Ankerkörper B und C befestigt. C ist ein gewöhnlicher Gleichstromanker mit Kollektor K. B trägt eine mit dem Generator gleichphasige Wechselstromwicklung, die als Seriewicklung von dem Generatorstrom durchflossen, oder von dem sekundären Strom eines im Hauptstromkreis eingeschalteten Stromwandlers gespeist wird, was durch die Schleifringe S stattfindet. Beide

Anker B und C sind durch Joche HIJ, LMN, in gleicher Zahl wie die Polzahl der Wicklung von B, magnetisch verbunden. Diese feststehenden Joche decken die Rotoren auf einem Teil ihres Umfanges mit ausgeprägten Polstücken H, J, N, L. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:

Die Seriewicklung von B erzeugt ein Drehfeld; da aber der Anker B synchron rotiert,

ίο und zwar im umgekehrten Sinne wie dieses Drehfeld, was leicht zu erzielen ist, so bleibt dieses Drehfeld im Raum stehen. Die Intensität dieses Feldes ist dem Generatorstrom / direkt proportional. Ferner ist die Lage der Achse dieses Feldes im Raum direkt abhängig von der Phasenverschiebung des Stromes, gegenüber der Spannung, also von dem Winkel φ, was sich aus folgender Überlegung beweisen läßt: Die Lage der Seriewicklung von B ist mit derjenigen des rotierenden Spannungsvektors in jedem Moment verbunden infolge der festen Verbindung zwischen Welle A und Magnetkörper des Generators. In bezug auf den zeitlichen Verlauf kann man* sich also denken, die Generatorspannung sei durch die Drehung von der Wicklung B in einem ruhigen fiktiven Feld erzeugt. Das System dieses fiktiven Feldes und des Ankers B ist nichts anders als ein Bild vom Generator selbst, wo man sich das Magnetrad fest und die Armatur rotierend denken würde. Das Feld der Wicklung B verhält sich gegenüber dem fiktiven Feld genau wie das Armaturreaktionsfeld des Generators gegenüber dem Polfeld, bildet also mit dem fiktiven Feld einen Winkel gleich 90⁰—φ.· Die Lage des fiktiven Feldes ist nun nach den Konstruktionsvefhältnissen, aus den gegenseitigen Lagen der Wicklung B, der Polkerne des Generators und dessen Statorwicklung leicht zu bestimmen. Die Achse des fiktiven Feldes ist Fig. 4 in / / gezeichnet. Man stellt das Joch H L I so ein, daß seine Achse j j mit der Achse ff einen gewissen Winkel α bildet. Dann ist der Winkel zwisehen der Achse des Feldes von der Seriewicklung B und der Achse / j gleich go° — (φ + α)· Die Wirkung des Feldes B auf den magnetischen Kreis HIJLMN (Fig. 1) ist nun um so größer, als der letztere Winkel kleiner bzw. als (φ -j- α) größer ist. Durch geeignete Profilierung der Polfläche kann man das Gesetz dieser Abhängigkeit in gewissem Maße beeinflussen, und zwar bis zur Erreichung des Sinusgesetzes. Die von der Wicklung B auf dem Kreise HIJCLMNB ausgeübte M. M. Kraft kann also folgenden Ausdruck erhalten

F = K J sin (φ + a).

An den Bürsten des Gleichstromankers wird also eine Spannung herrschen, die in dem konstanten Widerstand des Generatorfeldes den gewünschten zusätzlichen Erregerstrom L entsprechend der Belastung (J, ψ) erzeugen wird.

Fig. 4 zeigt die Lage des Feldes von B für cos φ = i,

Fig. 5 die Lage des Feldes für cos ψ = ο in dem Belastungsstromkreis des Generators.

Aus dem Gesagten geht deutlich hervor, daß die räumliche Verschiebung der Feldachse B (vgl. Fig. 4, 5 und 6) keine andere Folge hat, als den Anteil des Fluxes zu bestimmen, der durch das Joch / in den Anker C überfließt, daß aber das induzierende Feld im Gleichstromanker C stets mit der Pollinie zusammenfällt und infolgedessen die neutrale Zone unveränderlich bleibt, genau wie bei einer Dynamo oder bei einem freilaufenden Einankerumformer.

Fig. 7 und 8 stellen eine andere Ausführungsform dar. B und C sind die synchron-rotierenden Anker, P sind feststehende Polkerne, die dieselbe Bedeutung haben wie die Joche HIJ der Fig. 1. Die beschriebene Kornpoundierungsmethode läßt sich in der Praxis 85 * unter verschiedenen Ausführungsformen ver- ) wenden, und zwar:

I. Kompoundierung eines einzigen Gene- N

rators.

a) Der konstante Teil des Erregerstromes wird von einer Quelle konstanter Spannung entnommen (separate Erregermaschine, vorhandene Gleichstromsammelschienen, Batterie u.dgl.), während der variable Teil i_? durch eine besondere Kompoundierungsmaschine erzeugt wird. Die Ströme i₀ und i, werden in zwei verschiedenen Abteilungen der Erregerspulen des Generators geführt, so daß ihre magnetische Wirkung in dem Generator addiert wird.

b) Die Pole / und L des Gleichstromankers C in der Fig. 3 werden mit Spulen versehen, die mit den Bürsten von K im Nebenschluß geschaltet sind, so daß die Kompoundierungsmaschine schon bei Leerlauf, d. h. bei stromloser Wicklung B, eine Spannung erzeugt, und zwar die Spannung, die den Leerlaufefregerstrom i₀ im Erregerfeld des Generators erzeugen soll. Auf diese Weise genügt die beschriebene Maschine ohne weiteres für die Erregung eines Generators. Die Kompoundwirkung ist aber in diesem Falle nur eine annähernde, da die auf /und' L bewickelten Spulen keinen konstanten Strom erhalten, sondern einen Strom, der mit der Bürstenspannung des Kollektors K wächst. Mit der Belastung des Generators nehmen also i₀ und ^ gleichzeitig zu und i nimmt deshalb zu viel mit der Belastung des Generators zu. Man muß infolgedessen Hilfsmittel verwenden, z. B. weniger Windungen auf B wickeln, als eine genaue Kompoundierung wie im Falle a) es

erfordern würde., oder mit den Spulen /, L solche Widerstände in Serie schalten, die mit der Temperatur sehr stark zunehmen, so daß ungefähr konstanter Strom in diese Spulen fließt, auch bei Veränderung der Bürstenspannung von K.

II. Kompoundierung einer Anlage mit verschiedenen Generatoren in Parallelschaltung.

c) In diesem Falle empfiehlt es sich, eine

ίο Zentralerregung für den Leerlauferregerstrom sämtlicher Generatoren herzustellen, bestehend

. aus einer separat angetriebenen Dynamo, und ferner jeden Generator für sich mit einer Kompoundierungsmaschine auszurüsten.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Kompoundierungsumformer für direkte oder zwangläufige Kupplung mit Wechselstrommaschinen, bei dem das Feld, welches die vom Maschinenstrom in Reihe durchflossen Ankerwicklung erregt, infolge Verdrehung seiner Achse gegenüber ausgeprägten Polen des Ständers einen proportional mit den Belastungs- und Phasen-Schwankungen der Maschine sich ändernden Einfluß auf die erzeugte Gleichstromspannung ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrom- und die Gleichstromwicklung des Umformers je auf einen besonderen Anker untergebracht und beide Anker durch das Ständereisen magnetisch in Reihe geschaltet sind, zum Zweck, eine Verdrehung des Feldes auf der Gleichstromseite zu verhüten.

■ 2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker nebeneinander auf derselben Welle sitzen und durch gemeinsame Ständer] oche mit vorspringenden Polen magnetisch verkettet sind.

3. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker konzentrisch zueinander auf derselben Welle sitzen und durch einen, zwischen ihnen liegenden gemeinsamen Ständer mit ausgeprägten Polen magnetisch verkettet sind.

4. Umformer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer mit einer im Nebenschluß zu den Gleichstrombürsten liegenden Erregerwicklung versehen ist, so daß der konstante Teil des Erregerstromes (Leerlauferregerstrom) statt von einer besonderen Quelle konstanter Spannung von dem Umformer selbst geliefert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.