DE213025C

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Publication number: DE213025C
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Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 213025 — KLASSE 21 d. GRUPPE

Drehstrom-Generator. Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Juni 1908 ab.

Es ist häufig erwünscht, Drehstrommotoren zur Änderung ihrer Drehzahl mit Spannungen verschiedener Frequenz aus demselben Generator zu speisen, ohne dabei am induzierten Teile des Generators oder an den Verbindungsleitungen zwischen Generator und Motor oder an letzterem selbst irgendwelche Umschaltungen vornehmen ' zu müssen. Unter Umständen wird ferner erwünscht sein, die Änderung der Frequenz nicht durch Änderung der Drehgeschwindigkeit des Generators zu erzielen. Ein dieser Forderung entsprechender neuer Generator ist nachfolgend beschrieben, und zwar wird bei ihm die Frequenzänderung in an sich bekannter Weise durch Polumschaltung des induzierenden Magnetsystems erzielt. Mit dieser Frequenzänderung durch Polumschaltung ist, wie sich weiter unten ergeben wird, unter Umständen bei mehrphasigen Generatoren eine Änderung des Umlaufsinnes des Drehfeldes im Generator verbunden, so daß, wenn nicht gleichzeitig eine Umsteuerung des vom Generator gespeisten Motors vorgenommen wird, dieser mit seiner Geschwindig- keit gleichfalls seinen Drehsinn ändert. In gewissen Fällen ist aber diese gleichzeitige Änderung von Geschwindigkeit und Drehsinn des Motors gerade erwünscht.

Die. Erfindung besteht nun in einer solchen Anordnung des polumschaltbaren Generators, daß eine Umschaltung der induzierten Wicklungen beim Übergange auf eine andere' Polzahl nicht erforderlich ist.

In Fig. ι ist als Beispiel ein solcher Generator schematisch dargestellt, der Vollständigkeit wegen mit dem von ihm betriebenen Motor. Der. in üblicher Weise als feststehend 40

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angenommene induzierte Ring r des Generators trägt eine Dreiphasenwicklung in Sternschaltung, deren freie Enden unmittelbar mit dem Motor m verbunden sind. Das induzierende Magnetsystem hat vier Pole, deren Wicklungen über die Schleifringe s und den Umschalter u mit der Erregerstromquelle verbunden werden. Die mit dem Umschalter u herstellbare verschiedene Polarität der Magnetpole ist in der Nebenfigur 1 a angedeutet, deren punktierte Linien den Polen gleicher Richtung in Fig. 1 entsprechen. Die Erregerströme können danach in der üblichen Weise so geleitet werden, daß Pole abwechselnder Polarität in der Folge W₁ S₁ M₂ ^S2 entstehen, die also · einem vierpoligen Magnetsysteme angehören, oder daß Pole gleichen Sinnes (n_x M₂ bzw. S₁ s_%) nebeneinander entstehen, so daß ein zweipoliges Magnetsystem hergestellt ist, dessen zwei Pole aus je zwei einzelnen Magnetschenkeln bestehen. .

Die induzierte Wicklung des Stators r besteht aber nur aus der Hälfte der zu einer vollständigen vierpoligen Drehstromwicklung erforderlichen Zahl von sechs Spulen, also aus· drei Spulen, so daß bei der üblichen Anordnung der Spulen auf dem Stator etwa die Hälfte von dessen Umfang wicklungsfrei ist. Der Grund dafür ergibt sich aus dem Folgenden, da sonst wegen des Umschaltens des vierpoligen Magnetsystems auf das zweipolige die induzierten Spannungen einander aufheben würden. Gerade in der Benutzung nur der Hälfte der vollen Spulenzahl liegt gegenüber bekannten Generatoren für verschiedene Frequenz das Wesen der vorliegenden Erfindung. Indem nämlich solche Spulen ausgewählt

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werden, welche bei Änderung der Frequenz in richtigem Sinne induziert werden, erübrigt sich jede Umschaltung, welche an den bisherigen Generatoren für verschiedene Frequenz bei einem Teile der Spulen erforderlich war. Rotiert das Magnetsystem in der vierpoligen Schaltung, so wird bei der in Fig. ι angenommenen augenblicklichen Stellung der Nordpol U₁ gerade unter der Mitte der Spule ι ίο stehen. Demnächst kommt der Nordpol W₂

■ unter die Mitte der Spule 2, dann der Nordpol H₁ unter die Mitte der Spule 3 usf. Die Phasenfolge ist demnach durch die Zahlen 1, 2,3 gegeben und die Frequenz durch die Zahl 2 für eine Umdrehung gerechnet, da zwei Nordpole bei jeder Umdrehung jede der drei Spulen passieren.

Schaltet man dagegen das induzierende Magnetsystem durch den Umschalter u zweipolig, so werden die Doppelpole W₁ w₂ bei demselben Drehsinne des Feldmagneten wie vorher zunächst die Spule 1 passieren, darauf die Spule 3, darauf die Spule 2, dann wieder die Spule 1 usf. Die Phasenfolge ist in diesem Falle also durch die Zahlen 3, 2, 1 gegeben und die Frequenz durch die Zahl 1 für eine Umdrehung, da die Doppelpole bei jeder Umdrehung nur einmal die drei Spulen passieren. In Fig. 2 sind die induzierenden Pole des Feldmagneten und die drei induzierten Wicklungen i, 2, 3 des Stators in der Abwicklung dargestellt, in Fig. 3 und 4 die Spannungskurven bei vierpoligem bzw. bei zweipoligem .Magnetsysteme. Die in den Spannungskurven markierten Punkte entsprechen den beim Fortschreiten' des induzierenden Magnetsystems um je eine Teilung des Stators entstehenden Spannungen bzw. der Zahl der von den Kraftlinien geschnittenen Stäbe. Die den einzelnen Phasen 1, 2, 3 zugehörenden Spannungskurven sind durch die Ziffern I, II, III bezeichnet. Die Spannungskurven nach Fig. 3 entsprechen, wie zu erwarten, annähernd den Spannungskurven gewöhnlicher Drehstrom - Generatoren.

Die Spannungskurven nach Fig. 4 zeigen aber eine erhebliche Abweichung, indem zusammen-

■ gehörige positive und negative Teile durch breitere Zwischenräume in der Horizontalen getrennt sind. Die Kurven nach Fig. 3 und 4 bestätigen, daß die Frequenz bei zweipoligem Magnetsysteme halb so groß ist wie bei vierpoligem und daß, wie durch die Pfeile angedeutet, die Phasenfolge, also der Umlaufsinn des Drehfeldes im Generator bei den beiden Schaltungen des Magnetsystems verschieden ist. Fig. 4 zeigt ferner, daß bei der gewählten Wicklungsart die mittlere effektive Spannung bei der zweipoligen Schaltung nur halb so groß ist wie bei der vierpoligen Schaltung nach Fig. 3, da die Diagrammfläche auf eine doppelt so lange Grundlinie zu verteilen ist.

Diese Eigenschaft der gewählten Wicklungsart wird meist vorteilhaft sein, da für den Motor bei halber Frequenz auch die halbe Spannung gewünscht werden wird. Indessen kann man durch entsprechende Verbreiterung der Spulen die Spannung bei halber Frequenz im Verhältnis zur Spannung bei voller Frequenz in beliebigem Maße erhöhen.

In Fig. ι war zunächst der Fortfall der Hälfte der sonst benutzten Statorspulen angenommen. Die so entstehenden wicklungsfreien Räume können aber ebenfalls nutzbar gemacht werden, wie aus wirtschaftlichen Gründen angezeigt ist. Wenn man nämlich bei dem Generator nach Fig. 1 die zunächst fortgefallenen drei Spulen in derselben Weise ausführt und schaltet wie die gezeichneten drei Spulen, so erhält man neben dem ersten ein zweites Drehstromsystem, mit dem man einen zweiten Motor (oder allgemein ein zweites Netz) speisen kann, wie' durch das Beispiel Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Die beiden Motoren m_x und W₂ werden von je einem der beiden selbständigen Drehstromsysteme des Generators g gespeist, die einzelnen Spulen der beiden Systeme sind mit 1, 2, 3 bzw. τ_α, 2_a, 3_a bezeichnet. Auf diese Weise ist eine vollständige Ausnutzung des Generators ermöglicht. Zugleich ist durch Fig. 5 eine Anwendung des neuen Generators für Schiffszwecke dargestellt, da er mit den beiden auf derselben Welle montierten Motoren W₁ und m₂ ein Übertragungssystem zwischen dem Propeller, und etwa einer Dampfturbine darstellt. Mit Hilfe der Einrichtung kann der Propeller ohne irgendwelche Beeinflussung der Dampfturbine von Vorwärtsfahrt bei voller Frequenz auf Rückwärtsfahrt bei halber Frequenz umgesteuert werden, ohne daß Verbindungsleitungen zwischen Generator und Motoren umzuschalten sind. Selbstverständlich kann aber durch entsprechende Umschaltungen der Verbindungsleitungen zwischen Generator und Motoren auch mit halber Geschwindigkeit vorwärts und mit voller Geschwindigkeit rückwärts gefahren werden.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten für den beschriebenen Generator finden sich im Walzwerkbetriebe, beim Betriebe von Hebezeugen, im Bahnbetriebe usf. ■

Die oben an einem vierpoligen Motor erläuterte Einrichtung kann natürlich ohne weiteres auchauf8-,i2-,i6-. .. polige Maschinen angewendet werden und bei anderen sonst geeigneten Phasenzahlen.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Drehstrom - Generator, der bei Umschaltung des induzierenden Magnetsystems von 4 η auf 2 η Pole ohne Änderung des

Drehsinnes und der Drehzahl Ströme verschiedener Frequenz liefert, dadurch gekennzeichnet , daß von der induzierten Wicklung nur die Hälfte benutzt und bei beiden Polzahlen in gleicher Weise mit dem zu speisenden Netze verbunden wird.
2. Drehstrom-Generator nach Anspruch i, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere selbständige, ineinanderliegende, induzierte Wicklungssysteme, die verschiedene Netze speisen, zwecks vollständiger Ausnutzung des Generators.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.