DE239208C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 239208 .-KLASSE 21 d. GRUPPE

Wendepolmaschine mit Doppelbiirsten. Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. August 1910 ab.·

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung für elektrische Maschinen (Stromerzeuger, umlaufende Umformer usw.), welche den Zweck hat, die Stromwendung zu verbessern. Man hat vorgeschlagen, bei solchen Maschinen Hilfspole, sogenannte Wendepole, zwischen den Hauptpolen anzuordnen und sie¹ durch den Ankerstrom zu erregen. Der Zweck dieser Anordnung war, den durch die Bürsten kurzgeschlossenen Ankerteilen Spannungen aufzudrücken, die den Ankerströmen proportional sind. Bei einer Wendepolmaschine dieser Bauart ist es notwendig, die Amperewindungen des Wendepoles so zu regeln, daß sie in einem bestimmten Verhältnis zu den Amperewindungen des Ankers stehen. Da nun die Wendepolwicklung in Reihenschluß mit dem Anker liegt, so bleibt dies Verhältnis sich bei jeder Belastung gleich. Ist einmal eine richtige Bemessung getroffen, so arbeitet die Maschine auch für einen gewissen Belastungsbereich zur Zufriedenheit. Wenn aber die Belastung erheblich über die Normalbelastung hinausgeht, so werden die Wendepole magnetisch gesättigt, und die Amperewindungen auf ihnen müßten jetzt in einem größeren Verhältnis stehen, um eine gute Stromwendung zu sichern.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, dieses Verhältnis zwischen Amperewindungen des Wendepoles und den Amperewindungen des Ankers selbsttätig zu vergrößern, wenn aus irgendeinem Grunde der Wendepol das Bestreben hat, zu schwach zu werden, und ebenso selbsttätig dieses Verhältnis zu verkleinern, wenn aus irgendeinem Grunde der Wendepol das entgegengesetzte Bestreben, also zu stark zu werden, hat. Bei der vorliegenden Erfindung erhält die Wicklung der Wendepole eine größere Anzahl von Windungen wie gewöhnlich ; sie liegt an Strom wendebürsten gleicher Polarität, welche- Teile einer geteilten Stromaufnahmevorrichtung bilden. Solche geteilten Stromaufnahmevorrichtungen oder Doppelbürsten zur Speisung der Hauptpole sind für andere Zwecke bekannt. Die Stromaufnahmevorrichtung ist bei der Erfindung an den äußeren Stromkreis der Maschine so angeschlossen, daß der Strombetrag, welcher durch die Wicklung fließt, durch die geringe Spannungsdifferenz zwischen den beiden Teilen des Stromwenders, auf dem die Bürste aufruht, geregelt wird.

In Fig. ι ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform.

Fig. 3 und 4 lassen die Schaltung der Erregerwicklung der Wendepole und der Bürsten erkennen.

Der Hauptpol 1 der Maschine (vgl. Fig. 1) wird durch die Haupt- und Nebensehlußwicklungen 18 und 19 erregt. Neben dem Hauptr pol liegen die Wendepole 2 und 3. Der Anker 4, dessen Drehrichtung durch einen Pfeil gegeben^ ist, enthält in Nuten 5 die Ankerwicklung, deren eine Spule 6 mit ihren Enden an die benachbarten Stromwenderstege 7 und-8 angeschlossen ist. Die weiteren Stege des Stromwenders 9 sind mit 10, 11 und 12 bezeichnet. Die Stromabnahmevorrichtung besteht aus zwei Doppelbürsten (in der Zeichnung ist nur eine zu sehen) 13 und 14.- Die vordere Bürste 13 ist an das eine Ende der

Erregerwicklung 15 des Wendepoles 3 angeschlossen, von der eine Leitung 17 nach außen führt. Die hintere Bürste steht mit dem anderen Ende der Erregerwicklung 15 über einen Widerstand 16 in Verbindung.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Angenommen, die zusammengesetzte Stroraabnahmevorrichtung 13, 14 sei positiv, d.h. sie trete an Stelle einer positiven Bürste einer gewöhnlichen Maschine und liege in der neutralen Achse der Stromwendung bei Leerlauf. Wenn nun Wendepole nicht vorhanden wären, so würde diese Achse bei steigender Belastung im Sinne der Drehrichtung verschoben werden, so daß die Spannung an den Stegen 7 und 10 größer ausfallen würde als an den Stegen 8 und 11. Mithin bestände für einen größeren Teil des Stromes die Neigung, eher durch die Bürste 13 als durch die Bürste 14 zu fließen, und diese Neigung würde durch die Selbstinduktion der Spule 6, welche in diesem Augenblick unter Stromwendung steht, unterstützt werden. Nun ist es bekannt, daß die Wendepole 3 darauf hinwirken, die Spannung an den Stegen 8 und 11 größer als an den Stegen 10 und 12 ausfallen zu lassen. Diese Wirkung bringt eine Umkehrung der Stromrichtung in der Spule 6, die unter Stromwendung steht,, zuwege, so daß Funkenbildung verhütet wird,, wenn der Steg 12 die Bürste 13 verläßt. Wenn _; andererseits das Wendefeld zu kräftig ist, so, steigt die Spannung von 8 und 11 gegenüber der von 7 und 12 so, daß der größere Teil; des Stromes durch den Widerstand 16 statt durch die Wendepolwicklung 15 geht; es wird also das Wendefeld geschwächt. Das Wendefeld muß bei Maschinen gewöhnlicher Bauart genau mit der Belastung wachsen, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zur Folge zu haben.

Bei der Maschine nach der Erfindung wird aber eine Regelung der Wendeströmung selbsttätig durch die Bürsten 13 und 14 und die Erregerwicklung 15 des Wendepoles erzielt. Die Anzahl der Windungen der Erregerspule

15 ist so bestimmf, daß, wenn die genannten Windungen von der Hälfte des Stromes durchflossen werden, der die Doppelbürsten 13 und 14 durchfließt, durch den Wendepol 3 ein solches Feld hervorgerufen wird, daß die Stromwendung zufriedenstellend arbeitet. Dabei wird die Selbstinduktion der Spule 6 während der Stromwendung neutralisiert, so daß eine gleichmäßige Stromverteilung zwischen den Bürsten 13 und 14 stattfindet. Wenn diese Verhältnisse für irgendeine Belastung erreicht sind, so regelt sich die Vorrichtung selbsttätig über einen großen Belastungsbereich. Denn wenn der Wendepol zu stark ist, so verstärkt er den Strom, der durch die Bürste 14 und den Widerstand 16 fließt, so daß die Wendepolerregung abnimmt. Ist er dagegen zu schwach, so verstärkt er den Strom, der durch die Bürste 13 geht. Wenn dabei die Belastung so weit steigt, daß der Wendepol 3 sich beginnt zu sättigen und nunmehr seine Erreger-Stromstärke schneller anwachsen muß als der Belastungsstrom, so wird der durch die Bürste 13 fließende Strom entsprechend verstärkt. Der Strom, der die Erregerwicklung 15 durchfließt, die an die Bürste 13 gelegt ist, wird deshalb mehr als die Hälfte des Gesamtstromes ausmachen, der durch die Doppelbürsten, strömt. Der Wendepol wird also dann mehr als proportional dem Wachsen der Belastung erregt, so daß die Bedingungen für selbsttätige günstige Stromwendung innegehalten werden.

Wenn die Belastung der Maschine plötzlich steigt, so daß der Wendepol 3 nicht dem Ansteigen des Erregerstromes folgen kann, so besteht das Bestreben, den ganzen Strom der Bürste 13 zuzuführen, wenn dies aber geschieht, so wird der ganze Strom die Erregerwicklung 15 durchfließen, und dadurch wird die magnetische Kraft auf dem Wendepol 13 doppelt so groß ausfallen, als wie es bei den gewöhnliehen Wendepolmaschinen der Fall ist.

Bei der Erfindung braucht die Anzahl der Amperewindungen auf dem Wendepol nichtgenau bemessen sein, um eine zufriedenstellende Stromwendung zu erzielen; denn wenn die genannten Amperewindungen nicht den richtigen Wert für eine gute Stromwendung bei irgendeiner Belastung haben, so wird das Wendefeld den Teil des Stromes, der durch die verschiedenen Teile der Doppelbürsten geht, so ändern, daß sich der Strom durch die Erregerwicklung des Wendepoles vermindert oder verstärkt, so daß das Wendefeld auf seinen . richtigen Wert gebracht wird. Der Widerstand 16, der vorhin erwähnt worden ist, ist ungefähr dem Widerstand der Erregerspule 15 des Wendepoles 3 gleich. In einigen Fällen kann der Widerstand auch erheblich geringer gemacht werden als der der Spule 15, ja er kann sogar gänzlich in Fortfall kommen; in diesem Falle empfiehlt es sich, die Anzahl der Windungen der Erregerspule 15 so zu verringern, daß die elektromotorischen Kräfte an den Stromwenderstegen 7, 10, 12 unter der Bürste 13 genügend größer sind als die elektromotorische Kraft an den Stromwenderstegen unter der Bürste 14, um dem Spannungsabfall in der Erregerspule 15 nachzukommen.

In Rg. 2 ist -eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt; dabei ist der Leiter 17 an einem Zwischenpunkte der Erregerwicklung 15 angeschlossen. Diese Schaltung hat zur Folge, daß ein entsprechender Widerstand in dem Stromkreis von Bürste 14 eingeschaltet wird, und daß gleichzeitig, da der Strom, der die genannte Bürste durchfließt, durch einen Teil der Erregerwicklung 15 in

unigekehrter Richtung zu der des Stromes durch die Bürste 13 fließt, eine Entmagnetisierungswirkung eintritt, ja selbst eine Um-

• kehr der Polarität für Pol 3.
In Fig. ι und 2 sind nur die positiven Stromsammeivorrichtungen dargestellt, nicht aber die negativen, welche in ähnlicher Weise wie die Sammelvorrichtung 13, 14 unterteilt sein können, oder aber auch aus einer einzigen

ίο Bürste bestehen mögen. In letzterem Falle ist die Stromverteilung über dem Kontakt der negativen Bürste schon genügend gleichmäßig durch die Wirkung der positiven Bürste gemacht.

Eine Einrichtung, bei der die zusammengesetzte Stromabnahmevorrichtung nur bei den positiven Bürsten 13, 14, nicht aber bei den negativen Bürsten 21 angeordnet ist, zeigt Fig. 3. Alle vorderen Bürsten 13 sind hier an einen gemeinschaftlichen Leiter 22 gelegt, der über die hintereinander geschalteten Erregerspulen 15 aller Wendepole zur Klemme 17 des äußeren Stromkreises der Maschine führt. In gleicher Weise liegen auch die hinteren Bürsten 14 an einem gemeinschaflichen Leiter 23, der über den Widerstand 16 an die Klemme 17 angeschlossen ist. Die negativen Bürsten 21 sind alle an die entgegengesetzte Klemme 20 gelegt. Die Schaltung der Fig. 3 kann ersieht] icher weise geändert werden, indem man die Erregerwicklungen 15 der Wendepole parallel zueinander statt in Reihenschluß schaltet. Natürlich können in Fig. 3 auch die zusammengesetzten Bürsten 13 und 14 die negativen Bürsten und die einfachen Bürsten 21 die positiven Bürsten sein, nur müssen die Schaltungen so sein, daß die Wendepole die richtige Polarität erhalten.

Es können auch, wie Fig. 4 zeigt, beide Bürstenpaare unterteilt sein (vgl. 13, 14 und 27, 28); auch jede der Erregerwicklungen der Wendepole ist in diesem Falle in zwei Teile 25 und 26 geteilt. Die Leitungen 22, 23, welche zu den positiven Bürsten 13, 14 gehören, sind in diesem Falle an den Leiter 17 in Reihenschluß mit den Erregerwicklungen 25 und !dem Widerstand 16 angeschlossen. Die unterteilten negativen Bürsten 27, 28 sind in ähnlicher Weise an gemeinschaftliche Leiter 29, 30 gelegt. Die Leiter 29, 30 sind dabei mit der anderen Klemme 20 in Reihenschluß mit den Erregerwicklungen 26 und dem Widerstand 31 angeschlossen. Die Anordnung nach Fig. 4 läßt sich auch dadurch abändern, daß man den Strom von der positiven Bürste 13/ über die Erregerwicklungen abwechselnder Wendepole fließen läßt, während der Strom von der vorderen negativen Bürste 27 in ähnlicher Weise über die Erregerwicklungen der übrigen Wendepole fließt. Solche und ahnliehe Parallel- und Hintereinanderschaltungen der Erregerwicklungen der Wendepole lassen sich leicht in \'erschiedener Weise ausführen. Die vorstehende Beschreibung hat erkennen lassen, wie eine gleichmäßige Stromverteilung über die verschiedenen Teile der Stromaufnahmevorrichtung sich durch die Erfindung verwirklichen läßt. Man kann deshalb Bürsten erheblicher, größerer Breite wie gewöhnlich verwenden. ' '

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Wendepolmaschine mit Doppelbürsten, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung jedes Wendepoles zwischen die Doppelbürsten geschaltet ist und der Gesamtstrom von den Wendepolwicklungen nach außen abgeführt wird, zum Zwecke, mit Hilfe der durch die Doppelbürsten fließenden Teilströme, deren Stärke sich mit der Belastung ändert, die Wendepolerregungen selbsttätig so zu regeln, daß die normale Stromverteilung zwischen den Doppelbürsten erhalten bleibt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtstrom von einem mittleren Punkt der Wendepolwicklung nach außen abgeführt wird, zum Zwecke, in letzterer mit Hilfe der Teilströme der Doppelbürsten einander entgegenwirkende Magnetisierungen hervorzubringen.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Wendepolwicklung teils unmittelbar, teils über einen Widerstand an die Doppelbürsten angeschlossen sind.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die positiven oder die negativen Stromabnahmevorrichtungen aus Doppelbürsten bestehen, wobei einander entsprechende Teilbürsten parallel . geschaltet und die so gewonnenen beiden Gruppen von Teilbürsten einerseits unmittelbar, andererseits über einen Widerstand an die Enden der Wendepolwicklungen angeschlossen sind. . .

5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Stromabnahmevorrichtungen aus Doppelbürsten bestehen, wobei die einander entsprechenden Teilbürsten gleicher Polarität mit einem System von Wendepolwicklungen, und die einander entsprechenden Teilbürsten entgegengesetzter Polarität mit einem zweiten System von Wendepol wicklungen gemäß Anspruch 4 verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.