DE24608C - Neuerungen an den Mitteln und Methoden zur Regulirung der Erzeugungskraft von magnete- oder dynamo-elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei einem System zur Lieferung von Elektricität von einer Quelle nach einer Anzahl von Verwendungsstellen ist es wünschenswerth, Mittel zu haben, die die Erzeugung des richtigen Betrages an Strom sichern und die erforderliche Spannung aufrecht erhalten, ohne Rücksicht darauf, wie viele solcher Stellen gerade in den Stromkreis eingeschaltet sind.

Auf Erreichung dieses Resultates bezieht sich ein Theil vorliegender Erfindung.

Eine Methode für diesen Zweck besteht im allgemeinen in folgendem:

Wo eine besondere dynamo- oder magnetoelektrische Maschine zur Erzeugung des zur Erregung der Magnete des magnetischen Feldes eines in einer stromverbrauchenden Leitung liegenden Stromerzeugers (oder einer Batterie von solchen) dienenden Stromes verwendet wird, da wird dieser besondere primäre Stromerzeuger unmittelbar durch eine besondere Kraftmaschine getrieben und diese letztere wieder mit einem auf ihren Absperrmechanismus wirkenden stellbaren Regulator versehen, so dafs man die Umlaufsgeschwindigkeit jener den Strom für das magnetische Feld liefernden Maschine und dadurch diesen Strom selbst, somit auch den Verbrauchsstrom selbst ändern kann.

Wo blos ein magneto- "oder dynamo-elektrischer Stromerzeuger in Verwendung ist, treibt man diesen mit einer in derselben Weise regulirten Kraftmaschine.

Dazu versieht man einen gewöhnlichen Centrifugalregulator mit einem auf einem Hebel oder Arm verstellbaren Gewicht, das in demselben oder in entgegengesetztem Sinne wie die Regulatorkugeln wirkt, je nach der Lage des Drehpunktes des Hebels, so dafs der Widerstand, welchen der Regulator den auf ihn wirkenden Kräften entgegensetzt, durch Verschiebung des Gewichtes auf seinem Hebel controlirbar variirt werden kann, so dafs die besondere Kraftmaschine jederzeit mit einer den Anforderungen des Leitungssystems an dieselbe entsprechenden Geschwindigkeit umläuft.

Ein einfacher, gewöhnlicher Regulator würde bei constanter Belastung der Maschine deren Geschwindigkeit sowie das Stromerzeugungsvermögen der getriebenen Maschine constant erhalten; da aber die Zahl der Verwendungsstellen im Stromkreise variirt, so mufs auch der Betrag. des erzeugten Stromes variiren, während doch die elektromotorische Kraft des Systems constant bleibt. -Man erreicht dies eben durch Variation der Stromstärke des primären Stromerzeugers und dadurch der Intensität des magnetischen Feldes.

Jene Variation aber wird durch Aenderung der Geschwindigkeit der den primären Stromerzeuger treibenden Kraftmaschine erreicht.

Die Fig. 1 bis 4 beiliegender Zeichnung erläutern dies.

Fig. ι ist eine schematische Ansicht eines Systems, das diese Methode der Regulirung zeigt; Fig. 2 giebt einen für diesen Zweck geeigneten Regulator, Fig. 3 und 4 Details desselben.

BCDE stellen eine Batterie von Stromerzeugern dar (in diesem Falle magneto-elektri-

sehe Maschinen), deren rotirende Anker oder Inductionsspulen in Parallelschaltung durch die Drähte α α mit den Hauptleitern ι, 2 eines Systems verbunden sind, von dem 3, 4 und 5, 6 Verbrauchsstromkreise darstellen, in denen sich die Verwendungsstellen, wie Lampen (8, 9, 10) oder durch den Strom getriebene Motoren (7) befinden.

A ist die besondere primäre dynamo- oder magneto-elektrische Maschine, deren Stromkreis FC alle Spulen der erregenden Magnete der Stromerzeuger B CDE (von beliebiger Anzahl) enthält.

Dieser primäre Stromerzeuger A wird unmittelbar von 'der besonderen Kraftmaschine E' getrieben, während die anderen, den Verbrauchsstrom liefernden Stromerzeuger entweder jeder von einer eigenen Maschine e oder die ganze Reihe oder Batterie von einer einzigen Maschine getrieben werden.

Der primäre Motor E¹ hat einen verstellbaren Regulator G, der, wie gewöhnlich, Kugeln und Hülse hat, welche letztere die beiden drehbaren Hebel L und V bewegt. Hebel Z¹ wirkt mittelst der Stange / auf die Abschlufsvorrichtungen der Maschine.

Der andere Hebel L trägt das Gewicht W, das an den Sattel oder Bügel »S gehängt ist und mittelst der Schraube r und des Handrades R längs des Hebels verschoben werden kann. In das Schraubengewinde greift ein am Sattel sitzendes Getriebe ein, so dafs die Drehung der Schraube mittelst des Handrades R das Gewicht verschiebt.

Weiter befindet sich an der Centralstation, wo ABCDE stehen sollen, ein Indicator zur Anzeige der Variationen der elektromotorischen Kraft oder Spannung, im gezeichneten Falle Dynamometer V im Zweigstromkreise d.

Wie Fig. 2 zeigt, wirkt das Gewicht W in demselben Sinne wie die Regulatorkugeln g, so dafs, wenn man W nach aufsen bewegt, der Regulator den Abschlufs schon bei geringerer Geschwindigkeit zu bewirken strebt. Schiebt man W bis an die innere Grenze, so wirken die Kugeln erst, wenn die für die Gesammtleistung im Stromkreise nöthige Geschwindigkeit überschritten worden ist.

Hiernach kann man die Stromerzeugung leicht reguliren und die elektromotorische Kraft oder Spannung constant erhalten.

Sind z. B. nur wenige Verbrauchsstellen in den Stromkreis eingeschaltet, so bewegt der diensthabende Beamte das Gewicht nach aufsen, so dafs der Regulator rasch oder bei verhältnifsmäfsig geringer Geschwindigkeit auf den Abschlufs einwirkt, die Maschine und den primären Stromerzeuger bei geringer Geschwindigkeit erhält und einen bezw. schwachen Strom um die magnetischen Felder der den Verbrauchsstrom liefernden Maschinen sendet. Werden mehr Verbrauchsstellen eingeschaltet, so wird der Mehrbedarf im Stromkreise sofort an V sichtbar, und der Beamte schiebt W nach innen, so' dafs eine gröfsere Geschwindigkeit nöthig ist, um die Kugeln zum Abschlufs der Kraftmaschine zu veranlassen, welche folglich zugleich mit dem primären Stromerzeuger mit gröfserer Geschwindigkeit umläuft und mehr Strom um die magnetischen Felder schickt, weshalb die Stromerzeuger nun eine gröfsere Menge Strom erzeugen.

Beim Ausrücken von Verbrauchsstellen findet das Umgekehrte statt.

Ist nur ein Stromerzeuger erforderlich, so kann dieser in derselben Weise controlirt werden; dann ist A eine Dynamomaschine oder dergleichen, die selbst einen Consum- oder Hauptstromkreis speist.

Die Formen des Regulators, des Generators und der Maschine können modificirt werden, ohne das Princip der Erfindung zu alteriren.

Statt dafs ferner der Regulator, wie gezeigt, von Hand verstellt wird, kann er auch durch einen in den Haupt- oder einen Zweigstromkreis eingestellten Magnet controlirt und justirt werden, so dafs die Regulirung automatisch stattfindet.

Eine andere Methode zum Zweck der Erhaltung eines constanten Stromes ohne Rücksicht auf die Zahl der Verbrauchsstellen im Stromkreise besteht darin, dafs man eine vom Strome getriebene elektromagnetische Maschine mit einer gröfseren oder geringeren elektromotorischen Kraft in den Stromkreis des magnetischen Feldes des Stromerzeugers wirken läfst, wobei die elektromotorische Gegenkraft die Rolle eines Widerstandes übernimmt. Dies kann praktisch so ausgeführt werden:

Ein Elektromotor von kleinem oder doch verhältnifsmäfsig viel geringerem Widerstände als der eigentliche Stromerzeuger wird in den Stromkreis der erregenden Magnete des letzteren eingestellt.

Auf der Achse des rotirenden Ankers (der Armatur) des Elektromotors sitzt eine Kupferscheibe, die zwischen den Polflächen eines Elektromagnetes rotirt, der in den Stromkreis des magnetischen Feldes und auch in den nach den mit Strom zu speisenden Verbrauchsstellen führenden Stromkreis eingeschaltet ist. Dieser Elektromagnet _ist mit grobem Draht umwunden, um wenig Widerstand zu bieten.

Sind keine Verbrauchsstellen eingerückt, so wird ein äufserer Stromkreis des Stromerzeugers nur durch den Elektromotor und den Magnet gebildet;" es geht nicht viel Strom hindurch, der den Magnet nur schwach erregt, so dafs dieser der Rotation der Scheibe, die die Kraftlinien zwischen den Polflächen durchschneidet, nur geringen Widerstand bietet. Diese geringe Ver- ! zögerung gestattet dem Elektromotor, sehr rasch

zu laufen, wobei er in den Stromkreis des magnetischen Feldes eine, elektromotorische Gegenkraft giebt und den erregenden Strom schwächt. ·■ Wird nun der Stromkreis der Verbrauchsstellen geschlossen, so dafs der äufsere Stromkreis des Generators durch sie geht, so nimmt der Widerstand dieses letzteren Stromkreises ab und gröfsere Elektricitätsmenge fliefst durch diesen, was die Magnetisirung des besagten Magnetes verstärkt, so dafs dieser der Rotation der Scheibe durch seine Kraftlinien vermehrten Widerstand entgegensetzt; der Elektromotor läuft infolge dessen langsamer, die elektromotorische Gegenkraft im Feldstromkreise nimmt. ab und kräftigt dadurch das magnetische Feld, woraus nothwendig eine vermehrte Stromerzeugung erfolgt.

Beim Ausschalten von Verbrauchsstellen findet das Umgekehrte statt.

Fig. 5 zeigt dieses Verfahren. G ist der Stromerzeuger und i, 2 die von ihm kommenden Leiter zur Speisung der Verbrauchsstellen T.

Obgleich nur ein Stromerzeuger und zwei Consumstellen gezeichnet sind, ist deren Anzahl doch beliebig.

G ist eine dynamo-elektrische Maschine; ihr magnetisches Feld umkreist der Stromkreis 3, der als ein Zweigstromkreis von den Commutatorbürsten 4, 5 um das magnetische Feld herumgeht und einen Elektromotor M und einen Magnet A enthält, welch letzterer sich zugleich in einem Zweige 2 des äufseren oder Speisestroriikreises befindet. Auf der Achse von M sitzt eine Kupferscheibe C, die zwischen den Polflächen α des Magnetes A rotirt, welcher Rotation sich das magnetische Feld zwischen a und α widersetzt, dessen Kraftlinien die Scheibe durchschneiden mufs; der Widerstand gegen diese Rotation ist somit proportional der Kraft jenes magnetischen Feldes.

Wenn nun keine Verbrauchsstellen eingeschaltet sind, so besteht der ganze Widerstand des äufseren Stromkreises des Stromerzeugers aus dem von A und M, der verhältnifsmäfsig grofs ist. Magnet A ist somit nur schwach erregt und setzt der Rotation von C nur geringen Widerstand entgegen, so dafs der Motor M sehr rasch laufen kann, daher eine beträchtliche elektromotorische Gegenkraft in dem um das magnetische Feld des Stromerzeugers G gehenden Stromkreise entwickelt.

, Werden nun Verbrauchsstellen Teingeschaltet, so nimmt der Widerstand des äufseren Stromkreises ab, weshalb mehr Strom durch ihn läuft, A stärker erregt und C verlangsamt wird, was die Geschwindigkeit des Motors M vermindert, so dafs ferner die von diesem entwickelte elektromotorische Gegenkraft abnimmt, der Strom um das magnetische Feld von G wesentlich kräftiger wird, was schliefslich das beabsichtigte Resultat hat, eine Zunahme des Erzeugungsvermögens des Generators G und eine gleiclimäfsige Spannung oder elektromotorische Kraft im ganzen System.

Durch diese Anordnung können die Stromerzeuger automatisch controlirt werden, so dafs die Stromerzeugung dem Bedarf im Consum-Stromkreise stets völlig angepafst und die Spannung constant ist.

Obgleich eine Dynamomaschine gezeichnet ist, so ist doch klar, dafs die Methode und die Vorkehrungen auch auf Magnetmaschinen sowie auf die Klasse anwendbar sind, bei denen das magnetische Feld durch eine äufsere Quelle erregt wird.

Enthält ein elektrisches Verteilungssystem sowohl Lampen als Motoren, so wird, da letztere meist ein bedeutendes Vielfache des Stromes für eine Lampe brauchen, beim Einschalten derselben in den Stromkreis sich ein momentaner Einflufs auf die Lampe in Gestalt eines Flackerns bemerkbar machen, bis der Motor seine richtige Geschwindigkeit erreicht hat. Dies liegt auch in der Thatsache begründet, dafs die Motoren selbst viel weniger Widerstand als die Lampen haben. Erreicht jedoch ein Motor seine Maximalgeschwindigkeit, so giebt er eine elektromotorische Gegenkraft in seinem eigenen Zweigstromkreise, die die Rolle eines Drahtwiderstandes übernimmt und den ihr entgegengesetzten Strom in seinem Stromkreise in derselben Weise schwächt wie ein Drahtwiderstand und die Abnahme wirksamen Drahtwiderstandes ausgleicht.

Ein Motor kann seine Maximalgeschwindigkeit nicht unmittelbar erreichen; es mufs stets eine, wenn auch oft sehr kleine Zeit verstreichen, ehe der nöthige Grad der Magnetisation erreicht, die Trägheit überwunden und die Maximalgeschwindigkeit erreicht ist.

Zweck dieses Theiles vorliegender Erfindung ist nun die Verhütung irgend eines Einflusses auf die Lampen; im allgemeinen werden dazu Vorkehrungen an dem Motor getroffen, die beim Einrücken des Motors diesen an der sofortigen Erreichung des vollen Ganges hindern und ihn statt dessen allmälig sein Kraft- oder Qeschwindigkeitsmaximum erreichen und die elektromotorische Gegenkraft geben lassen, die die Stelle eines Drahtwiderstandes vertritt.

Dies läfst sich durch Einschaltung eines Widerstandes mittelst eines drehbaren Hebels in den Ankerstromkreis erreichen, welcher Hebel in normalem Zustande den Stromkreis nach dem Anker durch den ganzen Widerstand hindurch schliefst.

Dieser Hebel wird von einem von der Maschine betriebenen Regulator dergestalt bewegt, dafs bei Zunahme der Motorgeschwindigkeit der Regulator den Hebel von Contact zu Contact am Widerstände führt und somit letzteren allmälig ausschaltet.

Die Geschwindigkeitszunahme veranlafst im Motorstromkreise eine vermehrte elektromotorische Gegenkraft, deren Zunahme stets genügend ist, die durch dieselbe Ursache veranlafste Ausschaltung wirksamen Drahtwiderstandes zu compensiren.

Solch eine Anordnung zeigt Fig. 6. In den von der Hauptleitung i, 2 abgezweigten Stromkreisen 3, 4 von beliebiger Anzahl stehen Lampen L in beliebiger Anzahl. E M ist ein Elektromotor, der in demselben System wirksam ist; sein Anker liegt in einem Zweigstromkreise 5 und seine erregenden Spulen in einem ebensolchen 6, für welche zwei Leitungen ein zweiarmiger Umschalter S am Draht 7 angebracht ist.

Im Stromkreise 5 des Ankers befindet sich ein Widerstand R und ein bei / drehbarer Hebel L. G ist ein durch Riemen B von der Ankerachse getriebener Centrifugalregulator; derselbe bewegt den Hebel L. Beim Stillstand des Regulators schaltet L den Widerstand R in die Leitung ein.

Bei Schlufs des Stromkreises durch den Motor fängt dieser langsam an zu gehen; bei Zunahme der Geschwindigkeit gehen die Regulatorkugeln nach aufsen, Hebel L schliefst Theile von R aus, und ein vermehrter Betrag von elektromotorischer Gegenkraft wird durch diese raschere Umdrehung herbeigeführt, bis der Motor bei seiner Maximaltourenzahl einen Betrag elektromotorischer Gegenkraft giebt, der den ausgeschalteten Widerstand ersetzt.

Der Erfinder hat beobachtet, dafs das Verfahren der Ersetzung wirksamen Widerstandes durch elektromotorische Gegenkraft die Verhältnisse in dem Motorstromkreise, wenigstens praktisch, ungeändert läfst, soweit eine Beeinflussung des Lichtes in Frage kommt, indem wirksamer Widerstand und elektromotorische Gegenkraft gegen einander ausgetauscht werden in der Ruhe und Bewegung, und zwar in gleichem Mafse mit der Zunahme der Geschwindigkeit der Bewegung.

Durch eine solche Anordnung wird jeder plötzliche Einflufs auf andere Consumstellen vermieden, während die Verzögerung des Motors in der Erreichung seines Maximums eine sehr geringe ist, obgleich sie zur völligen Ausgleichung genügt.

Ein fernerer Theil dieser Erfindung betrifft die Anordnung von Mitteln zur raschen und controlirbaren Kräftigung der erregenden Magnete von Faradic-Maschinen.

Zu diesem Ende wird in einen Zweigstromkreis der Hauptleitung der Faradic-Maschinen oder Stromerzeuger ein Elektromotor gelegt, der einen Stromerzeuger bewegt, dessen Stromkreis zu allen erregenden Stromkreisen der Stromerzeuger parallel geschaltet ist.

Im Motorstromkreise befindet sich ein justirbarer Widerstand, so dafs dessen Wirkung variirt werden kann; derselbe beeinfiufst das Stromerzeugungsvermögen der Faradic-Maschinen. In dem die erregenden Spulen enthaltenden Stromkreise befindet sich gleichfalls ein justirbarer Widerstand, so dafs diese Leitung nach Belieben unabhängig von der Motorleitung verändert werden kann, aber mit demselben Resultat.

Fig. 7 erläutert dies. DC sind die Faradic-Maschinen oder Stromerzeuger, deren Spulen in Parallelschaltung mit der Haupt- oder Speiseoder Consumleitung 1, 2 verbunden sind.

In einem anderen Zweigstromkreise 3, 4 liegt der Motor A, der den Stromerzeuger B bewegt; zugleich enthält er einen justirbaren Widerstand r, so dafs der A erregende Strombetrag controlirbar ist.

In den Stromkreis 5 der Fa radio-Maschine i? sind unter Parallelschaltung 6 die erregenden Magnete von C und D aufgenommen. Ein justirbarer Widerstand R liegt in dieser Leitung, so dafs, wenn alles sonst unverändert bleibt, die Stärke des auf das magnetische Feld von C und D wirkenden Stromes und somit das Stromerzeugungsvermögen jener Maschinen rasch geändert werden kann.

Es ist sofort zu übersehen, dafs, sobald CD einen Strom nach dem Stromkreise 1, 2 senden, ein Theil desselben, A, in Thätigkeit versetzt wird. Dies wird beim Anlassen von CD eintreten, da deren Kerne genügenden zurückgebliebenen Magnetismus zur Erzeugung eines Anfangsstromes behalten werden. A hingegen treibt B, dessen Strom das Feld von CD durchläuft und diese kräftigt, somit den Strom durch i, 2 und A verstärkt.

A kann durch r derartig beherrcht und seine Geschwindigkeit so variirt werden, dafs B nur gerade Strom genug zur Magnetisirung des Feldes bis zu dem Betrage erzeugt, welcher für die Erzeugung des für den Bedarf in 1, 2 nöthigen Stromes erforderlich ist.

Es kann aber auch der Stromkreis 3, 4 constant belassen werden und der Strom in dem Stromkreis des Feldes durch R abgeändert werden, um das Erzeugungsvermögen von CD zu beeinflussen und zu reguliren.

Wie oben dargethan, kann es sich aus verschiedenen Ursachen ereignen, dafs momentane Ströme von höherer elektromotorischer Kraft als der normal gebrauchten erzeugt werden oder im System vorhanden sind.

Der letzte Theil der Erfindung hat daher die Vermeidung aus dieser Ursache entspringender unangenehmer Folgen zum Gegenstand.

Zu diesem Ende wird ein Condensator in Parallelschaltung in jedem Hause oder jeder Abtheilung, zwischen den Lampen oder den Verbrauchsstellen und der Hauptleitung einge-

schaltet. Dieser dient zur gänzlichen oder theilweisen Absorption eines jeden momentanen Zuwachses an elektromotorischer Kraft und verhütet somit in seinem Stromkreise irgend welche Folgen desselben.

Fig. 8 zeigt diese Anordnung, i, 2 ist die Haupt- oder Strafsenleitung, von der bei A die Hausleitung abzweigt, in der in Parallelschaltungen 5, 6 die Lampen G oder andere Consumstellen sich befinden. Ein im Stromkreise aufgestellter Messer M bestimmt den Betrag consumirten Stromes. Zwischen den Lampen oder den Verbrauchsstellen und den Strafsen- oder Hauptleitern 1, 2 befindet sich ein Zweigstromkreis 7 mit dem Condensator, der den besagten Zweck erfüllt.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE:

   i. Die Controlirung oder Regulirung der Erzeugungskraft einer dynamo- oder magneto-elektrischen Maschine durch Einschalten einer variablen und controlirbaren elektromotorischen Gegenkraft in den Stromkreis der erregenden Magnete mittelst eines Elektromotors, eines Elektromagnetes und einer in dem magnetischen Felde des letzteren umlaufenden Kupferscheibe, wie mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben.

   Die Combination eines Elektromotors mit einem im Ruhestand in seinen Stromkreis eingeschalteten Widerstände, der jedoch vom Motor selbst während dessen Wirksamkeit allmälig ausgeschaltet wird, wie mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben.

   Die Combination einer Batterie von Farädic-Maschinen mit einem elektrischen Motor, der in einem Zweigstromkreis der Hauptleitung liegt und mit einem dadurch betriebenen, den Strom für die magnetischen Felder der Batterie von Faradic-Maschinen liefernden Stromerzeuger, wie beschrieben und durch Fig. 7 erläutert.
   Die Combination eines Condensators mit einem elektrischen, Verwendungsstellen enthaltenden Stromkreise, welcher Condensator zu angegebenem Zwecke und wesentlich so angeordnet ist, wie beschrieben und in Fig. 8 gezeichnet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.