DE260281C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 260281 ■-KLASSE 21 a. GRUPPE

Wenn an das Feld einer mehrphasigen elektrostatischen Asynchronmaschine, deren bewegter Teil mit der Rotationsgeschwindigkeit umläuft, welche bei Gleichspannungserregung die Frequenz η (ι -f- s) ergeben würde, Spannungen der Frequenz η s gelegt werden, so induzieren diese Spannungen im Anker Spannungen der Frequenz η (ι + s) — ns = η. Ihr Vorhandensein bedingt das Auftreten von

ίο Strömen in der Nutz- und Streukapazität des Ankers, die, falls die Maschine an einem Netze, das mit der Frequenz η arbeitet, hängt, als wattlose Ströme in diesem Netze fließen.

Die · Asynchronmaschine kann von dem Netze frei gemacht werden dadurch, daß sie aus Selbstinduktionen geschaltet wird, deren Größe so zu bemessen ist, daß sie bei der Frequenz η gerade den von der Streu- und Nutzkapazität verlangten wattlosen Strom liefert. Sie müssen sich also in Resonanz mit der Summe von Streu- und Nutzkapazitäten, d. h. mit der Eigenkapazität, befinden.

In ähnlicher Weise können auch die Erregerspannungen des Feldes von einer fremden Spannungsquelle der Frequenz η s frei gemacht werden. Die Erregerspannungen verursachen in der Streu- und Nutzkapazität des Feldes Ladeströme, die zunächst von der fremden Erregerquelle gedeckt werden. Legt man jedoch im Felde parallel zu den Streu- und Nutzkapazitäten Selbstinduktionen, so sind diese imstande, die wattlosen Ladeströme zu liefern.

Eine in dieser Art und Weise von jeder fremden Stromquelle frei gemachte Asynchronmaschine wäre, falls sie verlustlos arbeitet, in der Lage, ihre Spannung beizubehalten. Bei der geringsten Nutzlast würde sie jedoch jede Spannung verlieren.

Der Hauptpunkt dieser Erfindung -stützt sich auf die Erkenntnis, daß zur Energielieferung unbedingt eine ganz bestimmte relative Winkelstellung' zwischen den Spannungen des Feldes und des Ankers herrschen muß, da sonst keinerlei elektrostatische Drehmomente entstehen können. Und diese Winkelstellung kann nur dadurch erreicht werden, daß die Spannungen des Feldes auf effektverzehrende Widerstände arbeiten, deren Ohmwert in einem ganz bestimmten Verhältnis zu dem gewählten Schlupfe steht. Er muß dem willkürlich gewählten Schlupfe umgekehrt proportional eingestellt werden. Diese Widerstände können parallel zu den erwähnten Selbstinduktionen des Feldes liegen, können jedoch auch mit diesen in beliebiger Weise vereinigt werden. Die Vereinigungen von Selbstinduktionen und Ohmschen Widerständen, zu denen der bequemeren Regelung halber auch noch Kapazitäten im Nebenschluß oder Teilschluß oder in Reihenschluß treten können, haben nur die Bedingung zu erfüllen, daß sie die wattlosen Ladeströme des Feldes liefern und' gleichzeitig die Wattströme aufnehmen, deren Größe sich aus der Forderung ergibt, daß der effektverzehrende Teil der Vereinigung dem gewählten Schlupfe umgekehrt proportional eingestellt wird.

Eine in dieser Art geschaltete Asynchronmaschine ist in der Lage, unabhängig von

S. Auflage, ausgegeben am ιη. Juni 1913.)

jeder fremden Stromquelle, wenn sie erst einen beliebigen elektrischen Stoß erhalten hat, auf Spannung zu kommen und Nutzleistung abzugeben.

Praktisch ungleich wichtiger als die Mehrphasenmaschine ist die selbsterregende elektrostatische asynchrone Einphasenmaschine. Zunächst gelten auch für diese die allgemeinen Grundsätze hinsichtlich der Lieferung der wattlosen Ladeströme und hinsichtlich des effektverzehrenden Teiles des Feldwiderstandes, welcher umgekehrt proportional dem gewünschten Schlupfe einzustellen ist.

In der Einphasenmaschine erscheint gegenüber der Mehrphäsenmaschine die Verwickelung, daß die Feldspannung der Frequenz η s neben der gewünschten Ankerspannung der Frequenz η (oder η -f- 2 η s) auch noch eine solche der Frequenz η -j- 2 η s (oder η) induziert. Diese kann jedoch dadurch unschädlich gemacht werden, daß an den Anker ein auf dje Frequenz η -f- 2 η s (oder n) abgestimmter Resonanzkreis angelegt wird. Für die Fre^· quenz η -f- 2 η s (oder n) ist dieser Kreis ein reiner Kurzschluß, während er für die Frequenz η wie Erhöhung der Streukapazität wirkt oder für η -{-ns wie eine Induktivität. Bei der praktischen Ausführung wird dieser Resonanzkreis mit der zu den Kapazitäten par- allel liegenden Selbstinduktionen des Ankers zweckmäßig zu einer einheitlichen Anordnung vereinigt.

Im Felde induziert die Ankerspannung der Frequenz η die unerwünschte Spannung der Frequenz 2 η -\- η s. Auch diese wird wie im Anker durch einen in sich auf 2 η -\- η s abgestimmten Spannungsresonanzkreis unschädlich gemacht.

In Fig. ι sind mit α und b die Streu- und Nutzkapazitäten des Ankers b und des Feldes a einer Phase einer Mehrphasenmaschine bezeichnet. Die Induktionsspulen d und β liefern die wattlosen Ladeströme. c ist der dem Schlupfe umgekehrt proportional zu wählende Feldwiderstand, f der Nutzwiderstand des Ankers.

In Fig. 2 ist mit c eine Möglichkeit der Vereinigung von c und d aus Fig. 1, mit e die Vereinigung von e und f aus Fig. 1 angedeutet. Der in e liegende Kondensator dient in üblicher Weise zur Erleichterung der Einstellung.

Fig. 3 ist ein Schaltbild der Einphasenmaschine. α und b sind die Streu- und Nutzkapazitäten des Feldes und des Ankers, c, d sowie e, f haben den gleichen Zweck wie in Fig. i. g dient als Kurzschluß für die unerwünschte Spannung im Anker, h ebenso für die des Feldes.

Fig. 4 soll eine der vielen Möglichkeiten andeuten, wie d und h aus Fig. 3 zu d und wie e und g zu e vereinigt werden können.

Statt die im Felde induzierten Spannungen annähernd doppelter Frequenz zu unterdrücken, können diese entweder unmittelbar oder mittelbar zur Induzierung von Spannungen dreifacher Frequenz im Anker verwertet werden. Die beliebig häufige Wiederholung dieser stufenweisen Frequenzerhöhung führt zur Gewinnung beliebig hoher Frequenzen.

Weiterhin kann auch von vornherein von der Unterdrückung der einen Ankerspanriung η A- 2ns bzw. η abgesehen werden und im Anker beide Spannungen η -f- 2 η s und η zur Entwickelung gebracht werden. Es entstehen dann Schwebungen der Tonhöhe 2 η s.

Beide sich um den Betrag 2 η s unterscheidende Spannungen können zur stufenweisen Frequenzerhöhung weiter verarbeitet werden. Es ergeben sich dann gleichfalls Schwebungen in allen Spannungsgliedern.'

Die Ausbildung von immer je zwei zusammengehörigen Spannungen erfolgt dadurch, daß für jedes Glied in jeder Stufe die Bedingungen der einfachen Anordnung geschaffen werden.

Fig. 5 gibt das Schaltungsschema einer selbsterregenden statischen Asynchronmaschine für die Ausnutzung der beiden dritten Spannungsglieder 3, η \ ^ns und 3 η -f- 2 η s. c ist Erregerkreis, nämlich der mit einem willkürlich einstellbaren Ohmschen (effektverzehrenden) Widerstand versehene Abstimmsatz für die im Felde erzeugte Erregerspannung der Frequenz η s. Gesperrt ist der Erregerkreis gegen die höheren Frequenzen durch die Sperrspulen d, d. α und b sind die Eigenkapazitäten des Feldes und des Ankers, e ist .der Nutzwiderstand, der gegen die Frequenzen η und 11 + 2ns gesperrt ist. f und g sind die ¹⁽ό Abstimmsätze zur Unwirksammachung der in der Streukapazität oder in der Nutzkapazität auftretenden Ströme für die Frequenzen η und η f 2MS im Anker sowie 2 η '-f- η s und 2 η -f- 3 η s im Feld. i°5

Der in sich abgestimmte Resonanzkreis h bietet für die beiden weiteren Spannungsglieder ungefähr vierfacher Frequenz den erforderlichen Kurzschluß. Die Reihenschaltung i erleichtert die Einstellung der Spannungen.

Die Möglichkeit, eine der beiden Frequenzen der einzelnen Stufen, die sich um den Betrag 2ns unterscheiden, unwirksam zu machen, d. h. durch einen Kurzschluß (Spannungsresonanzkreis) zu vernichten, läßt sich nicht H5 in der Zeichnung schematisch darstellen. Dieselbe in den einzelnen Stufen gezeichnete Verbindung von Selbstinduktion und Kapazität kann je nach der Wahl der einzelnen Größenverhältnisse als Abstimmsatz für die beiden

Frequenzen oder als Abstimmsatz (reiner Leerlauf) für die eine und als in sich abgestimmter Resonanzkreis (reiner Kurzschluß) für die andere der beiden sich um den Betrag 2ns unterscheidenden Frequenzen dienen.

Das beschriebene Verfahren ist sinngemäß für jede beliebige Frequenz verwendbar.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ίο i. Selbsterregende elektrostatische Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß im übersynchronen Lauf im Felde . effektverzehrende Widerstände eingebaut werden, deren Größe dem gewählten Schlupfe umgekehrt proportional eingestellt ist, während im Felde wie im Anker zur Deckung der wattlosen Ströme der Streu- und Nutzkapazitäten Selbstinduktionen dienen.
2. 2. Asynchrone Einphasenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Feld ein dem gewählten Schlupfe umgekehrt proportionaler effektverzehrender Widerstand eingebaut wird, während die wattlosen Ladeströme der Streu- und Nutzkapazitäten des Feldes und Ankers durch Selbstinduktionen geliefert werden und die induzierten Spannungen ungewollter Frequenz durch in sich abgestimmte Resonanzkreise beseitigt werden:
3. 3.. Selbsterregende elektrostatische Asynchronmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf sie das Prinzip der stufenweisen Frequenzsteigerung Anwendung findet, und zwar in der Art, daß für die nicht ausgenutzten Spannungsglieder durch Bildung von in sich auf die betreffenden nicht gewünschten Frequenzen abgestimmten Resonanzkreisen Kurzschlußbedingungen geschaffen werden, während für. die gewünschten Spännungsglieder reine Leerlaufbedingungen gebildet werden in der Art, daß aus den Streukapazitäten oder den Streu- und Nutzkapazitäten mit Hilfe von Induktionsspulen, zu denen Kapazitäten hinzutreten können, Resonanzkreise gebildet werden, welche die Wirkungen der Streukapazitäten oder der Nutzkapazitäten aufheben.
4. 4. Selbsterregende elektrostatische Asynchronmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Feld und im Anker in jeder Stufe immer je zwei zusammengehörige Spannungen ausgebildet werden, welche sich um den doppelten Betrag der Erregerfrequenz unterscheiden.

   Hierzu .1 Blatt Zeichnungen.