DE26451C - Vorrichtungen an elektrischen Generatoren zur Regulirung des Stromes - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 8. August 1882 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Regulator, d. h. auf eine Vorrichtung zur Regulirung des Stromes bei elektrischen Generatoren, um die Stellung der Commutatorbürsten auf dem Commutator so justiren zu können, dafs eine gleichmäfsige Stromstärke trotz etwaiger Aenderungen im Widerstände der vom Generator gespeisten Stromleitung erhalten bleibt. Man kann also bei Anwendung eines solchen Generators, der eine Anzahl von 30 Lichtbogenlampen versorgt, eine, mehrere oder alle Lampen ohne weitere Mafsnahmen und ohne Verlust an elektrischer Kraft aus der Stromleitung ausschalten.

Der automatische Regulator kann auf zweierlei verschiedene Art und AVeise angewendet werden. Bei der einen Anwendungsmethode, die als »einseitige« Regulirung bezeichnet werden mag, reducirt man die elektromotorische Kraft des Generators, indem man die sämmtlichen Commutatorbürsten auf dem Commutator in der Rotationsrichtung der Armatur verschiebt. Bei der zweiten Methode, der »doppelseitigen« Regulirung, erzielt man dasselbe Resultat, indem man ein Paar einander diametral gegenüberliegende Bürsten nach vorn und das andere Paar entgegengesetzt zur Rotationsrichtung der Armatur bewegt; das letztere Paar bewegt sich dabei etwa viermal so rasch, wie das erstere.

Jede .dieser beiden Methoden hat ihre besonderen Vortheile..

An der Maschine ist der Regulirungsmagnet zur Justirung der Stellung der Commutatorbürsten angebracht. Die beste Form desselben ist in Fig. 1 dargestellt, in der er aus einem U-förmigeh eisernen Rahmen UU besteht, an dessen mittlerer Biegung eine Eisenstange mit äufserer Drahtspule, durch welche der erzeugte Strom hindurchgeht, angebracht ist. Der Pol g dieser Stange hat die Form eines Paraboloids; eine bewegliche Armatur A² hängt an einem Zapfen/ zwischen den Füfsen des Rahmens. Die Enden der Armatur werden dicht an den Rahmen gebracht und behalten bei ihrer Bewegung dieselbe Entfernung bei, indem die Theile entsprechend geformt sind. Die Armatur A² ist mit einer Oeffhung mit abgerundeten Rändern versehen, deren Durchmesser etwas gröfser ist als der gröfste Durchmesser des Poles g des Magnetes R. Dieser Pol g ist so geformt und justirt, d'afs er auf die Armatur in jeder Stellung der letzteren die gleiche Anziehungskraft ausübt, wenn ein permanenter Strom durch die Spirale R geht. Der von der Armatur A² nach aufsen reichende Arm / dient dazu, die Bewegung der Armatur zu vergröfsern und dieselbe auf die Commutatorbürsten zu übertragen. Ein Bremskasten ist bei _Z?² angebracht, um irgend welche plötzlichen Bewegungen der Armatur A² zu verhindern. Ein Gegengewicht W, dessen Schwere und Stellung justirt werden kann, hängt an dem Hebel I², um jeden etwaigen Ueberschufs in der Anziehungskraft des Magnetes R aufzuheben.

Die Commutatorbürsten am Commutator und der Regulirmagnet zum Controliren des Stromes können auf zweierlei Weise angebracht werden, und in jedem Falle können sämmtliche oder einige Lampen aus der Leitung ausgeschaltet werden, ohne dafs die Bewegungsgeschwindigkeit des Generators dadurch geändert würde oder Widerstände eingeschaltet zu werden brauchten,

da eine einfache Bewegung der Commutatorbürsten den constanten Strom gleichmäfsig erhält oder, mit anderen Worten, die elektromotorische Kraft dem veränderten Widerstand der Leitung anpafst.

Von diesen beiden Fällen sei der erste die »einseitige« und der zweite die »doppelseitige« Regulirung genannt, wegen der Richtung, in der die Commutatorbürsten in jedem der beiden Fälle bewegt werden.

In Fig. 3 ist die Stellung der Commutatorbürsten bei der einseitigen Regulirung gezeigt, indem der Hebel oder Arm LL die Bürsten C¹C* nach der einen und die Bürsten c³ und c^l nach der anderen Seite hin bewegt. Die Entfernung zwischen c^l und r² und zwischen c³ und c^l beträgt ungefähr 35⁰. Diese Entfernung wechselt mit den entsprechenden Verhältnissen der Maschine und ist gröfser, wenn die magnetische Kraft der letzteren entsprechend gering, und kleiner, wenn jene Kraft sehr grofs ist. Dies läfst sich durch Versuche in jedem einzelnen Fall leicht feststellen. Angenommen, es wären die Commutatorbürsten so eingestellt, dafs die höchste elektromotorische Kraft erzielt wird, und es sollte diese Kraft so reducirt werden, dafs der Generator sich einem geringeren, äufseren Widerstand anpafst, so braucht man die Commutatorbürsten nur »einseitig« nach der durch die Pfeile angedeuteten Rotationsrichtung hin zu verstellen. Dies kann von Hand geschehen, doch ist es besser, wenn es selbstthätig durch den Regulirmagnet besorgt wird, dessen Arm / mit den Bürstenhaltern verkuppelt ist. In diesem Falle beruht die Justirung auf einer in den Armaturspulen stattfindenden Differentialwirkimg, welche durch das Hervorrufen von elektromotorischen Gegenkräften in einem Theil ι des Systems entsteht. Die von dem Generator verbrauchte Kraft verringert sich ungefähr im Verhältnifs zu den aus der Leitung entfernten Widerständen.

Die Theorie dieser Wirkung ist mit Sorgfalt durchstudirt worden; das Armaturspulensystem bietet die scheinbare Anomalie eines beweglichen neutralen Punktes, dessen Lage durch die Stellung, welche die Commutatorbürsten erhalten, controlirt wird. Eine eingehende Besprechung dieser Theorie würde hier nicht am Platze sein.

Die »doppelseitige« Regulirung ist durch Fig. 4 erläutert. Die positiven Bürsten c¹ c² oder negativen c^z c⁴ sitzen an verschiedenen Haltern und sind bei der Stellung, welche der höchsten elektromotorischen Kraft entspricht, um 6o° von einander entfernt; um diese Kraft dem Wechsel der Widerstände in der Leitung entsprechend zu reduciren, wird jener Winkel durch Rückwärtsschieben der Bürsten c* und c^s und durch gleichzeitiges Voranschieben der Bürsten c¹ und c^l allmälig vergröfsert, wobei sich letztgenannte Bürsten nur '/₃ bis '/₄ so rasch wie c² und c³ bewegen. Die Hebelverbindungen q η q können zur Erreichung dieses Zweckes verschieden sein; eine zweckmäfsige Verbindung ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Regulirarm / ist so angebracht, dafs er die beschriebenen Bewegungen ertheilt; es ist natürlich wesentlich, dafs die Bürsten im Anfang den Stellungen entsprechend justirt werden, in denen nur ein kleiner oder gar kein Funke entsteht. Diese Stellungen sind nach den bekannten elektrischen Gesetzen leicht zu bestimmen; gewöhnlich wird der Contact der Segmente mit der vorderen Bürste eines jeden Paares, z. B. des positiven, aufgehoben, wenn die Armaturspule beinahe ihren neutralen Punkt, d. h. den Punkt, bei dem der Strom aufhört, erreicht hat. Soll der Regulator in seiner Justirung äufserst empfindlich sein, so wendet man anstatt die aus den wechselnden Widerständen in der Stromleitung entspringenden Schwankungen des allgemeinen Stromes durch Aenderung der Kraft der Regulatorspirale R, Fig. 1, direct wirken zu lassen, einen aus einem empfindlichen elektromagnetischen Contactunterbrecher und Hersteller bestehenden Controlirapparat an, um den Zuflufs des Stromes zur Spule R des Regulators controliren zu können. Dieser Apparat ist in Fig. 5 gezeigt und besteht aüs^ einer Drahtspule R², die in die Stromleitung der Maschine und der Lampen eingeschaltet ist und einen beweglichen, von einer justirbaren Feder J'² theilweise gehaltenen Eisenkern A² mrfgiebt. Durch Heben des Kerns wird der Contact bei t unterbrochen; wenn letzterer hergestellt ist, so bildet er einen »sMni« oder eine Nebenleitung von geringem Widerstand um die Regulatorspule R. Um bei den Contacten die Bildung von Funken zu vermeiden, wird ein entsprechender kurzer Widerstand mittelst der Kohle V oder dergleichen in der Stromleitung um die Contacte / angebracht. Auch kann eine Kupferröhre unter der Regulatorspule R liegen, den Eisenkern derselben umgeben und so eine geschlossene Leitung um denselben bilden. Die an den Contactstellen als Funke ausströmende Kraft wird von der Kupferröhre als unschädlicher inducirter Strom aufgenommen. Der Widerstand der Spule R sollte nicht' mehr als Ά bis y_a Ohm betragen. Die Feder /² ist so justirt, dafs die geringste Zunahme des Stromes über seine normale Kraft hinaus die Contacte t aufhebt und eine Abnahme dieselben schliefst. Jede dieser Functionen wird von einer Bewegung der von dem Regulator R beherrschten Commulatorbürsten begleitet sein, und zwar erfolgt diese Bewegung in einer den stattgefundenen Wechsel aufhebenden Richtung. In der Praxis wird an den Contacten ein permanentes Vibriren stattfinden, wodurch der Regulator in seiner gehörigen Lage gehalten und

eine Justirung für alle wesentlichen Schwankungen in der Stromstärke stattfinden wird.

Die den Commutatorbürsten durch die stattfindenden Ausgleichungen verliehenen bezüglichen Stellungen sind in Fig. 6 und 7 dargestellt; die vollen Linien, welche die Bürsten c^x c² c^s c^A, Fig. 6, bezeichnen, veranschaulichen die in Fig. 3 angegebene entsprechende Stellung, während die punktirten Linien die aus dem Fortfall fast aller äufseren Widerstände während der »einseitigen« Regulirung resultirende Stellung angeben.

Die beiden Sätze Commutatorbürsten sind, wie in Fig. 3 veranschaulicht, auch in Fig. 6 als auf dem sich um die Achse des Commutators drehenden Hebel oder Arm L L montirt zu denken, und es mufs demnach jedes Paar an der Bewegung des anderen Paares theilnehmen.

Dieselben Bedingungen für die »doppelseitige« Regulirung sind in ähnlicher Weise in Fig. 7 bezeichnet.

Wechsel in der Geschwindigkeit und dem Widerstände werden innerhalb gewisser Grenzen durch die vom Regulatorarm / selbsttätig verliehene Bewegung ausgeglichen, und Generatoren nach dieser Erfindung können in der Praxis erfolgreich angewendet werden, selbst wenn die Betriebsschnelligkeit Schwankungen von 30 bis 40 pCt. aufweist.

Bei vorliegendem Regulirsystem in allen seinen Formen kann nie die Gefahr einer Beschädigung irgend eines Theiles des Apparates eintreten, auch wenn sich eine kurze Leitung bilden sollte, da selbst dann nicht mehr als ein normaler Strom weitergeleitet wird. Auch können . irgend welche Lampen aus der Stromleitung ausgeschaltet werden, ohne dafs auf den Generator Obacht gegeben zu werden braucht, während gleichzeitig eine Ersparnifs an Pferdekraft und Kohle statthat, die ungefähr mit der Anzahl der ausgelöschten Lampen im gleichen Verhältnifs stehen. \ _:

Claims (3)

Patent-AnsprüCHE:

1. Das Verfahren zur Regulirung elektrischer Ströme, darin bestehend, dafs ein Paar Commutatorbürsten rückwärts, d. h. in einer der Rotationsrichtung des Commutators entgegengesetzten Richtung, und ein anderes Paar mit etwa ¹J₃ oder ^]/₄ der Geschwindigkeit an dem aus drei Segmenten bestehenden Commutator vorwärts bewegt werden.

2. Der aus dem Rahmen UU bestehende Regulirmagnet, welcher mit dem paraboloidförmigen Pol g und der beweglichen, zwischen den Füfsen'des Rahmens aufgehängten Armatur Jp versehen ist, wobei der Pol g so zu der mit einer seinem Durehmesser entprechend grofs construirten Oeffhung versehenen Arma-

• tür Ĺ angeordnet ist, dafs er bei Anwendung eines constanten elektrischen Stromes stets die gleiche Anziehungskraft auf A^ bei jeder Stellung der letzteren ausübt.

3. Die Combination des beschriebenen Regulirmagnetes R mit den beweglichen Commutatorbürsten, um die letzteren entweder auf die beschriebene »einseitige« oder auf die »doppelseitige« Regulirungsweise zu justiren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.