DE280513C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 280513 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Juni 1913 ab.

Es ist zwar bekannt, daß man elektrische Maschinen verschiedener Polzahl in eine Maschine zusammenbauen kann, d. h. daß man Wicklungen verschiedener Polzahl in denselben Ständer oder Läufer einlegen kann. Bis jetzt ist es aber lediglich Hunt gelungen, eine marktfähige Maschine dieser Gattung herzustellen. Dieser baut zwei Induktionsmotoren zusammen, von denen einer die doppelte Polzahl gegenüber dem anderen hat. Die beiden Maschinen werden in Kaskade geschaltet, wenn sie gleichzeitig arbeiten sollen.

Die Erfindung bezweckt nun, eine Wechselstrommaschine und eine Gleichstrommaschine · in demselben Ständer- bzw. Läuferkern zur Bildung eines Motorgenerators bzw. Doppelgenerators derart zusammenzubauen, daß die Gleichstromspannung von der Wechselstromspannung unabhängig wird und nach Belieben geregelt werden kann. Die Wicklungen der beiden Maschinen werden dabei mit verschiedener Polzahl, für gewöhnlich im Verhältnis 1:2, ausgeführt.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt erstens in der Wahl der Wechselstrommaschine, die eine asynchrone oder autosynchrone Maschine ist, die bekanntlich als gewöhnlicher Induktionsmotor angelassen wird, dann aber als Synchronmaschine weiterläuft, indem der Sekundärwicklung Gleichstrom zugeführt wird.

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Die Erfindung besteht ferner darin, daß die Wechselstrommaschine am Läufer die Primärwicklung und am Ständer die Sekundärwicklung erhält, wobei letztere in die Polflächen der Gleichstrommaschine verlegt wird. Man erreicht dadurch den Vorteil, daß nach dem Anlassen die magnetischen Felder der beiden Maschinen im Räume mit Bezug zueinander und zum Ständer stillstehen. Die Feldwicklungen können daher derart angeordnet werden, daß sie aufeinander nicht störend einwirken. Dies gilt selbstverständlich sowohl für den Ständer als den Läufer. Durch die Benutzung einer asynchronen oder autosynchronen Wechselstrommaschine wird auch der Vorteil erreicht, daß die Feldwicklung der Gleichstrommaschine und die Sekundärwicklung der Wechselstrommaschine am Ständer bequem verlegt werden können, indem die letztere Wicklung eine über die Polfläche gleichmäßig verteilte Spulenwicklung ist, während die erstere Wicklung zweckmäßig mit nur einer Spule pro Pol wie die Feldwicklung einer mit ausgeprägten Polen versehenen Gleichstrommaschine ausgeführt wird.

Die Maschine kann in gebräuchlicher Weise als ein Induktionsmotor mit in den Sekundärkreis — der ja in diesem Fall am Ständer angebracht ist — eingeschaltetem Widerstand angelassen werden. Nach dem Anlassen kann man gegebenenfalls, wie oben erwähnt ist, die

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Maschine als Synchronmotor weiterlaufen lassen, indem der Sekundärwicklung Gleichstrom zugeführt wird. Die Sekundärwicklung kann auch als Kurzschlußwicklung ausgebildet werden, und zwar erfolgt dann das Anlassen in irgendeiner bekannten Weise, wie z. B. mit Hilfe eines Selbstanlassers usf.

Das Anlassen kann auch von der Gleichstromseite aus oder mit Hilfe eines besonderen

ίο Anlaßmotors erfolgen. Ist die Wechselstrommaschine eine Einphasenmaschine, so kann das Anlassen von der Wechselstromseite aus in gebräuchlicher Weise mit Hilfe einer Anlaßphase erfolgen.

Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt. 'Fig. ι zeigt eine mit einer zweipoligen Gleichstrommaschine zusammengebaute vierpolige Wechselstrommaschine mit dreiphasiger Primärwicklung und dreiphasiger Sekundärwicklung. '

Fig. 2 zeigt dieselbe Maschine, jedoch mit zwei Polen auf der Wechselstromseite, während die Gleichstromseite dagegen vierpolig ist.

Fig. 3 zeigt dieselbe Maschine, bei welcher die Kompensations- oder Feldwicklung der Gleichstrommaschine gleichzeitig als Sekundärwicklung für die Wechselstrommaschine verwendet ist.

Fig. 4 zeigt eine zweipolige einphasige Wechselstrommaschine, die mit einer vierpoligen Gleichstrommaschine zusammengebaut ist.

Fig. 5 veranschaulicht die wesentlichen Einzelheiten der konstruktiven Ausführung.

In Fig. ι ist AW die als S pulen wicklung ausgeführte vierpolige Wechselstromankerwicklung und AL die zweipolige Gleichstromankerwicklung. Beide Wicklungen sind am Läufer angeordnet. Die drei Phasen der Wicklung A W sind mit je einem Schleifring S, S, S verbunden, denen der Primärstroni durch nicht dargestellte Bürsten zugeführt wird.

Die Wechselstromwicklung braucht nicht notwendig als Phasenwicklung ausgeführt zu sein, sondern kann auch in irgendeiner anderen Weise ausgebildet werden. Die als Phasenwicklung ausgeführte vierpolige Wicklung FW ist die Sekundärwicklung der Wechselstrommaschine und die zweipolige Spulenwicklung FL ist die Feldwicklung der Gleichstrommaschine. Diese beiden Wicklungen sind am Ständer verlegt und werden im vorliegenden Falle von einer gemeinsamen Erregermaschine M erregt, wobei die eine Phase 1-0 der Wechselstrommaschine mit dem einen Pol der Maschine M verbunden ist, während die Phasen II-O und HI-O in bei dreiphasigen Autosynchronmaschinen bekannter .Weise an den anderen Pol angeschlossen sind.

Die Erregerströme können durch die Regulierwiderstände RW und RL geregelt werden.

FM und VM sind die Feldwicklung bzw. der Feldregulierwiderstand der Erregermaschine. Am Ständer der Hauptmaschine sind endlich Kommutierungswicklungen K₁ und K₂ vorgesehen, die mit der Gleichstromwicklung AL in Reihe geschaltet sind. Schließt man die Punkte P₁ und P₂ unmittelbar miteinander kurz, anstatt dieselben mit der Erregermaschine M zu verbinden, so geht die Wechselstromseite des Umformers in einen gewöhnlichen Induktionsmotor über, so daß der Umformer mit asynchroner Drehzahl läuft. Die Bedeutung der verwendeten Bezeichnungen ist dieselbe auch für die folgenden Figuren.

Die Maschine nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Maschine nach Fig. 1 nur darin, daß die Wechselstrommaschine nach Fig. 2 zweipolig, die Gleichstromwicklung aber vierpolig ist.

In Fig. 3 ist FW die zweipolige, gleichmäßig verteilte Wechselstromständerwicklung, die an den Punkten P₁ und P₂ von den Bürsten B₁ und B₁ der Gleichstrommaschine M erregt wird. Dieselbe Wicklung wird auch als Kompensationswicklung für die vierpolige Gleichstromwicklung verwendet, jind zwar wird der Ankerstrom an den Punkten H₁ und H₂ eingeführt bzw. entnommen. H₂ bildet den Nullpunkt eines in gewöhnlicher Weise an die Maschine angeschlossenen Spannungsteilers D. Die großen Pfeile beziehen sich auf den Erregerstrom der Wechselstrommaschine, die kleinen auf den Kompensationsstrom der Gleichstrommaschine. Der erstere wird entweder durch Regelung der Spannung der Erregermaschine oder auch durch gleichzeitige und gleich große Regelung der beiden Widerstände RW₁ und RW₂ geregelt. Die Querverbindung Q₁, Q₂ sowie die Verbindung P₁, P₂ über dem verhältnismäßig kleinen Ankerwiderstand der Erregermaschine wirken als eine Dämpfungswicklung, falls die Wechselstrommaschine einphasig ist. Dasselbe gilt auch hinsichtlich Fig. ι und 2. Die vierpolige Gleichstromfeldwicklung sowie die Läuferwicklungen sind der Deutlichkeit halber in Fig. 3 nicht dargestellt worden.

Anstatt die Wechselstromsekundärwicklung in der oben beschriebenen Weise als Kompensationswicklung zu verwenden, kann man sie auch als Feldwicklung für die Gleichstrommaschine verwenden. Die PunkteHjUndHg werden dann an eine Gleichstromquelle angeschlossen, die, wenn eine größere Spannungsregelung nicht erforderlich ist, aus der Maschine selbst, andernfalls aber aus einer besonderen Erregermaschine bestehen kann. In diesem Falle wird erforderlichenfalls eine besondere Kompensationswicklung vorgesehen. Die oben beschriebene gleichmäßig verteilte Wicklung P₁, Q₁, P₂, Q₂ wird zweckmäßig mit einem verlängerten bzw. verkürzten Wicklungsschritt gegenüber der vier-

poligen bzw. zweipoligen Teilung ausgeführt. Ferner ist es nicht notwendig, die Wicklung FW j als zweiphasige geschlossene Wicklung, wie in \ Fig. 3 dargestellt, auszuführen, sie kann auch in an sich bekannter Weise als zwei-, drei- oder vierphasige geschlossene oder offene Wicklung für Polumschaltung ausgeführt werden.

In der in Fig. 4 dargestellten Maschine ist A W eine an die beiden Schleifringe S, S angeschlossene zweipolige Einphasenwicklung. Am Läufer ist außer A W auch die v.ierpolige Gleichstromwicklung AL angebracht. Die ausgebreitete verteilte Ständerwicklung FW bildet gleichzeitig die Sekundärwicklung der Wechsel-Strommaschine sowie die Kompensationswicklung der Gleichstrommaschine und wirkt außerdem als Dämpfungswicklung genau in der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Weise.

Es ist nicht notwendig, daß man, wie in Fig. 3 gezeigt ist, einen Spannungsteiler zur gleichmäßigen Verteilung des Kompensationsstromes an die Punkte P₁ und P₂ verwendet, indem man, wie in Fig. 4 dargestellt ist, den Punkt H₂ an den einen Pol der Erregermaschine anschließen und die Widerstände 72PF₁ und RW₂ derart regulieren kann, daß RW₂ gleich der Summe des Widerstandes RW₁ und des Ankerwiderstandes der Erregermaschine wird. Der Anschluß ist natürlich derart auszuführen, daß der Kompensationsstrom und der Erregerstrom der Wechselstrommaschine in entgegengesetzten Richtungen durch den Anker der Erregermaschine verlaufen, was eine gute Wirkung auf die Dimensionen und Verluste der Erregermaschine hat. Eine nähere Untersuchung ergibt schließlich, daß es nicht notwendig ist, den Kompensationsstrom an die beiden Punkte P₁ und P₂ gleichmäßig zu verteilen. Wie die Verteilung auch sein mag, ihre kompensierende Wirkung bleibt unverändert. Dagegen wirkt eine ungleichmäßige Verteilung des Kompensationsstromes an die Punkte P₁ und P₂ verstärkend oder schwächend auf die Erregung der Wechselstrommaschine ein. Die betreffende Wirkung ist stärkend, wenn der Anschluß von H₁ nach Fig. 4 ausgeführt wird, d. i. derart, daß der Kompensationsstrom und der Erregerstrbm der Wechselstrommaschine in entgegengesetzten Richtungen durch den Anker der Erregermaschine verlaufen und wenn RW₂ kleiner als die Summe des Widerstandes RW₁ und des Ankerwiderstandes der Erregermaschine ist. Man kann somit eine selbsttätige Steigerung der Erregung der Wechselstrommaschine vom Leerlauf aus bis zur vollen Belastung oder mit anderen Worten eine Phasenkompensierung erhalten. Die oben beschriebenen Verfahren zur Erzeugung verschiedener Polzahlen durch Übereinanderlagern von Strömen in derselben Wicklung und zur Einführung des einen Stromes in den Erreger des anderen mit oder ohne Spannungsteiler sind selbstverständlich nicht auf derartige Maschinen beschränkt, bei denen die Gleichstrommaschine die doppelte Polzahl gegenüber der Wechselstrommaschine hat, sondern können auch an derartigen Maschinen verwendet werden, bei denen das Verhältnis das entgegengesetzte ist.

Der in Fig. 5 dargestellte Schnitt durch eine Maschine nach der Erfindung dürfte ohne weitere Beschreibung durch die eingetragenen Hinweisungsbezeichnungen verständlich sein. Der Erfindungsgegenstand braucht nicht notwendig als Wechselstrom-Gleichstromumformer verwendet werden, sondern kann auch zur Um-Wandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder als Doppelgenerator Anwendung finden.

Claims (3)

Patent-An Sprüche:

1. Zur Umwandlung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom in Gleichstrom oder umgekehrt dienender, auch als Doppelgenerator zur gleichzeitigen Erzeugung von Wechselstrom und Gleichstrom verwendbarer Motorgenerator mit einer von der Wechselstromspannung unabhängigen und regulierbaren Gleichstromspannung und mit zwei in denselben Ständer- und Läufer-, kernen zusammengebauten Maschinen, von denen die eine eine Wechselstrommaschine und die andere eine Gleichstrommaschine ist, die mit verschiedenen Polzahlen, für gewöhnlich im Verhältnis 1:2, ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrommaschine als eine asynchrone oder autosynchrone Maschine ausgeführt ist, die am Läufer die Primärwicklung und am Ständer die Sekundärwicklung erhält, wobei letztere in die Polflächen der Gleichstrommaschine verlegt ist.

2. Motorgenerator oder Doppelgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung der Gleichstrommaschine gleichzeitig ganz oder teilweise als Sekundärwicklung bzw. Feldwicklung für

' die Wechselstrommaschine dient.

3. Motorgenerator oder Doppelgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 'daß die Gleichstrommaschine mit Kompensationswicklung in den Polflächen ausgeführt ist, wobei diese Wicklung gleichzeitig ganz oder teilweise als Sekundärwicklung oder Feldwicklung für die Wechselstrommaschine dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.