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Einrichtung zur Erzielung eines konstanten Magnetfeldes für Stromerzeuger.
Stromerzeuger, die z. B. zur elektrischen Fernanzeige von Geschwindigkeiten benutzt
werden sollen, müssen derart beschaffen sein, daß sie bei Verwendung von Gleichstrom
die abgegebene Spannung genau proportional der Umdrehungszahl der Antriebsmaschine
anzeigen. Dies kann auf verschiedene -Art erreicht werden. Eine bekannte Anordnung
besteht darin, daß der induzierende Teil (Anker) des Stromerzeugers in einem magnetischen
Feld rotiert, das aus permanenten Stahl-Magneten gebildet ist. Eine derartige Maschine
hat den Vorzug, von jeder fremden Stromquelle unabhängig zu sein, besitzt aber den
schwerwiegenden Nachteil, daß die Stahlmagnete mit .der Zeit nachlassen und eine
Nachregulierung, wenn solche nach längerer Zeit überhaupt noch möglich ist, erforderlich
machen. Die Anlage muß also von Zeit zu Zeit daraufhin kontrolliert werden, ob .die
Empfänger noch die tatsächlichen Geschwindigkeiten anzeigen. Ferner haben derartige
Maschinen noch den Nachteil, daß bei einem etwa auftretenden Kurzschluß in der Fernleitung
die Stahlmagnete infolge der Ankerrückwirkung -entmagnetisiert werden. Die Maschine
ist dann unbrauchbar und muß erst neu magnetisiert- werden; das gleiche tritt, wenn
auch nicht in gleich hohem Maße, ein, wenn die Maschine demontiert wird, ohne daß
vorher das mangetische Feld .durch ein aufgelegtes Eisenstück kurzgeschlossen wird.
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Andererseits ist die Verwendung von Gleichstrom für derartige Zwecke
deswegen von Vorteil, weil die Empfänger bei verhältnismäßig einfacher Bauart eine
über den ganzen Meßbereich proportionale Skala besitzen.
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Gegenstand .der Erfindung ist nun eine Einrichtung zur Erzielung eines
konstanten Magnetfeldes bei stark schwankender Spannung der zur Erzeugung dienenden
Stromquelle bei Stromerzeugern für Geschwindigkeitsmessung, wobei der Anker den
zu Meßzwecken oder zum Zwecke der Geschwindigkeitsanzeige dienenden Strom abgibt
und das Feld nicht von permanenten Magneten, sondern durch Erregung eines Elektromagneten
von einer Stromquelle erzeugt wird, deren Spannung innerhalb weiter Grenzen schwanken
kann. Bekanntlich unterliegt jede Stromquelle mehr oder weniger Schwankungen, und
es kann vorkommen, beispielsweise auf Schiffen, daß- diese Schwankungen sehr beträchtlich
sind. Die Maschine -nach vorliegender Erfindung ist nun so gebaut, daß diese Spannungsschwankungen
in dem Erregerstromkreis keinen Einfluß auf die Anzeige haben, indem Vorsorge getroffen
ist, daß das magnetische Feld stets konstant bleibt.
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Bei .dieser Einrichtung wird das bekannte Verfahren zur Bildung eines
konstanten Magnetfeldes bei schwankender Spannung der Stromquelle angewandt; dieses
besteht darin, daß das Magnetfeld aus der Differenz zweier Felder entsteht, von
denen das eine durch Kraftfluß im ungesättigten Eisen und das andere durch Kraftfluß
in stark gesättigtem
Eisen gebildet wird. Zur Änwendung dieses Verfahrens
wird erfindungsgemäß weiterhin :die Wicklung, welche das letztgenannte, .d. h, das
durch Kraftfluß in stark gesättigtem Eisen gebildete Feld, erzeugt, auf einem zwischen
den Magnetschenkeln des Feldes des Stromerzeugers liegenden Kern angebracht und
in Reihe, aber in entgegengesetztem Sinne zu den Magnetwicklungen geschaltet, welche
zur Regelung des resultierenden Feldes vermittels einer in den Kraftlinienweg des
schwach gesättigten Eisenweges einschaltbaren Luftstrecke dienen.
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Fig. r zeigt die Einrichtung in schematischer Darstellung. Der Anker
a wird zwischen den Polen b und- c eines elektromagnetischen Feldes gedreht. Von
den Schleifbürsten d und e führen die Stromzuführungsleitungen zu dem die Geschwindigkeit
anzeigenden Empfänger. Das magnetische Feld wird durch zwei einander überlagerte
Einzelkraftflüsse dargestellt, und zwar durch einen Hauptkraftfluß I, der zum größten
Teil in hochgesättigtem Eisen und nur in ganz geringem Maße in Luft verläuft, und
einen Kompensationskraftfluß II, der dem ersteren entgegengesetzt gerichtet ist
und in der Hauptsache durch Luft und nur ganz schwach magnetisiertes Eisen seinen
Weg nimmt. Der Hauptkraftfluß I hat seinen Ursprung in der Wicklung f, die
auf einem dünnen Eisenkern l
angeordnet ist und diesen stark sättigt. Dieser
Kraftfluß I verläuft hauptsächlich in der eingezeichneten Pfeilrichtung über den.
schmalen Luftspalt durch den Anker, während nur ein ganz geringer und zu vernachlässigender
Bruchteil über dem größeren Luftspalt bei g und h fließt. Von dem gleichen Erregerstrom,
der die Wicklung f durchfließt, werden auch die Wicklungen i und k erregt, die mit
der Wicklung f in Serie oder parallel geschaltet sein können. Die Wicklungen besitzen
nur geringe magnetisierende Kraft und sind so angeordnet, daß sie einen kräftfluß
II erzeugen, der dem Hauptkraftfluß I entgegengerichtet ist. Die Größe dieses Kompensationskraftflusses
ist von der Streuung des Magnetsystems abhängig, .die mit der Sättigung desselben
veränderlich ist: Diese Streuung kann durch Verstellung des Joches in und der dadurch
bedingten .Änderung der Luftspalte h und g beliebig verändert werden, so daß das
den Anker durchfließende, resultierende Kraftfeld konstant bleibt oder sich nach
einem beliebigen Gesetz mit der Erregerspannung ändert.
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Man kann sich diese Vorgänge so vorstellen, als ob zwei einander entgegengesetzte
Kraftflüsse vorhanden wären, von denen der eine im hochgesättigten Eisen mit nur
geringem Luftspalt verläuft, also in der Haupt-Sache von :der Magnetisierungskurve
des Eisens abhängig ist, und ein Nebenkraftfluß, der vorwiegend in Luft und schwach
magnetisiertem Eisen verläuft, also hauptsächlich von der Luftcharakteristik beeinflußt
wird.
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Treten Veränderungen der Erregerspannung ein, so bleibt das Magnetfeld
konstant, und der Ausgleich erfolgt über die Luftspalte g und h und :das
Joch wz.
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Fig. 2 zeigt den Verlauf beider Kraftflüsse. Schaulinie r ist der
bekannte Magnetisierungsstrom für Eisen und .stellt den Hauptkraftfluß dar. Da .der
Eisenkern hoch gesättigt ist, z. B. mit ungefähr 17 ooo Linien, kommt der
Kurventeil oberhalb des Knies von a an aufwärts in Betracht. Die Schaulinie verläuft
in diesem obereh Teil annähernd gerade und schwach geneigt nach aufwärts. Schaulinie
2 .stellt den Kraftfluß des Nebenfeldes dar, die entsprechend der »Luftcharakteristik«
dieses Feldes eine beinahe gerade Linie ist. Da der Kraftfluß zum Teil auch in schwach
gesättigtem Eisen verläuft, ist die Linie in der Praxis schwach konkav nach unten
geneigt.
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Wie bereits erwähnt, ist der Kraftfluß des Nebenfeldes (Schaulinie
2) dem des Hauptfeldes (Schaulinie r) entgegengerichtet. Es ergibt "sich also eine
resultierende Schaulinie 3, die den tatsächlichen. Kraftfluß darstellt, welcher
durch den Anker a geht. Die beiden an @ sich von der Erregerspannung in ihrer Größe
abhängigen Kraftflüsse sind also zu einem einzigen vereinigt, der in weiten, allen
praktischen Ansprüchen genügenden Grenzen Mori der Erregerspannung unabhängig ist.
Wenn aber das Kraftfeld im Anker bei jeder praktisch vorkommenden Schwankung der
Erregerspannung konstant bleibt, ist die an den Bürsten des Stromerzeugers abgenommene
Spannung genau proportional der Umdrehungszahl-des Ankers und mithin der .Geschwindigkeit
des antreibenden Organs. Man kann also trotz erheblicher Schwankungen der Erregerspannung
eine konstante Felderregung des Ankers erhalten und mithin eine genau .der zu messenden
Umdrehungszahl entsprechende Ankerspannung, die an entfernter Stelle in an sich
bekannter Weise zur Anzeige gebracht werden kann.