DE34649C - Neuerungen in den Mitteln zur Regulirung von elektrischen Wechselströmen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei Wechselströmen, welche aus magnetelektrischen oder dynamo-elektrischen Maschinen gewonnen werden, ändert sich sowohl die Intensität im Stromkreise, als auch, die Potentialdifferenz zwischen gewissen Punkten des Schliefsungskreises, sobald der Widerstand des Schliefsungskreises gröfser oder kleiner wird.

Wie bei den Dynamomaschinen, wo die gemischten Schaltungen ein allgemein bekanntes Mittel sind, um die Stromintensität oder Stromspannung zu reguliren, ist es auch bei den Wechselstromgeneratoren sehr wichtig, dafs entweder im Stromkreise eine unveränderliche Intensität herrschen oder zwischen bestimmten Punkten des Vertheilungsnetzes eine unveränderliche Stromspannung bestehen soll, wenn auch die Leistung des Generators und die Widerstände im Schliefsungskreise variiren. Wenn hier und in der Folge von einer bestimmten Spannung oder Intensität der Wechselströme die Rede ist, so sind natürlich nur die mefsbaren mittleren Spannungen und Intensitäten des periodisch veränderlichen Wechselstromes gemeint.

Um diese Selbstregulirung bei Wechselströmen in geeigneter Weise durchzuführen, werden folgende neue und sehr einfache Mittel benutzt und sowohl zur Regulirung von Stromintensität als auch von Stromspannungen verwendbar gemacht.

Die Magneterregung von Wechselstrommaschinen geschieht in der Regel durch einen Strom von bestimmter elektromotorischer Kraft, und zwar entweder durch den Strom einer separaten Dynamomaschine, der sogenannten Erregermaschine, oder durch einen gleichgerichteten Strom, welcher aus dem Wechselstromgenerator selbst entnommen wird. Bei Wechselstrommaschinen mit permanenten Magneten ist die Magnetisirung an und für sich unveränderlich.

Um die Constanz der Stromintensität oder der Spannung zu erzielen, müfste aber die Magnetisirung nach einem bestimmten Gesetze veränderlich sein und müfste von dem Zustande des Hauptstromes direct abhängig werden.

Zu diesem Zwecke läfst man den zu regulirenden Hauptstrom durch die Drahtrolle eines sogenannten Wechselstrom - Secundärgenerators oder Inductors fliefsen, ehe er zu den Verbrauchsstellen gelangt. Die zweite Drahtrolle des Inductors, welche mit der ersten parallel um einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt ist, schaltet man in den Erregerstromkreis ein. Der in der zweiten Spirale indirect hervorgebrachte, d. h. vom Hauptstrom secundär inducirte Wechselstrom, wird durch einen auf der Maschinenwelle befindlichen Commutator gleichgerichtet.

Ist die secundäre Spirale in den Erregerstromkreis so eingeschaltet, dafs der in ihr inducirte Strom sich zu dem Erregerstrom addirt, dann wird die Magnetisirung sich in gleichem Sinne ändern wie die Intensität des Hauptstromes. Im entgegengesetzten Sinne ändert sich die Magnetisirung dann, wenn der secundär inducirte Strom dem Erregerstrom entgegenwirkt.

Diese erste Schaltung dient zur Regulirung der Stromspannung, die zweite Schaltung zur Regulirung der Stromstärke. Das Grundprincip vorliegender selbstthätiger Regulirungsmethode

ist daher die Erregung der Elektromagnete durch das Zusammenwirken. von zwei Strömen verschiedener Entstehungsart. Der eine continuirliche oder gleichgerichtete Strom ist vermöge seiner Provenienz entweder ganz constant oder er ist intermittirend und ändert sich nur in geringem Mafse umgekehrt wie der Hauptstrom der Maschine. Der andere secundär inducirte Strom, welcher durch den Hauptstrom indirect hervorgebracht wird und folglich ganz von diesem abhängig ist, mufs seiner Natur nach variabel sein. Gewöhnlich ist der erstere Strom überwiegend, und zwar um so mehr, je kleiner die Variationen sind, welche im Hauptstrom ausgeglichen werden sollen. Sind die Variationen sehr bedeutend, dann kann der constante Erregerstrom minder bedeutend werden, ja mitunter sogar ganz wegfallen, wenn er nicht ohnedies, wie bei Generatoren mit permanenten Magneten, überflüssig ist.

Zur Verdeutlichung dieser Regulirungsmethode mögen folgende Anwendungsbeispiele dienen:

In Fig. ι ist eine Wechselstrommaschine schematisch dargestellt, bei welcher die Elektromagnete S rotiren und die Armaturdrähte fest bleiben. Der Strom zur Magneterregung wird aus einem separaten Armaturdraht a b entnommen und durch den Commutator C gleichgerichtet. Dieser Strom ist also nicht continuirlich, sondern intermittirend, er kann aber als constanter Strom aufgefafst werden, wenn auch durch Rückwirkung des Hauptstromes seine elektromagnetische Kraft nicht absolut unveränderlich bleibt. Denn die geringe Abnahme seiner elektromotorischen Kraft wird durch eine um so schnellere Zunahme des in d e secundär inducirten Stromes entsprechend ausgeglichen.

A und B sind die Austrittsstellen des Arbeitsstromes aus der Armatur der Maschine, α und b diejenigen Punkte, wo der Erregerstrom austritt. D E ist die Drahtrolle des Inductors, welche in die Hauptleitung, und d e die Drahtrolle, welche in die Leitung des Erregerstromes eingeschaltet ist. Der Hauptstrom geht von A über DE bis M und von N zurück bis B. Der Erregerstrom fliefst von α nach d, verstärkt sich dort mit dem secundär inducirten Strom der Drahtrolle de, geht dann zum Commutator C, und nachdem er als Gleichstrom die Magnetspulen 5 durchlaufen hat, kehrt er zurück nach b.

Es soll nun z. B. die Potentialdifferenz zwischen M und N constant erhalten werden. Die Anordnung wird alsdann so getroffen: Bei der kleinsten Stromstärke in der Hauptleitung stellt man zwischen M und N die gewünschte Spannung her, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine und die Widerstände im Magnetisirungsstromkreise ein- für allemal festgestellt werden. ,Bei einer anderen Stromstärke in der Hauptleitung, z. B. bei der normalen oder bei der zulässig gröfsten Stromstärke, wird alsdann ein Strom in dem Secundärinductur auftreten, welcher in demselben Sinne wie der ursprüngliche Erregerstrom zur Magnetisirung mitwirkt. Es ist also unschwer, durch richtig gewählte Windungsdimensionen, durch entsprechende Schaltungen und endlich durch Zuhülfenahme von Rheostaten die Induction im Secundärgenerator, d. h. in de gerade so zu justiren, dafs infolge der jetzt verstärkten Magnetisirung bei unveränderter Tourenzahl und bei unveränderten inneren Verhältnissen der Maschine ihre elektromotorische Kraft gerade um so viel zunehmen mufs, dafs zwischen M und N auch jetzt die nämliche Spannung auftritt, wie im ersten Falle. Dieselbe Spannung wird dann ziemlich genau, auch bei den verschiedenen Stromstärken im Hauptstromkreise eintreffen, welche zwischen der verwendeten kleinsten und gröfsten Stromstärke fallen. · ■

Nebst der gehörigen Dimensionirung der Inductionsspiralen kann auch noch die Beweglichkeit des Eisenkernes K dazu dienen, um gerade die erforderliche Inductionswirkung eintreten zu lassen.

Fig. 2 stellt schematisch dar, wie der Secundärgenerator A zum Zwecke der Stromregulirung in solchen Fällen angewendet wird, wo die Magneterregung durch einen continuirlichen Strom von aufsen bei D erfolgt, z. B. aus einer separaten Dynamomaschine, aus einer primären oder secundären Batterie.

Der Hauptstrom S geht durch die primären Windungen des Secundärgenerators A und von hier zu den verschiedenen Verwendungsstellen L. Der secundär inducirte Strom aus A führt zu den zwei Schleif bürsten b¹ und 2>² des Commutators C, welcher auf der Welle der Wechselstrommaschine befestigt ist. Auf derselben Welle sitzt auch ein Collector B, bestehend aus zwei Schleifringen r³ und r⁴ und zwei Schleif bürsten b^B und b*. Diese Schleif bürsten sind mit der constanten Stromquelle, d. h. mit den zwei Klemmen b^s und b^R verbunden. Das eine Ende der Magnetbewickelung M ist mit einem Sectorensystem c¹ des Commutators, das andere Ende mit dem Schleifring r⁴ fest verbunden, während der Schleifring r* r⁸ mit dem anderen Sectorensystem c² des Commutators leitend vereinigt ist.

Der Erregerstrom verfolgt also den Weg von b^a bis &⁴ und von r⁴ bis c² als continuirlicher Gleichstrom, von c² i² über A bis b^l und c¹ addirt sich ein gleichgerichteter variabler Strom hinzu (bezw. ist vom ersten Strom zu subtrahiren), von c über M nach r⁴ und von b³ weiter bis &⁵ ist der Erregerstrom continuiiiich.

Hier sind also die beiden Ströme, der constante Erregerstrom, welcher von einer äufseren Quelle herstammt, und der secundär inducirte, intermittirende Strom hinter einander geschaltet. Selbstverständlich ist es auch statthaft, dieselben mit einander parallel zu verbinden oder auch jeden von ihnen in eine separate Bewickelung der Elektromagnete zu senden, so dafs der constante Strom durch Contactringe, der secundär inducirte Strom hingegen durch einen Commutator in die Elektromagnetwickelungen gelangen.

In beiden Beispielen und Figuren wurden die Elektromagnete des Generators,, beweglich und die Armaturen fest gedacht. Selbstverständlich ist die Anordnung auch umgekehrt durchführbar und haben nur geringe Modificationen an der Schaltungsweise Platz zu greifen. Das Wesentliche der Regulirung mit Hülfe von Secundärgeneratoren ist durch obige Beispiele genügend erläutert.

Ferner sind zahlreiche Combinationen von den verfügbaren Strömen zum Zwecke der entsprechenden Magnetisirung möglich. Der constante Erregerstrom kann gewonnen werden i. aus einer aufserhalb befindlichen Stromquelle, 2. aus der Armatur des Wechselstromgenerators selbst, und zwar aus separaten Armaturdrähten oder als Zweigstrom des Schliefsungskreises, wenn eine constante Spannung angestrebt wird, oder als Theil des Hauptstromes, wenn eine constante Stromstärke angestrebt wird, oder auch 3. aus einem Secundärgenerator, wo er durch irgend einen der unter 2. erwähnten Ströme secundär inducirt wird.

Der variable Erregerstrom wird entnommen aus der Armatur des Wechselstromgenerators, und zwar als Zweigstrom des Schliefsungskreises, wenn constante Stromstärke angestrebt wird, oder als Theil des Hauptstromes, wenn constante Spannung angestrebt wird. Diese Stromentnahme geschieht also auch entweder direct oder indirect durch Secundärgeneratoren, wo der Strom durch einen der jetzt erwähnten variablen Wechselströme secundär inducirt wird.

Daraus folgt, dafs mitunter auch zwei Secundärgeneratoren oder ein Secundärgenerator mit drei Drahtspiralen angewendet wird, nämlich in solchen Fällen, wo sowohl der constante wie auch der variable Erregerstrom indirect erzeugt werden.

Als wichtigen Vortheil dieser Regulirungsmethode, besonders mit Rücksicht auf solche Fälle, wo Wechselströme von bedeutender Spannung regulirt werden sollen, ergiebt sich, dafs es infolge der Transformation leicht zu vermeiden ist, dafs die hochgespannten Ströme auch zur Magneterregung verwendet werden müssen. Es ist im Gegentheil ein bequemes Mittel geschaffen, den Strömen, welche zur Erregung dienen und commutirt werden müssen, ganz beliebige elektrische Verhältnisse zu geben.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Behufs Aufrechterhaltung einer constanten Potentialdifferenz oder Stromstärke bei Wechselströmen die Anordnung eines mit zwei sich gegenseitig inducirenden feststehenden Windungen versehenen Ind.uctionsapparates in der Weise, dafs der eine Draht dieses Inducfionsapparates von dem zu regulirenden Hauptstrom durchflossen wird, während der andere Draht in den mit dem Hauptstromkreis direct nicht verbundenen Erregerstromkreis eingeschaltet ist, und dafs dabei die Verhältnisse des Inducfionsapparates so gewählt sind, dafs für die zwei Grenzen der veränderlichen elektrischen Gröfse die Constanz der Potentialdifferenz oder Stromstärke vorhanden ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.