DE350932C - Selbsttaetig sich regelnde Gleichstrommaschine zum wahlweisen Betrieb als Generator sowie als Motor - Google Patents

Selbsttaetig sich regelnde Gleichstrommaschine zum wahlweisen Betrieb als Generator sowie als Motor

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DE350932C
DE350932C DE1918350932D DE350932DD DE350932C DE 350932 C DE350932 C DE 350932C DE 1918350932 D DE1918350932 D DE 1918350932D DE 350932D D DE350932D D DE 350932DD DE 350932 C DE350932 C DE 350932C
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/02DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H02K23/20DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having additional brushes spaced intermediately of the main brushes on the commutator, e.g. cross-field machines, metadynes, amplidynes or other armature-reaction excited machines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)

Description

  • Selbsttätig sich regelnde Gleichstrommaschine zum wahlweisen Betrieb als Generator sowie als Motor. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Kraftwagen und ähnlichen Fahrzeugen eine einzige Gleichstrommaschine sowohl zur Erzeugung des Lichtstromes als auch zum Anwerfen des Benzinmotors zu benutzen, indem bei Generatorbetrieb als Q.uerfeldmiäschine das Primärfeld durch vom Kurzschlußstrom durchflossene zusätzliche Erregerwindungen geschwächt wird, während beim Betrieb als iNTotor die unter den Feldpolen liegenden Bürsten abgeschaltet und die zusätzlichen Erregerwindungen über die in der neutralen Zone liegenden Bürsten vom Hauptstrom so erregt werden, daß sie das Primürfeld verstärken. Man .kann :dieselbe Wirkung nun in vollkommenerer Weise erreichen, wenn man gemäß derLrfindung,den Sekundärstrom nicht zur Schwächung, sondern umgekehrt zur Stärkung des Primärfeldes benutzt.
  • In einer normalen Ouerfeldmaschine erzeugt ein kleines Primärfeld in der über die in der neutralen Zone stehenden Bürsten kurzgeschlossenen Ankerwicklung einen Strom Dieser Strom (Sekundärstrom) ruft ein Querfeld (Sekundärfeld) hervor, welches dem Primärfeld bekanntlich um 9o° vorauseilt. - Will man einer solchen Maschine Nutzstrom enti,ehnien, so muß von vornherein das Primärfeld um so viel verstärkt wenden, als die vom Tertiärfeld herrührende Ankerrückwirkung beträgt. Dieses Tertiäxfeld eilt -dem Sekundärfeld wiederum um 9o° voraus, dein Primärfeld also um 18o°, und wirkt diesem entzegen. Abb. i stellt das bekannte Feldd.iägramm einer solchen Maschine ,dar. Darin becleutet,der Strahl I das ursprüngliche Primärfeld, welches das Sekundärfeld II hervorbringt, und der Strahl III .das Tertiärfeld des Ankers, welches vom Strahl I' in Richtung des Primärfeldes kompensiert ist. Wie aus dem Diagramm hervorgeht und allgemein bekannt ist, kann :man eine solche Maschine ohne Gefahr kurzschließen, aber nicht leer laufen lassen, da in diesem Falle das Tertiärfeld III ,des Ankers in Fortfall kommt und zur Bildung des Sekundärfeldes jetzt nicht nur der Wert I des Primärfeldes, sondern auch derjenige von I' zur Geltung .kommt. Die Spannung wird deshalb bei Leerlauf eine gefahrdrohende Höhe erreichen. Die Erfindung vermeidet nun diesen Übelstand vollkommen dadurch. daß der Kurzschlußstrom (Sekttnd ärstrom) des Sekundärfeldes II mittels einer von ihin durchflossenen Feldwicklung y (Abb. 3) - das ursprüngliche kleine Primärfeld I auf eine solche Größe bringt, daß eine gewisse Spannung an den Arbeitsbürsten 2-2 der Maschine entsteht. Diese Spannung speist wiederum .die zusätzliche Feldwicklung x (Abb. 3), so daß das vom Sekundärstrom herrührende Feld kompensiert wird.
  • Denkt * man sich eine Querfeldmaschine fremd .so erregt, daß das Primärfeld I vielleicht io Prozent des normalen Tertiärfeldes ausmacht (Abb.2). Dieses Primärfeld erzeugt einen Sekundärstrom beliebiger Größe in der über die Bürsten i-i (Abb. 3) kurzgeschlossenen Ankerwicklung. Nach,der Erfindung fließt dieser Strom nicht wie bei einer nc.irmalcil Ouerf2Idmaschine als K-urzschluß-5truni von Bürste zu Bürste, sondern durchläuft eine auf den heldniagnetpolen aufgebrachte Wicklung y, und zwar derartig, daß ..las von, dieser herrührende Feld I' das urprüngliche Primärfeld I verstärkt, so daß an leg Bürsten 2-2 ein gewisser Strom entnoninen werden kann, An .diese Bürsten 2-2 ist nun eine weitere, -#uf den Feldmagnetpolen angeordnete Wicklung x derart angeschlossen, daß das von dieser Wicklung herrührende Feld III' dem Strahl I' .des Primärfeldes entgegenwirkt. Diese Gegenwicklung ersetzt also vollkommen ein Tertiärfeld, welches von einem Strom herrührt, der in entsprechender Größe im Anker Hießt.
  • Der -in der Gegenwicklung x fließende Strom bildet aber im Anker das kleine Tertiärfeld III (Abb. 2), welches -ebenfalls dem Felde I' entgegenwirkt. Das von der Gegenwicklung x erzeugte Feld III' braucht also las Feld I' nicht vollkommen zu kompensie-_@en, sondern beispielsweise nur 9o Prozent, während die verbleibenden io Prozent vom Tertiärfeld III kompensiert werden.
  • Abb. 3 stellt den Stromlauf einer .derartig '_ompensierten Maschine dar. Die Fremderre-;ung, von der Batterie ausgehend, erzeugt in ler Wicklung z das ursprüngliche Primäreld I derartig, daß unten ein Nordpol und )gen ein Südpol entsteht. Dieses Primärfeld ,_rze;ugt in dem Anker den Sekun;d.ärstrom aber die Bürsten i-i, der beider angenommeien Linksdrehung unter dem Südpol.vom Be-;chauer fortfließt, unter dem Nordpol aber :uf den Beschauer zu. Der Strom der beiden Bürsten i-i, die bei einer normalen Querfeld--Maschine kurzgeschlossen sind, ist nach der Erfindung, wie erwähnt, dazu benutzt, um, furch eine Wicklung y fließend, das ursprüngliche Primärfeld I um den Betrag I' zu vertärken. Von der rechten Plusbürste aus-;ehend, erzeugt dieser Strom durch die Wicklung y, genau wie die Fremderregung z, oben einen Südpol, unten einen Nordpol. Wie weiterhin aus der Abb. 3 ersichtlich ist, ruft dieser in der Ankerwicklung fließende Sekundärs trom das Sekundärfeld II hervor, welches auf der linken Ankerhälfte austritt und quer zum Primärfeld durch die Polschuhe verläuft, um auf der rechten Ankerseite wieder einzutreten.
  • In der neutralen Zone dieses Querfeldes-Sekundärfeldes - sind nun die unter den Feldmagnetpolen liegenden Bürsten 2-2 angebracht, von denen rder Nutzstrom entnommen .werden kann.
  • An die Bürsten 2-2 ist nun die erwähnte weitere, auf den Magnetpolen angebrachte Gegenwicklung x angeschlossen, die das dem Primärfeld I' entgegenwirkende Feld III' schafft; während das Tertiärfeld III in der Anherw:icklung selbst durch den in der erwähnten Gegenwicklung :i- fließenden Strom erzeugt wird.
  • Die inneren Vorgänge einer solchen Maschine spielen sich nun bei einer bestimmten Drehzahl wie folgt ab. Durch die Gegenwicklung x und das von dem x :durchfließenden Strom im Anker erzeugte Tertiärfel,d III wird der von der Wicklung y Herrührende TeiI I' des Primärfeldes vollkommen aufgehoben und tritt nach außen auf das Bürstenpaar 2-2 nicht mehr in die Erscheinung. Die Spannung, die an diesen Bürsten herrscht, ist nur gegeben durch die Größe .des Primärfeldes I und das von ihm herrührende Sekundärfeld II (Abb. 2). Es werde angenommen, daß dieses Primärfeld I ro Prozent ides vom normalen Nutzstrom herrührenden Tertiärfeldes betragen solle. Wird die Drehzahl der Maschine jetzt beliebig erhöht, so würde die Spannung an den Bürsten 2-2 versuchen, proportional - der Drehzahl zu steigen; hätte diese Steigerung der Spannung aber nur 5 Prozent erreicht, so -wäre dadurch die Gegenwirkung der Wicklung x und mithin des Feldes III' auch um 5 Prozent gestiegen. Aber nicht nur die Gegenwirkung des Feldes III' wüchse um 5 Prozent, sondern auch die ,des Tertiärfeldes III stiege um dergleichen Betrag, da derselbe Strom, der von den Bürsten 2-2 aus fließt, ja auch durch die Ankerwicklung geht. Bei 5 Prozent Spannungserhöhung wäre also die Gegenwirkung der beiden Felder III und III' auch um 5 Prozent gestiegen. Das ursprüngliche Primärfeld I wäre somit zur Hälfte vernichtet, es könnte also auch die Bildung des Sekundärfeldes II nicht zur vollen Größe vor sich gehen.
  • Nun verläuft aber der Sekundärstrom, der zwischen den Bürsten i-1 fließt und zur Erzeugung des .Feldes I' gemäß der Erfindung verwendet wird., bei wachsender Drehzahl nicht nach einer Geraden, sondern, wie bekannt und Abb. q. angibt, nach einer Kurve, derartig, .daß mit wachsender Drehzahl der Strom abnimmt. Bei steigender Drehzahl wird also nicht nur die Gegenwirkung der Felder III + III' -%vachs-en, sondern die von diesem Sekundärstrom durchflossene Wicklung y, welche das Feld I' in der Richtung des . Primärfeldes I hervorbringt, wird außerdem noch in ihrer Wirkung geschwächt. Die Folge davon ist, daß die Primärfelder I + I' nicht bei einer angenommenen Spannungserhöhung von 5 Prozent durch die Gegenwirkung der Felder III + III' kompensiert wären, sondern schon bei erheblich geringerer Spannungssteigerung: Geht man umgekehrt von der normalen Drehzahl aus und vermindert .diese; so würde tnit sinkender Drehzahl der Strahl T' im Sinne einer kräftigen Verstärkung des Primärfeldes I wirken, da mit sinkender Drehzahl ja die Stromstärke des Sekundärfeldes iväohst, so daß die Spannung selbst bei einer Jis zu einem gewissen Grade unter die nor-_nale Zahl sinkenden Drehzahl noch ihren konstanten Wert behält. Bei geeigneter°Bemessung der Wicklung y ist man imstande, die Gegenwirkung der Felder III + III' auf ein Minimum zu beschränken, außerdem ist man aber in der Lage, durch geeignete Wahl beider Wicklungen y und x zueinander der Maschine jede gewünschte Spannungscharakteristik zu geben, entweider vollkommeneKonstanz -der Spannung von einer bestimmten Drehzahl an aufwärts oder mit der Drehzahl fallende oder steigende Spannung.
  • Um nun der Maschine Nutzstrom entnehmen zu können, ist es nur nötig, eine Hauptstromwicklung w auf den Polen anzubringen (Abb. 6), die ganz oder teilweise vom Nutzstrom durchflossen wird und welche das Primärfeld um einen Betrag I" (Abb. 5) erhöht, der genau so groß ist wie das diesem Felde entgegenwirkende Tertiärfeld III", welches vom gleichen Nutzstrom in der Ankerwicklung erzeugt wird.
  • Sind beide Felder I" und HI" genau gleich, so wind eine Wirkung nach außen auf die Bürsten 2-2 nicht eintreten. Es ist aber wohl der Fall -denkbar, daß mit wachsender Belastung die Spannung etwas steigen soll oder auch umgekehrt. Es ist alsdann nur nötig, entweder die Wirkung des Feldes III" gegenüber dem Feld T" etwas überwiegen zu lassen oder umgekehrt. Es steht auch hier ganz im Belieben, der Maschine jede verlangte Eigenschaft zu beben. Sind die inneren magnetischen Verhältnisse festgelegt, so regelt sich die Maschine ohne äußere Einwirkung vollkommen selbständig darauf ein. Abb.6 zeigt den Stromverlauf bei Benutzung der Maschine als Generator.
  • Soll die Maschine als Motor arbeiten, um den Benzinmotor anzuwerfen, so ist mittels eines Schalters die Schaltung, wie sie Abb. 7 zeigt, herzustellen. Die das ursprüngliche Primärfeld I erzeugende Wicklung z bleibt unverändert bestehen. Ebenso kann die von den Bürsten 2-2 abgehende Wicklung x, welche beim Lauf als Dynamo das Gegenfeld III' schuf, bestehen bleiben, denn @da als Motor bei gleicher Drehrichtung der Strom imAnker seine Richtung gewechselt hat, so hat naturgemäß das Querfeld seine Richtung auch umgekehrt, wie aus dem in Abb. 7 eingezeichneten Kraftlinienbild hervorgeht. Die Folge davon ist, däß der von diesen Bürsten entnommene Strom seine Richtung entsprechend wechselt und nun die Wicklung x nicht mehr im feldschwächenden, sondern im feldverstärkenden Sinne durchfließt. Die Wicklung y, welche beim Lauf als Generator vom Sekundärstrom - Kurzschlußstrom - durchflossen «-ar und das Primärfeld I' erzeugte, csird entweder allein oder mit .der das Primärfeld I" erzeugenden Wicklung w hintereinander oder parallel geschaltet, so .daß jede Wicklung allein oder gemeinsam mit der anderen im Sinne der Feldverstärkung vom Motorstrom durchflossen wird. Zur Bildung eines ,möglichst starken Feldes, um ein entsprechend großes Drehmoment zu erhalten, sind also alle vier Wicklungen herangezogen. Natürlich ist es dabei nicht nötig, die Gegen-Wicklung an den Bürsen 2-2 liegenzulassert, sondern diese kann sinngemäß auch mit den Bürsten i-i verbunden werden.

Claims (5)

  1. PATrNT-ANspRÜcHE: i. Selbsttätig sich regelnde Gleichstrommaschine zum wahlweisen Betrieb als Generator sowie als Motor, dadurch gekennzeichnet, daß beim Generatorbetrieb als Querfeldmaschine das konstant erregte Primärfeld (I) .durch zusätzliche Erregerwindungen (y) Feld I' verstärkt wird, die ganz oder teilweise vom Sekundärstrom (Kurzschlußstrom) der in der neutralen Zone des Primärfeldes (I) stehenden Bürsten (i-i) durchflossen sind, deren Wirkung aber durch Gegenerregerwindungen (x, Feld III'), .die von .den unter den Feldmagnetpolen (N, S) in der neutralen Zone des Querfeldes (Sekundärfeldes II) stehenden Arbeitsbürsten (2-2) erregt werden, so kompensiert ist, daß von Odem besamten Primärfeld (I + I') nur ein solcher Teil übrigbleibt, wie zur Bildung des Querfeldes (II) erforderlich ist, während das zur Erzeugung des Nutzstromes erforderliche Primärfeld (I") durch eine Hauptstromwiaklung (w) hervorgerufen wird, die ganz oder teilweisse vom Nutzstrom der Arbeitsbürsten (2-2) durchflossen wird.
  2. 2. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb als Motor die an die Arbeitsbürsten (2-2) :der Ouerfeldmaschine angeschlossene Haupt-:Iromwicklung (w) von diesen Bürsten abgeschaltet und so zwischen eine der in .der neutralen Zone des Primärfeldes (I) stehenden Bürsten (i-i) und ,die Stromquelle geschaltet wird, :daß sie, vom Motorhauptstrom erregt, das Primärfeld verstärkt.
  3. 3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb als Motor die zusätzlichen Erregerwindungen (y, Feld I'), die beim Betrieb als Generator vom Sekundärstrom der in der neutralen Zone des Primärfeldes (I)- stehenden Bürsten (i-i) durchflossen: sind, entweder allein oder im Verein (parallel oder in Reihe) mit der vom Nutzstrom durchflossenen Hauptstromwicklung (w, Feld I") so zwischen eine der in der neutralen Zone des Primärfeldes stehenden Bürsten (i-i) und die Stromquelle geschaltet werden, ,daß sie ganz oder teilweise vom Motorhauptstrom durchflossen werden und das Primärfeld (I) verstärken. q..
  4. Maschine nach Anspruch i bis 3, da-.durch gekennzeichnet, daß beim Betrieb als Motor die Gegenerregerwindungen (x, Feld III') von den unter den Feldmagnetpolen (N, S) in oder neutralen Zone des Querfeldes stehenden Arbeitsbürsten (2-2) abgeschaltet werden und bleiben oder ,so an die in der neutralen Zone des Primärfeldes (I) stehenden Bürsten (i-1) gelegt werden, daß sie ebenfalls zur weiteren Verstärkung des Primärfeldes beitragen.
  5. 5. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb als Generator der verlangten Spannungscharakteristik entsprechend das Verhältnis der Primärerregung (I) zu den zusätzlichen Erregerwindungen (y, Feld I') sowie den Gegenerregerwindungen - (x, Feld III') oder das Verhältnis des von der Hauptstromwicklung (w) erzeugten Primärfeldes (I") zu dementsprechenden Tertiärfeld (III") des Ankers so gewählt ist, daß die an den unter den - Feldmagnetpolen (N, S) in der neutralen Zone des Querfeldes (II) stehenden Arbeitsbürsten (2-2) erzeugte Spannung wahlweise mit wachsender Drehzahl oder zunehmender Belastung entweder konstant bleibt oder fällt oder steigt.
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