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Konstante oder mit der Drehzahl fallende oder steigende Spannung aufweisende
elektrische Qperfeldmaschine mit zwei Ankerwicklungen zur Speisung getrennter Stromkreise.
Es ist bekannt, Querfeldmaschinen für konstante Spannung zu bauen, deren Querfeld
dadurch erzeugt wird, daß in einer normalen vierpoligen Maschine zwei gegenüberliegende
Pole das Primärfeld bilden, in dessen neutraler Zone die Bürsten stehen. Der Strom
dieser Bürsten ist nun nicht zur Erregung des Primärfeldes benutzt, sondern auch
zur Erregung des zweiten Polpaares in der Weise, daß das von diesem zweiten Polpaar
herrührende Feld 9o° dem Primärfeld, welches vom ersten Polpaar gebildet wird, in
der Drehrichtung vor.
anseilt, also senkrecht zum ersten Feld steht.
In der neutralen Zone des _Ouerfeldes stehen die 'Nutzbürsten, von denen der Arbeitsstrom
entnommen werden kann. Das O_uerfeld nimmt bei diesen Maschinen seinen Verlauf durch
den Anker, die Querpole und das gemeinsame Joch beider Felder. Das letztere muß
also entsprechend stark ausgebildet werden. Bei den Ouerfeldmaschinen normaler Bauart
wird nu_das Querfeld vom Ankerstrom allein erzeugt und nimmt dementsprechend seinen
Verlauf nur durch den Anker und die Polschuhe. Diese Art der Ouerfeldmaschinen lassen
sich in weit einfacherer Weise für konstante Spannung bauen.
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In dem Patent 350931 ist eine Ouerfeldinaschine beschrieben, welche
ohne äußere Regelung wahlweise bei steigender Drehzahl entweder konstante oder steigende
oder fallende Spannung abgibt, und zwar lediglich durch die Bemessung verschiedener
einander unterstützender oder entgegenwirkender Feld- und Ankerwicklungen. Abb.
3 stellt eine nach dem Patent 350931 erregte Maschine dar. Darin bedeutet
A den Anker, N, S die Magnetpole finit der darauf angebrachten Wicklung
W,, welche, konstant erregt, das Primärfeld I -i- Il erzeugt, und der Gegenwicklung
W.=, «-elche, unter dein Einfluß der Klemmenspannung an den Bürsten 2, 2 stehend,
dem Primärfeld in der Weise entgegenwirkt, daß davon nur ein solcher Teil I übrigbleibt,
wie zur Erzeugung eines Querfeldes nötig ist, um an den Arbeitsbürsten 2,:2 die
erforderliche Spannung zu erhalten. i, i sind die in der neutralen Zone des Primärfeldes
I stehenden kurzgeschlossenen Bürsten und 2, 2 die Bürsten, welche unter den i@lagnetpolen
1V, S in der neutralen Zone des Querfeldes stehen, von denen der Arbeitsstrom entnommen
wird. Um diesen Arbeitsstrom der Maschine entnehmen zu können, ist eine Hauptstromwicklung
W3 auf den Polen N, S aufgebracht, welche vom Nutzstrom durchflossen ein Primärfeld
1z erzeugt, das gerade so groß ist wie das vom gleichen Strom im Anker erzeugte
Tertiärfeld 1112.
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Abb. i zeigt das Diagramm der normalen Querfeldinaschine, Abb. 2 und
3 das Leerlauf-und Belastungsdiagramm einer nach Patent 350931 erregten Maschine.
Eine solche Maschine eignet sich in ganz hervorragender Weise für Zugbeleuchtung
mit konstanter Spannung. Die zur Beleuchtung des Zuges im Augenblick des Stillstandes
erforderliche Batterie B muß nun während der Fahrt so aufgeladen werden, daß sie
beim nächsten Stillstand wiederumvollkommen betriebssicher die Beleuchtung übernehmen
kann. Zu diesein Zweck ist es in vielen Fällen nötig, außer der normalen Betriebsspannung
der Dynamo u.. Pch eine Zusatzspannung, unabhängig von der er>teren, zur Verfügung
zu haben, um die erforderliche rasche und sichere Aufladung der Batterie vornehmen
zu können.
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Die i oriiegende Erfindung erreicht dies dadurch, claß auf dem vorhandenen
Anker A (Abb. 3) eine zweite Wicklung, mit geringer Drahtzahl und einem zweiten
Kollektor a v er-:ehen, angebracht ist. Man kann diesem Köl-?ektor jetzt an zwei
Stellen Spannung abnehtnen. Einmal an dem Bürstenpaar 3, 3, welches in derselben
Ebene mit dem Bürstenpaar i,i steht. Die Spannung an diesen Bürsten, die also in
der neutralen Zone des Primärfeldes stehen, richtet sich vollständig nach diesem.
Da das Primärfeld verhältnismäßig sehr klein ist, so wird dementsprechend die Spannung
an diesen Bürsten nur klein sein, da die benötigte Zusatzspannung j a an und für
sich, gegenüber der Hauptspannung an den Bürsten 2, 2, nur gering zu sein braucht.
Mit wachsender Drehzahl würde aber die Spannung proportional mit dieser steigen,
wenn das Primärfeld I wirklich konstant bliebe. Die Größe lieses Primärfeldes I
wird aber mit zuneh-;nender Drehzahl durch die Gegenwirkung der Gegenwicklung W@
beeinflußt, so daß keine -: ölligeProportionalität nvisehenDrehzahl und Spannung
herrscht. In Hintereinanderschal-'ung mit der Hauptspannung der Bürsten 2, 2 ergäbe
sich also ein konstanter Teil der Spannung, nämlich an' den Bürsten 2, 2,
und ein mit wachsender Drehzahl steigender Teil an rien Bürsten 3, 3, welcher zur
unterschiedlichen Ladung der Batterie verwertet werden kann (Abb. 6). Bei langsamer
Fahrt wird nur geringe Ladung erfolgen, bei rascher Fahrt entsprechend stärkere.
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Anders verhält sich nun die Spannung an den Bürsten q., q. (Abb. 3).
Diese Bürsten stehen genau wie die Hauptbürsten 2, 2 in der neutralen Zone des Sekundärfeldes
II. Dieses Sekundärfeld hat auch keinen konstanten Wert, sondern sinkt entsprechend
dem zwischen den Bürsten i, i fließenden Kurzschlußstrom, welcher seinerseits mit
wachsender Drehzahl nach einer Kurve sinkt, die sich ungefähr einer Hyperbel nähert.
Wie aus der Beschreibung des Patents 350931 hervorgeht, ist eine Spannungserhöhung
an den Bürsten 2, 2 durch Drehzahlerhöhung bei geeigneter Wahl der Wicklungen W,.
und WZ zueinander unmöglich; da nun aber die Drahtzahl des Hauptankers
A und des Zusatzankers a in einem festen Verhältnis stehen, so ist die lo-
i gische Schlußfolgerung daraus, daß sich die beiden Einzelspannungen auch in einem
festen Verhältnis zueinander befinden und unabhängig von der Drehzahl jede Einzelspannung
ihren konstanten Wert beibehält. Man ist also i jetzt in der Lage, wenn man in sinngemäßer
Weise die Spannungen beider Anker hintereinander
schaltet (Abb.
7), die Lampen sowohl als auch die Akkumulatoren mit konstanter, aber unterschiedlicher
Spannung zu speisen, und zwar vollkommen unabhängig voneinander.
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Eine dritte Möglichkeit besteht noch darin, nun ihrerseits die Bürsten
3, 3 des Ankers a (Abb.9) wie die Bürsten i, i des Hauptankers .4 kurzzuschließen.
Dadurch entstünde, in genau- gleicher Weise wie beschrieben, herrührend vom primären
Hauptfeld I, ein zweites Sekundärfeld II', welches sich, den, ersten überlagernd,
dieses zur Größe II + IIl zu verstärken suchen würde (Abb.8). Ein Anwachsen der
Spannung an den Bürsten a, a
ist aber dadurch doch nicht möglich, da die Gegenwirkung
der Gegenwicklung IV, bzw. der Felder III -;- III' auch in diesem Falle ein vollkommenes
Aufheben des Primärfeldes I nach sich ziehen würde, also auch beide Sekundärfelder
II + III vernichtet würden. Umgekehrt aber, bei sinkender Drehzahl, würde das Sekundärfeld
IIl das ursprüngliche Sekundärfeld II in wirksamster Weise darin unterstützen, die
Spannung an den Klemmen 2, 2 noch voll aufrechtzuerhalten, selbst wenn die Drehzahl
weit unter die normale gesunken ist. Um das Tertiärfeld, welches dadurch entsteht,
daß in der Wicklung des Ankers a der Batterieladestrom fließt, zu kompensieren,
ist es nur nötig, wie bei dem Hauptanker A eine weitere Hauptstromwicklung aufzubringen,
welche diesem neuen Tertiärfeld IIIz sinngemäß das Gleichgewicht hält.
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Nun braucht eine Querfeldmaschine, um eine konstante Spannung zu ergeben,
nicht nur nach der in dem Patent 350931 gegebenen Schaltung erregt zu sein,
sondern kann dies auch auf andere Weise geschehen, z. B. nach der in dem Patent
350931 beschriebenen Schaltung. In allen Fällen, in denen eine konstante oder mit
der Drehzahl fallende oder steigende Spannung an den Nutzbürsten der einen Ankerwicklung
erreicht wird, wird die Spannung an' den Nutzbürsten der anderen Ankerwicklung sich
im gleichen Sinne verhalten, d. h. auch entweder konstant sein oder reit der Drehzahl
steigen oder fallen.