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Konstante oder mit der Drehzahl fallende oder steigende Spannung aufweisende
elektrische Querfeldmaschine. .In den Patenten 350931, 35o932 und
350933 sind Querfeldmaschinen beschrieben, ,lie mittels einer von der Klemmenspannung,,
der Arbeitsbürsten beeinflußten Gegen -erregerwicklung die Spannung an niesen Arbeitsbürsten
konstant halten oder mit «-achsender Drehzahl entweder steigen oder fallen lassen.
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Die Gegenerregerwicklung arbeitet der primären Erregung derartig entgegen,
daß von dieser nur ein so großer Teil übrigb@leibt, wie zur Erzeugung des normalen
Querfeldes und der dav an herrührenden Spannung an den Arbeitsbürsten der Maschine
.erforderlich ist.
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Nach den Patenten 350934 und 352583 wird der gleiche Erfolg
durch Anordnung eines festen Widerstandes erzielt, über den ein Teil des Stromes
der Arbeitsbürsten fließt, um so vom Anker aus diese Gegenerregung zu erzeugen.
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Denkt man sich in einer normalen Gleichstromnnaschine die in der neutralen
Zone stehenden Bürsten i, i kurzgeschlossen (Abb. i), so genügt ein kleines Feld,
das Primärfeld I, erzeugt in der Wicklung a, um in der kurzgeschlossenen Ankerwicklung
einen Strom fließen zu lassen, der gleich denn normalen Strom der Maschine ist.
Dieser im Anker der Maschine fließende K;urzschlußstrom erzeugt in der Ankerwicklung
ein zweites Feld 1I (Querfeld), welches dein Feld I um r0'0 vorauseilet. In der
neutralen Zone dieses Querfeldes kann man wiederum zwei Bürsten 2,:2 anordnen und
von diesen Spannung entnehmen. Will man einer solchen Maschine Nutzstrom entnehmen,
so mu:ß das Primärfeld I von vornherein .auf einen solchen Betrag I --/- I' gebracht
werden, daß die Ankerrückwirkung aufgehoben ist, welche im Anker der Maschine dadurch
entsteht, daß der Nutzstrom durch die Wicldung fließt und das Feld III erzeugt,
das denn Feld II wiederum uni go° vorauseilt, dem Feld I also um i80° und diesem
gerade entgegengesetzt gerichtet ist. Abb. 5 stellt das bekannte Vektordiagramm
1 einer solchen Q.uerfeldmaschine dar. Eine derartige Querfeldmaschine arbeitet,
wie bekannt, bei unterschiedlicher Drehzahl ,auf konstanten Strom, man kann ihr
aber auch konstante Spannung entnehmen, wenn man den Teil I' des Primärfeldes nicht
durch das Tertiärfeld III des Ankers aufhebt, sondern, wie in den Patenten
350931, 350932, und 350933 geschehen, durch eine auf den Magnetpolen
angebrachte zusätzliche Wicklung c (Abb. i), die ein Feld III' erzeugt, das dem
Primärfeld I -f- I' entgegenwirkt und welche, von der Spannung der Arbeitsbürsten
2, 2, gespeist, gerade so groß bemessen ist, daß I' vollständig aufgehoben ist.
Es bleibt vom genannten Primärfeld I + I' also nur der Teil I übrig (Abb. 6). Bei
Drehzahlerhöhung -würde wohl die Spannung an den Bürsten 2, 2 auch zu wachsen versuchen,
aber dadurch würde das Feld I .auch entsprechend geschwächt werden, so daß es möglich
ist, bei entsprechender Bemessung der Felder I, I' und III' zueinander ,an den Bürsten
2,:2 der Maschine vollständig konstante ,oder mit der Drehzahl steigende oder fallende
Spannung zu erhalten.
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Denselben Effekt kann man auch erreichen, wenn man wie in Abb. 2 von
der Wfcklung a nur den Teil I des Primärfeldes erzeugen läßt, -während der Teil
I' von dem Strom der Bürsten i, i in der Wicklung y erzeugt wird, also vom Strome
des Sekundärfeldes II. Bei einer bestimmten Drehzahl hebt das von der Wicklung c
erzeugte Feld III' den Teil I' auf. Nun verläuft der Strom zwischen den Bürsten
z, i aber, 'wie bekannt (Abb. 7), nicht nach einer Geraden, sondern nach einer Hyperbel,
derart, daß bei wachsender Drehzahl der Strom sinkt. Bei Drehzahlerhöhung wird`
also der Teil I' von selbst kleiner werden, so daß die Gegenwirkung des Feldes III'
durch die Wicklung c nur gering sein braucht.
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Man kann auch, wie dies in Abb.3 gezeigt (Patent 350g33), auf dem
Anker eine zweite Wicklung von gleicher oder
veränderter Drahtzahl
aufbringen und nui auf dem zugehörigen Stromwender wie derum zwei Bürstenpaare 3,
3 und 4, anbringen, von denen man entweder Span nung veränderlicher Größe von den
Bürstet. 3, 3 oder konstante Spannung .an den Bürsten 4, 4 abnimmt. Die Bürsten
3, 3 können dabei kurzgeschlossen werden wie die Bürsten i, i. Das in der zweiten
Ankerwicklung entstehende Querfelds II' (Abb. 8) wird das Querfeld II der ersten
Ankerwicklung wirksam darin unterstützen, die Spannung an den Bürsten 2, 2 bei sinkender
Drehzahl aufrechtzuerhalten.
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In Abb. 4 ist das Tertiärf(Kid III'durch einen Strom im Anker erzeugt,
der über einen festen Widerstand R von Bürste 4 zu 4 fließt.
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Bei aillen diesen Schaltungen ist als besonderes Merkmal zu bezeichnen,
d.aß das Primärfeld aus zwei Teilen I und I' besteht, von welchen der Teil I' durch
besondere Anor.dL nung einer Gegenwirkung, die entweder durch die Gegenwicklung
c auf den Polen oder durch die Ankerrückwirkung über den Widerstand R hervorgerufen
wird, aufgehoben wird, so daß nur der Teil I für die Erzeugung der konstanten Spannung
von einer. bestimmten Drehzahl an übrigbdeibt (Abb.6).
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Bei Belastung ist zur Kompensation eine Hauptstramwicklung gewählt,
die ein Feld I" hervorbringt, das gerade so groß oder je nach der verlangten; Charakteristik
größer oder kleiner als das Feld III" ist, welches vom Nutzstrom im Anker erzeugt
wird (Ahb. 9).
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Maschinen dieser Art arbeiten ohne äußere Regelung, wenn die sich
gegenseitig beeinflussenden Feld- und Anker-A.-W. festgelegt sind, unverändert auf
eifre bestimmte Spannung. Nun kann der Fall eintreten, ddaß während des Betriebes
eine andere Spannung gileicher Charakteristik erwünscht ist. Dies tritt z. B. ein,
wenn die Maschine die normalerweise benötigte Batterie aufladen soll. Man kann nun
die Batterie aber nicht nur aufladen, sondern sogar die erforderliche zeitweilige
Überladung vornehmen, wenn man nach der vorliegenden Erfindung .den Teil I des gesamten
Primärfeldes I -f- I' ;entsprechend verstärkt. Dies kann z. B. dadurch geschehen,
daß man die Gegenerregung entsprechend durch Vorschalten oder Parallelschaliten
von Widerstand oder Abschalten eines Teiles der Gegenerregerwiekliung derartig schwächt,
daß der Teiil I' von dem: gesamten Primärfeld I + I' nicht ganz aufgehoben wird
und somit ein größerer Teil I für die Bildung des Querfeldes II übrigbleibt oder
umgekehrt das Primärfeld I -f- I' allein verstärkt und die Gegenerregung unverändert
l:äßt, wodurch der Teil I' nach wie vor aufgehoben wird während I wächst. Das Querfeld
wird infolge dieser Vergrößerung des Teiles I des gesamten Pr iinärfeldes I + I'
einen größeren Wert annehmen und mithin die Spannung an den Arbeitshürsten um einen
solchen Betrag wachsen, bis die Gleichgewichtslage der Felder wieder erreicht ist.
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Je nachdem die Felder von vornherein gewählt sind, wird sich bei Schwächung
der Gegenerregerwicklung oder Verstärkung des Primärfeldes die dann an den- Arbeitsbürsten
herrschende erhöhte Spannung auch entsprechend verhalten, also. entweder mit wachs@enderDrehzahlvollkommen
konstant bleiben oder fahlen oder steigen. Es steht auch hierbei ganz im Belieben,
der Maschine bei veränderter Spannung jede gewünschte Spannungschar.akleristik zu
: geben. Abb. i zeigt eine Maschine, die nach dem Patent 350931 erregt ist. Darin
ist a die konstant erregte Primärwicklung, welche das Primärfeld I + I' erzeugt,
b die vom Nutzstrom durchflossene HauptstromwicIdung" c die Gegenerregerwidklung,
R ein Widerstand, weilcher zur Schwächung von c durch den Schalter S, beispielsweise
mit c in Reihe geschaltet ist.
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Der Schalter S ist so eingerichtet, daß durch ihn das Netz ak:geschaltet
wird, wenn-er durch Einschaltung des: Widerstandes R die Gegenerregerwicklung c
- sch*ächt und dadurch die Spannung an den Arbeitsbürsten 2, 2 steigt, um die Batterie
.mit dieser erhöhten Spannung zu laden.
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Natürlich kann nvan auch den Widerstand R in zwei Stufen zuschalten,
z. B. um die Batterie in der ersten Stufe mit normaler und in der zweiten Stufe
mit erhöhter Ladespannung zwecks Überladung zu speisen.
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Auch ist es, wie bereits erwähnt, nicht nötig, die Gegenerregerwicklung
zu schwächen, man kann auch umgekehrt das Primärfeld I + I' durch Verstärkung der
Prilnärwicklung a ünu einen gewissen Betrag erhöhen. Diese Erhöhung kann naturgemäß
auch wiederum in mehreren Stufen je nach dem Verwendungszweck erfolgen. Zur Veränderung
der Spannung an den Arbeitsbürsten z, 2 ist es nur nötig; auf irgendeine Weise den
Teil I des Pri#märfeTdes zu verändern, während der Teil I' nach wie vor durch die
Gegenwirkung der Erregung c der verlangten Spannungscharakteristik entsprechend
kompensiert ist.
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Abb. 2 zeigt eine Maschine, die nach dem' Patent 350932 geschaltet
ist. Hier ist beispielsweise eine Verstärkung des Teiles I der gesamten Primärfelder
I + I' dadurch erreicht; daß ein Widerstand: R parallel zu der zusätzlichen Erregerwicklung
y liegt und durch den Schalter S ganz oder teilweise abgeschaltet wird, wenn eine
Erhöhung der Spannung erforderlich ist. Der Widerstand
I;ann. normalerweise
auch in Reihe :mit der I# eldwicklung 1, liegen und bei Erhöhung cler Spannung kurzgeschlossen
werden. Auch hier kann naturgemäß die Veränderung des 1'riniärfel<les außerdem
entweder durch Verstärkung der Priniäriviclzlung a oder Schwächung der Gegenerregerwicklung
c oder überhaupt durch Veränderung der Wirkung einer der drei Wicklungen a, i!,
c oder einer Wicklung im Verein mit einer oder den beiden andern gemeinsam erreicht
werden.
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Das gleiche gilt in bezug mif die Anordnung nach deni Patent 35o933.
Auch hier kann es v orkammen, daß bei Anwendung von zwei Wicklungen auf dem Anker
und Verwendung dieser Anordnung in Hintereinanderschaltung zur Speisung eines Dreileiternetzes
eine I>atterie Verwendung findet, die mit entsprechend höherer Spannung au:fgela!d!en
-werden muß. Abb. 3 zeigt eine Maschine nach dieser Erfindung geschaltet in Verbindung
mit der vorliegenden Erfindung. Der Schalter S schaltet hier beispielsweise einen
Teil der Gegenerregerwicklung c ab, wodurch der Teil I des gesamten Primärfeldes
I + I' entsprechend verstärkt wird.
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Naturgemäß kann man :auch durch das Weiche Verfahren die Spannung
an den Arbeitsbürsten der Maschine verringern, indem m,anmit den gleichen Mitteln
den Teil I des gesamten Primärfeldes I + I' schwächt.
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Die zur Kompensation des Tertiärfeldes des Ankers nötige Hauptstromwicklu:ng
bleibt von dem Verfahren unberührt, da diese nur der Komp°risation des Tertiärfeldes
III dient.
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Nicht nur Maschinen der erwähnten Art lassen sich auf diese Weise
regeln, sondern ganz allgemein alle Querfeldmaschinen für konstante Klemmenspannung,
die auf dem Prinzip der Kompensation eines Teiles des Primärfeldes beruhen, sei
es durch auf den Polen aufgebrachte Gegenwicklungen oder durch die Gegenwirkung
:des Ankers, welche durch einen über einen festen Widerstand fließenden Strom hervorgebracht
-wird, wie z. B. bei Maschinen nach den Patenten 350934 und 352583. Hier erfolgt
die Kompensation des Teiles I' .des Primärfeldes durch die Gegenwirkung des Ankers,
welche dadurch erzeugt wird, daß über einen festen Widerstand R ein Strom fließt,
der im Anker ein Tertiärfeld III von der Größe des Teiles I' des Primärfeldes hervorrcift,
derart, daß vorn gesamten Primärfeld I -f- I' nur der Teil I zur Bildung des Querfeldes
verbleibt. Um nun eine Spanrungsänderung zu erreichen, hat man auch hier nur nötig,
entweder den Teil I oder den Teil I' zu verändern, also entweder durch Veränderung
der Primärwicklung a. den Teil I direkt oder indirekt durch Veränderung (ICs Widerstandes
R die Wirkung des Ankerfeldes zu beeinflussen und dadurch auf den Teil I' einzuwirken
oder beides gemeinsam zu tun. In Abb. 4 :ist eine Maschine nach dem Patent 350934
dargestellt. Die Spannungserhöhung zum Laden der Akkumulatoren ist hier dadurch
erreicht, daß durch den Schalter .S der Widerstand R bei Abschaltung .des Netzes
vergrößert ist. Infolgedessen kann nur ein kleinerer Strc:m von Bürste 4 zu .4 fließen,
die Gegenwirkung der Ankerfelder ist dementsprechend kleiner, wodurch von Teil I'
weniger kompensiert wird, I also wächst und mithin die Spannung an den Arbeitsbürsten
2, 2 steigt. Diese Spannung wird bei Drehzahländerung auf diesen höheren Wert genau
so konstant bzw. von derselben Charakteristik -ein wie bei dem niederen Wert.