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mehrpolige dynamoelektrische 1VIaschine mit mehreren Bürstengruppen
auf dem Stromwender. Die Erfindung betrifft eine Einanker-Dynamomaschine für Gleichstrom,
die beim Arbeiten als Umformer einen Gleichstrom liefert, der nach Belieben über
einen weiten Bereich geändert oder umgekehrt werden kann. Bei ihrem Betrieb als
Doppelstromgenerator vermag sie gleichzeitig mehrere Ströme von regelbarem Wert
und umkehrbarer Richtung an verschiedene Stromkreise abzugeben.
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Dabei führt der größere Teil der Ankerwicklungen nur die Differenz
zwischen den aufgenommenen oder Speiseströmen und den abgeführten oder Leistungsströmen,
so daß die Energieumwandlung in der Maschine unter hoher Nutzwirkung und in Leitern
von geringerem Querschnitt erfolgt. Die Maschine besitzt zwei Sätze Feldwicklungen
auf demselbenFeldgestell,die aufgelagerte magnetisierende Felder erzeugen. Der eine
Wicklungssatz erzeugt ein zweipoliges Feld, in welchem die magnetischen Pole um
r8o° voneinander getrennt liegen, während der andere Satz auf dieses zweipolige
Feld ein anderes
zweipoliges Feld auflagert, in Nvelchein die magnetischen
Pole um 12o° getrennt liegen. Eine einzige Ankerwicklung von wesentlich 12o° Wickelschritt
wirkt mit diesen beiden Feldern zusammen.
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jedes der beiden Felder kann in seiner Stärke unabhängig vorn andern
geändert «-erden und übt seinen Einfluß iin Verhältnis an den entsprechenden Bürstensätzen
unabhängig von der Wirkung des anderen Feldes aus. Der Einfachheit wegen soll die
Erfindung in ihrer Verkörperung als Maschine finit einem Paar aufgelagerter, zweipoliger
Felder und einer einzigen Ankerwicklung, die eine vorausbestinlinte Beziehung zti
jenen Feldern besitzt, beschrieben werden, man kann aber die Zahl der Felder nach
Belieben vervielfältigen, solange die elektrischen Beziehungen zwischen Anker und
Feldern aufrechterhalten werden.
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Es ist Abb. i eine schematische, zum Teil geschnittene Ansicht der
Maschine in einer Ausführungsform, Abb.2 eine schematische Ansicht der Maschine
und ihrer Stromkreise, Abb. 3 eine schematische Ansicht der beim Motorbetriebe wirksamen
Ankerstromkreise und Abb. 4 eine Abwicklung derselben.
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Abb.5 ist eine schematische Darstellung der beim Generatorbetriebe
wirksamen Ankerstromkreise und Abb.6 eine Abwicklung dazu.
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Abb.7 stellt schematisch die wirksamen Ankerstromkreise beim Betriebe
der Maschine als Motor und Generator dar, und Abb. 8 ist eine Abwicklung dazu.
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Abb.9 stellt schematisch die wirksamen Annkerstromkreise beim Betriebe
der -Maschine als Doppelstromgenerator dar, und Abb. io ist eine Abwicklung dazu.
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Abb. i i stellt die Maschine in einer abgeänderten Ausführungsart
dar, und die Abb.12 und 13 verbildlichen die Erfinflung bei einem System, in welchem
eine Sammlerbatterie in Verbindung mit Hauptleitungen von konstanter Betriebsspannung
benutzt wird und Energie voll der Batterie einerseits den Hauptleitungen entnommen,
anderseits ihnen zugeführt wird. Die Abb. 14 bis 16 stellen schematisch die `lerhältnisse
innerhalb der Maschine dar, wenn eine Sammlerbatterie voll einer Leitung mit konstanter
Betriebsspannung wie in Abb. 12 geladen wird. Die Abb. 17 bis i9 veranschaulichen
die Ver- j hältnisse in der Maschine, wenn die Sammlerbatterie Energie an die Leitung
(_,1bb. 13) abgibt.
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Abb. 2o stellt die Verwirklichung der Erfindung als Ausgleichinaschine
in einem Dreileitersystein dar und Abb. 21 in der Ausführung, wo die dynainoelektrische
Maschiene dazu dient, eine vergleichsweise hohe E. i1 I. Is. zu erniedrigen.
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Ahb. 22 zeigt in schematischem Bilde eine weitere Verkörperung der
Erfindung als umkehrbarer Generator voll veränderlicher Geschwindigkeit und Abb.23
ein System finit den-. Generator nach Abt). 22. Die Abb.24 bis 26 sind schematische
Ansichten zur Darstellung der relativen Werte und Richtung von Spannung und Strom
im Anker der Maschine nach Abb. 22 während der Drehbewegung in einer Richtung, und
die Abb.3o stellt eine Abänderung (-]es Svsteins nach Abb.23 dar.
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Der Anker i der dvnanioelektrisclien -Maschine trägt in seinen Umfangsnuten
zwei Wicklungen 3 i_on 12o° Schritt, (l. 1i. di -oberen und unteren eine Wicklung
bildenden Leiter sind in Schlitze, die 12o° voneinander entfernt liegen, eingebettet.
Die Enden jeder Wicklung sind durch symmetrisch angeordnete Leiter mit nebeneinanderliegenden
Stegen des Stromwenders .t verbunden. Abb. i stellt nur zwei solche Wicklungen dar,
in Wirklichkeit sind aber alle -Nuten des Ankers bewickelt. Der Schritt von 120°
ist aus dem Grunde gewählt, weil eine solche Wicklung, wie noch «-eiter gezeigt
«-erden soll, in gleicher Weise wirksam ist bei einem zweipoligen Felde, in welchem
die entgegengesetzten, wirksamen magnetischen Pole und die Bürsten in i8o° Abstand
stehen oder in welchem die Pole und Bürsten in i2o' Abstand angeordnet sind. Die
richtige Biirstenanordnung für eine derartige Wicklung hat gleiche Richtung finit
den Achsen der wirksamen Magnetpole entgegengesetzter Polarität.
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Von den vier an dem Stromwender anliegenden Bürsten 7, 8, 9 Und io
sind die Bürsten 7 und 8 tun 18o°, die Bürste 9 und i0 tlill 12o° voneinander entfernt
angeordnet, letztere in dein Abstande von 6o° von der Bürste B. Das Feld hat sechs
svinmetrisch liegende Pole i i bis 16. Die Pole i i, 12 11
und 1d., 15 besitzen
Feldwicklungen 17 bis 2 * die zwischen den von den Bfirsten 7
01 und
8 kommenden Leitern 21 und 22 untereinander in Reihe verbunden sind; die Wickliingen
23 bis 26 der Pole 13 bis 16 sind ebenfalls zwischen den Leitern 21 und 22 untereinander
in Reihe geschaltet (-Abb. 2'). So hat jeder Pol 11, 12, 13 und 16 eine einzige
Wicklung, während jeder Pol 1.4 und i 5 zwei Wicklungen besitzt, je eine in jeder
12 Wicklungsgruppe. Ein Feldrheostat 27 dient zur Regelung der Stromstärke in den
Wick-
Lungen 17 bis 2o und ein Rheostat 28 zur Regelung der Stromstärke
in den Wicklungen 23 bis 26; ein Wechselschalter 29 dient zum Ändern der' Richtung
des Stromes in der letztgenannten Wicklungsgruppe. Die Wicklungen sind derart auf
den Feldpolen angeordnet, daß beim Hindurchfließen eines erregenden Stromes die
Pole i i und 12 von gleicher Polarität, beispielsweise S-Pole, sind, während die
Pole 14 und 15 dann '-Pole darstellen, so daß bei solcher Poler r egung die Maschine
im wesentlichen eine symmetrische, zweipolige Dynamo mit längs einer Achse _ in
Richtung des Mittelpunktes der Räume zwischen den Polen i i, 12 bzw. 14, 15 verlaufendem
Kraftlinienfluß bildet. Die Bürsten 7- und 8 sind in der Richtung dieser Strömungsachse
angeordnet. Auch die Wicklungen 23 bis 26 sind auf den Feldpolen so angeordnet,
daß beim Durchgange erregenden Stromes die Pole 13, 14 von einer Polarität, etwaN-Pole,
die Pole 15,16 von der andern, also S-Pole, sind. Das bedeutet im wesentlichen eine
zweipoligeKonstruktion mit einem Feldverlauf in Richtung der Winkelachsen in einem
Winkel von 12o° und bzw. in einer Linie mit den Räumen zwischen den Polen 13, 14
und 15, 16. Bürsten 9 und i o sind in bleicher Richtung mit diesen Achsen angeordnet.
In jedem Falle erzeugt bei gleicher Drehzahl die Ankerwicklung dieselben Werte der
E. M. K. an den bezüglichen Bürsten 7 und 8 oder 9 und io. Dies läßt sich aus den
Darstellungen der Abb. 3 bis io erkennen. In Abb. 3 geben die Zeichen auf den Ankerwicklungen
die Stromrichtung an, die Kreuze bedeuten, daß der Strom abwärts oder vom Beschauer
weg, die Punkte, daß er aufwärts oder zum Beschauer hin fließt. In der Abwicklung
nach Abb. 4 ist die Stromrichtung in den Ankerleitern durch Pfeile angedeutet.
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Die Abb. 3 und 4 `stellen Ankerverhältnisse bei Erregung der Feldwicklungen
17 bis 2o in solcher Richtung dar, daß die Pole i i und 12 S-Pole und die Pole 14,
15 X-Pole sind. Beim Antrieb des Ankers in Uhrzeigerrichtung (s. Pfeil) ist die
Bürste 7 positiv und die Bürste 8 negativ, und dies Verhältnis besteht sowohl, wenn
die Maschine als Motor, wie auch, wenn sie als Generator arbeitet. In Abb. 3 und
4 entspricht die Richtung des Ankerstroms dem Falle des Arbeitens als Motor. Beim
Arbeiten als Generator ist die Stromrichtung natürlich umgekehrt. Aus den Abbildungen
ersieht man, daß alle Leiter unter den erregten Polen Strom zur Erzeugung von Drehmoment
als Motor führen oder E. M. K. als Generator wirkend erzeugen. Der Strom in nebeneinanderliegenden
Leitern unter den nicht erregten Polen fließt in entgegengesetzten Richtungen, und
diese Leiter sind daher wirkungslos.
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Die Abb.5 und 6 stellen Ankerverhältnisse bei Erregung der Feldwicklungen
23 bis 26 allein und in solcher Richtung dar, daß die Pole 13 und 14 N-Pole und
die Pole 15 und 16 S-Pole bilden, wobei die Mittelachsen dieser Pole in einem Winkel
von i 2o' stehen und jede um 6o° gegenüber der die Bürsten 7 und 8 verbindenden
Linie versetzt ist. Bei einer Ankerdrehung in Uhrzeigerrichtung ist die gegenüber
der Mittellinie der S-Pole liegende Bürste io positiv, während die gegenüber der
Mittellinie der N-Pole liegende Bürste 9 negativ ist. In diesen Abbildungen entsprechen
die angegebenen Stromrichtungen in den Ankerleitern der Arbeit der Maschine als
Generator. Arbeitet sie als Motor, so ist die Richtung des Ankerstromes natürlich
umgekehrt. Offenbar sind hier gleiche Verhältnisse im Anker vorhanden wie in Abb.
3 und 4. D. h. alle Leiter unter den erregten Polen sind wirksam, während die Leiter
unter den nicht erregten Polen i i und 12 nicht wirken, ein Drehmoment als Motor
oder E. M. K. als Generator zu erzeugen, da Ströme in nebeneinanderliegenden Leitern
unter diesen nichterregten Polen in entgegengesetzten Richtungen fließen und daher
sich gegenseitig aufheben.
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Es ist daraus ersichtlich, daß die Ankerleiter gleicherweise E. M.
K. bei Generatorbetrieb oder Drehmoment bei Motorbetrieb erzeugen, ob sie nun in
einem zweipoligen Felde von 18o° Wickelschritt (Abb. 3) oder in einem solchen Felde
von i2o° Wickelschritt (Abb. 5) arbeiten.
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Die Abb. 7 und 8 stellen die Ankerverhältnisse bei Erregung aller
sechs Pole dar. In diesem Falle, wo das zweipolige Feld von 18o° dem zweipoligen
Feld von i2o° aufgelagert ist, kann jede Bürstengruppe 7, 8 und 9, io getrennte
Stromkreise speisen und jeder Stromkreis gleicherweise zur Aufnahme von Strom für
den Betrieb der Maschine als Motor oder zur Lieferung von Strom für den Betrieb
als Generator dienen. Es ist zu beachten, daß die beiden Felder sich hier in der
Form des griechischen Buchstabens Psi kreuzen. Die Maschine arbeitet als Doppelstromkreisgenerator,
wenn der Anker von einer äußeren Kraftquelle angetrieben wird, wobei der Strom von
dem einen Stromkreise durch Bürsten 7 und 8 und von dem anderen Stromkreise durch
Bürsten 9 und 1o abgeführt wird. Die Maschine kann als Umformer bei Stromzuführung
durch eine Bürstengruppe, z. B. 7 und 8, wirken, während die Bürsten 9 und io Strom
an
den äußeren Stromkreis liefern. In den Abb. 7 und 8 soll Strom durch die Bürsten
; und 8 eingeführt werden und die 1Uaschine finit der angegebenen Feldpolerregung
sich in Uhrzeigerrichtung als Motor drehen. Strom wird hier an einen äußeren Stromkreis
durch die Bürsten 9 und io abgegeben. Die zu den Bürsten 7 und 8 und den wagerecht
angeordneten Polen i 1, 12 und 14., 1.5 gehörenden Ankerwicklungen haben dabei die
Funktionen eines treibenden Motors, während die zu den Bürsten 9, to und den in
einem Winkel versetzten Polen 13, 1.4 und 15, 16 gehörenden Ankerwicklungen die
Funktionen eines Generators ausüben. Die an den Bürsten 9 und io wirksame E. M.
K. kann nach Belieben durch Ändern oder Umkehren der Erregung der Pole 13, 1.4 und
15, 16 geändert «erden. So kann der von diesen Bürsten gelieferte Strom nach Belieben
geregelt oder umgekehrt werden, ohne daß dabei die Motorfunktionen oder die Drehrichtung
in irgendeiner Weise beeinflußt werden. In Abb. 8 zeigen die oberen Pfeile die Richtung
des durch Bürsten 7 und 8 in den Anker eingefiihrten Stromes an, während die unteren
Pfeile die Richtung des durch--Bürsten 9 und io dem äußeren Stromkreise zugeleiteten
Stromes andeuten. Die Abb. 8 läßt auch erkennen, daß gewisse Ankerleiter die Summe
des dem Anker zugeführten Stromes und des von ihm gelieferten Stromes tragen, während
andere nur die Differenz der beiden Ströme führen. In Abb. 7 zeigen letztere kein
Zeichen.
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Die Abb. 9 und io veranschaulichen Ankerverhältnisse beim Betriebe
der Maschine als Doppelstromgenerator, wobei die Maschine durch äußere Kraft angetrieben
wird und beide Bürstengruppen Strom an unabhängige äußere Stromkreise liefern. Hier
führt eine Hälfte der Ankerleiter die Summe der von beiden Bürstengruppen gelieferten
Ströme, während die übrigen Ankerleiter die Differenz führen. Wie in Abb.7, so zeigen
auch in Abb. 9 die die Differenz tragenden Leiter kein Zeichen und sind unbeschrieben.
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Bei Benutzung der Rheostaten 27 und 28 kann die Maschine als Vielfachstroingenerator
dienen, bei dem der jedem Stromkreise gelieferte Strom in einem beliebigen, innerhalb
des Meßbereichs der Maschine liegenden Werte ohne Rücksicht auf den dem anderen
Stromkreise gelieferten Strom gehalten werden kann. Weiter kann hier eine finit
den zugehörigen Ankerleitern arbeitende Feldwicklungsgruppe die Maschine als Motor
laufen lassen, und gleichzeitig kann Strom von einem beliebigen, innerhalb der Leistungsfähigkeit
der Maschine liegenden Werte durch die mit der anderen Feldwicklungsgruppe und den
zu- j gehörigen Ankerleitern zusammen arbeitenden Bürsten geliefert werden. Dabei
kann inan mittels der Rheostaten und des Umschalters 29 den Wert und die Richtung
des gelieferten Stromes nach Belieben konstant halten oder wechseln. Die Regelung
der Feldstromkreise kann mittels einer von Hand bedienbaren Vorrichtung, wie in
der Zeichnung schematisch angedeutet ist, oder irgendwie selbsttätig erfolgen. Die
Darstellung ist nur typischer Art und deutet eine bevorzugte Izeglerforiii an, man
kann eine gehörige Reglung auch aus der Maschine selbst entnehmen, ohne dabei äußere
Reglungsmittel zu benutzen.
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In Abb. i i bezeichnet i das Feldgestell, 2 den Anker der dynamoelektrischen
Maschine, 3 die in i 2o' gewickelten Leiter, deren Enden durch schematisch gezeichnete
Verbindungen an nebeneinanderliegende Stege des Stromwenders 4. angeschlossen sind.
In Abb. i i ist nur eine der Wicklungen des Ankers dargestellt, An den Stromwender
4. liegen drei Bürsten 5 bis 7 an, die Bürsten 5 und 6 stehen i 8o° voneinander
entfernt, die Bürste 7 hat einen Abstand von 6o° von der Bürste 6. DasFeldgestell
hat stets symmetrisch liegende Pole 8 bis 13. Die Pole 9, 1o 12 und 13 besitzen
Feldwicklungen 1.4 bis 17, die zwischen . die zu den Bürsten 5 und 6 führenden Leiter
i8 und i9 in Reihe geschaltet sind; die Pole 1 i, 12, 13 und 8 tragen Feldwicklungen
2o bis 23, die ebenfalls zwischen die Leiter 18 und i9 geschaltet sind. So besitzen
die Pole 8 bis i i je nur eine einzige Wicklung, während die Pole 12 und 13 je zwei
Wicklungen tragen, je eine in jeder Wicklungsgruppe. Ein Feldrheostat 2.I dient
zur Reglung der Feldstärke in den Wicklungen 20 bis 23, und ein Wechselschalter
25 dient zum Umkehren der Stromrichtung in der Wicklungsgruppe. Die Wicklungen sind
auf den Feldpolen derart angeordnet, daß beim Durchgange von Strom die Pole 9 und
io die gleiche Polarität, etwa S, und ebenso die Pole 12 und 13 gleiche, aber entgegengesetzte
Polarität, haben und damit die Maschine im wesentlichen eine zweipolige, symmetrische
3,-Iaschine finit einem Kraftlinienfluß darstellt, der längs einer in der Richtung
des Mittelpunkts der Räume zwischen den Polen 9, io und 12, 13 liegenden Achse verläuft.
Bürsten 5 und 6 sind in einer Linie mit dieser Flußachse angeordnet. Auch sind die
Wicklungen 20 bis 23 so auf den Feldpolen angebracht, daß beim Durchgange von Feldstrom
die Pole i i und 12 die gleiche Polarität, etwa n, die Pole 13 und 8 gleiche, aber
entgegengesetzte Polari-12 tät, s, haben. Das bedeutet im wesentlichen eine zweipolige
Konstruktion mit den Mittelachsen
in einem Winkel von i-,o° und
beziehungsweise in einer Richtung mit den Räumen zwischen den Polen i i, 12 und
13, B. Bürste 7 ist in einer Linie mit einer dieser Achsen angeordnet. Durch Reglung
des erregenden Stromes in den Wicklungen 2o bis 23 kann die Spannung in der Bürste
7 mit Bezug auf die Spannung an den wagerechten Bürsten 5 und 6 in jedem beliebigen
Grade geändert werden. Ein Widerstand 26 im Speisestromkreise 18, ig dient zum Anlassen
der Maschine als Motor.
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Beim Anlassen schaltet man mittels des veränderlichen Widerstandes
26 die wagerechten Bürsten 5 und 6 und ihre Feldwicklungen 14 bis 17 an die Stromquelle
an. Der Generatorstromkreis kann an die Bürsten 5, 7 oder 6, 7 geschaltet werden,
man kann aber auch Generatorstromkreise an beide Brückengruppen schalten.
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lin folgenden soll eine Beschreibung einiger praktischer Anwendungen
der Erfindung gegeben werden. Abb. 12 zeigt die Verhältnisse, die gegeben sind,
wenn eine Sammlerbatterie von 6o Zellen mit einer Stromaufnahme von 4.o Ampere und
2,5 Volt pro Zelle von einer Gleichstromquelle von 125 Volt bei einer angenommenen
Umwandlungsleistung von 8o Prozent geladen wird. Es ist deshalb rlie Spannung an
den Bürsten 5 und 7 auf 150 heraufzusetzen und an den Bürsten 7 und 6 eine Spannung
von 25 Volt zu entwickeln, wobei die algebraische Summe dieser beiden gegensätzlichen
Spannungen der der Linie gleichkommt, nämlich 125 Volt. Während 6o Ampere durch
die Linie fließen, fließen 4.o Ampere mit der erhöhten Spannung durch die Batterie.
Dieser Strom von .Io Amperen tritt durch die Bürste 7 in die Maschine ein und tritt
durch die Bürste 6 in Verbindung finit 2o Amperen aus, die von der Linie durch Bürste
5 fließen. Der Strom verteilt sich in den verschiedenen Ankerleitern entsprechend
dem Unterschiede im auftretenden Widerstande. Der größte Teil der von der Bürste
6 zur Linie fließenden 6o Ampere wird nur <-lurch ein Sechstel der Leiter fließen,
d. h. durch jene zwischen den Bürsten 7 und 6, während erheblich geringere Ströme
in den übrigen fünf Sechstel der Leiter fließen werden. Die Richtung der Ströme
in den Ankerleitern, die Polarität des Feldgestells und die Spannungsverteilung
um den Stromwender für diesen Fall sind in den Abb. 14, 15 und 16 dargestellt.
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Infolge der aufgelagerten Felder kann eine Spannungsverteilung um
den Stromwender, wie in dem Polschema (Abb. 16) angegeben ist, erhalten werden,
wo zwischen den Bürsten 5 und 7 eine wirksame Spannung von 15o Volt besteht, während
eine Gegenspan= nung von 25 Volt an den Bürsten 6 und 7 .und die resultierende Spannung
von 1 25 Volt an den Bürsten 5 und 6 wirkt. Die Stromrichtung in den
verschiedenen Ankerleitern ist in der Abb. 15 dargestellt. Die obere Pfeilreihe
zeigt die Stromrichtung in den motorisch wirksamen Ankerleitern an, während die
untere Pfeilreihe die Stromrichtung in den stromerzeugenden Leitern andeutet. Es
ist zu beachten, daß in einigen Leitern die Summe dieser beiden Ströme, in anderen
nur die Differenz fließt und unter bestimmten Arbeitsverhältnissen diese Differenz
gleich 1Tull sein kann. In Abb. 1q. sind die die Summe der beiden Ströme führenden"
Ankerleiter mit Punkt- und Kreuzzeichen versehen, während die die Differenz führenden
Leiter keine Zeichen haben. Die Punkte und Kreuze unterscheiden den gegen den Beschauer
hinfließenden Strom von dem fortfließenden. Unter den in Abb. 12 gegebenen Wirkungsverhältnissen
führen -die mit den Stromwenderstegen zwischen den Bürsten 5 und 7 verbundenen Leiter
die Differenz zwischen den vorgenannten motorisch wirkenden und generatorisch wirkenden
Strömen. Diese Differenz wird zur Vereinfachung der Erläuterung gleich Null angenommen,
die Leiter haben daher kein Zeichen. Die vier inneren Leiter unter Pol N' und die
vier äußeren Leiter unter Pol NS' führen den größeren Teil des von der Bürste 6
fließenden Stromes und sind mit dicken Kretazen und Punkten bezeichnet. Die übrigen
Leiter führen einen geringeren Teil des von der Bürste kommenden Stromes und sind
mit feineren Kreuzen und Punkten bezeichnet. ' Das kleine Vektorscheina im Innern
des Stromwenders der Maschine nach Abb.1q. zeigt, daß die Ankerströme im wesentlichen
keine Neigung zur Verschiebung der Feldachse haben und daher die Ankerrückwirkungen
im wesentlichen aufgehoben sind. Der diagonale Vektor a-b gibt die Hauptrichtung
der resultierenden, magnetisierendenKraft an, die durch die wirksamen Ankerleiter
erzeugt wird und die im wesentlichen in gleicher Linie mit der von den erregten
äußeren Polen gelieferten Kraft liegt. Dieser diagonale Vektor kann in die rechtwinklig
liegenden Vektoren a-c und a-d aufgelöst werden, von denen der rauf der wagerechten
Linie wirkende Vektor a-c eine Neigung besitzt, mit wachsender Belastung eine Herabsetzung
der Geschwindigkeit der Vorrichtung herbeizuführen, die indessen durch die abwärts
gerichtete magnetisierende Kraft ausgeglichen wird, so daß eine Verbundwirkung im
Sinne der Verstärkung der auf die Bürste 5 wirkenden Strömung eintritt.
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Abb. 13 veranschaulicht die Verhältnisse,
wenn die
erwähnte Batterie Energie an die Hauptleitung zurückgibt, und zwar bei 4o Ampere
und 12,/,j Volt per Zelle mit einer Umwandlungsleistung von 85 Prozent. Unter diesen
Arbeitsverhältnissen liefert die Batterie den Strom zum Antriebe der Maschine, und
bei derUmwandlung werden 27,2Anipere an die ursprüngliche Kraftquelle zurückgeliefert.
Von den 4.o Amperes gehen aber nur 12,8 Ampere über die Bürste 5 durch die zwischen
die Bürsten 5, 7 und 5, 6 geschalteten Ankerwicklungen. Die der Kraftquelle zurückgeführten
27,2 Ampere fließen in die Bürste 6, während die durch Bürste 7 zur Batterie fließenden
.4o Ampere in den im kurzen Abschnitt zwischen den Bürsten 6 und 7 liegenden Ankerleitern
zirkulieren. Die Stromlh richtung in den Ankerleitern, die Richtung der Erreger
der Magnetpole und die Potentialverteilung um den Stromwender unter den obwaltenden
Arbeitsverhältnissen sind in den Abb. 17 bis i9 dargestellt. Aus dein Polschema
(Abb. i9) ist zu ersehen, daß ino Volt zwischen den Bürsten 5 und 7 Wirksam sind,
da 25 Volt durch die Wirkung der aufgelagerten Felder über den Bürsten 6 und 7 entwickelt
«-erden. Abb. 18 zeigt die Richtung der Ströme in den Ankerwicklunggen, -,viihrend
Abb. i7 die Richtung der durch den Strom in diesen Ankerleitern erzeugten magnetisierenden
Kräfte angibt. Aus dein Vektorscheina in der Abb. i7 ist zu ersehen, <Maß der
Anker eine magnetisierende Kraft ausübt, die im wesentlichen der durch die Feldpole
gegebenen entgegenwirkt. Der auf Vergrößerung der Geschwindigkeit ausgehenden wagerechten
Komponente dieser magnetisierenden Kraft wirkt aber die senkrechte magnetisierende
Komponente entgegen, die die Neigung hat, das auf Bfrste 7 wirkende Feld herabzusetzen,
so daß die erhöhte Geschwindigkeit der Vorrichtung das Verhältnis zwischen den zugeführten
und den Leistungsströmen nicht stört.
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Die Abb.2o zeigt die Verkörperung der Erfindung in einer Dreileiterausgleichmaschine
zur Sicherung eines ausgeglichenen Verhältnisses in den beiden Hälften eines Dreileiterstronikreises
oder zur Entwicklung eines Dreileiterstronikreises aus einer Zweileiterquelle. Abb.2o
zeigt ein Dreileitersvstem von 125 Volt per Seite, entwickelt aus einem ursprünglichen
Zweileitersvstetn von 250 Volt und finit einer Gesamtbelastung von 6o Ainperen und
125 Volt auf nur einer Seite des Svstems. Selbst bei diesem stark unausgeglichenen
Verhältnis fließen nur 22,5 Ampere durch den größeren Teil der Ankerwicklung zwischen
den Bürsten 5, 7 und 5, 6, was mit den von der Zweileiterlinie gelieferten 37,5
Atnperen die von der Belastung verlangten 6o Ampere ausmacht, wobei dieser Strom
von 6o Amperen durch den neutralen Leiter zurückkehrt und nur den kleinen Teil (ler
Ankerwicklung zwischen den Bürsten 6 und 7 durchfließt Abb. 21 zeigt die Verhältnisse.
wenn ein Starkstromstromkreis von niedriger Spannung aus einer Quelle höherer Spannung
gespeist wird. Ein Bogenlampe wird mit 3o Ainperen bei 5o Volt Spannung von einer
125 Volt-Quelle beliefert. 5o Prozent des Strome oder 15 Ampere kommen unmittelbar
von der Linie, wiilirend die übrigen i; Ampere von der Maschine geliefert «-erden;
dieser Strom vereinigt sich mit den i 5 Amperes Linienstrom bei der Bürste 7 und
kehrt durch Bürste 6 zur -Maschine zurück. Die erläuterte (lvnamoelektrische Maschine
kann zur Speisung einer Bogenlampe der Art, wie sie für Projektionen kinematographischer
Bilder benutzt wird, oder zur Lieferung eines vergleichsweise starken Stroms von
angemessener Spannung für Lichtbogenschweißungen benutzt «-erden.
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In Abb. 22 ist das magnetische Feldgestell mit sechs Polstücken 2
bis 7 ausgerüstet. Am Stromwender 9 des Ankers 8 sitzen zwei Bürsten io, i i und
ein weiteres Paar 12, 13. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß
Ankerwicklungen finit svninietrischen Endverbindern vorgesehen seien, -,v(-)-bei
die Stellung der Bürsten die Lage der angeschlossenen Wicklungen anzeigt. Jedes
Polstück 2 bis 5 ist finit einer Feldwicklung 14 bis 17 versehen. Diese Feldwicklungen
sind über Bürsten io und i i in Reihe geschaltet und so gewickelt, daß die Polstücke
2 und 3 von einer Polarität, N', sind und die Polstücke 4. und j die entgegengesetzte
Polarität, S', haben. Die Wicklungen erzeugen daher eine Feldströmung von gekrümmtem
Verlauf finit Achsen, welche inmitten zwischen den Polstücken 2 und 3 einerseits
und den Polstücken d. und 5 anderseits liegen. Die Bürsten 12 und 13 sind in den
Achsen dieser Feldströmung angeordnet. Die mit Feldwicklungen 18 und i9 versebenen
Polstücke und 7 sind mit zwischen die Bürsten 12 und 13 in Reihe geschaltet. Die
Wicklungen i8. ic sind so gewickelt, daß sie Pole gleicher Polarität erzeugen, die
von der Polarität der Bürsten 12 und 13 abhängt.
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Die Ankerwicklung bat einen Wickelschritt von 12o° aus folgenden Gründen.
Obschon der Generator sechs Polstücke zeigt, so arbeitet er in Wirklichkeit doch
wie eine zweipolige Maschine. -Man kann offenbar die Anzahl der magnetischen Stromkreise
nach Belieben vervielfachen und dabei den Wickelschritt entsprechend ändern. Solche
Vervielfachungen der Anzahl der magnetischen
Stromkreise ändern
an dem Prinzip der hier in einer einfachen Ausführungsform dargestellten Maschine
nichts, solange wie die magnetischen und elektrischen Verhältnisse zwischen den
einzelnen Teilen aufrechterhalten werden.
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Vor der Erläuterung der Wirkungsweise des in der Abb.22 dargestellten
Generators ist zu bemerken, daß der Anker in umgekehrter Uhrzeigerrichtung kreist.
Da die Ankerleiter durch das von den Polen 2 und 3 zu den Polen 4 und 5 gehende
Feld fahren, so entsteht eine E. M. K. an den Bürsten i2 und 13. Insoweit als Wicklungen
18 und ig mit den Bürsten 12 und 13 verbunden sind, wird Strom durch die
Wicklungen fließen und die Pole 6 und 7 mit einer Polarität, N, erregen. Weiter
erzeugt der Strom in den Ankerleitern eine nach rechts gerichtete M. M. K., die
die Strömung der Pole 6 und 7 unterstützt. Daher entsteht ein resultierendes Strömungsfeld,
das zur Erläuterung in zwei Komponenten aufgelöst werden mag, deren eine den Anker
von den Polstücken 2, 3 zu den Polstücken 4., 5 längs Achsen im Abstande von i2o°,
die andere Komponente den Anker wagerecht längs Achsen in Abstand von i 8o° umfaßt.
Die von den Polen 7 und 6 kommende wagerechte Komponente hat die Neigong, den Polstücken
3, ,I eine negative Polar ität, S, zu erteilen. Der Ankerschritt von i2o° hat sich
für beide Feldkomponenten am besten bewährt.
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Wird die Drehrichtung des Ankers umgekehrt, so wechselt auch die Polarität
der Bürsten 12 und 13 und der Pole 6 und 7, ebenso wie die von dem Strom in den
Ankerleitern erzeugte M. M. K. Die wagerechte Feldkomponente wird dadurch umgekehrt
mit dem Vorteile, daß bei der Umkehr der Richtung der Ankerdrehung die Polarität
der Bürsten io und i i ungeändert bleibt. Daher ist auch die Polarität der Feldwicklungen
14 bis 17 konstant, gleichviel in welcher Richtung der Anker läuft.
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Bei dem Generator nach Abb. 23 sind die wier Feldwicklungen 14 bis
17 der Einfachheit wegen als eine einzige Wicklung 14' dargestellt. Bürste io ist
mit der positiven Klemme der Sammlerbatterie 2o durch einen selbsttätigen Schalter
2i, die negative Bürste i i mit der negativen Klemme der Batterie unmittelbar verbunden.
Der übertragungsstromkreis 22 ist auf einer Seite mit dem Punkt 23 zwischen dem
Schalter 2i und der positiven Klemme der Batterie 2o, auf der andern Seite mit dem
Punkt 24 zwischen den Wicklungen 18 und ig verbunden. Mit wachsender Geschwindigkeit
des Generators steigt die Spannung an den Bürsten io und i i so lange, bis der Schalter
21 sich von selbst schließt. Strom fließt dann von der positiven Bürste io durch
den Schalter 2,1 und die Batterie 2o zurück zur negativen Bürste i i. Ist der Übertragungsstromkreis
22 geschlossen, so wird am Punkte 23 Strom abgeleitet und fließt durch den Übertragungsstromkreis
zum Punkte 24. Von hier findet der Strom zweiWege; da aber bei der angedeutetenDrehrichtung
in umgekehrter Uhrzeigerbahn die Bürste 13 negativ ist, so fließt der Strom durch
die Wicklung 18 zur Bürste 13 und ergänzt den von der Bürste i2 durch Wicklungen
ig und 18 zur Bürste 13 fließenden Strom. Beim Wachsen des Stromes zwischen den
Bürsten io und ii steigt auch seine magnetisierende Wirkung, die so gerichtet ist,
daß sie der Feldkomponente zwischen den Polen 2, 3 und den Polen 4, 5 entgegensteht
und die die von den Bürsten io und i z gelieferte Stromleistung konstant hält. Wenn
der Übertragungsstromkreis geschlossen ist und Strom durch ihn und die Wicklung
18 von der Bürste io zur Bürste 13 fließt, so ergibt die hinzugekommene Erregung
der Wicklung 18 zusammen mit der zusätzlichen M. M. K. aus dem durch die Ankerleiter
zwischen den Bürsten 13 und io fließenden Strom eine Verbundwirkung, welche die
Spannung des Übertragungsstromkreises innerhalb gewisser Leistungsgrenzen hält.
Beim Umkehren der Ankerdrehrichtung wechselt auch die Polarität der Bürsten i2 und
13,
wie bereits dargetan, Lind Strom aus dem Übertragungsstromkreise kehrt
durch die Wicklung i g zum Anker zurück. Die Reglung entspricht der für die Drehrichtung
in umgekehrter Uhrzeigerbahn angegebenen.
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Die Abb.24 bis 26 veranschaulichen in schematischer Weise die Verteilung
von Strom und Spannung im Anker nach dem Schließen des selbsttätigen Schalters und
bei linksseitiger Ankerdrehrichtung. In Abb. 24 zeigen die oberen Pfeile auf den
Ankerleitern die Richtung des zwischen den Bürsten i o und , i i fließenden Stromes
und die unteren Pfeile die Richtung des in den Ankerleitern zwischen den Bürsten
12 und 13 fließenden Stromes an. Der erregende Strom wirkt hier in einigen Leitern
dem Hauptstrome entgegen. Bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit kann der resultierende
Strom gleich Null sein. Daher sind der Einfachheit halber die Leiter, in denen Strom
in entgegengesetzten Richtungen fließt, in Abb. 25 unbezeichnet gelas- i sen, die
Leiter, in denen die Summe aus Haupt- und Erregerstrom fließt, mit Punkten und Kreuzen
bezeichnet. Abb. 26 stellt die Verteilung der E. M. K. um den Anker dar und zeigt,
daß zwischen den Bürsten i o und 1:2 1 eine niedrigere Spannung entwickelt wird
als zwischen den Bürsten io und i i. Die Abb.27
28, 29 zeigen die
gleichen Vorgänge bei rechtsseitiger Ankerdrehrichtung.
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Abb. 30 stellt die Einrichtung nach Abb. 23 in abgeänderter
Ausführungsart dar, bei der Strom aus dem Übertragungsstromkreise durch beide Wicklungen
i9 und r8 anstatt nur durch eine derselben, wie in Abb.29, fließen muß. In Abb.
30 ist die Rückleitung des Übertragungsstromkreises 22 finit dein Drehpunkt
25 eines Schaukelschalters 26 verbunden, der gegen einen von zwei Kontakten 27,
28 sich anlegt. Der Kontakt 27 ist mit einem Ende der Wicklung 18 und der Bürste
13, der Kontakt 28 mit einem Ende der Wicklung i9 und der Bürste 12 verbunden. Zum
Umstellen des Schaukelschalters 27 kann eine beliebige Vorrichtung gewählt werden,
<las Umstellen von dem einen auf den anderen Kontakt muß beim Umkehren der Ankerbewegung
erfolgen und kann auf mechanischem oder elektrischem Wege geschehen. Bei der Stellung
des Schalters nach Abb.3o kehrt Strom aus dem Übertragungsstromkreise 22 durch Kontakt
28 und Wicklungen 19, 18 zur Bürste 13 zurück, wobei beide Wicklungen i9 und 18
erregt werden und das wagerechte Strömungsfeld aufrechterhalten. Dies und der hinzukommende,
durch die Ankerleiter zwischen den Bürsten 13 und io fließende Strom gleicht jeden
Spamiungsabfall in den Ankerleitern zufolge des hinzukommenden S S tromes
aps und hält die Spannung zwischen den Bürsten 12 und 13 aufrecht, so daß keine
Minderung der Spannung des L'TbertragtuigsstromkrAises bei Belastungssteigerung
eintreten kann. Die Maschine kann auch nach Belieben übercompoundiert werden. Eine
beliebige Charakteristik kann durch geeignete Wahl der Wicklungen gesichert werden.
Bei Umkehr der Ankerdrehrichtung ändert sich die Polarität der Bürsten 12 und 13
in der bereits angegebenen Weise. Gleichzeitig damit fällt der Schalter 26 auf den
Kontakt 27, wodurch die Richtung der Strombewegung in den Wicklungen 18, i9 umgekehrt
wird. Die Spannung wird daher ohne Rücksicht auf die Richtung der Ankerbewegung
aufrechterlial-