DE49276C - Regulirung von Elektromotoren in Reihenschaltung - Google Patents

Description

PATENTAMT.

Die den Motor treibende Zugkraft mal seiner Umdrehungsgeschwindigkeit macht die Leistung aus, welche er nach aufsen als sogenannte Pferdestärken abgiebt. Die Forderung ist: gleichbleibende Umlaufszahl, also mufs die ihn treibende Zugkraft proportional zu der äufseren Belastung verändert werden. Diese Zugkraft ist für jeden Motor gleich dem Producte aus einer Constanten, der Ankerstromstärke und der Zahl der den Anker durchsetzenden magnetischen Kraftlinien. Bei Parallelschaltung, wenn also dem Motor gleiche Klemmenspannung geliefert wird, ergiebt sich somit durch eine der äufseren Belastung sich nahezu anpassende Veränderung der Ankerstromstärke die Regelung auf Einhaltung gleicher Umlaufszahl. In dem Falle der Reihenschaltung aber ist die Gröfse des Ankerstromes vorgeschrieben. Es bleibt somit als Mittel übrig, die Zahl der wirksamen Kraftlinien, den wirksamen Magnetismus und damit die Spannung des Motors seiner Belastung entsprechend zu verändern. Dies geschieht durch Veränderung der Zahl der erregenden Ampere -Windungen auf den Schenkeln. Durch Verwendung selbstthätiger Regulireinrichtungen war es bislang nicht gelungen, diese Regulirung auf sichere und genau wirkende Weise zu erreichen, da eine Veränderung des wirksamen Magnetismus des Motors um fast seinen ganzen Bereich erforderlich ist und da hierbei die üblichen Regulirwiderstände keine sprunglose genaue Regelung ermöglichen.

Vorliegende Erfindung führt zur Lösung dieser Schwierigkeit den ohne jeden Sprung veränderlichen Widerstand ein, welcher in der elektromotorischen Gegenkraft eines besonderen, im wesentlichen leerlaufenden Ankers besteht. Der Motor erhält also zwei Anker, von denen nur der eine zur Arbeitsabgabe, der andere zur Regulirung dient.

In den Schaltungen sind viele Abänderungen möglich. Eine hauptsächliche Anordnung ist folgende: Der Arbeitsanker liegt mit der erregenden Schenkelwickelung in Reihe in einem Zweige. Parallel zu diesem Zweig liegt ein solcher, der den Reguliranker und eine zweite Schenkelwickelung hinter einander enthält, welch letztere der ersteren entgegenwirkt. Die Wickelungen wirken also, wie man sagt, differential. Es soll die erstere die Erregerwickelung, die letztere die Gegenwickelung genannt werden.

In den Figuren bezeichnet stets

A den Arbeitsanker,

e die erregende 'Schenkelwickelung (Erreger-, Wickelung), '

L den Reguliranker,

g die gegenwirkende Schenkelwickelung (Gegenwickelung).

m_e und mg mögen die Windungszahlen von e und g bedeuten, J_e und J_g die zügehörigen Stromstärken,

J den ungeteilten Hauptstrom.

Fig. ι zeigt schematisch die angedeutete Anordnung. Die beiden Anker sind hinter einander im magnetischen Feld angebracht, so dafs sie von denselben Kraftlinien durchsetzt werden.

Bei / tritt der Strom ein, vertheilt sich dann in die beiden Zweige e Ae und gLg und tritt bei II aus. Die Stromstärken in beiden Zweigen verhalten sich umgekehrt wie die in Rechnung zu setzenden Widerstände, und letztere werden erstens durch den eigentlichen Widerstand der Schenkel- plus Ankerwickelung, zweitens durch die in der letzteren erzeugte elektromotorische Gegenkraft ausgemacht. Beide

Anker mögen leer laufen und die Stromstärken der Zweige gleich J_e und J_g sein. Dann ergiebt sich als die wirksame Schenkelwickelungszahl ni_e · J_e — nig ■ Jg. Die Wickelungen e und g sind natürlich so abgemessen, dafs die Zahl der Ampere-Windungen der ersteren jetzt schon überwiegt, somit obige Differenz positiv ist.

Wird nun der Anker A belastet, so beginnt seine elektromotorische Gegenkraft zu sinken und sein Zweig e Ae nimmt sich sofort mehr Strom. Die neuen Stromstärken seien Jg-¹ und-Je¹, so erhellt, dafs die wirksame Ampere-Windungszahl m_e ■ J^ — m_g ■ Jg¹ aus dem doppelten Grunde gröfser ist als die frühere, da sowohl J_e gröfser als auch J_g kleiner geworden ist. Bei Entlastung von A tritt das Umgekehrte ein.

Es erhellt somit, dafs durch richtige Abmessungen der Wickelungen der beiden Zweige der Motor so compoundirt werden kann, dafs jede Belastung von A durch Veränderung der Vertheilung des Stromes J in den beiden Zweigen diejenige wirksame Ampere-Windungszahl als Differenzwirkung der beiden Schenkelwickelungen herstellt, welche den Motor befähigt, bei dieser Belastung gerade die vorgeschriebenen Umläufe zu machen. Gleichzeitig kommt die Stromverschiebung auch dadurch der Regulirung zu Hülfe, dafs der Strom im Arbeitsanker selbst mit der Belastung ebenfalls etwas zunimmt.

Ein derartiger compoundirter Motor ändert daher seine Umläufe vom Leerlauf zum Volllauf nur um einen ganz verschwindenden Betrag, eben genügend, den Anlafs der regulirenden Stromverschiebung zu geben.

Der Reguliranker verhält sich bei der Belastung des Arbeitsankers so, dafs er sich von selbst die höheren Umläufe sucht, welche der Verringerung des Stromes in seinem Zweige entsprechen.

Da die magnetische Hintereinanderschaltung der beiden Anker zu nahezu gleichen Abmessungen derselben nöthigt, während an und für sich der Reguliranker gegen den Arbeitsanker sehr klein sein darf, ist magnetisch parallele Anordnung der beiden Anker zweckmäfsiger.

Fig. 2 zeigt eine solche Ausführungsform. Dafs dieselbe mit nur einem Magnetschenkel gewählt ist, ist grundsätzlich gleichgültig, wie überhaupt alle Abänderungen in Form u. dergl. nach dem Muster der bestehenden unzähligen Arten von Dynamomaschinen möglich sind. Die beiden Zweige sind A e und g L. Die Wirkungsweise ist ganz wie die in Fig. ι auseinandergesetzte.

Ein Zusammenbauen der Magnetgestelle der beiden Anker ist weder aus elektrischen noch aus mechanischen Gründen eine Nothwendigkeit. Man kann vielmehr dem kleinen Anker ein besonderes magnetisches Feld geben und ihn damit auch als besonderen Motor aus-. führen. Diesen Fall zeigt Fig. 3. Das Feld des Regulirmotors ist ensprechend dem des Arbeitsmotors durch eine Erregungsspule e¹ und eine Gegenspule g¹ hervorgerufen. Die beiden Zweige sind: I e A e¹ II und IgLg¹ II. Die elektrische Wirkungsweise unterscheidet sich in nichts von der oben auseinandergesetzten.

Das Feld des Regulirmotors braucht nicht dem des Arbeitsmotors entsprechend durch zwei differential wirkende Spulen erregt zu werden. Da der Anker die Wahl seiner Umlaufszahl frei hat, so kann er die zur Regulirung erforderliche elektromotorische Gegenkraft durch Veränderung dieser stets erzielen, mag sein magnetisches Feld sich auf die obige Weise mit dem des Arbeitsmotors ändern oder auf irgend eine andere Weise, oder mag es gleichbleibend sein. Das Feld des Regulirmotors kann daher auch auf andere Weise erregt werden, so kann z. B. die Spule g¹ fortfallen oder auch der ungetheilte Hauptstrom zur Erregung verwendet werden. Dieser Fall ist mit Bezug auf dieselben Maschinen in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die beiden Zweige sind IeAII und IgLII, indem der Punkt // vor der ungetheilten Schenkelwickelung e¹ des Regulirmotors liegt. Ferner kann der Erregerstrom aus einer dritten Quelle genommen oder auch ein permanentes Magnetgestell verwendet werden.

In den schematischen Zeichnungen zweischenkeliger Maschinen ist der Uebersichtlichkeit wegen jedem der Schenkel eine der Wickelungen e und g gegeben. Bei der praktischen Ausführung ist es natürlich besser, die Windungen e und g jede in zwei Hälften auf beiden Schenkeln anzubringen.

Auch bei einer Anordnung, welche den Magnetismus einer Dynamo durch Veränderung der erregenden Amp ere-Win düngen eines magnetischen Nebenschlusses regulirt, läfst sich diese Regulirung durch vorliegende Einrichtung bewirken. Fig. 5 zeigt das Schema einer derartigen Anordnung. C ist der eigentliche Magnetschenkel, magnetisirt durch die Spule S, welche im ungetheilten Stromkreise liegt. Der Schenkel D bildet, schwach magnetisirt, einen magnetischen Nebenschlufs, der das Ankerfeld schwächt. Wird derselbe stärker magnetisirt, so werden die Kraftlinien aus ihm in gröfserer Zahl in das Ankerfeld gedrängt. Hinter der Spule S verzweigt sich bei / der Strom in Arbeitsanker A und Erregerspule e einerseits und in Reguliranker L und Gegenspule g andererseits. Die beiden Spulen umgeben den Schenkel -D. Spule e wirkt im Sinne der eingeschriebenen Polarität magnetisirend, Spule g dem entgegen. Die Belastung des Arbeitsankers läfst den Strom in Spule e wachsen, dagegen in Spule g schwinden, wodurch eine

Verstärkung des Ankerfeldes bewirkt wird. Die Regulirungsbedingungen auf gleiche Umlaufszahl sind somit wie bei den bisher betrachteten Anordnungen erfüllt. Wie bei diesen, so ist es auch hier möglich, dem kleineren Anker ein eigenes Gestell zu geben, mit dem er also einen besonderen Motor bildet.

Man kann nun auch unmittelbar den magnetischen Zweig des Regulirankers in beschriebener Weise als magnetischen Nebenschlufs verwenden, indem man auf ihm die Spulen e und g anbringt. Der Schenkel D der Fig. 5 fällt dann weg. Man hat dann nur dafür zu sorgen, dafs die Magnetisirung dieses Schenkels auch im Minimum schon die für die Stärke des Ankerfeldes günstige Richtung hat, so dafs bei Zunahme des Stromes in e der Magnetismus dieses Zweiges nicht durch Null geht.

Läfst man bei all den beschriebenen Anordnungen die Wickelungen g fehlen, so dafs der Leerlaufanker allein zu der übrig bleibenden Wickelung plus dem Arbeitsanker parallel geschaltet ist, so bleiben immer noch gewisse Bedingungen erhalten, welche den Motor befähigen, seinen Magnetismus der Belastung anzupassen. In diesem Falle beschleunigt der Reguliranker erheblich seine Umläufe mit der Belastung des Arbeitsankers. Dadurch erhalten der letztere und die Schenkelwickelung einen gröfseren Theil des Stromes, wodurch die Bedingungen zur gröfseren Arbeitsleistung gegeben sind. Der Reguliranker dient dann als parallel geschalteter veränderlicher Widerstand.

Bei jeder der beschriebenen Ausführungen sind in der Schaltung gewisse Abänderungen möglich. Die beschriebene Weisenden Zweig des Regulirankers parallel zum Arbeitsanker plus der zugehörigen Schehkelwickelung zu legen, entspricht dem sogenannten langen Nebenschlufs der Verbunddynamo. Der entsprechende kurze Nebenschlufs kann bei vorliegender Regulirungsweise auch zur Ausführung gebracht werden. Der Zweig des Regulirankers mit oder ohne Schenkelspule wird dann parallel zu dem Arbeitsanker gelegt. Die Erregerwickelung der Schenkel erhält dann den ungetheilten Strom. Trotzdem ergeben sich aus der Veränderung der Umläufe der beiden Anker und dadurch der Stromstärken ihrer Zweige, wenn auch in engeren Grenzen, die nöthigen Bedingungen, für die bezweckte Regulirung. Die aus Anlafs der Regulirwirkung des kleinen Ankers steigende Spannung kommt dann auch dem Nebenschlufs zu gute, und deshalb ist diese Anordnung nicht unzweckmäfsig. Dieser Nebenschlufs zweigt sich dann am besten bei den bisherigen Anordnungen von / und II ab und umgiebt die Schenkel im Sinne von e.

Fig. 6 stellt schematisch die Schaltung mit solchem Nebenschlufs dar, wobei die Spulen g fehlen. Die Anordnung entspricht der Fig. 3 mit fortgelassener Wickelung g und g¹. . Der Nebenschlufs η zweigt von / und // ab. Der Reguliranker L liegt ebenfalls in einer an / und II anschliefsenden Zweigleitung und somit parallel zu. dem Arbeitsanker plus Erregerwickelung e. Die Stromverschiebung in dem Zweige IL II und I e A e e¹ e¹ II ergiebt die Regulirung des Magnetismus, unterstützt durch die Wirkung des Nebenschlusses n. Der Nebenschlufs könnte auch parallel zu dem Anker A, also kurz angebracht werden. Die Anbringung des Nebenschlusses gleichzeitig mit den Gegenspulen ist ebenso gut möglich, und zwar bei allen eben beschriebenen Anordnungen.

Die beschriebenen Anordnungen sind also auf dem Grundgedanken begründet, einen leer laufenden Anker als veränderlichen Widerstand zur Regulirung der Umlaufszahl des Arbeitsankers eines Elektromotors zu benutzen, indem zufolge der gewählten Schaltung nach Bedarf der Regulirung sich von selbst die Geschwindigkeit des Regulirankers regelt. Die Bedingung dabei war Gleichbleiben der dem Motor gelieferten ungetheilten Stromstärke.

Wünschenswerth ist es natürlich für diesen Motor, wie für jede Maschine, ein zweites Mittel der Regulirung zu haben, um durch Hand etwaige Unregelmäfsigkeiten der Betriebsverhältnisse, also insonderheit für Schwankungen der gelieferten Stromstärken auszugleichen. Für diesen Zweck ist die Veränderung des Druckes der Bürsten des Leerlaufankers mittelst einer Stellschraube ein vortheilhaftes Mittel. Da der Anker mit wenig Strom läuft, so hat es keine Bedenken hinsichtlich der Abnutzung von Bürsten und Stromabgeber, durch stärkeres Anstellen dieser Bürsten die Umlaufszahl des Arbeitsankers selbst um ein Erhebliches zu vermindern..

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Bei einem Elektromotor neben dem Arbeitsanker die Anordnung eines leer laufenden Ankers, welcher eine Wickelung enthält, die entweder parallel zu der Wickelung des Arbeitsankers allein oder zu dieser letzteren und einer Schenkelwickelung liegt.
2. 2. Die Hinzufügung einer der im Anspruch 1. bezeichneten Schenkelwickelung entgegenwirkenden Schenkelwickelung zu dem Stromkreise, in welchem der leer laufende Anker liegt.

   Hiereu ι Blatt .Zeichnungen.