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Einrichtung zur Verhütung des Durchgehens und Umpolens bei kompoundierten
elektrischen Maschinen Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere
solche zum Laden von Akkumulatorenbatterien. Beim Laden von Akkumulatorenbätterien
ist es wichtig, die Ladespannung genau konstant zu halten, da sonst ein Überkochen
und heftige Gasentwicklung in der Batterie entstehen würde. Ein kompoundierter Generator
stellt nun ohne die Verwendung von irgendwelchen zusätzlichen Reglereinrichtungen
eine einfache Anordnung dar, um durch den ganzen Lade-Bereich eine konstante Spannung
aufrechtzuerhalten. Würde man dazu aber nun einen kompoundierten Generator gewöhnlicher
Bauart verwenden, bei welchem die Nebenschluß- und Reihenschlußerregerwicklungen
sich koaxial auf dem gleichen Pol befinden, so würde; wenn aus irgendeinem Grunde
die Batterie die Lademaschine als Motor antreiben würde, die Stromrichtung in der
Reihenschluß- oder Kompoundwicklung umgekehrt werden. Ferner würde, je nach der
relativen Stärke der von den Reihenschluß-oder Nebenschlußwicklungen herrührenden
Magnetfelder; das von der Haupt- oder Nebenschlußwicklung herrührende Feld wesentlich:
geschwächt oder verstärkt werden, so däß die als Motor laufende Maschine eine übermäßige
Geschwindigkeit bekommen oder umgepolt würde. Geschwindigkeitsbegrenzende, stromumkehrende
oder leistungsuinkehrende Vorrichtungen könnten nun zwar zum Schutze gegen zu hohe
Geschwindigkeiten verwendet werden; diese Vorrichtungen wirken jedoch alle nicht
rasch genug, um die Neigung zur Umpolung genügend zu vermindern und bei gewerblichen
Einrichtungen gänzlich befriedigende Resultate zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird nun durch die Anordnung von besonderen Polen
für die Haupterreger- oder Nebenschlußwicklungen und für die Kompound- oder Reihenschlaßwicklungen
und durch die besondere Lage dieser Pole zueinander eine kompoundierte Maschine
erhalten, die ungeachtet von Belastungsschwankungen eine bestimmte Spannung liefert
und frei ist von der Neigung, sich umzupolen, auch dann wenn sie in Verbindung mit
Übertragungseinrichtungen verwendet wird; die bei gewöhnlichen kompöundierten Maschinen
eine Polaritätsumkehr und übermäßige Geschwindigkeit erzeugen.
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Diese Maschine ist dann erfindungsgemäß besonders zur Verwendung als
Lademaschine
für Akkumulatoren geeignet, da bekanntlich beim Laden
von Akkumulatoren eine konstante Spannung erforderlich ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
Die zweipolige Gleichstrommaschine besitzt einen Anker i mit der nichtgezeichneten,
über einen Koinmutator z und die Kommutatorbürsten 3 geführten Wicklung. Die Bürsten
3 sind mit der Batterie q. verbunden. Das Joch der Maschine ist mit 5 bezeichnet.
Gemäß der Erfindung sind mehrere Pole, ein Hauptpo16 und ein Hilfspo17, vorgesehen.
Der Hauptpol 6 besitzt eine Erregerwicklung 8, die im Nebenschluß zur Ankerwicklung
liegt und einen der Klemmenspannung proportionalen Erregerstrom führt, der einen
im wesentlichen konstanten Ankerfluß erzeugt. Der Hilfspol 7 besitzt eine Erregerwicklung
9, die in Reihe mit dem Ankerstromkreis liegt und einen Erregerstrom zur Erzeugung
eines kompoundierenden Feldes führt, der proportional dem Ankerstrom ist. Der Hilfspo17
ist in unmittelbarer Nähe des Hauptpols 6, aber getrennt von diesem auf seiner ganzen
Länge, angeordnet, und zwar auf d.: gleichen Seite des entsprechenden Hauptpols
entweder an der vorderen oder hinteren Seite desselben. Vorzugsweise wird der Hilfspol
jedoch an der vorderen Seite des Hauptpols vorgesehen, und zwar stets so, daß der
kompoundierende Fluß zwischen der neutralen Linie und dem von dem Hauptpo16 herrührenden
Fluß in den Anker eintritt.
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Es sind allerdings Maschinen bekannt geworden, bei welchen auch Hilfspole
zur Anwendung gelangen und die Hilfspole von den unmittelbar benachbarten Hauptpolen
über ihre ganze Länge getrennt sind. Im Gegensatze zu vorliegender Erfindung üben
jedoch diese Hilfspole stets nur die Wirkung von Wendepolen aus, d. h. sie sind
lediglich aus Kommutierungsrücksichten angeordnet. Bei dem Gegenstand der Erfindung
besitzt der Hauptpol Polspitzen; die von dem Hilfspol getrennt sind. Bei der praktischen
Ausführung ist es vorteilhaft, Polspitzen -von ungleicher Länge zu verwenden, wobei
sich die längere oder vordere Polspitze 6' an der dem Hilfspol 7 zugekehrten Seite,
aber getrennt von diesem durch einen Luftspalt, befindet. Dieser Luftspalt ist größer
als der Luftspalt zwischen dem Hauptpol und dem Anker. Die Lage des Hilfspols und
das Verhältnis zwischen dem Polschuhspitzenluftspalt und dem Ankerluftspalt richtet
sich nach dem jeweils geforderten -Regelbereich. Die vollständige Trennung der einzelnen
Pole auf ihrer ganzen Länge verhütet das Auftreten von übermäßigen Streuflüssen
zwischen den beiden benachbarten Polen, dem Hauptpol und dem Hilfspol, und vermindert
dadurch wesentlich das Kupfergewicht der Hauptpolwicklung.
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Die Reihenschlußwicklung 9 erzeugt einen zusätzlichen Fluß zu dem
von der Haupterregernebenschlußwicklung 8 herrührenden Fluß, um die Spannung des
Generators konstant zu erhalten bei zunehmender Last, gerade wie bei der gewöhnlichen
kompoundierten Maschine. Bei der Maschine gemäß der Erfindung erhält man aber die
Charakteristik einer kompoundierten Maschine, ohne dabei eine übermäßige Geschwindigkeit
oder eine Polaritätsumkehr in den Kauf zu nelirasen, wenn der Generator als Motor
läuft. Dies wird vollkommen klar, wenn man in der Zeichnung den Verlauf der Magnetflüsse
betrachtet, und zwar. bei normalen Verhältnissen und bei Stromumkehr in der Reihenschlüßhilfspolwicklung.
Zum Zwecke der Erläuterung seien die linken Pole der Abbildung als Nordpole und
die rechten Pole als Südpole bezeichnet. 'Der mittlere Magnetfluß cD, der aus den
Nordpolen austritt und- in den Anker bei normalen Verhältnissen eintritt. ist durch
strichpunktierte Linien, während der hauptsächlichste Streufluß cD' bei Motorlauf
zwischen den zwei benachbarten Polen durch strichlierte Linien angedeutet ist. Man
ersieht ohne weiteres, daß bei normalem Lauf der Maschine die Flüsse in den benachbarten
Polen in derselben Richtung verlaufen und infolgedessen beide Pole gleiche Polarität
besitzen.
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Es sei nunmehr angenommen, daß die Spannung; der Batterie höher sei
als die Spannung des Generators. In diesem Falle wird die Stromrichtung in der Nebenschlußwicklung
dieselbe bleiben, da .die Anschlußpunkte dieser Wicklung die gleiche Polarität besitzen
wie beim Lauf der Maschine als Generator. Der Strom in den Reihenschiußwicklüngen
jedoch wird sich in seiner Richtung umkehren, und infolgedessen wird auch 'der Magnetfluß
eine umgekehrte Richtung erhalten. Der Magnetfluß des vorher als Nordpol wirkenden
Hilfpols wird jetzt durch das Joch 5 zum Hauptpol 6 in der gleichen Richtung wie
der von der Nebenschlußwick-Jung herrührende Fluß verlaufen, dann durch die Polschuhspitzen
6' und durch den Hilfspol 7 seinen # Weg nehmen. Aus diesem Grunde ist keinerlei
Neigung vorhanden, die Polarität des Hauptpols umzukehren oder den Fluß desselben
wesentlich zu vermindern.
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Aus Kommutierungsrücksichten ist es wünschenswert, besonders bei größeren
Maschinen, Wendepole zu-verwenden. Es wurde jedoch gefunden, daß bei Maschinen mit
einem Normalstrom von aoo Ampere nur ein einziger Wendepol in einer zweipoligen
Maschine notwendig ist. In der Zeichnung ist
der Wendepol mit io
und seine Windung mit i i bezeichnet. Diese Windung i i liegt in Reihe zur Ankerwicklung
und führt einen dem Ankerstrom proportionalen Erregerstrom. Der Pol besitzt dieselbe
Polarität wie der anliegende Hauptpol. Wenn man nur einen einzigen Wendepol oder
nur die Hälfte Wendepole der Anzahl der vorhandenen Pollücken verwendet, so muß
dieser Wendepol den doppelten Betrag von Wendefluß erzeugen, als weint ebenso viele
Wendepole vorhanden wären als Pollücken, da der Wendefluß, der in der Wendezone..eintritt,
nur auf einer Seite der Ankerspule wirksam ist.
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Bei Maschinen kleinerer Leistung, wie z. B. bei Maschinen von ioo
Ampere bei normaler Last, erhält man bereits eine befriedigende Kornmutierung durch
Verschieben der Bürsten in Rotationsrichtung, so daß die Bürsten unter den Einfluß
des Magnetfeldes der Hilfspole 7 gelangen.