DE53353C - Regelungsverfahren für dynamoelektrische Maschinen - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

in BRÜSSEL.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um die von ungleichmäfsig laufenden dynamoelektrischen Maschinen erzeugten Ströme — durch Einwirken auf das bei diesen Maschinen zur Verwendung kommende Erregijlngsbezw. magnetische Feld — derart zu regeln oder zu ändern, dafs diese Ströme ein gewünschtes bezw. vorbestimmtes Verhalten — etwa eine stets gleich bleibende oder eine sich als bestimmte Function den veränderlichen Geschwindigkeit ändernde elektromotorische Kraft (bezw. Spannung), oder eine constante, oder als bestimmte Function der Geschwindigkeit veränderliche Stärke oder dergleichen — zeigen.

Dieses Verfahren dürfte am leichtesten verständlich gemacht werden durch vorläufige Betrachtung eines Einzelfalles vor dem Eingehen auf die Allgemeingrundsätze.

Angenommen, es handele sich darum, eine constante elektromotorische Kraft (bezw. Span- ' nung) von beispielsweise 100 Volt durch eine dynamoelektrische Maschine zu erzeugen, deren Geschwindigkeit zwischen 750 und 1 250 Umdrehungen in der Minute schwankt, so kann man zu jeder Geschwindigkeit der Maschine die zur Constanterhaltung der elektromotorischen Kraft erforderliche Anzahl der Erregungs-Ampere-Windungen bestimmen. Denn angenommen , es seien die in Fig. 1 gezeichneten Curven die durch Versuch bestimmten, der Dynamomaschine entsprechenden Charakteristiken für verschiedene Geschwindigkeiten zwischen 750 und 1 250 Umdrehungen in der Minute, dann bestimmen die Schnittpunkte einer Parallelen zur Abscissenachse — für die Ordinate 100 Volt — mit diesen Curven die Anzahl der Ampere-Windungen, welche bei den verschiedenen Geschwindigkeiten erforderlich sind, um zu bewirken, dafs der erzeugte Strom bei diesen Geschwindigkeiten eine elektromotorische Kraft von 100 Volt hat.

Trägt man nun die Geschwindigkeiten als Abscissen und die Anzahl der aus Fig. 1 entnommenen Ampere-Windungen als Ordinaten auf, so erhält man durch Verbindung der Coordinatenschnittpunkte die Curve ab g in Fig.2. Diese Curve stellt also ein Diagramm für die Anzahl der Erregungs-Ampere-Windungen dar, welche bei den verschiedenen Geschwindigkeiten der Maschine erforderlich sind, um zu bewirken, dafs diese Maschine bei jeder Geschwindigkeit zwischen 750 und 1 250 Umdrehungen einen Strom erzeuge, dessen elektromotorische Kraft immer 100 Volt beträgt.

Es kommt also nur darauf an, die jeweilige Erregung so zu regeln, dafs dieselbe sich nach Mafsgabe der Ordinaten der Curve α b g, Fig. 2, mit der Geschwindigkeit der Maschine ändert. Diese Regelung kann man beispielsweise mit Zuhülfenahme von zwei kleinen Erreger-Dynamomaschinen unter Anderen in der Weise bewerkkfäiigen, dafs man die Feldmagnete J (bezw. induciVenden Elektromagnete) der Haupt-Dynamomaschine A, Fig. 4, mit zwei verschiedenen Umwickelungen α und b versieht, welche in zwei verschiedenen Stromkreisen eingeschlossen sind. Von diesen läfst man den einen durch die mit I, Fig. 4, bezeichnete Maschine allein erregen, während man den anderen Stromkreis derart an die beiden Erregermaschinen I und II anschliefst, dafs dieselben

in entgegengesetztem Sinne auf diesen Stromkreis einwirken.

Die ganze Aufgabe geht also lediglich darauf hinaus, die Erregungen in den zwei Umwickelungen α und b derart zu bestimmen, dafs die algebraische Summe dieser zwei Erregungen für jede Geschwindigkeit (zwischen 750 und ι 250 Umdrehungen in der Minute) der Anzahl der durch die Curve ab g bestimmten Erregungs- Amp ere- Windungen entspricht.

Um die Entwickelung der vorliegenden Ausführungen zu beschleunigen, soll angenommen werden, dafs das Verhalten der zwei Erregermaschinen, nämlich die Gröfse der elektromotorischen Kraft, welche in jeder dieser Maschinen bei verschiedenen Geschwindigkeiten erzeugt wird, zum Voraus gegeben und bezw. durch die Curven I und II der Fig. 3 dargestellt seien.

Wie diese Curven zeigen, ist also angenommen, die zwei Erregermaschinen erzeugen bei ι 000 Umdrehungen eine gleiche elektromotorische Kraft = W q, so dafs also bei 1 000 Umdrehungen die Differenz der von beiden Erregermaschinen in dem zweiten Stromkreis b verwendeten elektromotorischen Kraft = ο ist. Die ganze Erregung der inducirenden Elektromagnete der Hauptmaschine A hat dann also bei ι 000 Umdrehungen von der in den ersten Stromkreis allein eingeschlossenen Erregermaschine I auszugehen, und es mufs somit der erste Stromkreis so berechnet bezw. dessen Widerstand und Anzahl der Windungen derart gewählt werden, dafs die elektromotorische Kraft qm, Fig. 3, welche in der Maschine I bei ι 000 Umdrehungen erzeugt wird, die durch b b¹ in Fig. 2 dargestellten Erregungs-Ampere-Windungen hervorbringt.

Die bei den anderen Geschwindigkeiten in dem ersten Stromkreis jeweils erzeugten Erregungs-Ampere-Windungen lassen sich nun wegen der Proportionalität, die zwichen dieser Stromstärke und der elektromotorischen Kraft besteht, aus der Curve I in Fig. 3 leicht bestimmen, und man erhält dann die Curve c bf in Fig. 2 als Diagramm für die jeweils im Stromkreis a, Fig. 4, bestehenden Erregungs-Ampere-Windungen, und wenn man dann die algebraischen Differenzen der Ordinaten ab g und c bf als Ordinaten aufträgt und deren Endpunkte verbindet, so erhält man die Curve d b^lf^l als Diagramm für die jeweils von den beiden Erregermaschinen in dem Stromkreis b zu erzeugenden Erregungs-Ampere-Windungen, und dabei mufs — bei der gerade bestehenden Geschwindigkeit — der Strom in b dieselbe Richtung haben, wie in a, wenn die bezüglichen Ordinaten der Curve db¹/¹ positiv und die entgegengesetzte Richtung haben, wenn die bezügliche Ordinate negativ ist.

Bei 750 Umdrehungen soll also im zweiten Stromkreis b eine Erregung geschaffen werden = d d¹, Fig. 2, welche Erregung durch die Differenz der elektromotorischen Kräfte der zwei Erregermaschirien bei 750 Umdrehungen, nämlich durch die Potentialdifferenz pp¹—pp"

— p^lp" erzeugt wird (Fig. 3). Dadurch sind also die Constanten des zweiten Stromkreises b bestimmt, nämlich der Widerstand und die Anzahl der Windungen.

In dieser Weise wurden die gewünschten Erregungen für 1 000 und für 750 Umdrehungen erhalten. Jetzt bleiben die anderen Geschwindigkeiten noch zu betrachten.

Die Curve ρ'" mn'" der Fig. 3 (wo ρ"'ρ

— ρ¹ ρ" und deren Ordinate den Ordinaten der Curve db¹/¹, Fig. 2, proportional sind) bestimmt für jede Geschwindigkeit durch den Werth ihrer Ordinate den Werth der elektromotorischen Kraft, welche im zweiten Stromkreis den Strom schaffen soll, um die gewünschte Erregung in demselben, d. i. die Erregung je nach der Curve d b¹/¹ der Fig. 2 zu erhalten. Wie eben gesagt ist, wird der Strom im zweiten Stromkreis durch die Differenz der elektromotorischen Kräfte der zwei Erregermaschinen geschaffen. Subtrahirt man also die Ordinaten der Curve ρ'" mn'" von den Ordinaten der Curve I algebraisch und verbindet die Endpunkte der aus dieser Subtraction folgenden Ordinaten, so erhält man die Curve ρ" qn" als Diagramm der elektromotorischen Kraft, die — bei den verschiedenen Geschwindigkeiten zwischen 750 und 1 250 Umdrehungen

— von der Maschine II erzeugt werden soll, damit dieselbe im Verein mit der Maschine I das magnetische Feld der Haupt-Dynamomaschine gerade in dem Mafse errege, wie es erforderlich ist, um zu bewirken, dafs dieselbe während ihrer Geschwindigkeitsschwankung zwischen 750 und 1 250 Umdrehungen immer einen Strom von constanter elektromotorischer Kraft = 100 Volt erzeugt.

Je besser also diese Curve ρ" qn", welche in den Punktenp" und q (750 uncl 1 000 Umdrehungen) mit der Curve II übereinstimmt, auch in den anderen Punkten mit dieser Curve zusammenfällt, desto genauer wird die gewünschte Erregung auch für andere Geschwindigkeiten erhalten werden. (In diesem Beispiel und dieser Figur fallen beide zusammen.)

Um auch bei diesen Geschwindigkeiten die gröfstmögliche Annäherung der wirklichen Erregung des magnetischen Feldes der Haupt-Dynamomaschine A mit der auf mathematischem Wege als erforderlich gefundenen zu erzielen, kommt es also darauf an, die Erregermaschinen von geeignetem Verhalten zu wählen, und bietet sich nun aufser den Mitteln, welche in dem Bereich der Construction dieser Maschinen liegen und für sich zu Gebote stehen, auch noch die Möglichkeit, das magnetische Feld dieser Maschine in übereinstimmender Weise

wie das der Hauptmaschine zu beeinflussen, und zwar kann man entweder jede dieser beiden Maschinen selbst (als Selbsterreger), oder die andere oder beide zugleich auf ihr magnetisches Feld einwirken lassen.

Um zu bewirken, dafs die Haupt-Dynamomaschine anstatt einen Strom von constanter elektromotorischer Kraft . einen solchen von constanter Stärke oder von einer elektromotorischen Kraft, welche als vorausbestimmte Function der Geschwindigkeit sich ändert, erzeuge, hat man in ganz ähnlicher Weise — wie oben entwickelt — vorzugehen, um die Erregungen mittelst der Erregermaschinen zu bestimmen, mit Hülfe deren man ein solches Ergebnifs erreichen kann.

Anstatt diese beiden Erregermaschinen gemeinschaftlich auf einen Stromkreis b einwirken zu lassen, kann man dasselbe Ergebnifs auch dadurch erzielen, dafs man dieselben getrennt auf zwei getrennte Erregungsstromkreise in entgegengesetztem Sinne einwirken läßt.

Bei den bisherigen Betrachtungen wurde die Anordnung von zwei Erregermaschinen zur Erreichung des beabsichtigten Zweckes zu Grunde gelegt; es genügt jedoch die Anordnung einer einzigen Erregermaschine, wenn man die Haupt-Dynamomaschine selbst zur Regelung der Erregung ihres magnetischen Feldes mitbenutzt.

Eine derartige Anordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Betrachtungen für dieselbe sind übereinstimmend mit den bisher durchgeführten anzustellen, wobei nur zu berücksichtigen ist, dafs eine der regelnden dynamoelektrischen Quellen selbst der Regelung unterworfen ist.

Anstatt zwei erregende Stromkreise zu benutzen, kann man deren mehrere in demselben Sinne wie vorher anwenden.,

Ganz allgemein ist Folgendes aufgestellt: Angenommen, es seien die — für einen bestimmten Regelungszweck auf eine elektrische Maschine einzuwirkenden — Erregungswerthe bei verschiedenen, beliebig gewählten Geschwindigkeiten α,β.,.δ vorgestellt, durch (N₁) a, (N₁) β ... (N₁) δ in Ampere-Windungen ausgedrückt. Die Maschine ist hierfür durch m getrennte Erregungsstromkreise erregt, in welchen zum Voraus gegebene beliebige Elektricitätsquellen die Erregungsströme -liefern. Des Ferneren seien die elektromotorischen Kräfte dieser m- Elektricitätsquellen wie folgt bezeichnet:

bei der Geschwindigkeit α durch: (I₁J_1x, (L₂)_a, . . . (l_m)_a; bei der Geschwindigkeit β durch: (I₁Jg,, (IJg₁ , . . . (l_m)a;

bei der Geschwindigkeit δ durch: (I₁Jt, (IJ_s, . . . (l_m)$.

Wenn nun die elektrischen Widerstände der erwähnten m Erregungsstromkreise durch r_l r₂ . . . r_m und die Anzahl der Windungen derselben durch n_i n₂ . . . n_m dargestellt werden, so sollen diese letzteren so bestimmt werden, dafs der Gesammteffect ihrer Erregungsströme bei den verschiedenen beliebig gewählten Geschwindigkeiten die obenerwähnten und gewünschten Werthe erhalten.

Dieses wird durch folgende Gleichungen ermittelt :

Für die Geschwindigkeit a: (N₁)* = -^- (I₁J_a + — (I₂J*-\
für die Geschwindigkeit ß: (N₁Jg, = -^- (I₁Jg₁ + -^- (IJ _Ά Η

für die Geschwindigkeit

-(Qa,

-(Qf, ■ (Qi

In diesen Gleichungen sind die Werthe

unbekannt und somit durch

\ 2 iK

diese Gleichung zu bestimmen. Aus diesen Gleichungen geht nun hervor, dafs die gewünschten Erregungswerthe für m verschiedene beliebig gewählte Geschwindigkeiten erhalten werden können, wenn nur die aufgestellten Gleichungen unter sich verschieden sind, d. h. wenn nur die in den m verschiedenen Erregungsstromkreisen kreisenden elektromotorischen Kräfte bei veränderlicher Geschwindigkeit sich nicht proportional zu einander ändern und eine derselben nicht aus zwei oder mehreren der anderen folgt.

(h)s + (sA +ZT '1 '2 ' ^m

Wenn man also von einer Dynamomaschine die Erzeugung eines Stromes von bestimmtem Verhalten (bezüglich seiner Eigenschaften) während bestimmter Geschwindigkeitsschwankungen der Maschine verlangt und die Curve ermittelt, welche die jeweiligen Erregungs-Ampere-Windungen darstellt, so ist es immer möglich, mit Benutzung dieser Curve — in der erläuterten Weise — auf mathematischem Wege die Erregungsstromkreise so zu bestimmen, dafs dann zum Voraus gegebene elektrische Stromquellen durch sie hindurch derart auf das magnetische Feld der Maschine einwirken, dafs dieselbe — bei ebenso vielen verschiedenen und beliebigen Geschwindig-

keiten als Erregungsstromkreise zur Anwendung gebracht sind, die gespeist sind von Stromquellen, welche unter sich unabhängig sind und bei veränderlicher Geschwindigkeit ein verschiedenes Verhalten zeigen (d. h. sich nicht proportional zu einander ändern), sonst aber beliebig sind — dem gestellten Verlangen entspricht. Selbstverständlich können hierbei, anstatt wie in dem erläuterten Falle, zwei Erregermaschinen, auch mehrere Elektricitätsquellen in demselben Erregungsstromkreis verbunden werden.

Um auch bei allen anderen vorkommenden Geschwindigkeiten eine möglichst grofse Annäherung des wirklichen Ergebnisses an das gewünschte zu erlangen, kann man die ge-. wählten oder bestimmten Elektricitätsquellen in ähnlicher Weise auf einander und auf sich selbst einwirken lassen, wie dieselben auf das magnetische Feld der Hauptmaschine einwirken. Jede Erregermaschine kann nämlich selbst erregend sein oder von einer oder mehreren Stromquellen erregt werden. Man kann dann in ganz ähnlicher Weise eine oder mehrere weitere erfüllbare Bedingungen ermitteln, deren Erfüllung noch bei einer oder mehreren anderen Geschwindigkeiten die an die Hauptmaschine gestellte Anforderung herbeiführt.

Was die dabei benutzten Stromquellen betrifft, so können in Uebereinstimmung mit dem allgemein vorher aufgestellten Grundsatz beliebige solcher benutzt werden als dynamoelektrische und magnetoelektrische Maschinen sowohl, als auch primäre und secundäre Batterien, und ebenso auch Ströme von Stromumwandlern. Die Hauptsache hierbei ist, Ströme zu vereinigen, welche sich zu einander auf verschiedene Weisen mit der Geschwindigkeit ändern.

Anstatt zwei getrennte Stromkreise zur Regelung der Erregung der Hauptmaschine anzuordnen, kann man etwa einen Erregungsstromkreis anwenden. In diesem Falle wird dieser von einer Maschine aus erregt werden, wenn diese so eingerichtet ist, dafs dieselbe in diesem Stromkreis einen Strom von ähnlicher Wirkung erzeugt, wie die letztere sich als folgend aus den Strömen in den eingehender betrachteten zwei Stromkreisen ergiebt, oder dieser Stromkreis kann von verschiedenen Stromquellen gespeist werden.

Bei den bis jetzt beschriebenen Anordnungen ist die Anwendung von zwei oder mehreren Erregungsstromkreisen vorausgesetzt worden. Man kann jedoch auch nur einen einzigen Erregungsstrom anwenden, wenn in diesem Stromkreis eine elektromotorische Kraft wirkt, welche bei sich ändernder Geschwindigkeit sich proportional mit den zu erzeugenden Erregungs-Ampere-Windungen ändert.

Diese nach bestimmtem Verhalten mit der Geschwindigkeit sich ändernde elektromotorische Kraft kann erhalten werden durch eine Maschine, welche zu diesem Zweck mit geeigneten Einrichtungen versehen ist, und kann sich auch ergeben aus der Vereinigung von verschiedenen Elektricitätserzeugern, welche, in Reihen gekuppelt, in diesem Erregungskreis die algebraische Summe ihrer elektromotorischen Kräfte ergeben.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, dafs die Regelungsmethode im wesentlichen und in erster Linie in der Anwendung von einem, zwei oder mehreren Erregungsströmen besteht, welche von einem oder mehreren Elektricitätserzeugern herkommen, von denen wenigstens einer eine Maschine ist, welche von derselben Kraftmaschine wie diejenige des Hauptstromerzeugers angetrieben ist und im Uebrigen eventuell auch dieser letztere selbst sein kann, so dafs somit wenigstens einer der Erregungsströme denselben Geschwindigkeitsschwankungen, wie der Hauptstrom unterliegt und die aus den Schwankungen der Betriebskraftmaschine sich ergebende Aenderung der elektromotorischen Kraft dadurch vermieden wird; dafs ferner gleichzeitig wenigstens ein Theil der Erregungsströme und folglich der gesammte Erregungswerth durch dieselben Schwankungen in entsprechender Weise eine Aenderung erfährt, und namentlich eine Aenderung, welcher ein zweckmäfsig vorbestimmtes Verhalten mit den Geschwindigkeitsschwankungen folgt.

Bei diesem letzteren sollen zwei Fälle unterschieden werden. Im ersten Fall, wenn zwei oder mehrere Erregungsströme angewendet werden, wird der erstrebte Zweck gerade dadurch erreicht, dafs nach dem allgemein aufgestellten Grundsatz, welcher im Vorstehenden durch ein Beispiel bereits erläutert wurde, zwei oder mehrere Erregungsströme, welche sich mit ihrer Geschwindigkeit nach verschiedenem, übrigens beliebigem Verhalten ändern, es immer ermöglichen, mittelst zweckmäfsig berechneter Widerstände und Drahtspiralen für zwei oder mehrere beliebige Geschwindigkeiten beliebige vorbestimmte Erregungswerthe als Resultante aus ihren einzelnen Wirkungen zu ergeben. Im zweiten Falle, wenn nur ein Erregungsstromkreis angewendet wird, soll, wie vorher gesagt ist, die in diesem Kreise resultirend wirkende elektromotorische Kraft sich bei veränderlichen Geschwindigkeiten gleichmäfsig mit den zu erzeugenden Erregungswerthen ändern.

Zur Erläuterung soll noch Folgendes ,beigefügt werden: Wenn eine Dynamomaschine eine constante elektromotorische Kraft erzeugen soll, so müssen die Erregungswerthe bei wachsenden Geschwindigkeiten abnehmen, wie dieses in dem vorher gegebenen Beispiel dargelegt ist. Dagegen liefern die gewöhnlichen Elektricitätserzeuger entweder eine constante elektromotorische Kraft (primäre und secundäre Batterie) oder eine elektromotorische Kraft, welche bei wachsenden Geschwindigkeiten zunimmt (ge-

wohnliche Maschinen), und können nur solche Maschinen eine elektromotorische Kraft, welche mit wachsender Geschwindigkeit abnimmt, abgeben, welche dazu besondere zweckmäfsige Regelungseinrichtungen erhalten haben.

Wenn man nun für die Anwendung des vorliegenden Regelungssystems mittelst zweier oder mehrerer Erregungsstromkreise, und um eine Erregung zu erhalten, welche mit wachsender Geschwindigkeit abnimmt, gewöhnliche Maschinen (eventuell mit Batterien) anwendet, also solche, deren elektromotorische Kräfte mit wachsender Geschwindigkeit nicht abnehmen, so mufs nothwendig — wie sich dies übrigens aus der Berechnung ergeben und durch das angegebene Beispiel klargelegt wird — von den Erregungsstromerzeugern wenigstens einer in entgegengesetzter Richtung von den anderen auf die Erregung einwirken. Dieses wird dadurch bewirkt, dafs ein Erregungsstromkreis in entgegengesetzter Richtung von den anderen auf den Feldmagneten gewickelt ist, oder dadurch, dafs in einem und demselben Erregungskreis verschiedene Elektricitätserzeuger vereinigt sind, von welchen wenigstens einer dem anderen entgegenwirkt. In diesen Fällen kommen die angegebenen Verfahren also darauf hinaus, dafs die Differenzen von zwei oder mehreren mit der Geschwindigkeit sich ungleichmäfsig ändernden Erregungsströmen oder die Differenzen von zwei oder mehreren ungleichmäfsig sich ändernden und in einem Erregungsstromkreis wirkenden elektromotorischen Kräfte zur Erregung benutzt werden, mit dem Zwecke, zu bewirken, dafs bei wachsender Geschwindigkeit die Erregungswerthe abnehmen. Wenn bei diesem Elektricitätserzeuger eine Maschine vorhanden ist, welche mit solchen Einrichtungen versehen ist, mittelst deren dieselbe eine elektromotorische Kraft erzeugt, welche mit wachsender Geschwindigkeit abnimmt, so wird sich dagegen aus der Berechnung im allgemeinen nicht ergeben, dafs die verschiedenen Elektricitätserzeuger auf die Erregung in entgegengesetzter Richtung wirken sollen.

Im zweiten Fall, also bei der Anwendung von nur einem Erregungsstromkreis, ist es möglich, eine Erregung, welche mit wachsender Geschwindigkeit abnimmt, durch folgende Einrichtung zu erhalten:

a) Diese Erregung wird von einer Maschine erzeugt, welche derart eingerichtet ist und zweckmäfsige Regelungsanordnungen dazu erhalten hat, dafs dieselbe bei wachsender Geschwindigkeit eine abnehmende elektromotorische Kraft erzeugt.

b) In dem einzigen Erregungsstromkreis werden verschiedene Elektricitätserzeuger verbunden, von welchen wenigstens einer in entgegengesetzter Richtung von den anderen in diesem Stromkreis gerichtet ist, oder von welchen wenigstens einer mit zweckmäfsigen Regelungseinrichtungen versehen ist, mittelst deren dieser Elektricitätserzeuger bei wachsender Geschwindigkeit eine abnehmende elektromotorische Kraft erzeugt.

In der vorstehenden Beschreibung ist immer von Maschinen gesprochen worden, welche eine bei wachsender Geschwindigkeit abnehmende elektromotorische Kraft erzeugten. In anderen besonderen Fällen könnte eine elektromotorische Kraft gewünscht werden, welche bei wachsender Geschwindigkeit nach einem bestimmten gegebenen Verhalten zunimmt. Aus dem Gesagten und namentlich aus den allgemein vorher angegebenen Grundsätzen ist es klar, dafs dieses durch das vorliegende System ebenso gut vermittelt werden kann, wie eine mit der Geschwindigkeit sich nicht ändernde elektromotorische Kraft.

In jedem besonderen Fall wird die Berechnung leicht ergeben, in welcher Richtung die benutzten Erregungsstromerzeuger und die Erregungsstromkreise wirken sollen, und welche Widerstände und Drahtspiralen benutzt werden sollen.

In allen Maschinen (einpoligen, zweipoligen oder vielpoligen) ist die erzeugte elektromotorische Kraft die Resultante aus mehreren, in den einzelnen Ankerdrahtwindungen — oder in den einzelnen Ankertheilen — erzeugten elektromotorischen Kräften. Die elektromotorischen Kräfte, welche in den einzelnen Windungen oder auf den einzelnen Ankertheilen erzeugt werden und mittelst auf entsprechende Stellungen des Stromsammlers angeordneten Bürsten erhalten werden, können bei veränderlicher Geschwindigkeit entweder das gleiche Verhalten zeigen oder nicht, d. h. entweder proportional oder nicht proportional zu einander sich ändern. Dieses hängt ab von der Vertheilung des magnetischen Feldes bezw. der magnetischen Felder in diesen Ankertheilen und von den Aenderungen der Stärke bezw. der Stärken der magnetischen Felder bei sich ändernder Geschwindigkeit.

Man kann diese auf verschiedenen Ankertheilen erzeugten elektromotorischen Kräfte als verschiedene Stromquellen betrachten und auf dieselben die vorher erläuterten Grundsätze anwenden.

Wenn man also mehrere Bürsten an dem Stromsammler eines Ankers derart anbringt, dafs zwischen je zwei derselben elektromotorische Kräfte erzeugt werden, welche sich bei veränderlicher Geschwindigkeit nicht in gleicher Weise ändern, so ist es möglich — mittelst verschiedener, auf einer zu regelnden Maschine einwirkenden Erregungsstromkreise, wenigstens für ebenso viele verschiedene und beliebige Geschwindigkeiten als Erregungsstromkreise vorhanden sind, welche durch die erwähnten, von den Bürsten abgenommenen und zu einander ein verschiedenes Verhalten zeigende Ströme

gespeist werden —," in der zu regelnden Maschine elektromotorische Kräfte zu erhalten, welche zum Voraus bestimmte Werthe haben.

Diese — mittelst verschiedener Bürsten auf dem Stromsammler desselben Ankers einer Maschine erzeugten — Ströme werden bei der gleichen Maschine oder bei einer anderen Maschine angewendet, und werden deren Erregungsstromkreise entweder allein oder zusammen mit Erregungsstromkreisen von anderen Quellen gespeist. Auch können die einzelnen Ankertheile mit den anderen fremden Elektricitätsquellen in dem'gleichen Erregungsstromkreise verbunden werden.

Mit diesen verschiedenen, auf denselben Anker gestellten Bürsten wäre es vielleicht zweckmäfsig, diesen Anker mit zwei oder mehreren Stromsammlern zu versehen, z. B. mit je einem auf jeder Seite des Ankers.

Wie früher schon erwähnt ist, hängt das Verhalten der so auf einem bestimmten Ankertheil erzeugten elektromotorischen Kraft bei veränderlicher Geschwindigkeit im wesentlichen von den Aenderungen ab, welche die Stärke des magnetischen Feldes bezw. der magnetischen Felder in diesem Ankertheil erleidet. Hierbei ist zu beachten, dafs aufser dem verschiedenartigen magnetischen Verhalten, welches die einzelnen Ankertheile in einer wie gewöhnlich beschaffenen Maschine schon zeigen, wegen ihrer unter sich verschiedenen Stellungen im magnetischen Felde der Magnetismus in demselben einzelnen Ankertheile auch verschiedenartig (auf dieselbe Art, wie die magnetische Rückwirkung des Ankers) beeinflufst wird, wenn in demselben verschiedenartige Ströme kreisen. Dieses ist hier in Wirklichkeit der Fall, wenn Erregungsströme, wie erwähnt, von verschiedenen Ankertheilen entnommen werden.

Aehnliches wird in den verschiedenen Ankertheilen auf die elektromotorischen Kräfte durch die Selbstinduction bewirkt. Zum Zwecke aber, ein solches Verhalten mit bestimmteren Unterschieden zu erhalten, wird man zu entsprechenden Verbindungen geleitet für die Anordnung des magnetischen Feldes bezw. der magnetischen Felder und deren Wirkung auf die Ankertheile.

Hierbei kommt es also darauf an, die auf die einzelnen Ankertheile magnetisch einwirkenden Elemente so zu vereinigen, dafs die magnetischen Felderin diesen Theilen bei wechselnder Geschwindigkeit verschiedenartig bestimmt oder beeinflufst werden. Dieses kann auf mehrfache Weise erhalten werden, und dürfte es für die Feststellung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung zweckmäfsig sein, hierbei wie folgt von einer beliebigen, wie gewöhnlich beschaffenen elektrischen Maschine (ein-, zwei- oder vielpolig) auszugehen:

a) Die auf einzelne Ankertheile wirkenden magnetischen Pole sind verschieden und liegt die Differenz derselben in der Anordnung der auf denselben einwirkenden Feldmagnete oder in den Polschuhen selbst. Beispiele : Fig. 6 a und 6 b.

b) Ein Feldmagnet (bezw. auch mehrere Feldmagnete) ist durch zwei oder mehrere gleiche oder ungleiche Feldmagnete ersetzt.

Die magnetische Wirkung jedes dieser auf den Anker ist verschieden je nach dessen Natur und Gröfse und je nach dessen Stellung zu dem Anker. Beispiele: Fig. 7 und weiter die Fig. 9a, 9b, 11 a, iib und 11 c (die Feldmagnete n.₂ und M₃ in Fig. 7, obschon auf die nämliche Weise gebildet, wirken verschiedenartig magnetisch auf den entsprechenden Ankertheil ein).

c) Ein magnetischer, auf den Anker wirkender Pol (bezw. mehrere Pole) ist aus seiner Grundstellung um den Anker verschoben oder in der Richtung des Ankerdurchmessers verstellt. Dieses hat eine ungleichmäfsige Vertheilung des Magnetismus im Anker zur Folge.

d) Aufser den normalen Feldmagneten ist ein Feldmagnet oder sind mehrere andere supplementäre Feldmagnete oder nur Eisenstücke beigefügt, welche auf den Anker magnetisch wirken. Beispiele: Fig. 8 a, 8 b, 10a und 10 b, in welchen diese supplementären magnetisch wirkenden Stücke mit ρ bezeichnet sind.

In allen diesen Anordnungen, bei. welchen von Feldmagneten von verschiedener Art oder Wirkung gesprochen wird, kann diese Verschiedenheit in einem beliebigen Umstand liegen, so z. B. in der Natur des Feldmagneten (natürlicher Magnet oder Elektromagnet), in der Art und in der Gröfse der Erregung desselben, in der bei demselben benutzten Eisensorte, in der Form und den Abmessungen desselben, wobei diese Verschiedenheit sich auch auf irgend einen beliebigen Theil des gesammten, aufserhalb des Ankers liegenden magnetischen Umlaufweges beziehen kann, also auf die Polschuhe, auf die umwickelten oder nicht umwickelten Theile des Feldmagneten, auf den magnetischen Widerstand desselben, auf die Entfernung zwischen dem Anker und den Polschuhen.

Es können also solche verschiedenen Elemente (z. B. Anwendung von Schmiedeisen und von Gufseisen) zusammen in derselben Maschine auftreten.

In allen diesen Anordnungen, bei welchen von mehreren, auf den Anker wirkenden Feldmagneten oder Eisenstücken gesprochen wird, werden dieselben öfter mit einander verbunden sein oder auf irgend welchen beliebigen Theilen theilweise zusammenfallen. Es können z. B. mehrere Feldmagnete zu einem einzigen Elektromagneten mit mehreren Polschuhen verbunden sein (s. Fig. 9 a). Dieselben können auch auf beliebigen anderen Theilen ihrer Umlaufs-

Claims (3)

1. wege verbunden sein (s. die Fig. 9 b, ioa, iob, | 11 a, 11 b und 11 c.

   Anstatt einen Feldmagneten mit zwei oder mehreren Erregungsstromkreisen zu bewickeln, welche sämmtlich in derselben oder in entgegengesetzter Richtung magnetisch auf die Feldmagnete einwirken, kann es in gewissen Fällen zweckmäfsig sein, diese Erregungen zu trennen, und die verschiedenen Erregungsstromkreise auf verschiedene von einander getrennte Theile des Feldmagneten einwirken zu lassen. Diese getrennten Feldmagnete sind dann auf dem Umlaufswege des magnetischen Feldes entweder hinter einander oder auch parallel geschaltet. In dem letzteren Falle werden die Enden dieser Feldmagnete mit einander verbunden, bevor dieselben auf den Anker wirken, oder dieselben wirken getrennt auf diesen letzteren ein; die zusammenkommenden Enden erhalten dabei also entweder dieselben oder entgegengesetzte Pole je nach der Richtung der auf denselben wirkenden Erregung. Man kann durch übereinstimmende Betrachtungen selbst dahin geleitet werden, einen solchen Feldmagneten oder mehrere dieser parallel geschalteten Feldmagnete nicht zu erregen, so dafs dieselben dann einfache Eisenstücke bleiben und das magnetische Feld ableiten. Beispiel: s. die Fig. 11 a, 11 b und i 1 c.

   Die verschiedenen, in vorstehendem erwähnten Anordnungen hatten zum Zwecke, die einzelnen Theile eines und desselben Ankers verschiedenartig magnetisch zu beinflussen und betrafen die Anordnung der Feldmagnete und die Wirkungen derselben.

   Die Stärke des magnetischen Feldes in einem Anker hängt aber noch von der Beschaffenheit des Ankers selbst ab und namentlich von dem magnetischen Widerstand desselben (in dem Anker selbst und zwischen diesem und den Polschuhen), ferner von dem Aufbau desselben (z. B. von dem Vorhandensein von Nuthen, wie bei dem Pacinotti'schen Ring oder von 'dem Fehlen derselben), ferner von den Abmessungen des Ankers, von der Rückwirkung desselben auf das magnetische Feld u. s. w. So kann auch die Selbstinduction in dem Anker verschieden sein und verschiedenartig auf die elektromotorische Kraft einwirken. Man kann also Ströme von verschiedenartigem Verhalten mittelst mehrerer Anker erzeugen, welche den magnetischen Wirkungen derselben Feldmagnete unterworfen sind, wenn nur diese Anker verschiedenartig beschaffen sind (s. z. B. Fig. 12 a) oder verschiedenartigen magnetischen Wirkungen unterworfen sind. Selbstverständlich wird dieselbe Wirkung erhalten werden, wenn diese Anker den magnetischen Wirkungen von Feldmagneten unterworfen sind, welche mit einander verbunden sind oder theilweise zusammenfallen (s. z. B. Fig. 12 b). In diesen beiden Fig. 12 a und 12 b sind die Anker durch a bezeichnet.

   Die so von verschiedenen Ankern, welche den magnetischen Wirkungen von demselben oder von mit einander verbundenen Feldmagneten unterworfen sind, erzeugten Ströme werden auf dieselbe Weise, wie dieses für Ströme von beliebigen Quellen erläutert wurde, zum Speisen von zwei oder mehreren Erregungsstromkreisen benutzt und ebenso wie dort in einem Erregungsstromkreis verbunden. Dieselben können übrigens allein oder zusammen mit Strömen von anderen Quellen auf Feldmagnete wirken und auch mit solchen in demselben Stromkreis geschaltet werden.

   Schliefslich möge noch erwähnt werden, dafs ι. alle im Vorstehenden erläuterten Anordnungen ehenso gut auf die zu regelnde Hauptmaschine, als auch auf Erregermaschinen angewendet werden können;
2. 2. die im Vorstehenden beschriebenen Verfahren der Regelung ebenso für Wechselstrommaschinen, als auch für Gleichstrommaschinen anwendbar sind, und dafs
3. 3. bei diesen Verfahren natürlicherweise alle möglichen anders üblichen Verfahren und Apparate angewendet und dieselben auch unter sich vereinigt werden können.

   Patent -■ Anspruch:

   Ein Regelungsverfahren für dynamoelektrische Maschinen, welche von einer Kraftmaschine mit wechselnder Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben, und deren Feldmagnete ausschliefslich oder zum Theil von Erregermaschinen, welche den gleichen oder ähnlichen Geschwindigkeitsänderungen unterliegen, bethätigt werden bestehend in der Schaltung der Erregerstromkreise, derart, dafs zur Regelung des Magnetismus der Feldmagnete des Erzeugers die Erregerströme so gegen einander wirken, dafs die Gesammterregungswirkung eine den Schwankungen der Umdrehungsgeschwindigkeit entsprechende Aenderung erfährt, so dafs dieselbe bei wachsenden Umdrehungsgeschwindigkeiten abnimmt und umgekehrt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.