DE609424C - Verfahren zur Erzeugung von oberwellenfreiem Gleichstrom mittels Gleichstrommaschinen mit Nutenanker - Google Patents

Description

Bekanntlich liefert die Gleichstrommaschine üblicher Bauart mit Nutenanker keine reine, sondern eine pulsierende Gleichspannung, d.h. der Gleichspannung ist eine Wechselspannung von meist kleiner Amplitude überlagert. Diese Wechselspannung, deren Entstehungsursachen hier nebensächlich sind, setzt sich ihrer Kurvenform nach aus zwei Wechselspannungen verschiedener Frequenz zusammen, einer Wechselspannung niederer Frequenz, der sog. Grundwellenspannung, die in der Regel mit einfacher oder doppelter Drehzahlfrequenz pulsiert, und einer Wechselspannung höherer Frequenz, der sog. Oberwellenspannung, die im wesentlichen

x_S mit einfacher oder doppelter Nutenfrequenz pulsiert, je nachdem die Ankernutzahl pro Polpaar gerade oder ungerade ist.

Da die überlagerte Wechselspannung, selbst wenn sie verhältnismäßig noch so klein ist, die unmittelbare Verwendung von Maschinenstrom für manche Zwecke, wie z. B. für die Drahttelephonie, die Radio- und Meßtechnik, wegen der starken Störwirkungen, die sie verursacht, unmöglich macht, sind besondere Maßnahmen zu ihrer Unterdrückung unbedingt notwendig und daher auch bereits mehrfach vorgeschlagen ,worden.

Derartige Maßnahmen beruhen darauf, die Wechselspannung auf irgendeine Weise entweder innerhalb der Maschine aufzuheben oder sie außerhalb der Maschine unschädlich zu machen oder ihr Eindringen in den Nutzstromkreis zu verhindern.

Mittel, die eine Aufhebung der Wechselspannung innerhalb der Maschine bezwecken, wie z. B. die Verwendung von Dämpferwick_s hingen, das Abschrägen der Polschuhkanten oder das, Schrägstellen der Ankernuten, die Verschiebung eines Hauptpoles oder die Verwendung eines besonderen Hilfspolpaares außerhalb der Wendezone oder die Verwendung eines Ankers mit zwei Wicklungen und zwei Kollektoren, deren hintereinandergeschaltete - Bürstensätze gegeneinander verschoben werden, können ihrem Wesen und ihrer Wirkungsweise nach praktisch ihren Zweck nicht so vollkommen erfüllen, daß Störwirkungen im Nutzstromkreis vermieden sind.

Auch diejenigen Mittel, durch die eine Unterdrückung der Wechselspannung außerhalb der Maschine erreicht oder ihr Eindringen in den Nutzstromkreis verhindert werden soll, wie z. B. die Verwendung eines Zusatztransformators mit Hilfsbatterie oder die Verwendung von Drosselspulen oder Sperrkreisen zwischen Maschine und Nutzstromkreis oder von Kondensatoren parallel zu den Maschinenklemmen, wirken teils unvollkommen, teils nur bei einer ganz bestimmten gleichbleibenden Grund- oder Oberwellenfrequenz bzw. einer bestimmten

Gleichspannung der Maschine, also nur bei einer bestimmten Ankerdrehzahl. Ändert sich die Drehzahl der Maschine oder ihre Gleichspannung mit der Belastung oder soll die Maschine mit beliebig veränderlicher Drehzahl betrieben werden, so müssen auch diese Mittel je nach der Größe der Drehzahländerung mehr oder weniger versagen und störende Restspannungen der Wechselspannung übrigbleiben. ίο Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch das nachfolgend beschriebene Verfahren vermieden, das innerhalb der Maschine eine praktisch vollständige Aufhebung der gesamten überlagerten Wechselspannung, unabhängig von deren Entstehungsursachen, erzielt und damit den Bau von Maschinen zur Erzeugung von reinem Gleichstrom ermöglicht.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die überlagerte Wechselspannung nicht sinusförmig ist und daß daher zu ihrer vollständigen Aufhebung die Kompensation" aller einzelnen Harmonischen erforderlich ist, aus denen sie zusammengesetzt ist. Ferner wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß mehrere sinusförmige Wechs'elspannungen gleicher Größe und Frequenz, also Harmonische gleicher Ordnung, sich in jedem Augenblick gegenseitig aufheben, wenn zwei derartige Wechselspannungen, um —— = 180 elektrische Grade oder drei,

vier, fünf usw. derartige Wechselspannungen

. 560 , 360 , 560

um ie ——■ = 120 bzw. -— = go bzw. -— = 72

¹ 3 4 ■ 5 '

usw. elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben sind.

Diese beiden Tatsachen lassen sich nach vorliegender Erfindung in folgender Weise zur Aufhebung der Oberwellenspannung verwenden.

Werden alle geometrischen und magnetischen Unsymmetrien des genuteten Ankereisens auf irgendeine Weise, z. B. durch Versetzen der Ankerbleche nach Patent 502 809, vollständig ~^J ausgeglichen (vgl. Archiv f. El. 1930, Bd. XXIV, S. 230), so verschwindet dadurch nicht nur die 4-5 Grundwellenflußschwankung in der Maschine, also die Grundwellenspannung, Sondern es wird gleichzeitig auch erreicht, daß die außer der Gleichspannung übrigbleibende, hauptsächlich durch die Ankernutung verursachte Oberwellenflußschwankung, also auch die Oberwellenspannung, genau periodisch mit Oberwellenfrequenz pulsiert, da sowohl alle Ankerzähne wie auch alle Ankernuten untereinander magnetisch vollständig gleichwertig sind. Die Kurvenform der Oberwellenspannung einer derartigen Maschine muß sich also von Periode zu Periode genau wiederholen. Da außerdem sowohl bei Rechts- wie auch bei Linkslauf des Ankers wegen der Symmetrie des Ankereisens genau dieselbe Kurvenform auftritt, muß die Form der Oberwellenspannung zu denjenigen Ordinaten spiegelbildlich gleich sein, die in der Mitte zwischen je zwei benachbarten Nulldurchgängen auf der Zeitachse errichtet sind. Positive und negative Halbwellen brauchen aber spiegelbildlich zur Zeitachse einander nicht gleich zu sein. Daraus folgt, daß in der Fourierschen Reihe für die Kurve der Oberwellenspannung sämtliche Sinusglieder fortfallen, während die Kosinusglieder von ungeraden und geraden Harmonischen vorhanden' sein können. Die Oberwellenspannung kann daher außer ihrer ersten Harmonischen, die nicht mit der obenerwähnten Grundwellenspannung verwechselt werden darf, auch gerade und ungerade Harmonische höherer Ordnung (2., 3., 4. usw. Harmonische) in den durch die Fouriersche Reihe festgelegten Lagen zeitlich zur ersten Harmonischen enthalten, und zwar ist das Vorhandensein dieser höheren Harmonischen abhängig von der Form der Zähne, der Nuten und des Polschuhes und von der Größe des Luftspaltes und der Höhe der Eisensättigung.

Ebenso wie beim Ankereisen lassen sich auch beim Feldmagneteisen alle geometrischen und magnetischen Unsymmetrien auf irgendeine Weise ausgleichen, z. B. wenn das Feldmagneteisen unterteilt ist nach der in dem erwähnten Patent 502 809 gegebenen Anweisung.

Es liegt nun nichts im Wege, beliebig viele derartige Anker und Feldmagnetsysteme von genau gleichen Abmessungen herzustellen, bei denen alle geometrischen und magnetischen Unsymmetrien ausgeglichen sind und die, mit gleichen Wicklungen versehen, die besondere Eigenschaft aufweisen, untereinander magnetisch und elektrisch vollständig gleichwertig zu sein. Damit ist die Möglichkeit gegeben, Maschinen in beliebiger Anzahl herzustellen, deren Grundwellenspannungen verschwunden sind und deren Oberwellenspannungen bei gleicher Ankerdrehzahl und Felderregung übereinstimmende Kurvenform, Amplitude und Frequenz besitzen.

Da, wie bereits erwähnt, die Oberwellenspannung mit einfacher oder doppelter Nutenfrequenz pulsiert, je nachdem die Ankernutzahl pro Polpaar gerade oder ungerade ist, so entsprechen einem räumlichen Drehwinkel des Ankers um eine Nut- oder Zahnteüung 360 bzw. · 360 elektrische Grade für die erste Oberwellenharmonische, für die höheren Oberwellenharmonischen ein deren Ordnungszahl entsprechendes Vielfaches von 360 bzw. 2-360 elektrischen Graden. Für einen beliebigen Drehwinkel a des Ankers, in Nutteilungen gemessen, und eine Harmonische beliebiger Ordnungszahl χ wird also der Phasenunterschied zwischen Anfangsund Endstellung des Ankers bei einer geraden Anzahl von Ankernuten pro Polpaar den Betrag χ · a' 360 elektrische Grade und bei einer ungeraden Anzahl von Ankernuten pro Polpaar den Betrag 2 · χ · α · 360 elektrische Grade auf-

weisen. Dasselbe gilt naturgemäß auch, wenn statt des Ankers die magnetische Achse des Feldmagneten um denselben Winkel auf dem Ankerumfange verschoben wird. Auf Grund dieser Überlegungen lassen sich die vorhandenen Harmonischen einer Oberwellenspannung, deren periodischer Verlauf auf die angegebene Weise erreicht ist, folgendermaßen kompensieren:

xo Enthält die aufzuhebende und ihrer Gleichspannung überlagerte Oberwellenspannung z.B. ... alle ungeraden und. geraden Harmonischen bis zur χ — m Harmonischen einschließlich, so werden durch entsprechend angeordnete eigen- oder fremderregte Feldmagnetsysteme gleichzeitig m -f- ι derartige ihren Gleichspannungen überlagerte Oberwellenspannungen von untereinander gleicher Frequenz, Amplitude und Kurvenform, deren erste Harmonischen fortlaufend um

je -^y- elektrische Grade.gegeneinander phasenverschoben sind, in einer oder in mehreren hintereinandergeschalteten Ankerwicklungen erzeugt. In den Ankerdrähten heben sich dann alle Harmonischen gleicher Ordnung bis einschließlich der in Harmonischen und damit die vorhandenen Oberwellenspannungen in jedem Augenblick gegenseitig auf, während die Gleichspannungen sich addieren.

Außer den genannten Harmonischen (1 bis m einschließlich) würden, falls vorhanden, auch alle höheren Harmonischen kompensiert mit Ausnahme derjenigen, deren Ordnungszahl durch m + ι ohne Rest teilbar ist. Hieraus folgt sinngemäß, daß -unter bestimmten Voraussetzungen auch weniger als m -\-x, z. B. m' -f- i, Oberwellenspannungen von untereinander gleicher Frequenz, Amplitude und Kurvenform zur gegenseitigen Aufhebung genügen, wenn eine oder mehrere Oberwellenharmonischen bestimmter Ordnung fehlen und wenn die ersten Harmonischen der sich aufhebenden Oberwellenspannungen fortlaufend um

360
wP 4- ι
senverschoben sind.

Für den Fall, daß ζ. B. die aufzuhebende

Oberwellenspannung beliebig viele ungerade Harmonische bis zur χ = m Harmonischen einschließlich, aber keine geraden Harmonischen enthält, genügt die Kompensation der ersten Oberwellenharmonischen, für die x' — m' — 1 zu setzen ist, indem m' + 1 = 2 derartige ihren Gleichspannungen überlagerte Oberwellenspannungen von gleicher Frequenz, Amplitude und

Kurvenform erzeugt werden, deren erste Har-

elektrische Grade gegeneinander phamonischen um

= 180 elektrische Grade

m! + ι

gegeneinander phasenverschoben" sind. Nach dem Vorigen werden dann zunächst alle Harmonischen bis zur in' = 1 Harmonischen einschließlich kompensiert, außerdem aber auch alle höheren Harmonischen mit Ausnahme derjenigen, deren Ordnungszahl durch m! + 1 = 2 ohne Rest teilbar ist, also werden auch die 3., 5., 7. usw. bis zur m Harmonischen einschließlich aufgehoben. Damit sind alle in vorliegendem Falle vorhandenen Oberwellenharmonischen kompensiert.

Auf weitere Fälle ähnlicher Art braucht hier nicht eingegangen zu werden, da sich die notwendige Kleinstzahl der zu ihrer gegenseitigen Aufhebung erforderlichen Oberwellenspannungen leicht ermitteln läßt.

In den Abb. i. und 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung für zweipolige fremderregte Maschinen mit zwölf Nuten im Ankereisen, also mit gerader Ankernutzahl, pro Polpaar schematisch in Schrägansicht (Abb. 1) und in Längsansicht (Abb. 2) für den Fall dargestellt, daß die aufzuhebende Oberwellenspannung außer der ersten Harmonischen noch die zweite, dritte und vierte Harmonische enthält. Da hier m = 4 ist, so sind nach dem Vorigen m -f- 1 = 5 magnetisch und elektrisch gleichwertige Maschinen I bis V von gleicher Größe erforderlich, deren Anker O₁ bis a_s durch Kupplungen k so miteinander starr verbunden sind, daß sich ihre Nutenumrisse in Richtung der Machinenachse decken. Die magnetischen Achsen A₁, B₁ bis A₅, B₅ (Abb. 1) der fünf Feldmagnetsysteme und der auf ihren Kollektoren S₁ bis S₅ schleifenden Bürstenpaare B₁ bis b₅ sind der Reihe nach fortlaufend

um je -—-γ— = 72 elektrische Grade, bezogen

auf die erste Oberwellenharmonische, gegeneinander auf dem Ankerumfange verschoben, entsprechend einer räumlichen Verschiebung von α = — Nutteilung bzw. von -2—— = 6 Winkel-

graden. Die Erregung' der Feldmagnete erfolgt durch die parallel geschalteten Erregerspulen e_x bis e_s von einer beliebigen Gleichstromquelle Q aus. Um an Baulänge in Achsrichtung zu sparen, sind die Abstände zwischen den einzelnen Maschinen, die an sich unwesentlich sind, naturgemäß so klein als möglich bemessen.

In den fünf über die Bürstenpaare I₁ bis b₅ hintereinandergeschalteten Ankerwicklungen, die durch je eine Durchmesserwindung W₁ bis w₅ dargestellt sind, werden dann fünf sich addierende Gleichspannungen gleicher Größe induziert, denen Oberwellenspannungen von gleicher Frequenz, Amplitude und Kurvenform, aber verschiedener Phasenlage überlagert sind. Die fünf ersten Harmonischen (x — 1) der fünf Oberwellenspannungen sind fortlaufend

um je χ - a · 360 =1 — · 360 = 72 elektrische

Grade gegeneinander phasenverschoben, ihre geometrische Summe ist also, da sie gleiche Amplituden besitzen, gleich Null. Die fünf zwei.

ten Harmonischen (χ = ζ) sind um je χ · a · 360 — 2 . — 360 = 2-72 elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben, ihre untereinander gleich großen Vektoren liegen also im Vektordiagramm in einem bestimmten Augenblick z. B. bei o°, 2 · 72⁰, 4 ■ 72⁰, 6 · 72⁰ = 360⁰ + 72⁰ = 72⁰ und 8 · 72⁰ = 360⁰ + 3 · 72⁰ = 3 · 72°, sie sind also ebenfalls um je 72 elektrische Grade in der Reihenfolge Vektor von Maschine I, IV, II, V, III gegeneinander verschoben, so daß ihre geometrische Summe ebenfalls Null ist. Die fünf dritten Harmonischen

_Xb (^x ~ 3) sfrd ^um 3^{e x} ' ^α ' 3⁶° = 3 * — · 36°

= 3-72 elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben, im Vektordiagramm liegen also ihre untereinander gleich großen Vektoren in einem bestimmten Augenblick z.B. bei o°, 3 · 72⁰,

ao 6-72° = 36o° + 72° = 72°, 9-72° = 36ο° + 4·72° =4-72° und ΐ2·72°=2·36ο° + 2·72⁰=2·72⁰, sie sind also ebenfalls um je 72 elektrische Grade in der Reihenfolge Vektor von Maschine I, III, V, II, IV gegeneinander verschoben, so daß ihre geometrische Summe gleich Null ist. Die fünf vierten Harmonischen

(χ ί= m = 4) sind um je χ · α · 360 = 4 · — «360

= 4 · 72 elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben, im Vektordiagramm liegen also ihre untereinander gleich großen Vektoren in einem bestimmten Augenblick z. B. bei o°, 4 - 72⁰,8 · 72⁰ = 360⁰ + 3 · 72° = 3 · 72°, 12 · 72° = 2 · 360⁰ + 2 · 72⁰= 2 · 72⁰ und bei 16 · 72⁰ == 3 · 360⁰ + 72⁰ = 72⁰, sie sind also auch um je 72 elektrische Grade in der Reihenfolge Vektor von Maschine I, V, IV, III, II gegeneinander verschoben, so daß ihre geometrische Summe ebenfalls Null ist.

Damit sind alle vorhandenen Harmonischen der Oberwellenspannungen innerhalb der Maschinen kompensiert, so daß auf den äußeren Nutzstromkreis eine reine Gleichspannung wirkt. Würde dagegen die Oberwellenspannung außer der ersten bis vierten noch eine fünfte, zehnte, fünfzehnte usw. Harmonische enthalten, so könnten diese Harmonischen in vorliegendem Falle nicht kompensiert werden, da sie um je 5-72 bzw. 10 · 72 bzw. 15 · 72 usw., also um je Null

elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben sind und sich ihre Höchstwerte daher algebraisch addieren, während alle übrigen etwa vorhandenen höheren Harmonischen, deren Ordnungszahlen durch m + 1 = 5 nur mit Rest teilbar sind, ebenso wie die erste bis vierte Harmonische auch hier kompensiert wurden.

Um nach dem Zusammenbau der Maschinen die einzelnen Oberwellenspannungen im Bedarfsfalle getrennt der Phase und Größe nach leichter einstellen zu können, können die Feldmagnetsysteme in ihren Gehäusen nebst den Bürsten einzeln in bekannter Weise um ihre Ankerachsen drehbar und von außen mittels geeigneter Vorrichtungen, z. B. Schnecken und Schneckenrädern, einstellbar angeordnet und ihre magnetischen Flüsse durch Änderung der Erregerströme mit Hilfe der Vorwiderstände T₁ ' bis r₅ getrennt regelbar gemacht sein.

Diese Maschinenanordnung ist in der beschriebenen Ausführungsform praktisch mit Vorteil verwendbar, wenn die aufzuhebende Oberwellenspannung nur aus wenigen Harmonischen niederer Ordnung besteht, weil dann die zur Kompensation erforderliche Zahl der Maschinen klein ist. Da, wie bereits erwähnt, die Kurvenform der Oberwellenspannung und damit die Zahl der Harmonischen, aus denen sie besteht, durch geeignete Wahl der Form der Zähne, der Nuten und des Polschuhes, der Größe des Luftspaltes und der Höhe der Eisensättigung beeinflußt werden kann, so ist damit die Möglichkeit gegeben, die gestellte Forderung gegebenenfalls schon beim Entwurf der Maschine zu berücksichtigen. Enthält dagegen die aufzuhebende Oberwellenspannung eine größere Anzahl höherer Harmonischer, so wird die Zahl der zu kuppelnden Maschinen und damit die Baulänge des Maschinensatzes in Achsrichtung verhältnismäßig groß.

Durch die folgende zweite Ausführungsform läßt sich nicht nur eine beträchtliche Verkürzung der Maschine in Achsrichtung, sondern auch eine wesentliche Vereinfachung ihrer ganzen Anordnung erzielen.

Bei dieser Ausführungsform werden die im vorigen Beispiel erforderlichen und von ihren Feldmagnetsystemen getrennt induzierten m +1 Ankerwicklungen mit ihren Kollektoren durch eine oder zwei Ankerwicklungen, auf die alle m + ι Feldmagnetsysteme gleichzeitig induzierend wirken, und durch einen bzw. zwei Kollektoren ersetzt. Zu diesem Zwecke sind die auf einer gemeinsamen Welle in entsprechendem Abstande voneinander befestigten magnetisch gleichwertigen m + 1 Ankerkörper mit einer oder mit zwei durchlaufenden gemeinsamen Ankerwicklungen versehen, die an einen bzw. an zwei Kollektoren angeschlossen sind. Die erforderlichen m -\-1 magnetisch gleichwertigen eigen- oder fremderregten Feldmagnetsysteme sind in Achsrichtung nebeneinander in einem gemeinsamen oder gruppenweise in mehreren Gehäusen so angeordnet, daß ihre senkrecht zur Achsrichtung stehenden Mittelebenen mit denen ihrer zugeordneten Ankerkörper zusammenfallen. Die magnetischen Achsen dieser Feld- -magnetsysteme werden, ebertso wie bei der ersten Ausführungsform, der Reihe nach fortlaufend um je ■ elektrische Grade, bezogen

auf die erste Harmonische der Oberwellenspannung, gegeneinander auf dem Ankerumfange

verschoben. Die Bürsten stehen in der neutralen Zone, die theoretisch in der Mitte zwischen den äußersten ungleichnamigen Polkanten liegt.

Die Erregung der einzelnen Feldmagnetsysteme kann, ebenso wie früher, durch, getrennt auf deren Polen angeordnete Erregerwicklungen erfolgen oder durch eine allen Feldmagnetsystemen gemeinsame Erregerwicklung

ίο oder auch durch beide Wicklungsarten gleichzeitig.

In den Abb. 3 und 4 ist diese Ausführungsform für die gleichen Voraussetzungen wie bei Abb. ι und 2, also für zweipolige fremderregte Maschinen mit zwölf Nuten im Ankereisen, d.h. mit gerader Ankernutzahl, pro Polpaar schematisch in Schrägansicht (Abb. 3) und in Längsansicht (Abb. 4) für den Fall dargestellt, daß auch hier die aufzuhebende Oberwellenspannung außer der ersten Harmonischen noch die zweite, dritte und vierte Harmonische enthält. Die bei m — 4 erforderlichen m + 1 = 5 magnetisch gleichwertigen Ankerkörper a_x bis a₅ sind mit ihren Nuten gleichlaufend auf der gemeinsamen Ankerwelle c in Abständen befestigt und z. B. mit einer gemeinsamen, durch eine Durchmesserwindung w dargestellten Ankerwicklung mit einem Kollektor s versehen. Die magnetischen Achsen Ά_v B₁ bis A₅, B₅ (Abb. 3) der denAnkerkörpern zugeordneten fünf magnetisch gleichwertigen Feldmagnetsysteme I bis V sind der

Reihe nach fortlaufend um ie ——,— = 72 elek-

• ^J τη +1 '

irische Grade, bezogen auf die erste Harmonische der Oberwellenspannung, gegeneinander auf dem Ankerumfange verschoben, entsprechend

einer räumlichen Verschiebung von α = — Nutteilung bzw. von —— = 6 Winkelgraden. Die

Abstände zwischen den einzelnen Ankerkörpern bzw. Feldmagnetsystemen sind naturgemäß so klein als möglich, zweckmäßig aber so bemessen, daß eine gegenseitige magnetische Beeinflussung praktisch nicht eintritt.

In der gemeinsamen Ankerwicklung werden dann gleichzeitig fünf sich addierende Gleichspannungen gleicher Größe induziert, denen Oberwellenspannungen von gleicher Frequenz, Amplitude und Kurvenform überlagert sind, deren erste Harmonischen, ebenso wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, fortlaufend um je 72 elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben sind, so daß sich auch hier alle Oberwellenharmonischen gleicher Ordnung, gegenseitig aufheben mit Ausnahme derjenigen, deren Ordnungszahl durch »» + 1 = 5 ohne Rest teilbar ist, während die Gleichspannungen sich addieren.

Die Erregung der fünf Feldmagnetsysteme erfolgt beispielsweise durch die gemeinsame Erregerwicklung & (Abb. 3 und 4) von einer beliebigen Gleichstromquelle Q aus und kann mittels des Vorwiderstandes R_e geregelt werden. Um die einzelnen Oberwellenspannungen im Bedarfsfalle getrennt der Phase und Größe nach leichter einstellen zu können, können die Feldmagnetsysteme um die Ankerachse drehbar im Maschinengehäuse und mittels geeigneter Vorrichtungen von außen einzeln einstellbar angeordnet sein; ferner können mittels der Hilfswicklungen A₁ bis h₅, je nach der Stellung der Umschalter M₁ bis U₅, Feldverstärkungen oder Feldschwächungen erreicht werden, deren Grad mittels der Vorwiderstände V₁ bis r₅ getrennt und mittels des Widerstandes R gemeinsam regelbar ist.

Diese „Einstellvorrichtungen können ebenso wie die bei dem vorigen Ausführungsbeispiel beschriebenen auch so ausgebildet werden, daß sie nach erfolgter endgültiger Einstellung feststellbar gemacht sind oder ganz oder teilweise entfernt werden können, um ein nachträgliches Verstellen zu verhindern.

Naturgemäß lassen sich die erforderlichen gegenseitigen Phasenlagen der Oberwellenspannungen auch in der Weise erreichen, daß die magnetischen Achsen der Feldmagnetsysteme gleichlaufend angeordnet sind, während die Anker der Maschinen um dieselben Winkel wie go vorher die Achsen der Feldmagnete fortlaufend gegeneinander versetzt werden. Ferner läßt sich bei versetzt angeordneten Feldmagnetsystemen an Stelle von mehreren auf einer Welle befestigten Ankerkörpern auch ein gemeinsamer Anker mit ein oder zwei Wicklungen verwenden, auf den die in Achsrichtung hintereinanderliegenden Feldmagnetsysteme induzierend wirken, oder die Feldmagnete lassen sich so ausbilden, daß ihre Polflächen in Drehrichtung nebeneinanderliegen, so daß eine Feldpolanordnung nach Art einer Spaltpolmaschine entsteht.

Es ist auch möglich, die Reihenfolge der gegeneinander versetzt angeordneten Feldmagnetsysteme bzw. Anker beliebig zu ändern.

Das beschriebene Verfahren bietet gegenüber den bekannten Einrichtungen den großen Vorteil, nicht nur bei jeder beliebigen gleichbleibenden, sondern auch bei beliebig veränderlicher Maschinendrehzahl bzw. Gleichspannung selbsttätig und ohne irgendwelche Nachregelung in vollein Maße wirksam zu sein.

Die Erfindung ist naturgemäß nicht auf Maschinen mit genuteten Ankern allein beschränkt, sie läßt sich ohne weiteres auch auf Maschinen mit glatten ungenuteten Ankern anwenden, ebenso auch auf Maschinen, bei denen die elektromagnetisch erregten Feldmagnete durch permanente Magnete ersetzt sind, deren magnetische Flüsse mittels geeignet angeordneter und

verstellbarer magnetischer Nebenschlüsse getrennt regelbar sein können. Ferner kann die Erfindung auch auf mehrpolige Gleichstrommaschinen angewendet werden. 5

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Erzeugung von oberwellenfreiem Gleichstrom mittels Gleichstrommaschinen mit Nutenanker, bei denen die geometrischen und magnetischen Unsymmetrien des Anker- und Feldeisens ausgeglichen sind, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der in der Oberwellenspannung enthaltenen Harmonischen höchster Ordnung von der Ordnungszahl m gleichzeitig m -f- 1 derartige ihren Gleichspannungen überlagerte Oberwellenspannungen von untereinander gleicher Frequenz, Amplitude und Kurvenform, deren erste Harmonischen fortlaufend um je —5-— elektrische Grade gegeneinander phasenverschoben sind, in einer oder in mehreren hintereinandergeschalteten

   Ankerwicklungen erzeugt werden.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch x, dadurch gekennzeichnet, daß die ihren Gleichspannungen überlagerten und sich aufhebenden m + 1 Oberwellenspannungen getrennt in den hintereinandergeschalteten Ankerwicklungen von m -f- ι starr miteinander gekuppelten Maschinen gleicher Größe in den erforderlichen Phasenlagen dadurch erzeugt werden, daß die magnetischen Achsen der eigen- oder fremderregten Feldmagnetsysteme der Maschinen gleichzeitig mit den ihnen zugeordneten Bürsten der Reihe nach fortlaufend

   um je -~— elektrische Grade, bezogen auf m +1 ' &

   die erste Harmonische der Oberwellenspannung, gegeneinander auf dem Ankerumfang verschoben sind.
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ihren Gleichspannungen überlagerten und sich aufhebenden m + 1 Oberwellenspannungen gleichzeitig in einer oder in zwei hintereinandergeschalteten Ankerwicklungen, die allen auf einer durchgehenden Ankerwelle befestigten m -\- 1 Ankerkörpern gemeinsam sind, in den erforderlichen Phasenlagen dadurch erzeugt werden, daß die magnetischen Achsen der den einzelnen Ankerkörpern zugeordneten und mit einer gemeinsamen oder mit mehreren eigen- oder fremderregten Erregerwicklungen versehenen Feldmagnetsysteme der Reihe nach

   fortlaufend um je —?-£- elektrische Grade, _ ^J vi + i

   bezogen auf die erste Harmonische der Oberwellenspannung, gegeneinander auf dem Ankerumfang verschoben sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ihren Gleichspannungen überlagerten und sich aufhebenden m + ι Oberwellenspannungen gleichzeitig in einer oder in zwei hintereinandergeschalteten Wicklungen eines einzigen Ankers erzeugt werden, der allen m + x Feldmagnetsystemen gemeinsam ist.
5. 5. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Feldmagnetsysteme

   die Anker um ie ——,— elektrische Grade,

   bezogen auf die erste Harmonische der Oberwellenspannung, der Reihe nach fortlaufend gegeneinander versetzt sind, während die magnetischen Achsen der Feldmagnetsysteme 8 ο in der Achsrichtung gleichlaufend angeordnet sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der gegeneinander versetzt angeordneten Feldmagnetsysteme bzw. Anker beliebig geändert werden kann.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle genuteter Anker an sich bekannte ungenutete Anker verwendet werden, deren Grundwellenspannungen durch Ausgleichen der geometrischen und magnetischen Unsymmetrien des Ankereisens zum Verschwinden gebracht sind.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks leichter und genauer Einstellung der Oberwellenspannungen, getrennt der Größe und Phasenlage nach, die magnetischen Flüsse einzelner oder aller Feldmagnetsysteme regelbar und einzelne oder alle Feldmagnetsysteme um die Ankerachse gegeneinander drehbar und von außen einstellbar sind.

   Hierzu' ι Blatt Zeichnungen