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Generator-Metadyne mit zu Regelzwecken dienenden, in der Arbeits-
und gegebenenfalls auch in der Erregerbürstenachse wirkenden und an die Nutzbürsten
angeschlossenen Ständerwicklungen Es sind Gleichstromgeneratoren mit um 9o° elektrisch
gegeneinander versetzten Erreger-und Arbeitsbürsten bekannt, bei denen ein. an einen
Stromwender angeschlossener Anker in einem Magnetfeld umläuft, das sich aus zwei.
Komponenten zusammensetzt. Eine dieser Komponenten wird durch eine fremderregte
Ständerwicklung hervorgerufen und erzeugt einen magnetischen Fluß, der den Anker
annähernd in Richtung der Arbeitsbürstenachse durchsetzt. Die Erregerbürsten, deren
Achse, wie erwähnt, senkrecht zu der Arbeitsbürstenachse liegt, sind dabei kurzgeschlossen.
Der Kurzschlußstrom im Erregerbürstenstromkreis erzeugt im Anker oder Läufer durch
die Läuferdurchflutung die andere Komponente des Magnetfeldes. Diese als Querfeldmaschinen
bekannten Generatoren können mit vier ausgeprägten Teilpolen ausgerüstet sein, zwischen
denen die vier Bürsten, nämlich die Arbeitsbürsten und die Erregerbürsten, angeordnet
sind. Nach bekannten Vorschlägen werden bei solchen Maschinen zwei Teilpole, zwischen
denen eine Arbeitsbürste angeordnet ist, von Wicklungen umfaßt, deren Felder im
gleichen Sinn wirken.
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Derartige Maschinen ,arbeiten bei der Abgabe kleiner Leistungen zufriedenstellend.
Bei größeren Maschinen treten jedoch Kommutierungsschwierigkeiten auf, und zwar
aus folgendem Grund: Die Bürsten solcher Generatoren sind in den Lücken zwischen
den Teilpolen angeordnet. Diese Lücken werden aber ' von dein entsprechenden Erregerspulen
mitumschlungen, so daß in diesen Lücken. magnetische Felder vorhanden sind, welche
die umgekehrte Richtung haben wie die für eine gute Kommutierung erforderlichen
Felder. Ein weiterer Nachteil ist der bei größeren Maschinen zwischen den kurzgeschlossenen
Erregerbürsten auftretende hohe Kurzschlußstrom.
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Die erfindungsgemäße Generatormetadyne vermeidet diese Nachteile dadurch,
daß sie zur Verringerung des Kurzschlußstromes im Erregerbürstenkreis außer mit
einer in der Arbeitsbürstenachse wirkenden fremderregten Stromregelwicklung 29 mit
einer weiteren
Ständerwicklung 28 versehen ist, deren Durchflutung
in demselben Sinn wie die durch hem Erregerstrom hervorgerufene Läuferdurchflutung
wirkt und über welche die Erregerbürsten geschlossen sind, und daß die Ständerwicklungen
28, 29 des Generators je in zwei Spulen aufgeteilt sind, von denen jede einen der
Teilpole umschlingt, zwischen denen die Bürstenachse liegt, in deren Richtung die
Ständenwicklungen wirken sollen. Dadurch wird erreicht, daß der Kurzschlußstrom
im Erregerstromkreis und das Gewicht des Generators verringert wird. Außerdem werden
in den Pollücken, in denen die Bürsten angeordnet sind, durch die Feldwicklung unmittelbar
keine :magnetischen Flüsse erzeugt. In den Pollücken werden lediglich durch Streufelder
bedingte magnetische Flüsse vorhanden sein, die in an sich bekannter Weise aufgehoben
bzw. auf einen praktisch ungefährlichen Wert verkleinert werden können, so daß eine
gute Kommutierung erzielt wird. Gegebenenfalls können noch in an sich bekannter
Weise Wendepole verwendet werden. Die Aufteilung von zwei Ständerwicklungen, derart,
daß die Teilpole je von einer besonderen Teilwicklung umfaßt werden und die Wicklungen
zweier benachbarter, eine Arbeitsbürste umschließender Teilpole in Richtung der
Arbeitsbürstenachse verlaufende Felder :erzeugen, ist an sich auch bekannt, und
zwar für die Differentialerregung vom Konstantspannungsquerfeldmaschinen. Hierbei
ist die eine der vom Arbeitsstrom durchflossenen Ständerwicklungen konstant, die
,andere Ständerwicklung dagegen so erregt, daß ihr Strom sich in Abhängigkeit von
der Klemmenspannung der Maschine verändert. Bei einer solchen Anordnung tritt jedoch
zwischen den kurzgeschlossenen Erregerbürsten ein hoher Kurzschlußstrom auf.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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In allen Abbildungen sind der Ständer der Generatormetadyne mit i,
die Teilpole mit 2, 3"4 und 5, der Anker und Stromwender mit 6, die Erregerbürsten
mit a und c und die Arbeitsbürsten mit b und d bezeichnet. Die Bürsten
sind zwischen den einzelnen Polen angeordnet, so daß in der Nähe der Bürsten von
den Wicklungen der Pole keine magnetischen Flüsse hervorgerufen werden. Die Arbeitsbürsten
sind mit dem Belastungsstromkreis 7 verbunden. An die Klemmen 8 und 9 wird die nicht
gezeichnete Gleichstromquelle für die Fremderregung angeschlossen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel .nach Abb. i sind die einzelnen Teilpole
mit je zwei Wicklungen versehen. Die entsprechend der Anzahl der Teilpole aus vier
Spulen bestehende 'Erregerwickltrng 28 ist mit den Bürsten a, c verbunden. Die Spulen
sind derart gewickelt, daß sie einen magnetischen Fluß in Richtung der Erregerbürstenachse
hervorrufen, welcher den in derselben Achse wirkenden Ankerfluß unterstützt. Die
Stromregelwicklung 29 liegt an den Klemmen 8 und 9 und besteht ebenfalls aus vier
Teilspulen. Diese Spulen sind derart gewickelt, daß der in ihnen fließende Strom
einen Fluß in Richtung der Arbeitsbürstenachse .erzeugt.
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Die Maschine nach Abb. i liefert ähnliche Ergebnisse wie die bekannte
Maschine, bei der die den Arbeitsbürsten benachbarten Teilpole von einer gemeinsamen
Ständerwicklung umschlossen werden, d. h. der von den Bürsten b, d gelieferte
Strom ist in seiner Stärke konstant und unabhängig von der Drehzahl und Drehrichtung
des Ankers, vorausgesetzt, daß die an die Klemmen 8, 9 angelegte Spannung konstant
ist. Die erfindungsgemäße Maschine hat aber den Vorteil, daß der von den Bürsten
b, d abgenommene Strom unter wesentlich besseren Kommutierungsbedingungen durch
Änderung der Spannung an den Klemmen 8, 9 oder durch Änderung der Stärke des Stromes
in der Stromregelwicklung 29 verändert werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 ist auf den einzelnen Teilpolen
2,. 3, ,1 und 5 außer den bei der Anordnung nach Abb. i vorhandenen Ständerwicklungen
eine weitere, in vier Spulen unterteilte Ständerwicklung 30 vorgesehen, die in dem
Belastungsstromkreis derart .angeordnet ist, daß der von ihr erzeugte magnetische
Fluß den von der Stromregelwicklung 29 erzeugten Fluß unterstützt. Es kann dadurch
der von der äußeren Stromquelle gelieferte Erregerstrom verringert werden. Diese
Anordnung ist besonders für große Maschinen geeignet, und zwar dann, wenn in dem
Arbeitsstromkreis hohe Ströme fließen.
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Bei den weiteren Ausführungsbespielen sind auf dem Ständer des Generators
zusätzliche Wicklungen vorgesehen, welche an leine geeignete Gleichstromquelle derart
angeschlossen werden, daß die Durchflutung dieser Wicklungen mit der Spannung des
Arbeitsstromkreises zunimmt. Diese zusätzlichen Wicklungen können koaxial zu der
Stromregelwicklung oder zu der im Erregerbürstenkreis liegenden Wicklung oder' zu
diesen beiden Wicklungen angeordnet sein und in Abhängigkeit von der Spannung des
Arbeitsstromkreises erregt werden oder an irgendein geeignetes Bürstenpaar der Maschine
angeschlossen werden.
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Die in den folgenden Abbildungen schematisch dargestellten Ständerwicklungen
des Generators wirken in Richtung der Bürstenachsen a-c und b-d. Die Wicklungen
28 und 29 entsprechen den gleichbezeichneten, aus je vier Teilspulen bestehenden
Wicklungen der
Anordnungen mach Abb. i . Und 2, während die Wicklung
30 derjenigen der Maschine nach Abb. 2 entspricht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist eine weitere Wicklung
3 i vorgesehen., denen Achse in Richtung der Arbeitsbürstenachse b-d verläuft und
die im Nebenschluß zu dem Arbeitsstromkreis 7 liegt. Die Durchflutung dieser Wicklung,
die zwischen den Erregerbürsten a, c eine EMK induziert, nimmt daher mit der Arbeitsspannung.
an den Bürsten b, d
zu. Diese Wicklung beeinflußt die Strömspannungscharakteristik
des Metadynegenerators in gleicher Weise wie eine fremderregte, in der sekundären
Bürstenachse wirkende Stromregelwicklung, lediglich mit -dem Unterschied, &ß
die Beeinflussung nicht willkürlich, sondern selbsttätig in Abhängigkeit vorn der
Arbeitsspannung erfolgt. Durch die Anordnung einer derartigen Wicklung kann also
die Form der Stromspannungscharakteristik geändert werden, beispielsweise derart,
daß mit zunehmender Generatorspannung der Strom annähernd konstant bleibt oder sogar
zunimmt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. q. ist zur weiteren Verbesserung
der Kommutierung eine zusätzliche Wicklung 32 vorgesehen, deren Achse -in Richtung
der Errege rbürstenachse a und c verläuft. Die Durchflutung dieser Wicklung wirkt
in demselben Sinn wie die in der Erregerbürstenachse wirkende Läuferdurchflutung
und nimmt mit der Arbeitsspannung zu.
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Bei -den Ausführungsbeispielen nach Abb. 3 und q. liegen die Wicklungen
3 i und 3 2 im Nebenschluß zu den Arbeitsbürsten b, d. Sie können aber ,auch im
Nebenschluß zu irgendeinem anderen Bürstenpaar angeordnet sein. Der Anschluß an
die Bürsten ruß lediglich derart gewählt werden, daß die gewünschte, von den besonderen
Daten der Maschine ,abhängige Beeinflussung der Stromspannungscharakteristik erzielt
wird.
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Bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen war eine symmetrische
Verteilung der Wicklungen auf die einzelnen Teilpole vorausgesetzt worden. Die Erregerwicklungen
können natürlich auch in unsymmetrischer Weise auf die Teilpole verteilt werden.
Die den einzelnen Teilpolen zugeordneten Spulen einer Wicklung können also verschiedene
Wendungszahlen haben.
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Die Erfindung ist auch auf rotierende Umformer zur Umformung von Wechselstrom
in Gleichstrom anwendbar. In diesem Fall werden in bekannter Weise Anzapfungen der
Ankerwicklung mit Schleifringen 22, 23, 2q.,.:
zugeführten Wechselstrom um, da .die fremderregte Stromregelwicklung in ähnlicher
Weise wie die Feldwicklung bei einem gewöhnlichen umlaufenden Synchronumformer mit
Gleichstrom gespeist wird.
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Bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen werden die ausgeprägten
Pole gewöhnlich ungleichmäßig gesättigt sein. Die verschiedenen- Erregerwicklungen
können somit auf die ausgeprägten Pole unsymmetrisch verteilt werden, d. h. die
eine bestimmte Wicklung bildenden Spulen haben auf den verschiedenen Teilpolen :eine
verschiedene Wendungszahl, die z. B. ,auch den Wert Null annehmen kann.
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Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf zweipolige Maschinen.
In jedem Fall sind jedoch die Arbeitsbürsten gegenüber den Erregerbürsten um 9o°
elektrisch versetzt.
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Es können auch mehr ,als zwei Bürstenpaare vorhanden seine, über welche
dem Anker Strom entnommen und einem oder mehreren Verbraucherstromkreisen zugeführt.
wird, welche gewünschtenfalls verschiedene Spannungen haben können.