-
Zwei- oder mehrstufige Gleichstrommaschine, insbesondere Verstärkermaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine zwei- oder mehrstufige Gleichstrommaschine,
insbesondere Verstärkermaschine, bei der im Generatorfall von einem ersten Feld
im Anker induzierte Ströme erster Gattung ein zweites Feld erzeugen, das seinerseits
wieder Ströme zweiter Gattung im Anker induziert usf. Zu dieser Maschinenart gehören
z. B. bekannte Gleichstromverstärkermaschinen mit Haupt- und Querfeld und zwei Bürstensätzen.
Wird hier im (eneratorfall der eine Bürstensatz kurzgeschlossen, dann entsteht in
der Maschine ein QuerfluB, der durch den über diese Bürsten fließenden Strom erregt
wird und zwischen den anderen, um 9o° dagegen versetzten Bürsten eine verstärkte
Spannung bzw. Leistung erzeugt. Die Anker solcher Maschinen haben zwei Stromkreise,
der erste schließt sich über die kurzgeschlossenen Bürsten und werde im folgenden
Querstromkreis genannt, dem anderen Stromkreis wird die Au.sgangs.leistung der Maschine
entnommen, er werde kurz Ausgangsstromkreis genannt.
-
In Fig. i ist schematisch eine solche Maschine in zweipoliger Ausführung
dargestellt. i sind die kurzgeschlossenen Bürsten des Querstromkreises, 2 die Bürsten
des Ausgangsstromkreises, 3 ist die Erregerwicklung der Maschine. In der Regel haben
solche Maschinen eine große Anzahl von Feldwicklungen, oft bis zu 20 und mehr, die
teils zu Überlagerungszwecken, zur Kompensation, zur Rückkopplung oder zur Verbesserung
der Kommufierung dienen.
-
Im Beispiel der Fig. i ist die Leistung im Querstromkreis, Bürsten
i, gegenüber der Erregerleistung in der Wicklung 3 ein erstes Mal verstärkt, die
Leistung im Ausgangskreis, Bürsten 2, ein zweites Mal. Diese zweite Verstärkung
geschieht in derselben
Wicklung, nämlich in der Ankerwicklung,
und ist dadurch bedingt, daß der Querfluß, der dien Ausgangsstromkreis induziert,
gegenüber dem durch die Erregerwicklung 3 hervorgerufenen Primärfluß, der den Querstromkreis
induziert, erheblich größer ist. In demselben Maße ist die an den Ausgangshürsten2
auftretende Spannung größer als die Spannung an den Bürsten des Querstromkreises.
Zwischen diesen beiden Spannungen besteht ein festes Verhältnis, das gleich ist
dem Verhältnis von Querfluß zu primärem Erregerfluß. Diese Beziehung bringt es mit
sich, daß bei größeren Verstärkungen und, festgegebener Ausgangsspannung die Spannung
im Querstromkreis sehr klein wird. Der an' den Bürsten i auftretende Spannungsabfall
ist aber nicht denn Strom proportional, sondern ziemlich unabhängig davon. Er beträgt
für beide Bürsten zusammen etwa 2 Volt. Oft, namentlich bei kleineren Maschinen,
wird deshalb die im Querstromkreis induzierte Spannung in derselben Größenordnung
liegen wie der genannte Bürstenspannungsabfall, also beispielsweise nur 5 bis io
Volt betragen. Dadurch ergibt sich eine in der Regel sehr unerwünschte Beeinflussung
des Stroms im Querstromkreis durch den Bürstenfibergangswiderstand. Damit wird aber
auch d'ie Ausgangsleistung an den Bürsten 2 unerwünscht stark vom Bürstenübergangswiderstand
abhängig, ist also beispielsweise nicht mehr im ganzen Arbeitsbereich der Erregerleistung
proportional.
-
Die Erfindung beseitigt diesen Mangel. Erfindungsgemäß hat bei einer
zwei- oder mehrstufigen Gleichstrommaschine, insbesondere Verstärkermaschine, bei
der im Generatorfall von einem ersten Feld im Anker induzierte Ströme erster
Gattung ein zweites Feld erzeugen, das seinerseits wieder Ströme zweiter Gattung
im Anker induziert usf., der Anker für die einzelnen Stromgattungen elektrisch getrennte
und an getrennten Kommutatoren angeschlossene Wicklungen. Man erhält dadurch größere
Freizügigkeit für die Spannungen der einzelnen Stromkreise, kann also im Beispiel
der Fig. i der Wicklung des Querstromkreises durch entsprechende Erhöhung der Windungszahl
eine solche Spannung geben,, daß der Einfluß des Bürstenübergangswidenstandes im
Querstromkreis verschwindet oder doch praktisch vernachlässigt werden kann-, so
daß also beispielsweise die Ausgangsleistung im ganzen Arbeitsbereich proportional
der Erregerleistung in der Wicklung 3 ist.
-
Fig. 2 zeigt schematisch eine solche Maschine. Für entsprechende Teile
sind die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. i. Für die Bürsten,i des Querstromkreises
ist eine besondere Wicklung und ein besonderer Kommutator i o verwendet, eben-so
für die Bürsten 2 des Ausgangskreises eine besondere Wicklung und ein besonderer
Kommutator 2o. Die Wicklung io hat eine größere Windungszahl als die Wicklung 20,
so daß gegenüber der in ihr induzierten. Spannung der Spannungsabfall an den Bürsten
i vernachlässigt werden kann.. Die Spannung in der Wicklung io beträgt beispielsweise
5o bis ioo Volt. Die andere Wicklung 2o erhält eine kleinere Windungszahl, wie es
der geforderten Ausgangsspannung der Maschine entspricht. In üblicher Weise sind
die Bürsten i des Querstromkreises in der neutralen Zone des primären Erregerfeldes
(Wicklung 3), die Bürsten 2 des Ausgangskreises um 9o elektrische Grade gegen die
Bürsten i versetzt, in der neutralen Zone des Querfeldes angeordnet. Fig. 2 zeigt
die Verhältnisse für eine zweipolige Ausführung. Entsprechendes gilt für mehrpolige
Ausführungen, bei denen die Zahl der Bürsten und der Erregerwicklungen entsprechend
erhöht ist. Die beiden Kommutatoren i i, 12 (Fig. 3) für die Stromkreise werden
am besten zu beiden Seiten des Ankerblechpaketes q angeordnet, damit die beiden
Wicklungen bequem in die Nuten eingebracht und an die Kommutatoren angeschlossen
werden können.
-
Durch entsprechende Wahl der Leiterquerschnitte der beiden Ankerwicklungen
kann erreicht werden, daß die gesamten im Anker auftretenden Stromwärmeverluste
nicht größer werden als bei der Ausführung mit einer einzigen Wicklung. Dies erfordert
aber einen erheblich größeren Wickelraum im Anker und bedingt einen Kupferaufwand,
der etwa doppelt so groß ist wie bei Verwendung einer gemeinsamen Wicklung. Man
kann diesen Nachteil dadurch beseitigen, daß erfindungsgemäß die Wicklung des Querstromkreises
mit erheblich kleinerem Kupferaufwand ausgeführt wird, insbesondere so, daß die
Stromdichte in beiden Ankerwicklungen etwa gleich groß ist. Die gesamten Ankerverluste
werden dann zwar etwas größer, aber diese Vergrößerung ist nicht nennenswert.
-
Durch die Ausführung der Wicklung des Querstromkreises für eine höhere
Spannung würde sich zwangläufig eine hohe, meist unerwünschte Reaktanzspannung für
diesen Stromkreis ergeben. Diesen Mangel kann man erfindungsgemäß dadurch beseitigen,
daß die Wicklung des Querstromkreises, die eine größere Windungszahl je Kommutatorsegment
besitzt, in der Nut oben, also näher dem Luftspalt zu liegen kommt, während die
Wicklung des Ausgangsstromkreises in der Nut unten, also näher dem Nutengrund zu
angeordnet wird. Eine solche Wicklungsanordnung zeigt beispielsweise Fig. q. Hier
ist mit io eine oben in der Nut 5 liegende Spulenseite des Querstromkreises, mit
20 eine in der Nut untenliegende Spulenseite des Ausgangsstromkreises bezeichnet.
-
Selbstverständlich können nicht nur für den Ausgangsstromkreis, sondern
auch für den Querstromkreis besondere Wendepole vorgesehen werden, um für beide
Kreise eine gute Kommutierung zu sichern und eine Rückwirkung auf die verschiedenen
Felder zu verhüten.
-
Zur weiteren Verbesserung der Verstärkung einer solchen Maschine können
auch bekannte Kompoundwicklungen. und die anderen für solche Maschinenarten bekannten
Wicklungen verwendet werden. So kann z. B. sowohl im Querstromkreis als auch im
Ausgangsstromkreis eine Hilfsreihenschlußwicklung eingeschaltet werden, die das
primäre Erregerfeld bzw. das Querfeld weiter verstärkt. Da solche Wicklungsarten
im Ständer derartiger Verstärkermaschinen.
an sich bekannt sind,
erübrigt sich eine nähere Erläuterung an Hand von Ausführungsbeispielen.