DE91571C - - Google Patents

Description

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IJ ί

KAISERLICHES

PATENTAM

Wenn man sich vornimmt, eine Dynamomaschine mit bestimmten Kupfer- und Eisengewichten zu bauen, -wenn man gleichzeitig die Energiemenge, welche man in Form von Wärme in der Maschine verlieren will, und ferner die gröfste Tangentialgeschwindigkeit ihrer bewegten Theile festsetzt, so findet man, dafs eine die gröfstmögliche Kraft gebende Maschine entsteht, wenn das Kupfer auf die festen und beweglichen Stromkreise gleichmä'fsig vertheilt und dem eisenfreien Zwischenraum der kleinstmögliche Werth gegeben wird. Wenn man eine derartige Maschine durch Ströme von constanter Stärke erregt und als Erzeugerin benutzt, so erzeugt sie naturgemäfs Ströme von wesentlich constanter Stärke. Will man von ihr dagegen Ströme von veränderlicher Stärke, aber constanter Spannung haben, so mufs man die Stärke des Erregungsstromes gemäfs der von ihr ausgegebenen Menge ändern.

Dieser Zwang hat die meisten Constructeure ' dahin geführt, die zweckmäfsige Anordnung der Materialien vollständig zu opfern und Maschinen zu bauen, in welchen die auf dem Anker entwickelte Anzahl Amperewindungen die möglich kleinste ist im Vergleiche mit der auf dem Feldmagneten und in welchen man den eisenfreien Zwischenraum freiwillig grofs macht, zum Zweck, eine nahezu constante Spannung bei gleichförmiger Geschwindigkeit und gleichmäfsigem Erregungsstrom zu erhalten.

Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende, bei jeder Art Wechselstrom-Maschinen anwendbare Erregungsweise, gestattet dagegen die Verwendung der billigeren und leistungsfähigeren Maschinen mit grofser Ankerrückwirkung.

Bei Wechselstrom-Maschinen lassen sich zwei getrennte Reihen von Stromkreisen unterscheiden, nämlich die Ankerstromkreise, welche unmittelbar von den Leitern des zu versorgenden Netzes abgezweigt sind und deren Anzahl 1, 2, 3 u. s. w. ist, je nachdem man Ein-, Zwei-, Drei- oder Mehrphasenströme erzeugen will, und die Feldmagnetstromkreise, welche entweder in sich selbst geschlossen sind oder von Strömen durchlaufen werden, die von einer äufseren Quelle stammen und allgemein eine andere Wechselzahl haben als die in den Ankerstromkreisen erzeugten Ströme.

Die Wechselstrom-Maschine kann eine beliebige Anzahl η von gleichen Feldmagnetstromkreisen haben, die regelmäfsig um den Anker vertheilt sind. Wenn sie von Wechselströmen durchlaufen werden, so sind diese

regelmäfsig um — Periode verschoben, wenn

man von einem Stromkreis zum nächsten übergeht. Werden sie von Gleichströmen durchlaufen, so ändern sich die Stärken dieser Ströme gemäfs einem periodischen Gesetz, wenn man von einem Stromkreis zum anderen übergeht. Allgemein, wenn man mit α die Wechselzahl der die Feldmagnetstromkreise einer Wechselstrom-Maschine durchlaufenden Ströme, mit 2 N die Anzahl der Pole dieser Maschine, mit ω

ihre Drehgeschwindigkeit und mit

die

JfJl

Wechselzahl der in ihren Ankerstromkreisen entwickelten Ströme bezeichnet, so hat man

die Beziehung -=■ = a -\- Nw.

In dem Falle, wo eine Wechselstrom-Maschine mehrere ' Feidmagnetstromkreise hat, welche fähig sind, ein Drehfeld von constanter Stärke zu erzeugen, kann man der Wechselzahl a einen beliebigen Werth beilegen, und es besteht keine Proportionalität zwischen der Drehgeschwindigkeit der Maschine und der Wechselzahl der von ihr gelieferten oder nutzbar gemachten Ströme; die Maschine ist eine asynchrone.

Hat aber die Wechselstrom-Maschine nur einen einzigen Feldmagnetstromkreis, so ist dieser, welches auch seine Anordnung sei, unfähig, ein Drehfeld von constanter Stärke zu erzeugen. Eine derartige Wechselstrom-Maschine kann also nur dann arbeiten, wenn sich ihr Feldmagnet in Bezug auf den Anker mit derselben Geschwindigkeit verschiebt, wie das in der Maschine entwickelte Feld; die Maschine ist eine synchrone.

Aus dem Vorausgehenden erkennt man, dafs die synchrone Wechselstrom-Maschine als eine besondere Abart der asynchronen Wechselstrom-Maschine angesehen werden kann. Folglich ist jede Erregungsart, die allgemein bei asynchronen Wechselstrom-Maschinen mit einer beliebigen Anzahl Feldmagnetstromkreisen, die von. Wechselströmen beliebiger Wechselzahl durchlaufen werden, anwendbar ist, auch bei synchronen Wechselstrom-Maschinen anwendbar.

In Nachstehendem wird nun die Erfindung an einer asynchronen Wechselstrom-Maschine erläutert.

Die Wechselstrom-Maschine hat« Feldmagnetstromkreise, welche von Strömen von beliebiger Wechselzahl α durchlaufen werden sollen, deren Stärken Phasendifferenzen aufweisen, die auf

einander folgend gleich — Periode sind. Die

Erregermaschine mufs also in jedem Augenblick η elektromotorische Kräfte von der Wechselzahl α entwickeln, die auf einander folgend

um — Periode verschoben sind. Dieses wird η

auf folgende Weise erreicht.

Der Anker der Erregermaschine wird von einem Gleichstrommaschinenanker A A (Fig. i) gebildet, der mit einem Stromwender C C versehen ist. Um diesen Stromwender CC sind η Bürsten F₁ F₂ . . . . F_n angeordnet, die mit

einander gleiche Winkel bilden. Man er-

zeugt durch den Feldmagneten der Erregermaschine ein Feld Φ von constanter Stärke, das man sich um die Achse O mit der Geschwindigkeit α drehen, läfst. Endlich theilt

man dem Anker die gröfstmögliche Geschwindigkeit mit.

Es ist klar, dafs, wenn von den Bürsten F₁F₂... F_nn äufsere Stromkreise C₁C₂C₃ ... C_n abzweigen, diese Stromkreise der Sitz von η Wechselströmen von der Wechselzahl a werden, die aber auf einander folgend um

—- Periode verschoben sind.
η

Wenn die Drehgeschwindigkeit α Null wird, so werden diese η Stromkreise von Gleichströmen durchlaufen, deren Stärken sich beim Uebergang von einem zum anderen Stromkreis als Function ihrer Lage in Bezug auf die Richtung des Feldes Φ nach einem periodischen Gesetz ändern.

Wenn man es mit einer synchronen Wechselstrom-Maschine zu thun hat, die nur einen einzigen Feldmagnetstromkreis besitzt, so genügt es, zwei Bürsten um den Stromwender C C anzuordnen. Das soeben beschriebene Erregungssystem läfst sich also auf alle Fälle anwenden.

Man mufs jetzt ein Feld von constanter Stärke entwickeln, das sich um den Anker mit der Geschwindigkeit α dreht.

Angenommen zunächst, es handele sich um eine Dreiphasen-Wechselstrom-Maschine, so kann man über der Gleichstrommaschinen-Bewickelung des Ankers A A drei getrennte Stromkreise xy % (Fig. i) anordnen, von denen jeder ^x/₃ des Ringes bedeckt und mit einer der drei Scheiben abc verbunden ist. Wenn man in diese Stromkreise drei Wechselströme von der Wechselzahl -ψ- sendet, die auf einander folgend um

Y₃ Periode verschoben sind und von der Wechselstrom-Maschine geliefert werden, so entsteht ein Drehfeld, das sich in Bezug auf den

Anker A A mit der Geschwindigkeit -=■ verschiebt.

Jetzt sei angenommen, dieser Anker habe nur zwei Pole und seine Achse werde mit derjenigen der Wechselstrom-Maschine durch ein Rädergetriebe verbunden, das den Anker zwinge, sich iV-mal schneller zu drehen als die Maschine, so wird seine Drehgeschwindigkeit gleich N ω. W^Tenn man es daher so einrichtet, dafs er sich umgekehrt wie das beschriebene Drehfeld dreht, so wird das letztere eine absolute Drehgeschwindigkeit gleich ^=- — Nw,

d. h. gleich α haben, da ja -=■ = Nw + α ist.

Dieselbe Lösung gilt auch sofort für den Fall, wo man es mit einer Wechselstrom-Maschine zu thun hat, die eine beliebige Anzahl Mehrphasenströme liefert.

. In dem Falle, wo die Wechselstrom-Maschine nur Einphasenströme liefert, ordnet man nur einen einzigen Stromkreis mit zwei Polen auf demselben Ring an, der die Ankerwickelung A A (Fig. i) trägt, und sendet in diesen Stromkreis

einen Strom von der Wechselzahl -=■· Dieser

ist bekanntlich bestrebt, zwei Felder zu erzeugen, die sich in Bezug auf den Anker drehen, und zwar der eine in dem einen Sinne, der andere in dem anderen. Die absoluten Geschwindigkeiten dieser Felder sind für das

erste a = -ψ ■— Nw und für das zweite a = -ψ + Nw.

Die Differenz — —Nw ist praktisch sehr

klein in Bezug auf die Summe -—- + Nw,

daraus folgt, dafs, wenn man den Anker in der Mitte eines leitenden, im Räume festen käfigartigen Gehäuses dreht, das erste Feld die Stäbe dieses Gehäuses mit einer geringen Geschwindigkeit schneiden und darin nur eine schwache Induction entwickeln wird. Das andere Feld wird dagegen diese Stäbe mit grofser Geschwindigkeit schneiden und darin eine sehr bedeutende Induction entwickeln, so dafs dieses Feld sehr merklich durch die Ankerrückwirkung des leitenden Gehäuses aufgehoben wird.

Man hat so ein allgemeines Verfahren, das auf alle Fälle anwendbar ist und erlaubt, in jedem Augenblick in dem Anker ein Feld von constanter Stärke zu entwickeln, das sich in dem Raum mit der Geschwindigkeit α dreht.

Wenn der Anker A A, statt 2 Pole, 2 N¹ Pole hat, so ist es rathsam, das Räderwerk, welches seine Achse mit derjenigen der Wechselstrom-Maschine verbindet, so einzurichten, dafs ihm

2V eine Drehgeschwindigkeit gleich -^ w ertheilt

wird.

Jetzt ist festzustellen, unter welchen Bedingungen sich die Stärke des Feldes Φ ändern mufs, damit die durch die Wechselstrom-Maschine entwickelte Spannung constant bleibe.

Angenommen, es handele sich besonders um Wechselstrom-Maschinen, deren Anker eine grofse Selbstinductioh haben; in diesem Falle kann man den Einflufs des Widerstandes dieser Anker vor jenem ihrer Reactanz vernachlässigen.

In Fig. 2 stelle die Strecke OE die wirksame constante Potentialdifferenz dar, welche zwischen den Enden jedes Stromkreises des Ankers aufrecht erhalten werden soll, und O I die wirksame Stärke des Stromes in denselben Stromkreisen. Die Richtungen O E und OI machen mit einander einen Winkel φ gleich dem Product 2 π mal derPhasendifferenzzwischen den Aenderungen der Potentialdifferenz, deren wirksamer Werth durch die Strecke O E dargestellt ist, und den Aenderungen der Stromstärke OL

Die Selbstinduction des Ankers der Wechselstrom-Maschine und diejenige der Stromkreise des Ankers der Erregermaschine, welche man von denselben Strömen durchlaufen lassen kann, entwickeln eine totale elektromotorische Kraft, die proportional der Stromstärke O2, aber in Bezug auf sie um ^x/₄ Periode verschoben ist. Man kann diese elektromotorische Kraft durch eine Gerade O S darstellen, die senkrecht zur Geraden OI ist, wobei die Länge O S gleich ist der Länge O I multiplicirt mit einem constanten Factor.

Die elektromotorische Kraft, die nöthig ist, den Strom von der Stärke OI entstehen zu lassen, wird proportional der Resultante O R, aus den elektromotorischen Kräften O E und OS.

Nun ist aber die elektromotorische Kraft, die in der Wechselstrom-Maschine entwickelt wird, selbst proportional der Stärke der Erregungsströme, die ihr von der Erregermaschine geliefert werden. Die in der Erregermaschine entwickelten elektromotorischen Kräfte müssen also proportional der Resultante O R sein, oder es mufs, wenn man vorläufig annimmt, dafs die Ankerrückwirkung der Erregermaschine Null sei, die Feldstärke Φ beständig proportional der Resultante O R sein.

Um nun in jedem Augenblick diese Proportionalität zu erhalten, entwickelt man unter Anwendung der vorstehend gegebenen Methode zur Erzeugung von Kraftlinien constanter Stärke, die sich um die Achse der Erregermaschine mit der Geschwindigkeit α drehen, in dieser Erregermaschine zwei getrennte Kraftlinienscharen, indem mari die erste durch solche Stromkreise wie xy \ (Fig. 1) erzeugt, welche zwischen den Leitern des Vertheilungsnetzes im Nebenschlufs liegen, und die zweite durch ähnliche Stromkreise X¹J^¹ ^¹, die mit denen des Ankers der zu erregenden Wechselstrom-Maschine in Reihe geschaltet sind, Und indem man diese Stromkreise der Erregermaschine passend bemifst.

Die erste Kraftlinienschar, welche mit der Spannung constant bleibt, wird nämlich in einem gegebenen Augenblick eine gewisse Richtung O G (Fig. 3) haben. Die zweite Kraftlinienschar wird in demselben Augenblick eine Stärke OH haben, die proportional der Stärke der Ströme ist, die von dem Anker der Wechselstrom-Maschine ausgegeben werden. Der Winkel ψ, den die beiden Richtungen O G und O H mit einander bilden, hängt ab erstens von der Stellung, die beim Aufbau den die

erste Kraftlinienschar erzeugenden Stromkreisen in Bezug auf die die zweite erzeugenden Stromkreise gegeben ist, zweitens von der Phasendifferenz zwischen der Stärke der durch den Anker der Wechselstrom-Maschine entwickelten Ströme und den an ihren Klemmen verfügbaren elektromotorischen Kräften.

•Wenn man über die anfängliche Stellung der beiden Gruppen von Stromkreisen verfügen kann, so kann man es so einrichten, dafs der Winkel ψ Null wird, wenn die von der Wechselstrom-Maschine gelieferten Ströme vollständig wattlos sind. Man hat dann ψ = 90°, wenn diese Ströme in Phase mit der Spannung sind. Der Winkel ψ wird immer gleich dem Complement des Winkels φ der Fig. 2.

Wenn man die Stromkreise, welche die Kraftlinienscharen O G und O H erzeugen,

, .. ₊ , . OG OH
so bemnst, dafs = wird (Fig. 2

I/ XL· \s ο

und 3), so wird die Resultante 0 P der Kraftlinienscharen O G und O H beständig proportional der Resultante O R der Kraftlinienscharen O E und O S.

. Nun erzeugt aber diese Resultante O P elektromotorische Kräfte in der Erregermaschine, und wenn, wie angenommen wurde, diese letztere keine Ankerrückwirkung hat, so werden diese elektromotorischen Kräfte in jedem Augenblick proportional der Resultante O P sein.

Die gestellte Aufgabe ist mithin gelöst.

Die praktische Ausführung geschieht nun in folgender Weise.

Es ist bereits gesagt worden, dafs der Anker der Erregermaschine der Sitz von zwei Kraftlinienscharen sein müsse. Damit diese sich frei entwickeln können, wird der Anker wie in Fig. 4 und 5 gezeigt aufgebaut, und zwar handele es sich um eine Dreiphasenmaschine.

Es werden zwei Ringe, zweckmäfsigPaccinotti-Ringe benutzt, wie sie bei MM und NN in Fig. 4 dargestellt sind. Die Bleche sind nach demselben Profil ausgeschnitten und die in den beiden Ringen ausgesparten Kerben in der Verlängerung von einander angeordnet.

Auf dem Ringe MAi wird eine erste Drei-'phasenstromwickelung angeordnet, deren drei Stromkreise mit den drei Scheiben abc verbunden sind. Auf dem Ringe NN wird eine zweite Wickelung derselben Art angebracht, deren drei Stromkreise mit den Scheiben α β γ in Verbindung stehen. In Fig. 4 sind diese beiden Bewickelungen, welche beispielsweise als Gramme-Wickelungen angenommen wurden, im Schnitt dargestellt. Ihr Platz ist durch Schraffirung ■ in der Wickelungsrichtung der . Drähte angedeutet.

Bei dieser Anordnung haben die Kraftlinien, die durch die mit den Scheiben abc verbundenen Stromkreise entwickelt werden, keinen Einflufs auf die mit den Scheiben α β γ verbundenen Stromkreise, und umgekehrt. Man sieht in Fig. 4, dafs die äufseren Blechreifen, längs welcher sich die so entwickelten Kraftlinien schliefsen, über den beiden Ringen nicht dieselbe Dicke haben. Der Nutzen dieser Anordnung wird weiter unten erläutert.

Diese Bewickelungen nehmen nicht den ganzen Querschnitt der Kerben ein, welche in den beiden Ringen ausgespart sind. In dem übrig bleibenden Raum werden die Spulenwindungen untergebracht, welche die eigentliche Ankerbewickelung der Erregermaschine bilden.

Jede dieser Windungen, wie z. B. die in Fig. 4 durch die vollen Linien opr q, oprq dargestellten, umgiebt gleichzeitig die beiden Ringe, wobei sie in die in der Verlängerung von einander gelegenen Kerben eingreift. Man bildet mit diesen Windungen ebenso viele getrennte Spulen, als jeder Ring Kerben hat, und verbindet die Eintritts- und die Austrittspunkte der Spulen unter sich und mit den Stegen eines Stromwenders C C, deren Anzahl gleich derjenigen der Spulen ist, wie bei Gleichstrommaschinen.

Der eigentliche Ankerstromkreis der Erregermaschine wird so der Sitz einer elektromotorischen Kraft, die proportional der Resultante der beiden Kraftlinienscharen ist, welche durch die von den Wechselströmen durchlaufenen Stromkreise der Ringe M M und N N erzeugt werden.

Um die Wirkungen der Ankerrückwirkung dieses Ankerstromkreises zu unterdrücken, ordnet man eine Wickelung von derselben Art wie die des Ankers in den Kerben an, die im Innern der festen Blechkränze ausgespart sind, welche den Anker umgeben, und zwar in einer Gegend, die dem eisenfreien Zwischenraum möglichst nahe ist. Diese Wickelung ist in den Fig. 4 und 5 durch die vollen Linien 0¹J?¹ r¹ q¹ dargestellt und beispielsweise als Gramme-Wickelung angenommen. Sie dient zur Bildung von η Stromkreisen 0-, <r₂ . . ■ . u_n (n = 6 in Fig. 6), wenn die Anzahl der Feldmagnetstromkreise der Wechselstrom-Maschine und die Anzahl der um den Stromwender angeordneten Bürsten F₁ F₂ .... F_n gleich η ist.

Die Eintrittspunkte dieser η Stromkreise o-j o\₂ . . . . σ_η sind auf denselben Radien angeordnet, auf welchen die Punkte liegen, wo die Bürsten F₁ F₂ . . . . F_n (Fig. 6) den Stromwender berühren. Diese Stromkreise sind einzeln mit den Feldmagnetstromkreisen C₁ C₂... C_n der Wechselstrom-Maschine in Reihe geschaltet und auf diese Art verfügt man über η resultirende Stromkreise. Der Austrittspunkt jedes dieser letzteren ist mit dem Eintrittspunkt des folgenden verbunden.

Wenn die Stromkreise Cr₁ σ₂ . . . . cr_n dieselbe Anzahl Windungen haben wie die Anker-

Stromkreise, welche unter ihnen gelegen und mit dem Stromwender verbunden sind, so entwickeln sie dieselbe Anzahl Amperewindungen wie die Ankerstromkreise. Wenn sie entgegengesetzt gewickelt sind, so sind die durch diese verschiedenen Stromkreise entwickelten magnetisirenden Kräfte gleich und haben entgegengesetzte Zeichen. Die Ankerstromkreise werden also keine Kraftlinien entwickeln können, ausgenommen diejenigen, die den magnetischen Entweichungen entsprechen. Die Ankerrückwirkung dieser Ringwickelung wird also Null.

In Fig. 7 seien XYZ die drei Stromkreise der Wechselstrom-Maschine und iiu, vv, w n> die drei Vertheilungsleitungen, welche mit den einen drei Enden dieser Stromkreise verbunden sind.

Da die drei Wechselstromkreise xy %, x^Jjr^l ^¹ der Ringe M M, N N (Fig. 4 und 5) im Dreieck geschaltet sind, so schliefst man über die Stromkreise des Ringes MAi die Stromkreise XYZ durch Vermittelung der Scheiben abc, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Ebenso werden die Leiter uu,vv,w n> und die Verbindungspunkte der drei Stromkreise des Ringes NN mit drei Zweigleitern durch Vermittelung der Scheiben α βγ verbunden.

Die Querschnitte der zu diesen verschiedenen Bewickelungen benutzten Drähte müssen richtig gewählt sein. Wenn sich der Bewickelung besondere Schwierigkeiten in den Weg stellen, was beim Bau von Maschinen für sehr niedrige oder sehr hohe Spannung vorkommt, so vermeidet man diese Schwierigkeiten, indem man Stromwandler zur Hülfe nimmt, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Die Wechselstromkreise des Ringes MM werden durch die secundä'ren Stromkreise von Umwandlern versorgt, deren primäre Stromkreise mit den Stromkreisen X YZ in Reihe geschaltet sind, und die Wechselstromkreise des Ringes NN werden durch die secundären Stromkreise von Umwandlern versorgt, deren primäre Stromkreise zwischen den Leitungen u u, ν ν, n> w und einem neutralen Punkt im Nebenschlufs liegen.

Wenn man, statt eine Dreiphasen-Wechselstrom-Maschine zu erregen, es mit einer Wechselstrom-Maschine zu thun hat, die eine beliebige Anzahl K von Mehrphasenströmen erzeugt, so ersetzt man die drei Wechselstromkreise des Ringes M M, die in die Scheiben abc auslaufen, durch K gleiche Stromkreise, die in Bezug auf einander verschoben und mit i£ Scheiben abc.... if verbunden sind. Ebenso werden die drei Wechselstromkreise des Ringes N N durch K Stromkreise derselben Art ersetzt, die bis an K Ringe α β γ .... K gehen.

Handelt es sich endlich um eine Einphasen-Wechselstrom-Maschine, so werden die Wechselstromkreise des Ringes M M durch eine einfache zweipolige Wickelung ersetzt, die mit zwei Scheiben verbunden wird, ebenso die Wechselstromkreise des Ringes NN.

In diesem Falle ist es rathsam, um den Anker der Erregermaschine einen magnetischen Schirm anzuordnen. Das einfachste Mittel zur Bildung dieses Schirmes besteht darin, dafs man in den Kerben, welche in den äufseren festen Blechkränzen des Ankers ausgespart sind, eine gewisse Anzahl von Windungen unterbringt, welche in sich geschlossen, sonst aber in derselben Weise gewickelt sind wie die Windungen der Stromkreise, die dazu dienen, die Ankerrückwirkung zu bekämpfen. Auf diese Art hat man um den Anker ebenso viele je in sich geschlossene Stromkreise, als diese Kränze Kerben aufweisen.

In dem Vorhergehenden wurde angenommen, dafs die Erregermaschine eine zweipolige Maschine sei. Dies hatte keinen anderen Zweck, ajs die Erklärung und die Ausführung der Zeichnungen zu vereinfachen. Es ist klar, dafs man dieser Maschine eine beliebige Anzahl Pole geben kann.

Allgemein mufs man, wenn die Wechselstrom-Maschine 2 N Pole und die Erregermaschine 2 N¹ Pole hat, die Achsen dieser beiden Maschinen durch ein Rädergetriebe oder irgend ein anderes Transmissionsmittel verbinden, das so beschaffen ist, dafs die Erregermaschine ge-

N
zwungen wird, sich -^q mal schneller zu drehen

als die Wechselstrom-Maschine.

Wechselstrom-Maschinen der beschriebenen Art arbeiten nun in folgender Weise.

Zunächst sei angenommen, dafs die betrachtete Wechselstrom-Maschine allein auf das Netz einwirke. Der geringste remanente Magnetismus in den festen, den Anker der Erregermaschine umgebenden Blechen . bringt in dem Anker einen schwachen Strom hervor. Dieser erregt die Wechselstrom-Maschine, welche ihrerseits Ströme erzeugt und zwischen ihren Klemmen eine Potentialdifferenz entwickelt. Die von Wechselströmen durchlaufenen Stromkreise des Ankers entwickeln Kraftlinien, welche sich über die ersten lagern und die durch die Drehung des Ankers erzeugte elektromotorische Kraft vermehren.

Die Spannung der Wechselstrom-Maschine nimmt auf diese Art zu, bis einer letzten Zunahme der Spannung nicht mehr eine genügende Zunahme der Kraftlinien in dem Ringe NN-entspricht. Dies tritt ein, wenn das Mittel, in welchem sich diese Kraftlinien entwickeln, in einem seiner Punkte gesättigt ist.

Die Wechselstrom-Maschine erregt sich also selbst wie eine Gleichstrommaschine, und ihre Spannung nimmt einen ganz bestimmten Werth an; damit aber diese Spannung von der ausgegebenen Menge unabhängig sei, müssen die

in dem Ringe AfAi entwickelten Kraftlinien stets proportional der Stärke dieser ausgegebenen Menge sein. Es mufs also das Mittel, worin sich diese Kraftlinien entwickeln, stets weit vom Sättigungspunkt entfernt sein; aus diesem Grunde ist in Fig. 4 der den Ring AiM umgebende Kranz fester Bleche dicker angegeben als der den Ring NN umgebende Kranz.

In dem gegenwärtigen Falle liefert die Erregermaschine natürlich Gleichströme und die Wechselstrom-Maschine arbeitet wie eine synchrone Wechselstrom-Maschine. Wenn sie mehrere Feldmagnetstromkreise hat, so ändern sich die Stärken der Erregungsströme, welche diese verschiedenen Stromkreise durchlaufen, gemäfs einem periodischen Gesetz, wenn man auf einander folgend von einem Stromkreis zum andern übergeht.

Es sei jetzt angenommen, dafs eine erste Wechselstrom-Maschine bereits das Netz versorge und man für das Netz eine zweite Maschine in Dienst stellen wolle, welche mehrere Feldmagnetstromkreise hat.

Nachdem man diese zweite Wechselstrom-Maschine auf ihre normale Geschwindigkeit gebracht hat, welche immer wenig von derjenigen, des Synchronismus abweichen wird, verbindet man zunächst die Scheiben α β γ ihrer Erregermaschine mit den Leitungen des Netzes (Fig. 7) und beobachtet die durch diese Wechselstrom-Maschine entwickelte Voltzahl.

Wenn es erforderlich ist, diese Voltzahl zu regeln, so thut man dies mit Hülfe von Selbstinductionsspulen, deren Selbstinduction veränderlich ist und die man in die Zweigleitungen einschaltet, die bis zu diesen Scheiben gehen. Nachdem dies geschehen ist, schliefst man über das Netz die Ankerstromkreise dieser Wechselstrom-Maschine.

Allgemein und besonders, wenn diese Feldmagnetstromkreise zahlreich sind, hat diese Wechselstrom-Maschine nicht das Bestreben, mit der ersten synchron zu laufen, und ihre Feldmagnetstromkreise werden von Wechselströmen niedriger Wechselzahl durchlaufen. Aber ihr Gang wird nicht weniger beständig sein, denn das auf ihrer Achse entwickelte Kräftepaar wächst mit ihrer Geschwindigkeit und nimmt mit letzterer ab. Wenn mehrere Wechselstrom-Maschinen gekuppelt werden, so wird die sich am schnellsten drehende der Sitz eines widerstehenden gröfsten Kräftepaares, und umgekehrt. Wenn die Geschwindigkeit einer von ihnen zu gering wird, so arbeitet sie als Motor. Kurz die Kuppelung dieser Maschinen geschieht wie diejenige der Gleichstrommaschinen.

Es sei jetzt der Fall einer synchronen Wechselstrom-Maschine betrachtet, die mit einein einzigen Feldmagnetstromkreis versehen ist.

Wenn eine Wechselstrom-Maschine allein arbeitet, so ist nur das zu wiederholen, was von der asynchronen Wechselstrom-Maschine gesagt ist, die unter denselben Bedingungen arbeitet.

Wenn man eine zweite synchrone Wechselstrom-Maschine in Dienst stellt, so verfährt man auch noch in derselben Weise, wie mit einer asynchronen Wechselstrom-Maschine, aber man mufs darauf achten, dafs die beiden Wechselstrom-Maschinen Phasenübereinstimmung in dem Augenblick haben, wo man den Anker der zweiten über das Netz schliefst.

Der Synchronismus erhält sich von selbst aufrecht, da die Ladung der einen Wechselstrom-Maschine wächst, wenn sie der anderen voreilt, und umgekehrt. Ebenso ist es, wenn man eine beliebige Anzahl Wechselstrom-Maschinen mit einander kuppelt.

Jede synchrone oder asynchrone Wechselstrom-Maschine, die mit der neuen Erregermaschine versehen ist, kann ebenfalls als Motor benutzt werden. In diesem Falle entnimmt sie dem Netz, das sie versorgt, immer nur Ströme, die in Phase mit der Spannung sind.

Claims (2)

Patent-Ansprüche: :

1. Erregung von synchronen Wechselstrom-Maschinen mit Hülfe einer mit Stromwender und Bürsten versehenen Maschine, deren Anker sich mitten in festen, von den Bürsten abgezweigten, die Ankerrückwirkung aufhebenden Stromkreisen dreht und aufser den gewöhnlichen Wickelungen noch besondere Wickelungen trägt, welche — einestheils durch den von der Hauptmaschine gelieferten oder nutzbar gemachten Strom, andererseits durch aus dem Netze entnommene Ströme (die gewünschtenfalls mittels gewöhnlicher Stromwandler umgeformt sein können) gespeist — durch ₍ ihr Zusammenwirken Drehfelder erzeugen, die man zwingt, im Räume fest zu stehen, indem man den Anker synchron mit der Hauptmaschine im umgekehrten Sinne der Drehbewegung dieser Felder dreht.

2. JErregung von asynchronen Wechselstrom-

Maschinen mit Hülfe der im Anspruch 1 gekennzeichneten Maschine, bei welcher die durch die besonderen Wickelungen erzeugten Drehfelder nicht, mehr im Räume feststehen, sondern gezwungen sind, sich mit einer passenden Geschwindigkeit zu drehen, die stets durch die den Feldern entgegengesetzte synchrone Drehung der Erregermaschine und der Hauptmaschine erhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.