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Elektrische Verstärkermaschine Gegenstand des Patents 875 226 ist
eine elektrische Verstärkermaschine zur Verstärkung einer Eingangsleistung in zwei
oder mehreren Stufen in einer Einheit auf eine vielfache Ausgangsleistung. Es ist
in dieser Hinsicht bereits eine Verstärkermaschine bekannt, bei der die Ausgangs-oder
zweite Verstärkerstufe von einer vierpoligen Gleichstrommaschine mit einer als Schleifenwicklung
ausgeführten Ankerwicklung geliefert wird, die an einen Kommutator für den Ausgangsstrom
angeschlossen ist. Die Erregung für die vier Hauptpole der Ausgangsstufe wird über
zwei Bürsten an einem zweiten kleinen Kommutator abgenommen, der an eine besondere
zweipolige Ankerwicklung als erste Verstärkerstufe angeschlossen ist. Die vier Erregerpole
erhalten neben der Haupterregerwicklung, die eine abwechselnde Polarität aufeinanderfolgender
Pole erzeugt, eine zweite Erregerwicklung, die von der Eingangsleistung der Verstärkermaschine
gespeist wird und die je zwei aufeinanderfolgende Pole mit der gleichen Polarität
erregt, wodurch die erforderliche zweipolige Erregung der ersten Verstärkerstufe
herbeigeführt wird. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daB zwar eine Beeinflussung
der zweipoligen Ankerwicklung durch die vierpolige Erregung nicht stattfindet, daB
aber das zweipolige Erregersystem die vierpolige Ankerwicklung in unzulässiger Weise
induziert, so daB es zu Ausgleichströmen kommt, die die Maschine unzulässig hoch
erwärmen.
Gemäß der Erfindung des Hauptpatents wird nun diese ungleichmäßige Beeinflussung
der magnetischen Flüsse der einzelnen Pole eines höherpoligen Systems durch die
Erregung eines niederpoligen Systems in seinem Einfluß auf die Ströme in der höherpoligen
Ankerwicklung dadurch unterdrückt, däß die höherpolige Ankerwicklung als Wellenwicklung
ausgebildet ist, oder dadurch, daß die infolge der ungleichen Polflüsse ungleich
induzierten Wicklungszweige der höherpoligen Ankerwicklung getrennte äußere Stromkreise
speisen.
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Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieser Anordnung des Hauptpatents,
die insbesondere eine weitere Erhöhung der Verstärkerwirkung der Maschine ergibt.
Erfindungsgemäß ist die Ankerwicklung der höchsten Polzahl und die Ankerwicklung
der nächstniedrigeren Polzahl in Reihe mit der Erregerwicklung für die nächste Polzahl
geschaltet. Durch die Einführung dieser Selbsterregung für die Ausgangsstufe erreicht
man, daß der Verstärkungsfaktor sehr groß Wird. Auch die Eingangsstufe und/oder
eine zwischen Eingangs- und Ausgangsstufe liegende weitere Stufe kann in Selbsterregungsschaltung
geschaltet werden, wobei bei der Eingangsstufe in Reihe mit der Ankerwicklung zweckmäßig
eine Fremdspannung eingeführt wird, um die Regelgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese
Fremdspannung kann beispielsweise aus einer Gleichstrombatterie bestehen, und in
diesen Stromkreis kann ein regelbarer Widerstand eingestellt werden, oder man kann
auch die Fremdspannung selbst regeln. Durch die Einführung der Selbsterregung auch
für die Eingangsstufe wird der Verstärkungsgrad der Verstärkermaschine noch weiter
erhöht.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
bei der eine vierpolige und eine zweipolige Gleichstrommaschine zu einer einzigen
Maschine vereinigt sind.
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Bei der Anordnung nach Fig. I ist die nur schematisch dargestellte
Ankerwicklung 3 der vierpoligen Maschine als Wellenwicklung ausgeführt. Sie ist
an einen Kommutator angeschlossen, von dem die Spannung über die Bürsten 4 abgenommen
wird. Außerdem ist noch eine zweipolige Ankerwicklung I, die als Schleifen- oder
Wellenwicklung ausgeführt werden kann, vorhanden. Sie ist an einen besonderen Kommutator
angeschlossen, dessen Bürsten mit 2 bezeichnet sind. Der Ständer besitzt vier Einzelpole.
Die Erregerwicklung 6 für die vierpolige Ankerwicklung ist in üblicher Weise so
geschaltet, daß die vier aufeinanderfolgenden Pole wechselnde Polarität aufweisen.
Die andere Erregerwicklung 5 für die zweipolige Ankerwicklung ist so geschaltet,
daß jeweils zwei benachbarte Pole einen Erregerpol für die zweipolige Ankerwicklung
bilden. Gemäß der Erfindung ist die Ankerwicklung I in Reihe mit der Erregerwicklung
6 und der Ankerwicklung 4 geschaltet. Dadurch wird erreicht, daß bereits eine kleine
Ankerspannung der Eingangsstufe eine große Spannung der Ausgangsstufe zur Folge
hat, also ein großer Verstärkungsgrad erreicht wird. Außerdem besitzen die Pole
noch eine weitere Wicklung 25, die so geschaltet ist, daß ebenfalls zwei benachbarte
Pole einen Erregerpol für die zweipolige Ankerwicklung darstellen. Diese Wicklung
wirkt der Wicklung 5 entgegen und wird von der Spannung, die der Strom der Ausgangsstufe
an einem Widerstand 24 erzeugt, gespeist. Die Erregerwicklung 6 wird an eine Gleichspannungsquelle
22 und einen dazu in Reihe liegenden Regelwiderstand 23 angeschlossen.
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Die grundsätzliche Schaltungsanordnung geht aus Fig. 2 hervor. Der
resultierende Widerstand in dem Erregerkreis der Wicklung 6 kann so gewählt werden,
daß ohne Fremderregung keine Selbsterregung auftreten kann. Man kann ihn aber auch
so wählen, daß eine Selbsterregung auftritt. Die zweipolige Ankerwicklung braucht
im stationären Zustand jeweils nur die AW aufzubringen, die zwischen der Widerstandsgeraden
des Kreises der Erregerwicklung 6 und der Eisenkennlinie der Ausgangsstufe liegen.
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Dies geht aus Fig. 3 hervor. In dieser ist über den Amperewindungen
AW die Spannung E der Ausgangsstufe, die an den Bürsten 4 abgenommen wird, dargestellt.
Mit a ist die Charakteristik der Ausgangsstufe, die in einem möglichst großen Bereich
linear verläuft, dargestellt. Die Widerstandsgerade b für den Erregerkreis ist im
Ausführungsbeispiel so gelegt, daß ohne Fremderregung keine Selbsterregung eintritt.
Erst durch die zusätzliche Fremderregung, hervorgerufen durch die Spannung an der
Ankerwicklung I, erregt sich die Ausgangsstufe mit der Spannung E". Wie man aus
Fig. 3 ersieht, hat die Eingangsstufe nur die verhältnismäßig kleinen Amperewindungen
AWF aufzubringen, während die AWS der Selbsterregung von der Ausgangsstufe selbst
hervorgerufen werden. Im geradlinigen Teil der Charakteristik wird damit die Verstärkung
im Verhältnis
vergrößert. Wie bereits erwähnt, kann man auch die Eingangsstufe mit Selbsterregung
ausführen. Dies ist in Fig. dargestellt, während Fig. 5 das Prinzipschaltbild angibt.
Soweit die Teile mit denen der Fig. I bzw. 2 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen
gewählt. Zum Unterschied von der Anordnung nach Fig. I liegen in Reihe die Erregerwicklung
5 der Eingangsstufe, die Gleichspannungsquelle 22, der einstellbare Regelwiderstand
23 und die Ankerwicklung I. Man könnte auch die Gleichspannungsquelle und den einstellbaren
Widerstand in Reihe mit der anderen Erregerwicklung 25 legen, die von der Spannung
am Widerstand 24 erregt wird, oder an eine besondere Erregerwicklung anschließen,
wobei die Erregerwicklung 5 dann allein an die Ankerwicklung i an-Beschlössen ist
(Selbsterregungsschaltung).
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Die Erregungsverhältnisse für die Erregerwicklung 5 der Eingangsstufe
für das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 gehen aus Fig. 6 hervor, in welcher die Spannung
an der i in Abhängigkeit
von den Amperewindungen AW aufgetreten
ist. Wenn nur die von der Batterie 22 herrührende Fremderregung vorhanden wäre,
würden die durch die jeweilige Stellung des Reglers 23 festgelegten Fremderregungsamperewindungen
AWF wirksam sein. Bei der kleinsten Widerstandsstufe würde am Kommutator 2 die Spannung
E auftreten. Die zusätzliche Selbsterregung durch die Spannung am Kommutator 2 bringt
die Selbsterregungsamperewindungen AWS hervor, durch die die Spannung am Kommutator
2 vom Wert E auf E' vergrößert wird. Damit vergrößert sich auch der Verstärkungsfaktor
der ersten Stufe um das Verhältnis . Bei großen Werten des Regelwiderstandes 23
werden die AWF der Fremderregung kleiner und die Selbsterregungsgerade steiler,
wie es in Fig. 6 dargestellt ist.
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Der Verstärkungsgrad beider Stufen wird dadurch gleich:
Man kann auch, wie erwähnt, die Erregerwicklung 5 unmittelbar an die Ankerwicklung
5 anschließen und eine weitere Erregerwicklung vorsehen, die lediglich an die Batterie
22 und den Widerstand 23 angeschlossen ist. Man erhält für die Eingangsstufe dann
ähnliche Verhältnisse, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, und die gesamte Verstärkung
der beiden Stufen wird dann bei ungesättigter Charakteristik im Verhältnis
vergrößert. Wie bereits im Hauptpatent erwähnt, kann man z. B. noch eine dritte
Verstärkerstufe, z. B. durch eine Querfelderregung, einführen. Sie wird zweckmäßig
zwischen die Eingangs- und die Ausgangsstufe geschaltet. Die Verstärkermaschine
gemäß der Erfindung kann beispielsweise als Erregermaschine für den Generator eines
Leonardumformers verwendet werden, der einen Motor für einen Förderantrieb, eine
Walzenstraße od. dgl. speist. Man kann dabei durch Einstellung des Reglers 23 die
Ausgangsspannung des Generators regeln.
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Zu erwähnen ist noch, daß die in den Figuren dargestellte Differenzerregung
der Eingangsstufe die Möglichkeit gibt, eine sehr schnelle Regelung zu erzielen,
da bereits eine geringe Änderung des Widerstandes eine große Änderung der Differenzerregung
hervorruft.