-
Elektrische Verstärkermaschine für Gleichstrom Gegenstand des Hauptpatents
ist eine elektrische Verstärkermaschine für Gleichstrom. zur Verstärkung einer Eingangsleistung
in zwei oder mehreren Stufen in einer Einheit auf eine vielfache Ausgangsleistung,
bei der zwei oder mehrere getrennt an je einen Kommutator angeschlossene Ankerwicklungen
vorgesehen sind, deren Polpaarzahlen sich wie I : 2 : 4. . . : 2 n verhalten, und
bei der den, einzelnen Ankerwicklungen Erregersysteme gleicher Polpaarzahl zugeordnet
sind. Gemäß der Erfindung des. Hauptpatents ist die 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 unterdrückt durch Ausbildung der höherpoligen Ankerwicklung als Wellenwicklung
oder dadurch, daß die infolge der ungleichen Polflüsse umgleich induzierten Wicklungszweige
der höherpoligen Ankerwicklung getrennte äußere Stromkreise speisen.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterentwicklung einer derartigen
elektrischen, Verstärkermaschine für Gleichstrom. Gemäß der Erfindung dient die
Ankerwicklung mit der kleineren Polzahl auch zur Erregung der eigenen Erregerwicklung,
oder es wird ihr eine Wechsel- oder Drehstromspannung für beliebige Verwendungszwecke
entnommen. Man erreicht dadurch, daß in einer einzigen Maschine eine Haupt- und
eine Hilfserregermaschine oder eine Gleich- oder Drehstrommaschin;e miteinander
vereinigt sind, so daß
der Aufwand gegenüber getrennten Maschinen
verringert wird. Es ist aber auch möglich, z. B. eine Hilfserregermaschine zur Abgabe
einer konstanten Spannung und eine Verstärkermaschine in einer einzigen Maschine
zu vereinigen.
-
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
-
Bei der Anordnung nach Fig. I ist eine Haupt-und eine Hilfserregermaschine,
die man sonst zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit anwendet, in einer einzigen
Maschine vereinigt, die mit dem zugehörigen Generator, gekuppelt wird. Im Ausführungsbeispiel
ist die Haupterregermaschine vierpolig und besitzt eine normale vierpolige; nur
schematisch dargestellte Ankerwicklung 3, die als Wellenwicklung ausgebildet ist.
Sie ist an einen Kommutator angeschlossen, von dem die Erregerspannung über die
Bürsten 4 abgenommen wird. Außerdem ist noch eine zweipolige Ankerwicklung I vorgesehen,
die als Schleifen- oder Wellenwicklung ausgeführt werden kann. Sie ist an einen
besonderen Kommutator angeschlossen, dessen Bürsten mit 2 bezeichnet sind. Die Stromwanderbürsten
sind in der Zeichnung in einer Lage dargestellt, in der sie sich bei der ausgeführten
Maschine tatsächlich befinden. Die Bürsten sind also gegenüber den Ankerstäben der
gerade kommutierenden Spulen um etwa 9o° el. versetzt gezeichnet. Der Ständer der
Maschine besitzt vier Einzelpole, also so viel, wie die Ankerwicklung mit der höchsten
Polzahl Pole besitzt. Die Erregerwicklung 6 für diese vierpolige Ankerwicklung ist
in üblicher Weise so geschaltet, daß die vier aufeinanderfolgenden Pole wechselnde
Polarität aufweisen. Die andere Erregerwicklung 5 ist so geschaltet, daß jeweils
zwei benachbarte Pole einen Erregerpol für die zweipolige Ankerwicklung darstellen.
Im Ausführungsbeispiel bilden die linken beiden Einzelpole für die zweipolige Ankerwicklung
einen Nordpol, die rechten beiden. Einzelpole zusammen einen Südpol. Zu diesem Zweck
ist die Wicklung 5 so geschaltet, daß die beiden linken Einzelpole magnetisch und
die beiden rechten Einzelpole magnetisch parallel geschaltet sind. Die Erregerspannung
wird von den. Bürsten 2 abgenommen und der Wicklung 5 zugeführt, so daß sich eine
Selbsterregerschaltung für die zweipolige Hilfserreger= maschine ergibt. Die Erregerwicklung
5 für die vierpolige Ankerwicklung wird ebenfalls von der Spannung an den beiden
Bürsten :2 gespeist. Der Erregerstrom in der Erregerwicklung 6 kann über den Widerstand
7, der als handbetätigter Widerstandsregler öder als selbsttätiger Regler ausgeführt
sein kann, geregelt werden.
-
Wie die Figur zeig, werden die Flüsse der oberen beiden Pole, die
durch die Wicklung 6 erzeug werden, durch die Wicklung 5 verstärkt. Bei den unteren
beiden Polen werden die Flüsse der Wicklung 6 durch die Wicklung 5 geschwächt. Diese
unsymmetrischen Polflüsse können sich jedoch in der vierpoligen Wellenwicklung 3
nicht auswirken, weil die Spulen eines Ankerzweiges gleichmäßig unter allen Polen
liegen, so daß nur die symmetrische vierpolige Haupterregung für die Spannungsbildung
in Frage kommt. In der zweipoligen Ankerwicklung I dagegen kann nur die Differenz
zweier aufeinanderfolgender unsymmetrischer Polflüsse eine Spannung erzeugen, die
damit der zweipoligen Erregung durch die Wicklung 5 entspricht. Da diese Erregung
konstant ist, wird auch an den Hilfsbürsten 2 eine konstante Spannung abgenommen,
unabhängig von der Erregung in der Wicklung 6. Man kann also bei konstanter Spannung
der Hilfserregermaschine die Spanung der Haupterregermaschine ändern.
-
Die Anordnung nach der Erfindung hat u. a. den Vorteil, daß für die
Hilfserregermaschine kein besonderes Eisen erforderlich ist, da der zweipolige Fluß
dem vierpoligen Fluß überlagert wird. Die Ankerwicklung I ist nur für die kleine
Leistung der zwei- und vierpoligen Erregerwicklungen 5 und 6 zu bemessen.
-
Die zweipolige Ankerwicklung I kann außerdem noch an zwei oder drei
Punkten angezapft werden und dann über Schleifringe eine Wechsel- oder Drehstromspannung
liefern. Man kann diese Spannung, da sie konstant ist, zur Speisung eines Antriebsmotors
des Reglerpendels für einen Turbinenregler oder für andere wichtige Antriebe, die
vom Netzzustand unabhängig sein sollen, verwenden, wie z. B. Pumpenmotoren, Antriebsmotoren
für zusätzliche Erreger- oder Verstärkermaschinen od. dgl.
-
Im Ausführungsbeispiel ist eine vierpolige Maschine zugrunde gelegt,
man kann aber auch eine achtpolige Maschine verwenden mit zwei Ankerwicklungen,
deren Polzahlen sich wie I : 2 oder 1:4 verhalten, oder eine zwölf-, sechzehnusw.
polige Maschine. Der Ständer erhält so viel Einzelpole, wie die Ankerwicklung mit
der höchsten Polzahl Pole besitzt, und die Erregerpole für die Ankerwicklung mit
der kleinen Polzahl werden durch magnetische Parallelschaltung aufeinanderfolgender
Einzelpole gewonnen. Es ist nicht erforderlich, daß die Ankerwicklung 3 als Wellenwicklung
ausgebildet wird, man kann sie auch als Schleifenwicklung ausführen, darf aber dann
nicht gleichnamige Bürsten parallel schalten, sondern die Wicklung muß j e nach
der Polzahl in zwei oder mehr getrennte Stromkreise aufgelöst werden.
-
Es. kann notwendig sein, um eine vorbestimmte Spannung der Selbsterregung
zu erhalten, in den magnetischen Kreis einen Isthmus in Form eines Eisenweges einzulegen,
der sich schon bei dem Fluß, herrührend von der Erregung der zweipoligen Eingangsstufe
(Wicklung 5), sättigt. Dieses kann z. B. durch Blechunterlagen 18 zwischen Pol und
Joch, erreicht werden.
-
Fig. 2 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, in
welcher eine Gleich- und eine Drehstrommaschine miteinander vereinigt sind und bei
der die Gleichspannung unabhängig von der Drehstromspannung einstellbar ist. Die
Gleichstrommaschine kann. -beispielsweise als Erregermaschine dienen, die Drehstrom-
oder Wechselstrommaschine, da sie eine konstante Spannung
liefert,
kann als eine von Netzstörungen unabhängige Stromquelle für den Antriebsmotor des
Reglerpendels oder für den Antriebsmotor einer Pumpe, einer zusätzlichen Erregermaschine
oder Verstärkermaschine od. dgl. verwendet werden, wenn die Maschine mit dem Generator
gekuppelt ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist in eine vierpolige Gleichstromerregermaschine
eine zweipolige Drehstrom- bzw. Wechselstrommaschine eingebaut. Zu diesem Zweck
ist neben der vierpoligen Gleichstromwicklung 3, die als Wellenwicklung ausgeführt
ist und deren. Spannung über die Bürsten 4 abgenommen wird, eine zweipolige Wicklung
II vorgesehen, die als geschlossene Gleichstromwicklung mit zwei oder drei Anzapfungen
oder als offene Drehstrom- bzw. Wechselstromwicklung ausgeführt sein kann. Die Drehstromspannung
wird über drei Schleifringe 12 entnommen. Um eine zweipolige Erregung zu erhalten:,
ist wiederum eine Erregerwicklung 5 auf den Polen vorgesehen, die so geschaltet
ist, daß zwei aufeinanderfolgende Einzelpole gleiche Polarität aufweisen. Außerdem
besitzen die Pole noch die Erregerwicklung 6 für die vierpolige Erregung. Jede dieser
beiden Erregerwicklungen wird von einer Gleichspannungsquelle gespeist, und es sind
in jedem Erregerkreis Widerstände 7 bzw. 8 angeordnet, so daß die Wechsel- bzw.
Drehstromspannung und die Gleichstromspannung unabhängig voneinander eingestellt
bzw. geregelt werden können.
-
Der Erregerstrom für die vierpolige Erregerwicklung 5 kann auch über
eine Gleichrichteranordnung, z. B. über Trockengleichrichter, aus den Schleifringen
der zweipoligen Ankerwicklung II entnommen werden. Außerdem kann auch über die Gleichrichteranordnung
eine Selbsterregung der zweipoligen Erregerwicklung 5 durchgeführt werden.
-
Man kann auch eine Hilfserregermaschine zur Abgabe einer konstanten
Spannung und eine Verstärkermaschine in einer einzigen Maschine vereinigen,, wie
dies in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist eine sechzehnpolige Erregermaschine vorgesehen.,
die beispielsweise auf einen. langsam laufenden Wasserkraftgenerator aufgebaut ist.
Dadurch wird an Bauhöhe gespart. Die Maschine besitzt eine vierpolige Ankerwicklung
II, die, wie aus Fig. 4 hervorgeht, als Schleifenwicklung ausgeführt sein kann.
Man kann aber auch eine Wellenwicklung verwenden oder eine offene Drehstromwicklung.
Außerdem besitzt die Maschine eine achtpolige Ankerwicklung 13, die an einen Kommutator
geführt ist, dessen Bürsten mit 14 bezeichnet sind. Diese Wicklung ist als Wellenwicklung
ausgebildet, wie Fig.4 zeigt. Ferner ist noch eine sechzehnpolige Wellenwicklung
15 vorgesehen, die an einen Kommutator geführt ist, dessen Bürsten mit 16 bezeichnet
sind.
-
Der Ständer besitzt sechzehn Einzelpole mit je drei Wicklungen 2I,
3I und 41. Die Wicklung 2I liefert die vierpolige, die Wicklung 3I die achtpolige
und die Wicklung 41 die sechzehnpolige Erregung. Zu diesem Zweck ist die Wicklung
21 so geschaltet, daß je vier aufeinan derfolgende Einzelpole magnetisch parallel
geschaltet sind und einen Erregerpol für die vierpolige Ankerwicklung bilden.. Die
Erregerwicklung 31 ist so, geschaltet, daß zwei benachbarte Einzelpole magnetisch
parallel geschaltet sind, und den Erregerpol für die achtpolige Ankerwicklung bilden.
Die Wicklung 41 ist so geschaltet, daß die von ihr erzeugten Flüsse in: benachbarten
Einzelpolen abwechselnd einen Nord.- und Südpol erzeugen.
-
Die an den Schleifringen 12 abgenommene Drehstromspannung wird über
Gleichrichter, z. B. Trockengleichrichter Io, gleichgerichtet und der Wicklung 21
in Selbsterregerschaltung zugeführt. Außerdem wird diese Gleichstromspannung noch
der Wicklung 3I zugeführt, und zwar über einen Handregler oder einen selbsttätigen
Regler 12. Die an den Bürsten 14 abgenommene Spannung wird der Wicklung 41 zugeführt,
und die Bürsten. 16 liefern die verstärkte Gleichspannung. Die Wicklung II und die
Wicklung 2I stellen also eine vierpolige selbsterregte Hilfserregermaschine dar,
während die beiden anderen Ankerwicklungen mit den zugehörigen Erregerwicklungen
eine Verstärkermaschine bilden. Im Gleichstromkreis hinter dem Gleichrichter kann
noch eine Glättungsdrosselspule 17 eingeschaltet werden.
-
Nur die sechzehnpolige Ankerwicklung 15 ist für die volle Ausgangsleistung
zu bemessen, während die Ankerwicklungen 13 bzw. II nur für die entsprechenden.
Erregerleistungen auszulegen sind.
-
Die Eingangsstufe der Verstärkermaschine, die bei dieser Anordnung
achtpolig ist, kann außer der Erregerwicklung 3I noch weitere achtpolige. Erregerwicklungen
erhalten, die gleichsinnig oder gegensinnig mit der Wicklung 3I, je nach der Aufgabenstellung,
erregt werden. Zum Beispiel kann man eine zweite achtpolige Erregerwicklung vorsehen,
die von der Spannung am Kommutator 15 der sechzehnpoligen Ausgangsstufe oder von
dem von diesem Kommutator abgenommenen Strom erregt wird, wobei die Erregung dieser
Wicklung entgegen der Erregerwicklung 31 wirkt. Man. hat hierdurch eine Differenzerregung,
die bei dieser Erregeranordnung vorteilhaft ist, weil sie vorübergehend sehr große
Erregungen zur Überwindung von Feldträgheiten zuläßt.
-
Man kann auch die Wicklung II, die, wenn sie als geschlossene Schleifen-
oder Wellenwicklung ausgeführt ist, an einen Kommutator führen und dann den. Gleichrichter
io sparen.
-
Man könnte auch die eine Ankerwicklung sech, zehnpolig, die andere
vierpolig und die dritte zweipolig ausführen, man, muß dann die Erregerwicklungen
entsprechend schalten, so daß eine sechzehn-, vier- und zweipolige Erregung entsteht.
Statt einer sechzehnpoligen Maschine kann. auch beispielsweise eine acht- oder vierundzwanzig-
oder zweiunddreißigpolige usw. verwendet werden.. Bei einer zweiunddreißigpoligen
kann man, beispielsweise eine Erregermaschine mit Selbsterregung und zwei Verstärkermaschinen
in einer einzigen Mar
schine vereinigen, wenn man fünf Ankerwicklungen
und fünf Erregerwicklungen vorsieht.
-
Wie im Hauptpatent bereits erwähnt, kann man auch eine weitere Verstärker
stufe dadurch erreichen, daß man eine Bürstenquerachse anordnet, die kurzgeschlossen
wird. Im Ausführungsbeispiel würde diese kurzgeschlossene Bürstenquerachse auf dem
Kommutator der Wicklung 13 angeordnet werden.