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Gleichstrom-Verstärkermaschine Die Erfindung bezieht sich auf Gleichstrom-Verstärkermaschinen
der im Hauptpatent umrissenen Bauart.
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Bei Maschinen dieser Bauart wird die aufgenommene Erregerleistung
einer kleineren Anzahl von Erregerpolen zugeführt, um eine gesteuerte Verdrehung
oder Unausgeglichenheit der magnetischen Kraftflußverteilung im mehrpoligen Magnetgestell
der Maschine zu erreichen, wodurch bewirkt wird, daß Ausgleichsströme zwischen untereinander
verbundenen und mit Hauptstromwicklungen in Reihe liegenden gleichnamigen Kommutatorbürsten
fließen und daß dadurch die Ausgangsspannung geregelt wird. Neben den Eingangs-
oder steuererregten Feldwicklungen zur Erzeugung des primären Regelflusses und den
Hauptfeld- oder Kraftwicklungen sind diese Maschinen gewöhnlich mit Kompensationsfeldspulen
auf einigen oder allen Hauptpolen ausgestattet und besitzen überdies noch Wendepolwicklungen
auf den Hilfspolen; es ist vorgeschlagen worden, zusätzliche Feldwicklungen auf
den Hauptpolen zwecks Selbsterregung anzubringen.
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Die zusätzliche Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Konstruktion
und den Betrieb der Wendepolwicklungen auf den Hilfspolen der obengenannten
Maschinenbauart
und hat zum Hauptgegenstand die Herabminderung des Raumbedarfs der Hilfspolspulen
und Spulenklemmen ohne einen nachteiligen Einfluß auf die Stromwendeeigenschaften
der Maschinen zu verursachen. Genauer ausgedrückt und für den eben erwähnten Zweck
ist es ein Gegenstand dieser Erfindung, eine befriedigende Kommutierung mit Hilfe
von weniger Spuleneinheiten und Spulenklemmen, als hierfür bisher für notwendig
gehalten wurden, zu erzielen.
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In den Maschinen nach dem Hauptpatent ist jeder Hilfspol mit einer
Anzahl von Einzelspulen ausgestattet, die gleich der Anzahl der Hauptpole oder Kommutatorbürsten
der Maschine ist. Beispielsweise haben vierpolige Maschinen nach dem Hauptpatent
vier Bürsten und sind mit vier Wendepolspulen auf jedem der vier Hilfspole ausgestattet,
so daß im ganzen sechzehn Spuleneinheiten auf den Hilfspolen benötigt werden. Die
vier Spulen jedes Hilfspols sind jeweils mit den vier entsprechenden Bürsten verbunden,
so daß das entstehende Kommutierungsfeld eine Funktion der vier Ströme ist, die
durch die vier Bürsten fließen; dies wurde bisher als notwendig erachtet, weil im
Gegensatz zu den üblichen Generatoren oder Stromerzeugern die vier Bürstenströme
der hier zur Debatte stehenden Maschinenbauart normalerweise sich nicht aufheben,
sondern in Abhängigkeit von der Intensität der Steuerspannung und der hierdurch
verursachten Störung des Gleichgewichtes der Kraftflußverteilung sich voneinander
unterscheiden.
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Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf das eben erwähnte Beispiel
einer Vierpolmaschine, die im wesentlichen nach Angaben des Hauptpatentes konstruiert
ist, werden gleiche Kommutierungsbedingungen durch die Verwendung von nur drei Spuleneinheiten
auf jedem Hilfspol und Verbindung derselben mit jeweils drei entsprechenden Bürsten
erzielt, so daß jeweils drei Spuleneinheiten miteinander und mit jeder der vier
Bürsten der Maschine verbunden sind. Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, wird
eine der drei mit jeder Bürste verbundenen Spuleneinheiten in Übereinstimmung mit
einem anderen Erfindungsmerkmal mit ungefähr der doppelten Anzahl von Windungen
als die beiden anderen Einheiten versehen und so geschaltet, daß ihr Feld die gleiche
Richtung wie dasjenige einer der beiden anderen Einheiten und umgekehrte Richtung
zu demjenigen, der dann noch übrigbleibenden Einheit, in Bezug auf die Erregung
durch den Bürstenstrom, besitzt. Das heißt, wenn die Gesamtwindungszahl gleich 2T
gemacht wird, haben die drei Spuleneinheiten jeweils ungefähr die Windungszahlen
und Polstärken
T, Die Anordnung dreier Spulen zur
Ausführung der Funktion von vier Spulen beruht auf der Beobachtung, daß, während
die vier Bürsten- oder Ankerkreisströme normalerweise voneinander verschieden sind,
einer dieser Ströme immer als eine Funktion der drei anderen ausgedrückt werden
kann. Deshalb sind, wie weiter unten ausführlicher erklärt werden wird, drei Spuleneinheiten,
wenn sie genau erfindungsgemäß konstruiert sind, sowohl hinsichtlich des resultierenden
Kommutierungsfeldes in der Tat stets gleichwertig vier Einheiten, wodurch die gewünschte
Verminderung des gesamten Spulenraumes und diejenige der Endverbindungen erzielt
wird, als auch eine entsprechende Vereinfachung in der Bewicklung der Maschine ohne
nachteiligen Einfluß in Bezug auf die Kommutierungseigenschaften.
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Es wird jedoch bemerkt, daß das obenerwähnte Windungsverhältnis von
I :2: I nicht mit in Rechnung zieht, daß für Bestmöglichstes Arbeiten die Selbstinduktionsspannung
(Stromwendespannung) in der kommutierten Ankerwicklung kompensiert wird. Um dies,
zu erreichen, wird die Gesamtwindungszahl auf jedem Hilfspol vorzugsweise etwas
größer gemacht als diejenige, die nur zur Kompensation der Ankerrückwirkungsamperewindungen
nötig ist. Infolgedessen werden in Übereinstimmung mit einem anderen Erfindungsmerkmal
zusätzliche Wendepolwindungen in folgender Weise vorgesehen: Wenn C die Gesamtzahl
der zusätzlichen Windungen darstellt, die zur Kommutierung eines gewünschten Ankerstromes
auf jedem Hilfspol gebraucht werden, dann verteilt sich die Gesamtzahl der Kompensations-
und Kommutierungswindungen (2 T + C) in dem Verhältnis
Infolgedessen sind die Windungszahden der drei Spuleneinheiten untereinander alle
drei verschieden, so daß das Grundverhältnis von I : 2 : I nur annähernd erhalten
bleibt. Die Erfindung wird aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung
verschiedener derselben, die beispielsweise in den Zeichnungen dargestellt sind,
erläutert; und es ist Fig. I ein Schemabild des Magnetgehäuses, der Läufer- und
Kommutatorkonstruktion einer erfindungsgemäßen vierpoligen Maschine, Fig. 2 ein
Beispiel eines Schaltbildes für den Betrieb derselben Maschine als Zweistufenverstärker,
Fig. 3 eine Erläuterung bestimmter magnetischer Kraftflußverhältnisse, die in einer
nach Fig, I und 2 ausgeführten Maschine auftreten, Fig. 4 eine Schemazeichnung der
Wendepolwicklungen derselben Maschine.
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Wie aus Fig. z ersichtlich, besitzt das Magnetgestell F vier symmetrisch
angeordnete Hauptpole P z, P 2, P 3, P q. vier Hilfspole Q z, O 3 O . Ein mit überlappter
Wicklung versehener Läufer A, nach der für vierpolige aschinen üblichen Art bewickelt,
wobei eine ungekreuzte Wicklung vorgesehen ist, besitzt einen mit vier Bürsten
B q. versehenen Kommutator. Der Drehsinn des Läufers ist gleich demjenigen
eines Uhrzeigers, wie durch einen Pfeil dargestellt ist. Die Hauptpole werden durch
die unten beschriebenen Hauptfeldwicklungen oder »Kraftwicklungen« erregt. Die Polschuhe
der Pole P r und P 3
bilden einen Nordpol, während die Pole P2 und
P4 Südpole sind. Die Bürsten B I und B 3 haben also ein negatives, während die Bürsten
B2 und B4 ein positives Potential bezüglich des Außen- oder Belastungsstromkreises
der Maschine haben.
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Die mit den Polen und Hilfspolen der Maschine induktiv gekoppelten
Erregerwicklungen und -stromkreise werden im folgenden unter Bezugnahme auf Fig.
2 beschrieben.
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Acht Hauptfeldwicklungen, im folgenden »Kraftwicklungen« genannt,
sind zu je zwei auf den vier Hauptpolen angebracht. Wicklungen FC I und FD I befinden
sich auf Pol P I, Wicklungen FC 2 und FD 2 auf Pol P 2, Wicklungen FC 3 und FD 3
auf Pol P 3 und Wicklungen FC 4 und FD 4 auf Pol P 4. Diese Wicklungen besitzen
vorzugsweise dieselbe Windungszahl. Sie alle sind in einem im Innern der Maschine
zwischen den Bürsten B I und B 3 verlaufenden Stromkreis Cn in Reihe geschaltet.
Der Mittelpunkt Mn dieses Stromkreises ist mit einer der Ausgangs- oder Belastungsklemmen
Tn galvanisch verbunden.
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Die vier Hilfspole sind im ganzen mit zwölf Wendepolwicklungen versehen,
von denen die mit 1 O 1, 3 O 1 und 4 Q I bezeichneten sich auf Pol Q I befinden,
während die Wicklungen I 0 2, 2 Q:2 und 4 O 2 auf Pol Q:2 angebracht sind
und die Wicklungen 1 O 3, 2 O 3, 3 0 3 auf Pol 0 3 und die Wicklungen 2Q4, 3O4 und
4O4 sich auf Pol O4 befinden. Die Anordnung dieser Wicklungen bezüglich der vier
Hilfspole ist aus Fig. 4 ersichtlich. Die Wicklungen I 0 I, I Q 2 und 1 O 3 sind
mit der Bürste B I verbunden und die Wicklungen 3 O I, 3 Q 3, 3 Q 4, untereinander
in Reihe geschaltet, in dem obenerwähnten Stromkreis der acht Kraftwicklungen Cn
mit Bürste b' 3 verbunden. Dieser Stromkreis enthält ferner zwei Kompensationswicklungen
CW2 und CW4, die sich jeweils auf den Polen P2 und P4 befinden. Es ist ersichtlich,
daß der Stromkreis Cn aus zwei Zweigen besteht zwischen Punkt Mn. und jeder der
beiden Bürsten B I und B3 und daß jeder der Zweige die Hälfte der Anzahl von Kraftwicklungen,
Hilfspolwicklungen und Kompensationswicklungen des Stromkreises C n enthält. Wenn
die Maschine in Betrieb ist, heben sich die Werte der Amperewindungen und des Widerstandes
der beiden Zweige auf. Die Wirkungsweise der Kompensationswicklungen CW2 und CW4
wird in einem anderen Abschnitt erklärt.
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Die Wendepolwicklungen 2 0 2,2 0 3, 2 0 4 sind mit der Bürste B 2
verbunden und in einem anderen inneren Stromkreis Cp in Reihe geschaltet mit den
Wicklungen 4 Q 1, 4 O 2, 4 0 4, die mit der Bürste B4 verbunden sind. Stromkreis
Cp enthält außerdem zwei Kompensationswicklungen CW I und CW3, die sich jeweils
auf den Polen P I und P3 und auf verschiedenen Seiten des Mittelpunktes Mp befinden.
Die zwei Zweige des Stromkreises Cp zwischen dem Punkt Alp und den beiden
Bürsten B 2
und B 4 sind ebenfalls hinsichtlich der Amperewindungs- und Widerstandswerte
im Gleichgewicht. Die zweite Außen- oder Belastungsklemme Tp der Maschine ist mit
dem Mittelpunkt Mp verbunden. Für bestimmte Verwendungszwecke kann die Maschine
auch mit Selbsterregerfeldwicklungen, wie beispielsweise mit den in Reihe geschalteten
Feldwicklungen SFI, SF 2, SF 3, SF 4 auf den jeweiligen Polen P I, P:2, P 3, P4
ausgestattet werden.
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Der Eingangsstromkreis der Maschine hat die Klemmen Ap und An, an
welche die zu verstärkende Spannung angelegt wird. Dieser Stromkreis besteht aus
zwei Steuer- oder Regelfeldwicklungen S I und S3, die auf den entsprechenden Polen
P I und P3 liegen. Wenn die Regelfeldwicklungen durch eine Steuerspannung erregt
werden, magnetisieren sie die Pole P I und P 3 mit entgegengesetzter Wirkung. Es
würde z. B. eine Steuerspannung, die die Wicklung S I veranlaßt, den Nordpol P I
zu verstärken, im selben Augenblick den Nordpol P3 schwächen. Da die Kraftwicklungen
auf allen vier Polen angeordnet sind, so daß ihre Kraftflüsse im Gleichgewicht sich
befinden, erzeugt die Hauptkomponente der Felderregung auf Grund der »Kraftwicklungen«
eine symmetrische Flußverteilung, und somit trachtet sie auf den negativen Bürsten
B I und B 3 gleiche elektrische Potentiale zu erzeugen und ebenfalls gleiche elektrische
Potentiale auf den positiven Bürsten B 2 und B 4 zu erzeugen.. Die asymmetrische
Überlagerung der in den Polen P I und P 3 induzierten Flußkomponenten verursacht
jedoch eine entsprechende Verdrehung der resultierenden Flußverteilung im gesamten
Ständereisen. Folglich bewirkt die Erregung der Regelwicklungen S I und S3 eine
ihr proportionale Potentialdifferenz zwischen den gleichnamigen (negativen) Bürsten
B I und B 3 und, wie unten gezeigt werden wird, ebenfalls eine Potentialdifferenz
zwischen :den gleichnamigen (positiven) Bürsten B2 und B4. Die von
der Steuerwicklung erzeugte Spannung, die auf diese Weise zwischen den Bürsten
B i und B 3 entsteht, treibt, einen Strom In durch den Stromkreis
Ch. In gleicher Weise wird durch den Stromkreis Cp zwischen den Bürsten
B2 und B4 ein Strom 1p getrieben. Der Strom In, der als Strom der
ersten Verstärkungsstufe des Generators betrachtet werden kann, erregt die Kraftwicklungen
und liefert somit die obenerwähnte symmetrische Felderregung der vier Pole. Die
durch dieses Kraftfeld zwischen den beiden Bürstenpaaren erzeugte Spannung, die
an den Mittelpunkten Mn und Mp auftritt, erscheint zwischen den Ausgangsklemmen
Tn und Tp der zweiten Verstärkungsstufe. Die Maschine verhält sich somit wie eine
Kaskadenschaltung von zwei verschiedenen Generatoren, unter der Voraussetzung, daß
die Maschine im geraden oder ungesättigten. Gebiet ihrer magnetischen Charakteristik
betrieben wird. Folglich hat die Maschine einen äußerst großen Verstärkungsgrad;
da aber beide Verstärkungsstufen nur ein Ständer und Läufersystem umfassen, sind
die bei der Verstärkung auftretenden magnetischen Verzögerungen nur die einer einzigen
Maschine, somit erreicht der Generator eine beträchtlich größere Reaktionsgeschwindigkeit
und eine größere Genauigkeit als
die, die mit einer Vielzahl von
Maschinen erreicht werden könnte, wenn man von dem Vorteil des verringerten Raumbedarfs
absieht.
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Die Verbindung der obenerwähnten Kraftwicklungen untereinander ist
derart, daß die beiden Wicklungen jedes Pols, z. B. die Wicklungen FC I und FD I
auf dem Pol P I, sich. bei der Erregung durch den im Stromkreis Cn fließenden Strom
In in ihrer Wirkung unterstützen. Wenn ein Verbraucher an die Außenklemmen Tn und
Tp angeschlossen wird, fließt der Belastungsstrom IL
von der Klemme Tn zu
den Bürsten B I und B 3 und von den Bürsten B 2 und B 4 zur Klemme T p, wobei er
auch die Kraftwicklungen durchfließt. Aber auf Grund der obenerwähnten Aufteilung
der Kraftwicklungen auf die beiden Zweige des Stromkreises Cn wirken die beiden
Kraftwicklungen jedes Pols, z. B. wieder die Wicklungen FC I und FD I auf Pol P
I, verschieden bezüglich des Belastungsstromes. Das heißt, die Felder der beiden
Kraftwicklungen jedes Pols heben sich auf in bezug auf den Belastungsstrom
IL. Folglich wird die Hauptfelderregung der Maschine von der Belastung nicht
beeinflußt und wird nur durch den Strom verursacht, der von den mit der Steuerspannung
erregten Regelwicklungen S I und S 3 induziert wird.
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Die obenerwähnten Ströme In, Ip und der Belastungsstrom IL oder ein
Teil des letzteren, fließen auch durch die Kompensations- und Wendepolwicklungen
und verursachen die unten aufgeführten Wirkungen.
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Der Steuerfluß Os (s. Fig. 3), in den Polen P I und P 3 durch die
Regelwicklungen S I und S 3 erzeugt, ruft nicht nur die Potentialdifferenz zwischen
den an sich gleichnamigen Bürsten B I und B 3 hervor, die den Strom In durch den
Stromkreis Cn treibt, sondern bildet auch die Ursache für das Auftreten eines Ankerquerfeldes
O C, welches sich in senkrechter Richtung zur Achse der Pole P I und P 3 erstreckt
und zeitlich konstant bleibt und welches die Pole P2 und P4 sekundär in genau derselben
Weise magnetisiert, wie die Pole P I und P 3 durch die Regelwicklungen erregt werden.
Das ist der Grund, warum, wie oben erwähnt, eine Spannungsdifferenz auch zwischen
den Bürsten B2 und B 4 auftritt, die das Fließen des Kreisstromes Ip bewirkt. Die
Magnetisierung der Pole P 2 und P4 hat die weitere Wirkung, daß ein Ankerrückwirkungsfluß
OA induziert wird (Fig. 3), welcher sich zeitlich konstant in der Polachse P I-P
3 entgegengesetzt zu der Richtung des Regelflusses O S erstreckt. Daher schwächt
der Ankerrückwirkungsfluß OA den Regelfluß, und es ist offensichtlich, daß für die
bestmöglichen Betriebsverhältnisse der störende Fluß 0 A oder seine schwächende
Wirkung soviel als möglich verringert werden sollte.
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Die jeweils auf den Polen P I und P 3 liegenden Kompensationswicklungen
CW I und CW 3 erzeugen, durch den im Kreis fließenden Strom Ip erregt, ein Feld,
das dem störenden Ankerrückwirkungsfluß OA entgegenwirkt und sich proportional der
zwischen den Bürsten B2 und B4 auftretenden Spannung ändert, also
proportional zur Quermagnetisierung in der Polachse P2-P4, die den- Fluß OA erzeugt.
Im Prinzip können die Kompensationswicklungen in der Achse P I-P 3, die durch den
zwischen den Bürsten B 2 und B 4 fließenden Strom erregt werden, so
angeordnet werden, daß sie eine fast vollkommene Unterdrückung der störenden Ankerrückwirkung
verursachen. Ein anderer Weg der Kompensation jedoch, beispielsweise durch die Wicklungen
CW 2 und CW 4, besteht darin, den Fluß O C, der den störenden Fluß OA erzeugt, zu
verringern. Zu diesem Zweck sind die Wicklungen CW 2 und CW 4, die auf den Polen
P 2 und P 4 liegen, mit den Bürsten B I und B 3 verbunden. Daher wird in der in
Fig. 2 gezeigten Ausführung der Fluß OA durch die Wicklungen CW 2 und C W 4 geschwächt,
und der geschwächte Fluß wird durch die Wirkung der Wicklungen CW I und CW 3 unwirksam
gemacht. Auf diese Weise kann eine vollkommen wirksame Kompensation bei optimaler
Wicklungsraumausnutzung erhaltenwerden.
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Wie im Hauptpatent dargelegt ist, können die Wicklungen, die die störende
Ankerrückwirkung kompensieren, in Paaren zu je zwei in der bei den Kraftwicklungen
obenerwähnten Weise angeordnet werden, so daß diese Wicklungen ein nur durch die
Erregung der Kreisströme entstehendes Feld hervorrufen, aber keine magnetisierende
Wirkung auf Grund des Belastungsstromes besitzen. In der Ausführung von Fig. 2 jedoch
hat jeder Hauptpol nur eine Kompensationswicklung, und diese Wicklungen haben gleiche
Windungen. Diese besondere Ausführung der Kompensationswicklungen hat die Aufgabe,
dem obenerwähnten Kompensationsfeld eine ausgeglichene Magnetisierung aller vier
Hauptpole abhängig vom und proportional zum Belastungsstrom zu überlagern. Diese
Magnetisierung ist eine Art Selbsterregung, so daß die Wicklungen CW I, CW 2, CW
3, CW 4 auch einen Teil der Funktion ausführen, die sonst den selbsterregenden in
Reihe geschalteten Wicklungen SF I, SF 2, SF 3, SF4 zugedacht ist. Es muß erwähnt
werden, daß diese Art, die Selbsterregung zu erzeugen, nicht ein Hauptmerkmal der
vorliegenden Erfindung ist. Es steht fest, daß die Erfindung auf Maschinen mit oder
ohne Selbsterregung anwendbar ist; sie ist gleichfalls brauchbar in Verbindung mit
Selbsterregung durch reihengeschaltete oder parallel geschaltete Wicklungen durch
die obenerwähnten Spezialkompensationswicklungen oder durch eine absichtlich ungleichmäßige
Bemessung der zwei Kraftwicklungen auf jedem Pol, z. B. FC i und FD i, oder
durch eine Kombination dieser verschiedenen Möglichkeiten. Wenn es wünschenswert
erscheint, kann eine dieser Selbsterregerschaltungen »abgestimmt« werden, so daß
die Luftspaltkennlinie des Feldsystems mit dem ungesättigten oder geraden Teil der
Leerlaufcharakteristik der Maschine übereinstimmt. Es ist jedoch wichtig, daß die
Feldwicklungen auf den Hilfspolen einer Maschine der dargelegten Art in der Weise,
wie in Fig. 2 und 4 gezeigt und im einzelnen später beschrieben, ausgeführt werden.
Jede
der Hilf spolwicklungen I Q 2, 2 Q 3, 3 Q 4, 4 Q I hat angenähert zweimal so viel
Windungen wie jede der anderen Hilfspolwicklungen. Ziemlich gute Ergebnisse können
erreicht werden, wenn ein genaues Verhältnis :2: I gewählt wird, aber eine bessere
Wirkung wird erzielt durch Veränderung der Windungszahl, so daß, wie früher erwähnt,
jede der Wicklungen 1Q2, 2Q3, 3Q4, 4 Q I
Windungen hat, während die Wicklungen I Q I, 2 Q 2, 3 Q 3, 4 Q 4 je
Windungen und die Wicklungen 3 Q I, 4 Q 2, I Q 3, 2 Q 4 j e
Windungen besitzen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält jeder der Stromzweige
B I-B I', B2-B2', B3-B3' und B4-B4' eine Wicklung von, jeder der drei Wicklungsgruppen,
und die drei Wicklungen; jedes Stromzweiges sind auf drei verschiedenen Hilfspolen
angebracht (Fig. 4).
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Der Wicklungssinn der Wendepolwicklungen ist so gewählt, wie die Pfeile
in Fig.4 zeigen. Die ausgezogenen Pfeile stellen die Richtung des Flusses dar, der
durch die entsprechenden Wicklungen der zugehörigen Hilfspole auf Grund des hohen
Belastungsstromes induziert wird, wenn die Regelwicklungen S I und S 3 unerregt
sind. Unter diesen Umständen sind die Ströme In und I p beide Null, und der Belastungsstrom
IL besitzt einen endlichen Wert. Die Verbindung der einzelnen Wicklungen
in Fig. 4 ist gemäß den vorher erwähnten Erfordernissen hergestellt. Das heißt,
die Richtungen der magnetomotorischen Kräfte in den beiden kleineren Wicklungen
jedes Stromkreises sind entgegengesetzt. Wenn also die beiden kleineren Wicklungen
gleiche Windungszahl
haben, heben sich ihre Wirkungen auf, so daß der resultierende Fluß des Hilfspols
durch die größere Wicklung (T) bestimmt wird. Wenn die Wicklungen im Verhältnis
n n Hilf 2,2
, Q i, 1Q2, , In Wicklungen bemessen sind, so wird der resultierende
Fluß jedes Hilfspols durch die algebraische Summe, die gleich be-T + C ist, bestimmt.
Die resultierende Durchreits erwähnt worden, daß dieser Vorteil, daß drei flutung
jedes Hilfspols
beträgt Also erzeugen die Hilfspole einen Fluß in den beiden Kommutierungsachsen,
und dieser Fluß ist symmetrisch verteilt gemäß den symmetrisch ausgeglichenen Kraft
oder selbsterregten Feldern, die den zu kommutierenden Belastungsstrom erzeugen.
Somit erfüllen die Wendepolwicklungen unter den hierin Betracht gezogenen besonderen
Betriebsverhältnissen die Bedingungen einer einwandfreien Unter den entgegengesetzten
Betriebsbedingungen, d. h. im unbelasteten Zustand, aber mit erregten Regelwicklungen
verhält sich dieselbe Wicklungsanordnung gemäß den gestrichelten Pfeilen, k die
die jeweiligen Richtungen der magnetomotorisehen Kräfte angeben. Wie aus Fig. 2
ersichtlich ist, haben die Kreisströme I und Ip dieselbe Richtung wie der Belastungsstrom
in einem Zweig von jedem inneren Stromkreis Cn, Cp und die entgegengesetzte Richtung
des Belastungsstromes im anderen Zweig desselben Stromkreises. Wenn also der Belastungsstrom
Null ist, während die Ströme I und Ip endliche Werte besitzen, haben die Flüsse,
die durch die in den Hilfspolwicklungen der Stromzweige B 2-B 2' und B 3-B 3' (Fig.
2) fließenden Ströme induziert werden, dieselbe Richtung wie bei Erregung durch
den Belastungsstrom. Folglich erhalten die Wicklungen 2 Q Q 4,
2 Q 3
und 3 Q 3, 3 Q 4 3 Q I in Fig. 4 gestrichelte Pfeile derselben
Richtung wie die entsprechenden ausgezogenen Pfeile. Andererseits ist, da die Richtung
des in den Stromzweigen B I -B I' und B4-B4' fließenden Stromes entgegen der Richtung
des Belastungsstromes ist, die Richtung des Flusses der Wicklungen I Q I, I Q 2,
I Q 3 und 4 Q 4, 4 Q I 4 Q 2 im Leerlauf entgegengesetzt der entsprechenden Richtung
bei Vollast (Fig. 4).
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In erster Annäherung kann die Stärke der Kreisströme In und Ip als
gleich angenommen werden, wenn kein Belastungsstrom fließt. Dann erzeugt der ganze
Läufer eine resultierende magnetomotorische Kraft in der Achse Q I-Q 3 und keinen
Fluß in der Achse O 2-O 4. Demgemäß sind die Richtungen der magnetomotorischen Kräfte
aller Hilfspolwicklungen in der Achse O I-Q 3 im Leerlauf dieselben. Jeder der Pole
O i und O 3 hat eine resultierende Amperewindungszahl, die gleich 2 T oder 2 T +
C ist. Die zwei kleineren Wicklungen auf jedem der Pole Q 2 und 0 4 aber wirken
der größeren Wicklung entgegen, so daß die resultierende Zahl der Amperewindungen
Null ist.
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Bei den zwei durch die jeweiligen Pfeile in Fig. 4 dargestellten Grenzbedingungen
bewirkt die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung auf den Hilfspolen zufriedenstellende
Kommutierungsverhältnisse. In Fällen, die zwischen diesen Grenzbedingungen liegen,
überlagern sich die obenerwähnten Erscheinungen und nähern sich den gewünschten
optimalen Verhältnissen im selben Maße, wie sie durch vier anstatt drei auf jedem
Hilfspol angebrachte Wicklungen erreichbar sind. Es ist erwähnt worden, daß dieser
Vorteil, daß auf jedem Pol angebrachte Wicklungen dieselbe Wirkung erzielen wie
die vier bisher benötigten Wicklungen, auf der Tatsache beruht, daß der Strom in
einem der Läuferstromkreise zwischen den vier Bürsten als Funktion der anderen drei
zugleich fließenden Läuferströme betrachtet werden kann und daß die erfindungsgemäße
Wicklungsanordnung die Wicklungswerte und Polaritäten liefert, die benötigt werden,
damit drei Ströme dieselbe Wirkung erzielen wie vier.
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Während die eingehend beschriebenen Beispiele sich mit auf den Hilfspolen
konzentrierten Wicklungen befassen, können die im vorhergehenden dargelegten Grundsätze
auch auf in den Polschuhen eingelegte Wie lungen angewendet werden mit demselben
Zweck, die Zahl der Wicklungseinheiten
so herabzusetzen, daß z.
B. in einer vierpoligen Maschine nur drei Polschuhwicklungen mit jeder Bürste verbunden
sind an Stelle der sonst benötigten vier Wicklungen. Wenn Maschinen der beschriebenen
Art mit Polschuhkompensationswicklungen ausgestattet werden sollen, zusätzlich der
konzentrierten Hilfspolwicklungen, können diese Kompensationswicklungen angebracht
werden, indem die Wendepolwicklungen durch äquivalente auf dem Polschuh verteilte
Wicklungen ersetzt werden. Als Folgerung daraus würden drei Polschuhwicklungen pro
Bürste benutzt werden, die alle gleicher Größe sind und eine der Zahl
entsprechende Windungszahl besitzen, worin, a% den Prozentsatz der kompensierten
Läuferwindungen. darstellt.