DEP0050175DA - Verstärkermaschine - Google Patents

Description

Es sind verschiedene Systeme von Verstärker-Maschinen bekannt, deren Zweck es ist, eine bestimmte Leistung , im allgemeinen Gleichstromleistung, zu erzeugen, bei welchen bei verhältnismäßig sehr kleiner Erregung eine ganz beträchtliche Verstärkung der Leistung erhalten wird. Man kennt unter anderen Kollektormaschinen mit verschiedenen Gruppen von Bürsten, von welchen einige unter sich kurzgeschlossen sind. Bei diesen Maschinen hat die Kommutation im starken Felde zu erfolgen, wodurch viele Schwierigkeiten entstehen.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärker-Maschine, bestehend aus einem vorteilhaft geblätterten Stator und einem gleichartigen Rotor, der eine Ankerwicklung besitzt, die einerseits zu einem Kollektor geführt und andererseits mit Anzapfungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mindestens zwei Polpaare besitzt, von welchen mindestens ein Polpaar eine Erregerwicklung trägt und dass die Anzapfungen der Ankerwicklung an ein Netzwerk angeschlossen sind, welches ein im Raum feststehendes Magnetfeld erzeugt, dessen Axe mit der Axe des jeweils nicht erregten Polpaares des Stators zusammenfällt.

In der zeichnung erläutert die Fig. 1 bis 4 das Verständnis des Prinzips der Erfindung und zeigen Ausführungsmöglichkeiten für den Bau einer solchen Maschine in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein vorteilhaft geblätterter Stator bezeichnet, der vier Pole 2, 3, 4, 5 besitzt, von welchen nur zwei Pole 2, 4 bewickelt sind. Die Erregerwicklung 51 und die Kompensationswicklung 52 sind je zur Hälfte auf die beiden Pole 2, 4 verteilt. In der Figur ist die Kompensationswicklung in Reihe mit dem Ausgangs- bzw. Verbraucherkreis 50 der Maschine geschaltet.

Im Interesse der Klarheit der zeichnung ist der Rotor getrennt vom Stator dargestellt. Der Rotor ist ein Kommutierungsanker, dessen nicht dargestellter, geblätterter Magnetkern eine Wicklung 7 trägt, die an einen Kollektor angeschlossen ist, auf dem an zwei diametral gegenüber liegenden Punkten die Bürsten 8, 9 schleifen.

Auf der Achse der Maschine sind noch drei Schleifringe 10, 11, 12 angeordnet, die einerseits an drei Punkten unter sich gleichen Abstandes mit der Wicklung 7 und andererseits an ein System von drei Kondensatoren 13 angeschlossen und die mit Hilfe der Schleifbürsten 14, 15, 16 in Dreieck geschaltet sind, welche auf den Schleifringen schleifen. Die Maschine kann mechanisch durch Riemen oder direkt durch einen Elektromotor angetrieben sein.

Nimmt man an, dass die Maschine in Betrieb und die Erregerwicklung 51 auf den Polen 2, 4 erregt ist, dann wird im Anker eine EMK induziert und an den Schleifringen eine Wechselspannung auftreten. Da der Stromkreis über die Kondensatoren geschlossen ist, arbeitet die Maschine als ein kleiner Wechselstromerzeuger, der auf die Kondensatoren arbeitet, und dessen innere Impedanz Z(exp)2 = R(exp)2 + L(exp)2W(exp)2 ist, worin R den zwischen den Bürsten des Motors gemessenen Ohmschen Widerstand, L die Selbstinduktion und W die Kreisfrequenz bedeuten.

Sind die Bedingungen der Resonanz von Kapazität und Induktivität erfüllt, dann ist der Strom <Formel> sehr groß und in Phase mit der Spannung, sowie dem Erregerfluss gegenüber um <Formel> in der Phase nacheilend. Daraus folgt, dass die magnetomotorische Kraft ihr Maximum in der Axe der unbewickelten Pole 3, 5 annimmt, wobei die magnetomotorische Kraft von der Ankerrückwirkung herrührt und im Raum feststeht. Über die Pole 3, 5 kann sich nun ein resultierender magnetischer Fluss schließen, der als der Hauptfluss bezeichnet wird. Die Maschine darf von jetzt an als Gleichstrommaschine betrachtet werden, welche einen Induktionsfluss über die Pole 3, 5 besitzt, und bei welcher Spannung an den Bürsten 8, 9 abgenommen werden kann.

Die Ankerrückwirkung erzeugt zufolge des Gleichstromes einen Fluss über die Pole 2, 4. Dieser Fluss, der für die Wirkung der Anordnung sehr störend ist, kann ganz oder teilweise durch die in Fig. 1 gezeigte Kompensationswicklung 52 kompensiert werden, welche in Serie mit dem Ausgangskreis 50 der Maschine geschaltet ist.

Da bei der Einrichtung ein glatter Stator und eine Induktionswicklung vorhanden ist, welche einen angenähert sinusförmigen Fluss liefert, wobei nur sinusförmige Spannungen erzeugt werden, und da ferner die Erregerwicklung 51 und die Kompensationswicklung 52 zu gleichen Teilen auf die Pole 2, 4 verteilt sind, entsteht im Magnetkreis nur ein einziger Fluss unter dem Einfluss der Resultierenden der Ampérewindungen der Wicklungen der Erregung und der Kompensation, sowie der Ankerrückwirkung.

Für den Fall, dass die Drehzahl der Maschine nicht genügend konstant gehalten werden kann, kann die Gruppe der Kondensatoren 13 mit unterschiedlichen Werten ausgeführt oder durch einen zusammengesetzten Kreis ersetzt werden, der dem Schema des bekannten Bandfilters entspricht und die Verbreitung der Resonanzkurve ohne die Verwendung von Widerstand ermöglicht, welcher die Empfindlichkeit des Systems stören würde. Beispielsweise zeigt Fig. 2 den Ersatz jeder Kapazität der Gruppe 13 durch zwei Kapazitäten 17, 18 von kleinerem Wert, wobei jede der letzteren mit kleinen Drosseln 19, 20 in Serie verbunden ist. Da die Kapazitäten und die Drosseln auf verschiedenen Frequenzen einreguliert werden, erhält die Resonanzkurve eine doppelte Resonanz.

Ohne Abweichung vom Prinzip der Erfindung können mehrpolige Maschinen verwendet werden, welche eine größere

Anzahl Bürstenpaare aufweisen. Der Kurzschluss auf der Wechselstromseite, erzeugt durch die Kondensatoren, kann sich auch hier als einphasiger Strom über zwei Bürsten ausbilden. Aber in diesem Fall ist der Gleichspannung eine Wechselspannung doppelter Frequenz überlagert. Es können auch andere Mehrphasensysteme ebensogut angewendet werden.

Nicht verhindert offenbar die Einfügung der Kondensatoren 13 in dem rotierenden Teil der Maschine, wodurch die Bürsten 10, 11, 12 weggelassen werden können. Man kann auch die Kondensatoren mittels Transformatoren in den Hauptkreis einschalten, welche die Spannung derart erhöhen, dass eine bessere Ausnutzung der Teile möglich ist. Man kann die Kondensatoren auch durch gleichwertige Glieder ersetzen. Entsprechend der üblichen Technik können auch Kommutierungspole vorgesehen werden, und ihre Wicklungen können in Serie mit dem verstärkten Gleichstrom geschaltet werden.

Die primäre Erregerwicklung kann aus mehreren Wicklungen bestehen, die eine Differentialwirkung ermöglichen. Es können ferner die aus der Verstärkertechnik bekannten sogenannten Rückkopplungsschaltung in Anwendung kommen.

In Fig. 3 ist eine Verstärkermaschine dargestellt, die eine Gruppe von drei primären Erregerwicklungen 21, 22, 23 besitzt. Der Rotor 24 trägt eine Wicklung, welche mit Hilfe der Kondensatoren 25, 26 kurzgeschlossen und zweiphasig geschaltet ist. Die Kompensationswicklung ist mit 27 bezeichnet. Die zu verstärkende, äußere Stromquelle auf der Eingangsseite der Verstärkermaschine wirkt auf die Wicklung 21, während die Wicklung 22 unter der Wirkung eines konstanten Stromes steht.

Die Wicklung 22 erzeugt einen Fluss entgegengesetzter Richtung wie die Wicklung 21. Die Wicklung 23 führt einen durch die verstärkte Spannung bestimmten Gegenstrom. Mit 28 ist ein Gleichrichter bezeichnet, der bei den in der Zeichnung angegebenen Polaritäten den totalen Strom durchlässt. Die Gegenwirkung ist dann total, wenn der Sinn der Wicklung 23 entsprechend gewählt ist, dann verstärkt das System nicht oder nur schwach. Dies ist der Fall, wenn der Fluss der Wicklung 21 geringer als derjenige der Wicklung 22 ist. Sobald indessen der Fuß der Wicklung 21 größer ist als der Wert der von 22 gegebenen Kompensation, dann wird die Polarität an den Klemmen des Ausgangskreises 50 sich umkehren, der Gleichrichter 28 gibt den Stromdurchgang frei und die Verstärkung ist total. Die dem Gleichrichter 28 parallel geschaltete Kapazität 29 drückt der Kompensationswicklung 23 eine stabilisierende Spannung auf. Man erhält dann eine Verstärker-Charakteristik mit einem scharfen Knick für einen gewissen Wert des in der Wicklung 21 fließenden Stromes.

Ohne den Umfang der Erfindung zu erweitern, kann man auch in den Ausgangskreis der Maschine eine Serienwicklung einschalten, welche in der Axe der Magnetpole 3, 5 liegt, wie das beim Bau klassischer Serienmaschinen der Fall ist, und deren Fluss sich dem von der Ankerrückwirkung herrührende Fluss überlagert, der erzeugt wird, wenn die Bedingung der elektrischen Resonanz erfüllt ist.

Man kann auch der Verstärkermaschine eine Satz Gleichstrom-Verstärker klassischer Art mit Röhren oder gesättigten Drosseln vorschalten. Dabei ist es besonders vor- teilhaft eine Gegenwirkung der Spannung oder des Stromes einzuführen, um die Schwankungen in der Verstärkung durch die Maschine oder den Vorverstärker zu verringern.

Fig. 4 zeigt als Beispiel das Schema einer Verstärkermaschine mit einem vorgeschalteten Röhrenverstärker. Der Rotor 30 der Verstärkermaschine ist durch die Kapazitäten 31, 32 kurzgeschlossen. Der verstärkte Strom wird an den beiden Bürsten 33, 34 abgenommen, und nach Durchfließen der Kompensationswicklung 35 über die Leitungen 36, 37 dem Ausgangskreis 50 zugeführt. Der Erregerkreis weist die beiden Wicklungen 38, 39 auf, von welchen die erstere an eine Gleichspannungsquelle 40 angeschlossen ist. Die Wicklung 39 ist in den Anodenkreis der Verstärkerröhre 41 geschaltet. Der Anodenkreis wird ebenfalls aus der Stromquelle 40 gespeist, während eine Rückkopplung einen Widerstand 42 enthält, welcher eine Rückkopplung erzeugt, weil der mit dem Widerstand 43 gebildete Stromkreis mit den Ausgangsleitungen 36, 37 verbunden ist.

Im Nebenschluss zum Widerstand 43 liegt ein Kondensator 46, welcher die Rückwirkung während der periodischen Schwankungen erhöht.

Die Flüsse der Wicklungen 38, 39 sind einander entgegen gerichtet, sie werden auf den Nullwert eingeregelt, wenn die Spannung des zu verstärkenden Stromes an den Klemmen 44, 45 Null ist. Ist der resultierende Fluss Null, dann ist die Spannung am Ausgang 50 der Verstärkermaschine ebenfalls Null.

Legt man an die Klemmen 44, 45 eine Spannungsquelle der angegebenen Polarität, dann sind die Flüsse in den Wicklungen 38, 39 nicht mehr abgeglichen, wodurch die Verstärkermaschine erregt wird. An den Klemmen 36, 37 tritt eine Spannung mit der eingezeichneten Polarität auf. Der den Widerstand 43 und den Widerstand 42 durchfließende Strom sucht am letzteren die angegebene Polarität zu erzeugen, welche i Gitterkreis der Röhre entgegengesetzt der Spannung an den Klemmen 44, 45 ist. Die Verstärkung ist verringert, aber die Proportionalität der Spannungen auf der Eingangs- und der Ausgangsseite ist konstant.

Auch eine Strom-Rückwirkung kann angewendet werden, wobei der Widerstand 42 in einen zweckmäßig induktiven Nebenschluss gelegt ist, der in Serie mit dem Verbraucherkreis liegt.

Claims (10)

1.) Verstärkermaschine, bestehend aus einem vorteilhaft geblätterten Stator und einem gleichartigen Rotor, der eine Ankerwicklung besitzt, die einerseits zu einem Kollektor geführt und andererseits mit Anzapfungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mindestens zwei Polpaare besitzt, von welchen mindestens ein Polpaar eine Erregerwicklung trägt, und dass die Anzapfungen der Ankerwicklung an ein Netzwerk angeschlossen sind, welches ein im Raum feststehendes Magnetfeld erzeugt, dessen Axe mit der Axe jeweils nicht erregten Polpaares des Stators zusammenfällt.

2.) Verstärkermaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Anzapfungen der Ankerwicklung an Schleifringe geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringe an drei Punkte unter sich gleichen Abstandes der Rotorwicklung und das an die Bürsten der Schleifringe Mittel angeschlossen sind, welche Blindstrom liefern, sowie dass der Stator mindestens zwei Gruppen von Polen aufweist, von welchen eine Gruppe zwei Wicklungen trägt, wobei die eine dieser Wicklungsgruppen von einer Stromquelle auf der Eingangsseite gespeist als primäre Erregerwicklung dient, während die zweite Wicklungsgruppe für die Kompensation in Serie mit dem Gleichstromkreis auf der Ausgangsseite geschaltet ist, der an Bürsten vom Kollektor angeschlossen ist.

3.) Verstärkermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei im Dreieck geschaltete Kondensatoren als Blindstromquelle dienen.

4.) Verstärkermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren derart bemessen sind, dass Resonanz zwischen der inneren Induktivität und der zugehörigen Kondensatorkapazität einer Phase besteht.

5.) Verstärkermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung des Resonanzbandes Drosselspulen in Serie mit den Kondensatoren dienen, wobei jede Gruppe von Drossel und Kondensator auf eine andere Frequenz abgestimmt sein kann.

6.) Verstärkermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren unter Zwischenschaltung von Transformatoren mit erhöhter Spannung gespeist sind.

7.) Verstärkermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten der Resonanzkreise in den Rotor eingebaut sind, sodass die Schleifringe wegfallen.

8.) Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung aus mehreren getrennten Wicklungen besteht, um eine Differentialwirkung auf den Fluss herbeizuführen bzw. um eine Rückkopplungsschaltung zu schaffen oder eine gleichgerichtete Verstärkung zu erzielen.

9.) Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den nicht bewickelten Magnetpolen der Maschine eine zusätzliche Wicklung angeordnet ist, die in Serie mit dem Ausgangskreis liegt.

10.) Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkermaschine mit einem Vorverstärker aus Röhren oder gesättigten Drosseln versehen ist, wobei eine Strom- oder Spannungsrückkopplung zwischen den Ausgang der Verstärkungsmaschine und den Eingang des Vorverstärkers geschaltet ist.