DE209283C

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Description

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TÄTSEKLTCHESTÄTSEKLTCHES

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

^ENTSCHRIFT^ ENCRYPTED

- JV* 209283 KLASSE 21 tf. GRUPPE- JV * 209283 CLASS 21 tf. GROUP

CROMPTON & COY. LIMITED,CROMPTON & COY. LIMITED,

Kreisender Umformer.Rotating converter.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Mai 1908 ab.Patented in the German Empire on May 13, 1908.

Es sind Anordnungen bekannt geworden, welche bei Gleichstromankern als Spannungsteiler dienen. Diese Anordnungen bestehen darin, daß z. B. bei einer Zweipolmaschine außer den beiden stets in der Neutralebene vorhandenen Bürsten eine oder mehrere unter sich kurzgeschlossene Bürsten angebracht sind, welche gegen eine der Hauptbürsten eine Spannung ergeben, die zwischen der Span-ίο nung der Hauptbürsten liegt. Um funkenfreies Aufliegen der dritten Bürste oder des Bürstenpaares zu ermöglichen, hat man dabei die Pole geteilt, \vodurch die Möglichkeit gewonnen wurde, die Pole verschieden stark zu erregen. Auf diese Weise kann man erreichen, daß der eine Teil der Ankerwicklung als Motor, der andere als Stromerzeuger wirkt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine besondere Schaltung solcher Maschiao nen. Es werden nämlich die Generatorfeldmagnete in Reihenschluß zu den Kurzschlußbürsten geschaltet und die Wicklungsverhältnisse derart ge\vählt, daß die Ankerrückwirkung kompensiert und der Strom zwischen den Kurzschlußbürsten beherrscht wird. Gleichzeitig wird aber ein Spannungsabfall in der Sekundärspannung' hervorgebracht, welcher mit dem Sekundärstrom wächst.Arrangements have become known which act as a voltage divider for direct current armatures to serve. These arrangements consist in that, for. B. with a two-pole machine except for the two always in the neutral plane existing brushes one or more brushes short-circuited among themselves attached are, which result in a tension against one of the main brushes, which between the span ίο the main brushes. To ensure that the third brush or the To enable a pair of brushes, the poles have been divided, thus the possibility has been gained was to excite the poles to different degrees. In this way one can achieve that one part of the armature winding acts as a motor, the other as a generator. The present invention now relates to a particular circuit for such Maschiao nen. This is because the generator field magnets are connected in series with the short-circuit brushes switched and the winding ratios selected in such a way that the armature reaction compensated and the current between the short-circuit brushes is controlled. Simultaneously but a voltage drop is produced in the secondary voltage ', which grows with the secondary current.

Eine besondere Ausführungsform ergibt sich, wenn der Stromerzeugerfeldmagnet eine selbsterregte Nebenschlußwicklung an einem Pol und eine getrennt erregte Wicklung am anderen Pol besitzt; alsdann können die Verhältnisse so gewählt werden, daß der Strom in dem Sekundärkreis auf einem konstanten Wert erhalten wird, und daß gleichzeitig' das Verhüten eines Stromes zwischen den Kurzschlußbürsten unterstützt wird, wenn man die Sekundärwicklung kurzschließt.A special embodiment results when the power generator field magnet is a Self-excited shunt winding on one pole and a separately excited winding on owns another pole; then the ratios can be chosen so that the current in the secondary circuit is maintained at a constant value, and that at the same time 'prevention a current between the short-circuit brushes is supported if the secondary winding is short-circuited.

Es mag hervorgehoben werden, daß eine wesentliche Voraussetzung für die Erfindung ist, daß die Maschine eine einfache Ringwicklung besitzt, weil bei einer Anordnung mit Trommelwicklung' eine Einwirkung auf die Sekundärspannung sich nicht erzielen läßt.It should be emphasized that an essential requirement for the invention is that the machine has a simple ring winding, because in an arrangement with Drum winding 'an effect on the secondary voltage can not be achieved.

Wenn bei solchen Maschinen, welche nicht nur mit geteilten Polen ausführbar sind, sondern auch derart sein können, daß die magnetischen Kreise der Motorpole vollständig von dem magnetischen Kreis der Generatorpole getrennt sind, Strom von dem Sekundärteil der Maschine entnommen wird, so tritt ein starker Lokalstrom zwischen den Kurzschlußbürsten auf, selbst wenn z\vischen der negativen Hauptbürste z. B. und den Kurzschlußbürsten sehr geringe Spannungsdifferenzen herrschen, was man durch gleichmäßige Verring'erung der magnetomotorischen Kräfte an jedem Pol¹ erreicht. Dieser Lokalstrom wird vermindert, wenn die Spannungsdifferenz auf der Sekundärseite wächst, was durch gleichmäßige Steigerung der magnetomotorischen Kräfte an den Generatorpolen erzielt wird, wiewohl der Strom an der Sekundärseite sich gleichbleibt; der Lokalstrom verschwindet aber endlich, wenn die SekundärspannungIf in such machines, which are not only executable with split poles, but can also be such that the magnetic circuits of the motor poles are completely separated from the magnetic circuit of the generator poles, current is drawn from the secondary part of the machine, a strong local current occurs between the short-circuit brushes, even if z \ vischen the negative main brush z. B. and the short-circuit brushes, there are very small voltage differences, which is achieved by evenly reducing the magnetomotive forces at each pole ¹ . This local current is reduced when the voltage difference on the secondary side increases, which is achieved by a uniform increase in the magnetomotive forces at the generator poles, although the current on the secondary side remains the same; but the local current finally disappears when the secondary voltage

einen bestimmten Wert erreicht hat. Steigert man die Sekundärspannung über diesen Wert, so kehrt sich der Stromsinn um, fließt also in entgegengesetzter Richtung" zwischen den Kurzschlußbürsten.has reached a certain value. If the secondary voltage is increased above this value, so the sense of current is reversed, so flows in the opposite direction "between the Short-circuit brushes.

Dieser Lokalstrom rührt her von der Ankerrückwirkung, denn wenn die Maschine belastet ist und die Spannungsdifferenz am Sekundärteil gering ist, so muß der Strom im Stromerzeugerteil des Ankers groß sein gegen den Strom im Motorteil des Ankers. Die magnetomotorische Kraft des stromerzeugenden Teiles des Ankers kann deshalb erheblich höher als die magnetomotorische Kraft im Motorteil des Ankers ausfallen.This local current is due to the armature reaction, because when the machine is loaded and the voltage difference at the secondary part is small, the current in the power generator part of the armature be large against the current in the motor part of the armature. The magnetomotive The force of the power-generating part of the armature can therefore be considerably higher than the magnetomotive force in the motor part of the Anchors fail.

Beide magnetomotorischen Kräfte wirken gegeneinander, und wenn man ihre Resultante dem Feldsystem überlagert, so wirkt sie der magnetomotorischen Kraft des Motorpoles entgegen und unterstützt die des Stromerzeugerpoles auf einer Seite der Hauptbürsten, während das Entgegengesetzte auf der anderen Seite der Hauptbürsten vor sich geht. Folglich erhält die Kurzschlußbürste auf der Seite, wo die magnetomotorische Kraft des Stromerzeugerpoles vergrößert worden ist, eine höhere Spannung als die andere ■Kurzschlußbürste. Dies bewirkt aber einen Lokalstrom zwischen beiden Bürsten.Both magnetomotive forces act against each other, and if you consider their resultant superimposed on the field system, the magnetomotive force of the motor pole acts counteracts and supports that of the generator pole on one side of the main brushes, while the opposite is going on on the other side of the main brushes. Consequently receives the short-circuit brush on the side where the magnetomotive force of the generator pole has been enlarged, a higher voltage than the other ■ short-circuit brush. However, this causes a local current between the two brushes.

' Ist die magnetomotorische Kraft des Motorteiles des Ankers größer als die des Generatorteiles, so fließt der Strom in umgekehrter Richtung. Aber dieser Lokalstrom hat folgende. Nachteile:'' If the magnetomotive force of the motor part of the armature is greater than that of the generator part, so the current flows in the opposite direction. But this local stream has the following. Disadvantage:

i. läßt er die Geschwindigkeit des Ankers sich zwischen weiten Grenzen ändern,i. he lets the speed of the anchor vary between wide limits,

2. verursacht er unter gewissen Umständen eine Funkenbildung an der einen oder anderen Kurzschlußbürste,2. Under certain circumstances it causes a spark on one or the other Short circuit brush,

3. hat er unter gewissen Umständen die Neigung, das gewünschte Verhältnis zwischen Strom und Spannung an der Sekundärseite zu stören,3. Under certain circumstances he has a tendency to achieve the desired relationship between Disturb current and voltage on the secondary side,

4. aber kann er ebenfalls unter gewissen Umständen die Maschine
bringen.4. But under certain circumstances he can also use the machine
bring.

Wird aber der Lokalstrom in geeigneter Weise geregelt, so zeigt er folgende Vorteile:However, if the local current is regulated in a suitable manner, it has the following advantages:

1. kann er dazu dienen, die Geschwindigkeit zu regeln,1. can it be used to regulate the speed,

2. das Auftreten der Funkenbildung an einer der Kurzschlußbürsten zu verhüten,2. to prevent the occurrence of sparks on one of the short-circuit brushes,

3. das ge\vünschte Verhältnis zwischen Sekundärstrom und Sekundärspannung besser herbeizuführen, und3. the desired ratio between the secondary current and to better bring about secondary voltage, and

4. das gefährliche Durchgehen unmöglich zu machen.4. To make the dangerous run-through impossible.

Wenn bei der Maschine der magnetische -Kreis des Motorteiles magnetisch mit dem tnagnetischen Kreis des Stromerzeugerteiles vereinigt ist, so bleiben die Ergebnisse im wesent-If on the machine the magnetic circuit of the motor part is magnetic with the magnetic Circle of the power generator part is united, the results remain essentially

zum Durchgehen liehen dieselben. Es bietet deshalb keinen besonderen Vorteil, den Motorteil des Magnetkreises von dem Stromerzeugerteil zu sondern.borrowed them to run through. It therefore offers no particular advantage to the motor part of the magnetic circuit from the power generator part to separate.

Gemäß vorliegender Erfindung kann man eine Maschine bauen, welche, gleichviel ob der magnetische Kreis des Motorteiles von dem des Stromerzeugerteiles beeinflußt wird oder nicht, gleichbleibenden Strom an den Sekun-· därklemmen bei veränderlicher Spannungsdifferenz liefert, vorausgesetzt, daß sie die geeigneten Wicklungen, welche noch zu beschreiben sind, besitzt.According to the present invention you can build a machine which, regardless of whether the magnetic circuit of the motor part is influenced by that of the power generator part or not, constant current at the secondary terminals with a variable voltage difference supplies, provided that they have the appropriate windings, which are yet to be described are owns.

Mithin ist Gegenstand der Erfindung, eine Maschine der im Eingang erwähnten Art mit Mitteln auszurüsten, welche die Stärke des Lokalstromes zwischen den Kurzschlußbürsten regeln und beherrschen und gleichzeitig einen Abfall in der Sekundärspannung hervorbringen, welcher dem Wachstum des Sekundärstromes proportional ist. Weiter ist Gegenstand der Erfindung eine Ausführungsform, welche eine sich selbsttätig ändernde Spannungsdifferenz im Sekundärteil hat, annähernd gleichbleibenden Strom hervorbringt und gleichzeitig den Lokalstrom regelt, um dadurch die erstrebten Ergebnisse zu erzielen.The invention therefore relates to a machine of the type mentioned in the introduction To equip means, which the strength of the local current between the short-circuit brushes regulate and control and at the same time bring about a drop in the secondary voltage, which is proportional to the growth of the secondary current. Next is the subject of the invention an embodiment which an automatically changing voltage difference in the secondary part, produces an almost constant current and at the same time regulates the local current in order to thereby achieve the desired results.

Die Erfindung ist in zwei Figuren dargestellt. The invention is shown in two figures.

Die zweipolige Maschine in Fig. 1 besitzt Stromerzeugerpole η und J mit den Wicklungen H und /. Außerdem können noch Nebenschlußwicklungen vorhanden sein. N und S sind die Motorpole, α und b die Hauptbürsten, c und d die Kurzschlußbürsten. Py und Sy sind die Primär- und Sekundärklemmen, F und G endlich Nebenschlußwicklungen auf dem Motorpol.The two-pole machine in Fig. 1 has power generator poles η and J with the windings H and /. Shunt windings may also be present. N and S are the motor poles, α and b the main brushes, c and d the short-circuit brushes. Py and Sy are the primary and secondary terminals, F and G are finally shunt windings on the motor pole.

Die Stromerzeugerpole η und s haben, wie erwähnt, eine Hauptwicklung' H I₁ die mit den Kurzschlußbürsten in Reihe geschaltet ist. Der Anschluß des Sekundärstromkreises liegt bei einem Punkt e zwischen den Hauptwicklungen H und I. Letztere sind so angeordnet, daß, wenn ein Lokalstrom zwischen den Kurzschlußbürsten c und d auftritt, die vorhandene magnetomotorische Kraft an dem einen Stromerzeugerpol durch die Wicklung I geschwächt, an dem anderen Stromerzeugerpol durch die Wicklung H verstärkt wird. Hierdurch aber kommt eine Differenzwirkung zustande, welche bei richtiger Schaltung der Wicklungen das Bestreben hat, die Wirkungen der resultierenden Ankerrückwirkung zu unterdrücken und den Lokalstrom bis auf einen gewünschten Betrag zu vermindern. Gleichzeitig" können die Wicklungen so gewickelt sein, daß sie dem ,Stromerzeugerfeld entgegenwirken und einen sekundären Spannungsfall hervorbringen, welcher mit dem Sekundärstrom wächst.The power generator poles η and s have, as mentioned, a main winding ' HI ₁ which is connected in series with the short-circuit brushes. The connection of the secondary circuit is at a point e between the main windings H and I. The latter are arranged so that when a local current occurs between the short-circuit brushes c and d , the existing magnetomotive force at one generator pole is weakened by the winding I at which other power generator pole is reinforced by the winding H. However, this creates a differential effect which, if the windings are correctly connected, tends to suppress the effects of the resulting armature reaction and to reduce the local current to a desired amount. At the same time, the windings can be wound in such a way that they counteract the generator field and produce a secondary voltage drop which increases with the secondary current.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Maschine, bei welcher die stromerzeugenden Pole Reihenschluß-Fig. 2 shows a similar machine in which the power-generating poles are series-connected

wicklungen, wie in Fig. ι beschrieben, besitzen. Im Verein hiermit wirkt eine getrennt erregte Nebenschlußwicklung K auf einen Stromerzeugerpol und eine sich selbst erregende Nebenschlußwicklung L auf den anderen Stromerzeugerpol, während die Nebenschlußwicklungen F und G der Motorpole an die Hauptbürsten α und die Kurzschlußbürsten oder in anderer geeigneter Schaltung angeschlossen sind.windings as described in Fig. ι own. In conjunction with this, a separately excited shunt winding K acts on one generator pole and a self-exciting shunt winding L acts on the other generator pole, while the shunt windings F and G of the motor poles are connected to the main brushes α and the short-circuit brushes or in another suitable circuit.

AVird der Sekundärteil kurzgeschlossen, oder ist die Sekundärspannung sehr klein, so wird die resultierende Ankerrückwirkung, die sich aus der Differenz der magnetomotorischen Kräfte des Generator- und Motorteiles des Ankers ergibt, wie früher gezeigt, die magnetomotorische Kraft eines Stromerzeugerpoles verstärken und die des anderen Stromerzeugerpoles schwächen. Auf dem ersten Pol wird die Wicklung L aufgebracht und auf den letzteren die Wicklung K. Weil nun aber die magnetomotorische Kraft der Wicklung L bei Kurzschluß bis auf Null verringert wird, so wird die Ankerrückwirkung zu einem großen Teil kompensiert und Lokalstrom zwischen den Kurzschlußbürsten verhütet. Weil weiter die magnetomotorische Kraft der Wicklung L der Sekundärspannung proportional ist, so wird der Strom, praktisch gesprochen, sich gleichbleiben.A If the secondary part is short-circuited or the secondary voltage is very low, the resulting armature reaction, which results from the difference between the magnetomotive forces of the generator and motor parts of the armature, as shown earlier, will increase the magnetomotive force of one generator pole and that of the other generator pole weaknesses. The winding L is applied to the first pole and winding K to the latter. But because the magnetomotive force of the winding L is reduced to zero in the event of a short circuit, the armature reaction is largely compensated and local current between the short circuit brushes is prevented. Furthermore, because the magnetomotive force of the winding L is proportional to the secondary voltage, the current will, practically speaking, remain the same.

Der Grund läßt sich an Hand der Fig. 3 leicht einsehen. Das gewünschte Verhältnis zwischen dem Sekundärstrom und der Spannungsdifferenz zeigt die Kurve A an. Wenn die Stromerzeugerpole nur die getrennt erregte Wicklung K ohne die selbsterregte Wicklung L besitzen, so nimmt die Kurve die Form der punktierten Linie B an. Wenn anderseits die Stromerzeugerpole wohl die selbsterregte Wicklung L, aber nicht die getrennt erregte Wicklung K besäßen, so würde die Kurve die Form von C annehmen. .Sind aber beide Wicklungen K und L vorhanden und entsprechend bemessen, so ist das Ergebnis die Kurve A. The reason can easily be seen from FIG. 3. Curve A shows the desired relationship between the secondary current and the voltage difference. If the generator poles have only the separately excited winding K without the self-excited winding L , the curve takes the form of the dotted line B. If, on the other hand, the generator poles had the self-excited winding L but not the separately excited winding K , then the curve would take the form of C. However, if both windings K and L are present and dimensioned accordingly, the result is curve A.

Die Generatorpole sind, wie oben erwähnt, mit je einer Hauptwicklung· H und I in Reihe mit den Kurzschlußbürsten ausgestattet. Der Anschluß, an den Sekundärstromkreis geschieht bei e zwischen den Hauptwicklungen H und I. Wenn nun ein Lokalstrom zwischen den Kurzschlußbürsten d und c auftritt, so werden die magnetomotorischen Kräfte an einem Stromerzeugerpol durch die Wicklung / verringert, am anderen aber durch die Wicklung H verstärkt. Hierdurch kommt eine Differenzwirkung zustande, welche bei richtiger Schaltung der Spulen die Wirkungen der resultierenden Ankerrückwirkung unterdrückt und dadurch den Lokalstrom auf irgendeinen Wert herunterbringt.As mentioned above, the generator poles are each equipped with a main winding · H and I in series with the short-circuit brushes. The connection to the secondary circuit takes place at e between the main windings H and I. If a local current occurs between the short-circuit brushes d and c , the magnetomotive forces at one generator pole are reduced by the winding /, but are increased at the other by the winding H. . This creates a differential effect which, if the coils are switched correctly, suppresses the effects of the resulting armature feedback and thereby brings the local current down to any value.

Ein Beispiel möge dies erläutern. Eine Maschine habe eine Nutzleistung von 55 Volt und 100 Ampere. Wenn der Strom im Stromerzeugerteil des Ankers größer als im Motorteil ist, so ist die Richtung der Ankerrückwirkung die der Fig. 4. Sie ist bestrebt, den rechts gelegenen Stromerzeugerpol j zu stärken, den links gelegenen η aber zu schwächen. Diese Wirkung wächst umgekehrt wie die Sekundärspannung, und wenn die selbsterregte Wick- 70 lung L auf der rechten Seite auf den Stromerzeugerpol s aufgebracht wird, so wird dieser Pol nach Maßgabe der Verminderung der Sekundärspannung geschwächt, d. h. er wirkt dem Stärkungseffekt, \velchen der Anker hervorbringt, entgegen. Die Wicklung K würde links auf dem Stromerzeugerpol η aufzubringen sein.Let an example explain this. A machine has a net power of 55 volts and 100 amps. If the current in the generator part of the armature is greater than in the motor part, the direction of the armature reaction is that of FIG. 4. It seeks to strengthen the generator pole j on the right, but weaken the η on the left. This effect grows inversely proportional to the secondary voltage, and when the self-excited Wick- 70 lung L on the right side on the Stromerzeugerpol s is applied, this pole is weakened in accordance with the decrease in the secondary voltage, which means it affects the reinforcement effect, \ velchen the armature brings forth, against. The winding K would have to be applied to the power generator pole η on the left.

Nun ist klar, daß, falls man der Ankerrückwirkung gestattet, den rechten Stromerzeugerpol j zu verstärken, die Spannung der Bürste d größer sein würde als die der Bürste c und daß mithin ein Lokalstrom von d nach c fließen würde. Wenn dies aber geschieht, so würde dieser Lokalstrom die Hauptschlußwicklungen / und H so erregen, daß ebenfalls der Ankerrückwirkung entgegengewirkt würde. Der technische Vorteil, welchen diese Wicklungen bieten, läßt sich auch aus dem Stromschema der Fig. 4 entnehmen. Gesetzt, ein Lokalstrom beginne von der Bürste d zur Bürste c zu fließen, und zwar über die Reihenschlußwicklungen / und H, so würde dieser Strom dadurch, daß er den Anker durchfließt, in diesem eine magnetomotorische Kraft in horizontaler Richtung längs der Ebene der Kurzschlußbürsten hervorrufen. Die Polarität dieser magnetomotorischen Kraft wird aber dem Hauptfeld, in welchem der Anker läuft, entgegenwirken und es schwächen, und das mit dem Ergebnis, daß die Geschwindigkeit steigt und die Maschine in gefährlicher Weise »durchzugehen« beginnt. Umgekehrt, wenn ein Lokalstrom von c nach d fließt, so würde eine magnetomotorische Kraft entstehen, welche das Hauptfeld verstärkt. Die Geschwindigkeit aber würde infolgedessen vermindert. Kurz, die Erfahrung hat durch zahlreiche Versuche erwiesen, daß eine Maschine dieser Art unbrauchbar und absolut unsicher ist, sofern nicht der Lokalstrom zwischen den Kurzschlußbürsten mittels solcher Windungen geregelt wird.It is now clear that if the armature reaction is allowed to amplify the right current generator pole j, the voltage of the brush d would be greater than that of the brush c and that consequently a local current would flow from d to c. If this happens, however, this local current would excite the main short-circuit windings / and H in such a way that the armature reaction would also be counteracted. The technical advantage offered by these windings can also be seen from the circuit diagram in FIG. Assuming that a local current begins to flow from brush d to brush c via the series windings / and H, this current, by flowing through the armature, would cause a magnetomotive force in the armature in the horizontal direction along the plane of the short-circuit brushes . The polarity of this magnetomotive force, however, will counteract the main field in which the armature runs and weaken it, with the result that the speed increases and the machine begins to "run away" in a dangerous way. Conversely, if a local current flows from c to d , a magnetomotive force would arise, which intensifies the main field. However, the speed would be reduced as a result. In short, experience has shown through numerous tests that a machine of this type is unusable and absolutely unsafe unless the local current between the short-circuit brushes is regulated by means of such windings.

Als Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber eine zweipolige Maschine gewählt worden, doch läßt sich die Erfindung auch für Maschinen mit mehreren Polen verwenden.For the sake of simplicity, a two-pole machine has been chosen as the exemplary embodiment has been, but the invention can also be used for machines with multiple poles.

Claims

Patent Claims:

i. Rotating converter with a simple ring armature that is connected by short-circuited Brushes in a motor and a gene-

ratorteil is divided, and with a motor and generator field magnet corresponding to these parts, characterized in that the generator field magnets (n, s) have coils (H, I) connected in series with the short-circuit brushes (c, d) , so that the armature reaction is compensated and the flow between the short-circuit brushes (c, d) is regulated, but at the same time a drop in the secondary voltage is produced, which increases with the secondary current.

2. Machine according to claim i, characterized in that the generator field magnet is wound on one pole (s) with a self-excited shunt winding (L) and on the other Vo \ (n) with a separately excited winding (K) so that the current is maintained at a constant value in the secondary circuit and at the same time a current between the short-circuit brushes (c, d) is prevented as much as possible when the secondary winding is short-circuited.

1 sheet of drawings.