DE260647C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 260647 KLASSE 21 d. GRUPPE

Kreisender Umformer mit Sparschaltung. Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. Februar 1911 ab.

Um aus einem Netze von bestimmter Spannung eine Teilspannung zu entnehmen, verwendet man Gleichstrommaschinen, die mit Spaltpolen oder geteilten Polen und Hilfsbürsten versehen sind. Die Hauptspannung wird hierbei den Hauptbürsten zugeführt, die Teilspannung wird von Hilfsbürsten entnommen. Ein Teil der Ankerwindungen arbeitet hierbei als Motor, der andere Teil als Generator.

Die Spaltpole sind dabei zweckmäßig mit Verbundwicklungen versehen. Hierdurch wird eine selbsttätige Einstellung der Magnetfelder der Maschine in Abhängigkeit von der Belastung erzielt, und es läßt sich eine bestimmte Abhängigkeit der Motorspannung vom Sekundärstrome erreichen.

Solche Maschinen zum Spannungsumformen werden namentlich zur Speisung von Bogenlampen verwendet, ohne daß dabei Stabilisie-

ao rungswiderstände erforderlich sind. Ihre Anwendung empfiehlt sich besonders in dem Falle, wenn zur Speisung der Lampen nur ein Netz zur Verfügung steht, dessen Spannung die erforderliche Lampenspannung erheblich überwiegt.

Das Verhältnis der Primär- und Sekundärspannung wird hierbei durch die Unterteilung der Spaltpole gegeben, die Beziehung zwischen Sekundärstrom und Sekundärspannung wird durch die Anordnung der erwähnten Verbund-Wicklungen eingestellt.

Im folgenden bezeichnet das Wort »Pol« stets eine der einzelnen Abteilungen eines Spaltpoles. Wenn daher von einem »Motorpole« gesprochen wird, so ist damit der eine Teil eines Spaltpoles gemeint. Der magnetische Fluß eines derartigen Poles wirkt motorisch auf die zugehörigen Ankerwindungen. Sinngemäß erklärt sich die Bezeichnung »Generatorpol«. Die in den generatorisch wirkenden Ankerwindungen erzeugte E. M. K. ist demnach größer als die Spannung, die von Seiten des Netzes auf diesen Teil der Ankerwindungen entfällt.

Bei den bekannten Maschinen sind nun die Pole so angeordnet, daß die Motorpole nebeneinanderliegen, ebenso die Generatorpole. Man kann sich eine vierpolige Maschine dieser Art aus einem Motorgenerator-Umformer mit getrennten Ankern und getrennten Polsystemen dadurch entstanden denken, daß man beide Maschinen aufschneidet und in der Weise zusammensetzt, daß auf die beiden Pole des Motors die beiden Pole des Generators folgen.

Die eine der beiden Hauptbürsten, die an der Netzspannung liegen, steht hierbei zwischen den Motorpolen, die ändere Hauptbürste zwischen den Generatorpolen. Die Hilfsbür-

sten, denen die Teilspannung entnommen wird, stehen zwischen je einem Motor- und Generatorpole.

Diese bekannte Anordnung der Pole macht die Anwendung eines Ringankers notwendig, damit die Sekundärspannung ohne Bürstenverschiebung durch Änderung der Kraftflüsse der Motor- und Generatorpole geregelt werden kann, eines Ankers also, in dem nur eine

ίο Seite einer jeden Spule der Einwirkung der magnetischen Kraftflüsse der Pole unterliegt. Der Gegenstand der Erfindung unterscheidet sich von diesen bekannten Maschinen dadurch, daß längs des Ankerumfanges auf jeden Motorpol ein Generatorpol folgt. Die Hauptbürsten beider Polaritäten liegen jetzt zwischen je einem Motor- und einem Geheratorpol. Die Hilfsbürsten liegen ebenfalls zwischen je einem Motor- und Generatorpol.

Diese neue Anordnung der Pole gibt die Möglichkeit, einen Trommelanker zu verwenden. Die Verwendung eines solchen ist ein Hauptkennzeichen der vorliegenden Erfindung.
Will man eine derartige Maschine wie vorher aus einem Motorgenerator-Umformer entwickeln, so muß man jetzt die Pole des Generators zwischen die Pole des Motors schieben. Dementsprechend werden die zugehörigen Ankerleiter angeordnet.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß man mit einer geringeren Zahl von Hilfsbürstensätzen auskommt. In einer vierpoligen Maschine (zwei Spaltpole) mit normaler Schleifenwicklung ist nur ein Satz von Hilfsbürsten notwendig. Der generatorisch wirkende Teil der Ankerwindungen liegt hierbei zwischen Haupt- und Hilfsbürste. Dementsprechend braucht man bei einer achtpoligen Maschine mit normaler Schleifenwicklung zwei Sätze miteinander verbundener Hilfsbürsten in symmetrischer Anordnung, d. h. der eine Satz liegt dem anderen gegenüber. Bei einer zwölfpoligen Schleifenwicklung braucht man sechs Hauptbürstensätze und nur drei Hilfsbürstensätze. Bei einer achtpoligen Wellenwicklung braucht man zwei oder vier Hauptbürstensätze in bekannter Anordnung und einen oder zwei Hilfsbürstensätze. Bei Verwendung von zwei Hilfsbürstensätzen werden sich diese auf dem Kommutator diametral gegenüberliegen. In allen Fällen durchfließt der Hilfsbürstenstrom nur eine Hälfte der Ankerwindungen (oder weniger, je nach der Unterteilung der Spaltpole), während bei den bekannten Anordnungen von den Hilfsbürsten den beiden von den Hauptbürsten gebildeten Ankerabteilungen Strom entnommen wird.

Man kann also jede Art von Trommelwicklung verwenden, die sich für eine normale Dynamomaschine eignet. Die Anzahl der Hauptpole muß dabei mit der Anzahl der geteilten Pole in der neuen Maschine übereinstimmen. Wenn z. B. ein jeder Spaltpol in zwei Pole geteilt und die Anzahl der Spaltpole vier ist, so muß die Ankerwicklung der Wicklung einer normalen vierpoligen Maschine entsprechen.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Maschine mit acht Polen.

Der Anker der Maschine ist mit α bezeichnet, die Hauptbürsten mit b -j- und b —, die Hilfsbürste durch ß, das Joch der Maschine mit y, die Motorpole mit m, die Generatorpole mit g. Die Polaritäten dieser Pole sind durch N und S angedeutet. Jeder Motorpol trägt zwei Feldwicklungen h und t, jeder Generatorpol drei Wicklungen w, c, d. Die Klemmen des Hauptnetzes sind mit k -f- und k — bezeichnet; bei fi sind Bogenlampen eingeschaltet gedacht. In dem dargestellten Beispiele ist die Breite der Generatorpole kleiner als die der Motorpole. Die verschiedenen Feldwicklungen sind so angeordnet, daß der Kraftfluß durch je einen Motor- und Generatorpol zusammen bei allen Belastungen annähernd konstant ist. Die Drehzahl der Maschine ist daher, konstante Primärspannung vorausgesetzt, ebenfalls bei allen Belastungen annähernd konstant. Die Windungszahl der Feldwicklungen ist so gewählt, daß beim Wachsen der go Belastung der Kraftfluß eines jeden Generatorpoles abnimmt, nach einem Gesetze, das der gewünschten Abhängigkeit der Sekundärspannung vom Sekundärstrome entspricht.

Die Schaltung der einzelnen Feldwicklungen ist aus der Zeichnung zu ersehen. Die Wicklungen h liegen zwischen der positiven Hauptklemme und der Hilfsbürste. Beim Steigen des Lampenstromes und gleichzeitigen Fallen der Sekundärspannung wächst die Spannung zwischen b + und ß. Es nimmt also die Zahl der Amperewindungen der Spulen h zu, In gleicher Weise wirken die Spülen t, die an die negative Hauptbürste b — gelegt sind. Der Strom in den Spulen t entspricht der Differenz des Lampenstromes und des zugeführten Stromes. Beim Fallen der Sekundär- ' spannung wächst die Belastung der Maschine, der zugeführte Strom sinkt, und der Strom in den Spulen t wächst daher rasch an. Der Kraftfluß der Motorpole wird daher beim Sinken der Sekundärspannung verstärkt.

Von den drei Wicklungen, die auf jeden Generatorpol aufgebracht sind, wirken zwei, nämlich w und d, magnetisierend. Die Wicklung w wird von der Hauptspannung gespeist, ihre magnetomotorische Kraft ist daher bei allen Belastungen konstant. Die Wicklung ä liegt an der positiven Hauptbürste b -f und hat ihre größte Wirkung bei voller Belastung. Diese Wicklung wirkt also den entmagnetisierenden Amperewindungen des Ankers ent-

gegen. Die Wicklung c wirkt entmagnetisierend und ist mit der Spule t hintereinander geschaltet. Ihre entmagnetisierende Wirkung steigt beim Anwachsen des Lampenstromes und dementsprechenden Sinken der Sekundärspannung sehr rasch. Hierdurch wird bei einem Kurzschlüsse auf der Sekundärseite ein zu hohes Anwachsen des Stromes verhindert. Ebenso wird die Wirkung der Spule d geringer

ίο beim Sinken des aufgenommenen Stromes. Durch das Zusammenwirken aller dieser Spulen wird die gewünschte Abhängigkeit der Sekundärspannung vom Sekundärstrome erreicht, ohne daß sich die Drehzahl des Ankers än-

ig dert. Die Stromstärke der Spulen w läßt sich mit Hilfe eines regelbaren Widerstandes nach Belieben verändern.

Natürlich kann man auch einen zweiten Hüfsbürstensatz auf dem Kommutator anordnen, der dem Bürstensatze β diametral gegenüberliegt. Hierdurch wird man in vielen Fällen die Länge des Kommutators herabsetzen können.

Die Anordnung der Feldwicklungen kann auch eine andere sein wie bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.

Die Unveränderlichkeit der Drehzahl ist

namentlich von Bedeutung, wenn die Maschine zur Speisung einer Bogenlampe dient, da man in diesem Falle besonderes Interesse daran hat, die günstigste Kurve, welche die Abhängigkeit von Sekundärspannung und Sekundärstrom darstellt, trotz der außerordentlich schnellen Änderungen des Lichtbogens mögliehst genau einzuhalten. Wenn die Drehzahl der Maschine mit der Belastung schwankt, so wird sich natürlich der Einfluß der mechanischen Trägheit störend geltend machen.

Auf einen Vorteil, der sich aus der vorliegenden Anordnung der Pole ergibt, sei noch besonders hingewiesen: Die magnetischen Zugkräfte, die auf den Anker einwirken, heben sich bei allen Belastungen vollständig auf. Bei der bekannten Anordnung mit nebeneinanderliegenden Generator- und nebeneinanderliegenden Motorpolen wird bei bestimmten Belastungen eine sehr starke einseitige magnetische Zugkraft von den Polen auf den Anker ausgeübt, die ein Heißlaufen des Lagers und eine beträchtliche Vermehrung der Lagerreibungsverluste verursachen kann.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Kreisender Umformer mit Sparschaltung zur Entnahme einer Teilspannung aus einem Netze mit höherer Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Ankerumfangs eines Trommelankers auf jeden Generatorpol des Feldmagneten immer ein Motorpol folgt, und daß sowohl die Hauptbürsten als auch die Hilfsbürsten je zwischen einem Motorpole und einem Generatorpole liegen.

2. Umformer nach Anspruch 1 mit Spaltpolen, dadurch gekennzeichnet, daß letztere so unterteilt sind und erregt werden, daß der eine Teil eines jeden Spaltpoles in Verbindung mit den zugehörigen Ankerwindungeii als Generator Strom liefert, während der andere Teil des Spaltpoles mit den zugehörigen Ankerwindungen die Maschine als Motor antreibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.