DE260950C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JKS 260950 -KLASSE 2\d. GRUPPE 49..

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. November 1911 ab.

Es sind Transformatoren bekannt, die (Fig. i) auf dem Ständer zwei elektrisch zueinander senkrechte Arbeitswicklungen c, d, auf dem Rotor eine einachsige Kurzschlußwicklung besitzen. Die beiden Ständerwicklungen sind mit je einem Ende unter sich verbunden, von diesem Verbindungspunkt e wird der Arbeitsstrom entnommen. Die freien Enden sind an Anschlußpunkte α, b des Haupttransformators

ίο gelegt. Die Wirkungsweise des Apparates ist folgende (Fig. ι und 2): Der Transformator sei mit einem Pol geerdet. An die Anschlußpunkte α und b, die beispielsweise 100 und 200 Volt Spannung besitzen mögen, ist der Drehtransformator angeschlossen, und zwar die Spule c an Punkt a, Spule d an Punkt b. Von dem Verbindungspunkt e wird der Arbeitsstrom weitergeleitet. Die Kurzschluß wicklung des Rotors wird dargestellt durch einen Kreis, ihre Achse durch den Durchmesser f.

Steht nun (Fig. 1) die Achse f in Richtung der Spule a, so kann sich in dieser Richtung kein nennenswertes Feld ausbilden, in Punkt e stellt sich also die Spannung des Punktes a (100 Volt) ein. Der ganze Strom fließt durch die Spule c, durch d nur ein Magnetisierungsstrom.

Dreht man (Fig. 2) die Achse f allmählich in die Richtung der Spule d, so kann sich jetzt in Richtung dieser Spule kein nennenswertes Feld ausbilden, in e stellt sich die Spannung des Punktes b (200 Volt) ein, der gesamte Strom fließt jetzt durch die Spule d, durch c nur Magnetisierungsstrom.

Während die Rotorachse aus der Stellung von Fig. ι in die von Fig. 2 gedreht wird, steigt die Spannung des Punktes e allmählich von der des Punktes α zu der des Punktes b (100 auf 200 Volt) an. Hierbei wandert der Arbeitsstrom, der zunächst ganz durch die Spule c floß, allmählich auf die Spule d über. In der Mittellage (vgl. Patent 231936, Fig. 2) verteilt sich der Arbeitsstrom auf beide Wicklungen gleichmäßig;

Dieser Drehtransformator hat den Vorteil, daß bereits eine gute Gleichförmigkeit der Spannungsänderung sowie des Drehmomentes in Abhängigkeit von der Stellung erreicht wird; er hat aber den Nachteil, daß in den beiden Endstellungen der gesamte Arbeitsstrom nur durch die eine oder andere Spule läuft. Letzterer Nachteil soll nun durch nachstehende Erfindung behoben werden, wobei gleichzeitig ein noch gleichförmigerer Verlauf des Drehmomentes erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird auf dem Rotor (Fig. 3) außer der bereits vorhandenen bei zweipoliger Ausführung einachsigen Kurzschlußwicklung mit der Achse f noch eine Arbeitswicklung g, die zu f elektrisch senkrecht liegt, angebracht. Die Wicklung g kann dieselbe Windungszahl erhalten wie die Spule c oder d; man führt ihr vom Haupttransformator eine Spannung zu, die der Spannungsdifferenz α, b entspricht. Es steht natürlich nichts im Wege, in an sich bekannter Weise eine andere Windungszahl und entsprechende andere Spannung zu wählen.

Die Wirkungsweise der neuen Anordnung ist folgende:

Steht der Anker α (Fig. 3) so, daß die Kurzschlußachse f in die Richtung der Spule c fällt, so kann wiederum in dieser Richtung kein nennenswertes Feld entstehen, in dem Punkt β stellt sich also die Spannung des Punktes α ein. In der anderen Achse liegen jetzt die beiden Spulen d und g. Es bildet sich hier ein derartiges Feld aus, daß in der Spule d sowohl wie in g eine E. M. K. entsteht, die der aufgedrückten Spannung (b-a) das Gleichgewicht hält. Nimmt man wiederum an, im Punkt α herrscht die Spannung 100 Volt, in b 200 Volt, die Spannungsdifferenz a-b beträgt also 100 Volt, so bestehen für den Arbeitsstrom, der in e entnommen wird, zwei Wege. Der eine führt von Erde durch die untere Transformatorenspule bis zum Punkt a, wo die Spannung 100 Volt erreicht ist, durch die Spule c hindurch, in der keine Spannungsdifferenz herrscht, so daß im Punkt e gleichfalls die Spannung 100 Volt gegen Erde besteht ; der zweite Weg geht durch die ganze Transformatorenspule bis zum Punkt e, wo 200 Volt Spannung vorhanden sind, durch die Spule d hindurch, wo eine Spannung von —-ioo Volt erzeugt wird, so daß in Punkt e auch auf diesem Wege die Spannung 100 Volt erreicht wird.

Wird nun der Anker in die Lage der Fig. 4 gedreht, so ergibt sich ein ähnliches Verhalten, nur daß jetzt ein Feld in Richtung der Spule c entsteht, in Richtung d dagegen keines; es kann daher jetzt in der Spule d keine Spannung erzeugt werden, im Punkt e herrscht also dieselbe Spannung wie im Punkt b. Auf dem Stromweg von Erde über Punkt a, Spule c zum Punkt e wird also zunächst in der Transformatorenspule bis a 100 Volt erzeugt, in der Spule c -\- 100 Volt, in Punkt e herrscht also 200 Volt; auf dem Wege von Erde über Punkt b und Spule d zum Punkt e werden im Transformator bis b 200 Volt erzeugt, in d nichts, in Punkt β herrscht also wieder 200 Volt.

Die Drehung beim Übergang von der Stellung der Fig. 3 zu der von Fig. 4 muß übrigens, wie auch bei dem Potentialregler im Patent 231936 (vgl. daselbst Fig. 2), in dem Sinne erfolgen, daß in der Mittellage zwischen diesen beiden Endstellungen die Kurzschluß achse f horizontal liegt.

Bei diesem neuen Drehtransformator verteilt sich nun der Arbeitsstrom stets gleichmäßig auf beide Spulen c und d; in Fig. 3 werden die Amperewindungen der Spule c durch die Kurzschlußwicklung f, die der Spule d durch die Arbeitswicklung g ausgeglichen, ganz ähnlich, wie sich in jedem Transformator die Arbeitsströme der Primär- und Sekundärwicklung einander ausgleichen. Nicht ausgeglichen wird dagegen der in der Spule g fließende, der Spannungsdifferenz a-b entsprechende Magnetisierungsstrom, der aber im Vergleich zu den Arbeitsströmen sehr klein ist.

Auch in der Stellung Fig. 4 verteilt sich der Arbeitsstrom je zur Hälfte auf die Spulen c und d, wobei jetzt die Amperewindungen der Spule c durch die der Spule g ausgeglichen werden, die der Spule d durch die Kurzschlußwicklung f.

Wird der Anker allmählich aus der Stellung der Fig. 3 in die Stellung der Fig. 4 überführt, so wächst die Spannung in Punkt e allmählich von der des Punktes α zu der des Punktes b an. -In allen Stellungen bleibt die Verteilung der Arbeitsströme die gleiche, indem stets eine Komponente von f und eine von g in Richtung der Spule c, die anderen Komponenten in Richtung der Spule d ausgleichend wirken.

Während daher bei dem Potentialregler nach Patent 231936 jede der beiden Statorspulen in einer Endlage den vollen Strom führt, gegenüber dem halben Strom in der Mittellage, und daher auch in den Endlagen ungefähr ein doppelt so großes Drehmoment entwickelt wird wie in der Mittellage, ist das bei dem neuen Potentialregler nicht der Fall, da. hier jede Statorspule immer nur den halben Strom führt.

Es ist ferner klar, daß der neue Potentialregler für die gleiche Leistung kleiner werden kann, da ja jede Statorspule nur für den halben Arbeitsstrom bemessen zu werden braucht; wenn auch im Anker die Arbeitsspule g hinzukommt, so bedeutet das keine Vergrößerung, da sie ja in solchen Nuten untergebracht wird, die von der Kurzschlußspule freigelassen sind.

Der Strom in der Spule g ist veränderlich je nach der Stellung des Ankers. Bezeichnet man die beiden Endpunkte der Spule g mit 1-2, so ist der Stromverlauf in der Stellung Fig. 3 in Richtung 1-2, in Fig. 4 dagegen in Richtung 2-1, wenn man, wie in beiden Figuren durch Pfeile angedeutet, einen Zeitpunkt betrachtet, in dem der Arbeitsstrom durch Punkt α sowohl wie Punkt b in die Spule c bzw. g hineintritt. Denn der Strom in Spule g muß das erste Mal (in Fig. 3) den Strom der Spule d ausgleichen. In dieser geht aber der Stromverlauf in Richtung b-e vor sich, in g muß er also 1-2 sein; in Fig. 4 soll der Strom in g den in c ausgleichen. In c geht er aber von α nach e, muß also in g von 2 nach 1 laufen.

In der Mittellage, in der die Kurzschlußachse f horizontal, Spule g also vertikal liegt, führt Spule g keinen Strom (abgesehen von dem geringen Magnetisierungsstrom). Von der Spule c wirkt eine Komponente in Richtung

von unten nach oben auf die Spule g ein, von der Spule d eine gleichgroße Komponente in Richtung von oben nach unten, beide heben einander auf, es bleibt also keine Rückwirkung auf Spule g übrig.

Beim Übergang von der einen in die andere Endlage hat also der Strom in g zunächst einen Höchstwert, nimmt allmählich ab, geht in der Mittellage (nahezu) durch Null und

ίο wächst dann im entgegengesetzten Sinne wieder zu einem Höchstwert an.

. Dieser Drehtransformator kann mit Vorteil für eine Spannungsregulierung in Verbindung mit mehreren Schaltern verwendet werden.

Die Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Außer den Anschlußpunkten α und b ist hier noch der Punkt k vorgesehen. In diesem Falle führt man die Rotorarbeitswicklung g zweckmäßigerweise mit annähernd der gleichen Windungszahl aus wie die Spulen c und d, so daß. auch der Strom in g der gleiche ist wie der in jeder Statorspule. Ferner legt man die Enden der Spule g an die äußeren Endpunkte x, y der Statorspulen c.d. Während der Drehung des Rotors sinkt, wie eben beschrieben, der Strom in g, geht durch Null, kehrt dann seine Richtung um und steigt wieder auf den ursprünglichen Wert an. Es seien die Schalter a und b geschlossen (Fig. .5). Der Stromverlauf ist dann der gleiche wie in Fig. 3. Durch den Schalter α geht in einem bestimmten Zeitpunkt die Hälfte des Arbeitsstromes durch die Spule d nach e; durch Schalter b geht die andere Hälfte des Arbeitsstromes durch Spule c nach e. Nun ist aber auch die Spule g an die Schalter a-b angeschlossen. Der Strom in ihr ist ebenso groß wie in d, also gleich dem halben Arbeitsstrom. Er fließt, wie früher gezeigt, in Richtung 1-2. Er kommt also aus dem Transformator durch Schalter b heraus und durch Schalter α wieder hinein. In dem Schalter b hat man also insgesamt zwei herausgehende Ströme, jeder gleich dem halben Arbeitsstrom ;■ im Schalter α hingegen hat man einen herausgehenden Strom und einen hereinkommenden, jeden gleich dem halben Arbeitsstrom. Beide heben einander auf, der Gesamtstrom ist also Null (abgesehen von dem schwachen Magnetisierungsstrom). In dieser Stellung des Ankers kann man also den Schalter α praktisch stromlos öffnen und ebenso den Schalter k praktisch stromlos schließen.

Ist Schalter α geöffnet, so daß nur durch

Schalter b Strom zufließen kann, so ist der Stromverlauf folgender; Der volle Arbeitsstrom tritt durch den Schalter b aus dem Transformator heraus. Er verteilt sich dann in zwei Zweige, je von dem halben. Arbeitsstrom. Der erste Zweig geht über den Punkt χ durch die Spule c zum Mittelpunkt e; der zweite Teilstrom geht von b zu dem Punkt 1 der Spule g, durch diese hindurch zum Punkt 2, fließt dann, da der Schalter a ja geöffnet ist, zum Punkt y durch die Spule d gleichfalls zum Mittelpunkt e. In diesem treffen sich also beide Teilströme und vereinigen sich wieder zu dem Gesamtarbeitsstrom.

Naturgemäß können auch mehr als drei Schalter verwendet werden.

Infolge Verschiedenheiten der Eigen widerstände der beiden Statorspulen könnte unter Umständen die Stromverteilung bisweilen eine nicht ganz gleichmäßige sein; um eine solche zu sichern, kann man einen kleinen Transformator s mit zwei Wicklungen im Windungsverhältnis 1:1 vorschalten, wobei die eine Wicklung vor die Spule c, die andere vor d geschaltet ist, und zwar in dem Sinne, daß, wenn beide Zweigströme gleich sind, die Amperewindungen in dem Hilfstransformator einander aufheben.

Die Bewegung des Ankers beim Übergang von einer Endstellung in die andere beträgt, wie beschrieben, 90° elektrisch. Hat man, während die beiden Schalter a, b geschlossen sind, diesen Winkel durchlaufen, öffnet dann Schalter α und schließt Schalter k, so muß man jetzt denselben Winkel rückwärts durchlaufen, d. h. die Bewegung des Ankers muß abwechselnd im einen und anderen Sinne erfolgen. Wird nun der Antrieb durch einen elektrischen Hilfsmotor (vgl. Fig. 6) bewirkt, so kann es vorteilhaft sein, das Umsteuern dieses Motors beim Übergang von einer Stufe auf die andere durch Hilfskontakte an den Hauptschaltern a, b, k zu bewirken.

In Fig. 6 ist diese Einrichtung schematisch dargestellt. Der Schalter α ist mit den Hilfskontakten I, V, b mit m, m' und n, n', k endlich mit v, v' versehen. Der Antriebsmotor kann mit Gleichstrom oder Wechselstrom betrieben werden, Bedingung ist nur, daß er in beiden Drehrichtungen laufen kann. In der Figur ist ein Kollektormotor dargestellt, der von der Stromquelle fi gespeist wird. Er ist mit zwei Feldwicklungen q und r versehen, die entgegengesetzten Drehsinn ergeben. Vori diesen wird jeweilig nur eine eingeschaltet. Der Antrieb des Potentialreglers durch den Motor 0 erfolgt in der Figur durch eine Schnecke s. .

Werden nun z. B. auf der ersten Schaltstufe Schalter α und b geschlossen, so geht von der Stromquelle p ein Strom über die Hilfskontakte /, V m, m' zu der Feldspule q des Antriebsmotors, dann durch den Anker 0 zurück zur Stromquelle. Der Motor dreht sich nun so, daß er die Kurzschlußachse f des Reglerankers aus der Richtung der Spulenachse c in die Richtung der Spulenachse d überführt.

Jetzt wird der Hauptschalter α geöffnet und

dafür der Hauptschalter k geschlossen. Der Stromweg von f zu der Feldspule ist jetzt an den Kontakten /, V unterbrochen, statt dessen der über die Kontakte η, η', υ, υ' geschlossen. Der Strom geht daher j etzt in die Feldspule r. Der Hilfsmotor dreht sich jetzt also umgekehrt und dreht die Kurzschluß achse f in die Anfangslage zurück. .

Sind mehr als drei Hauptschalter, also mehr

ίο als zwei Schaltstufen vorhanden, so erhält der erste und letzte Schalter je ein Paar Hilfskontakte, die übrigen je zwei Paar.

Es gehen nun zu der einen Feldspule des Antriebsmotors Stromwege über je ein Paar Hilfskontakte am Schalter 1 und 2, ferner an Schalter 3 und 4, 5 und 6 usw., zu der anderen Feldspule des Antriebsmotors Stromwege über je ein Paar Hilfskontakte an den Schaltern 2 und 3, 4 und 5, 6 und 7 usw.

Claims (4)

1. Pate nt-An sprüche:.

   i. Drehtransformator mit zwei elektrisch

   zueinander senkrechten Arbeitswicklungen im Stator und einer bei zweipoliger Ausführung, einachsigen Kurzschlußwicklung im Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine zur Achse dieser Kurzschlußwicklung senkrechte Arbeitswicklung besitzt.
2. 2. Drehtransformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorarbeitswicklung (ganz oder nahezu) mit der gleichen Windungszahl ausgeführt wird, wie jede der Statorarbeitswicklungen und mit beiden Enden an die Klemmen der Statorwicklung bzw. an die zugehörigen Schalter gelegt wird.
3. 3. Drehtransformator nach Anspruch 1, ■ dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der gleichmäßigen Stromverteilung vor die beiden Statorspulen ein Ausgleichtransformator mit dem Windungsverhältnis 1:1 geschaltet wird.
4. 4. Drehtransformator nach Anspruch 1 mit Antrieb durch einen Hilfsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Schaltstufen die Schalter mit Hilfskontakte η versehen werden, um den Antriebsmotor des Drehtransformators für die jeweilige Drehrichtung, die der betreffenden Schaltstufe entspricht, selbsttätig umzuschalten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.