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Dynamoelektrischer Umformer, dessen Hauptpole mit einzeln oder gemeinsam
erregbaren, festen Ansätzen gleicher Polarität versehen sind (Spaltpolumformer).
Die Erfindung betrifft einen rotierenden Umformer zum Umwandeln von Gleichstrom
in Wechselstrom beliebiger Frequenz, oder umgekehrt, oder auch von Wechselstrom
in solchen anderer Spannung oder anderer Periodenzahl, oder auch von Gleichstrom
konstanter Spannung in solchen von veränderlicher Spannung, oder umgekehrt.
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Die neue Maschine ist mit einem Felde nach Art der bekannten Spaltpolumformer
versehen, das aus Hauptpolen N bzw. S, (Fig. x) mit Polansätzen n
n bzw. s s gleicher Polarität besteht, die einzeln oder gemeinsam derart
erregt werden, daß in zwei bzw. mehreren getrennt liegenden, verschiedenpoligen
Läuferwicklungen wl, w, elektromotorische Kräfte entstehen. Die Erfindung besteht
nun in einer Einrichtung zur beliebigen Veränderung. des Spannungsverhältnisses
zwischen den Primär- und Sekundärstromkreisen oder bei einem Mehrfachstromerzeuger
zwischen zwei oder mehreren Stromkreisen durch mechanische Verschiebung von besonderen
Eisenstücken im Kraftflußweg.
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Bei einer Maschine mit einer derartigen Feldanordnung ist es, wenn
man den Fall von nur zwei Läuferwicklungen ins Auge faBt, aus Rücksicht auf die
Symmetrie wünschenswert, die Polzahlen, z. B. pi, p2, für diese Wicklungen so zu
wählen, daß das Verhältnis
eine urgrade Zahl ergibt.
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Die Polansätze, die je eine Gruppe oder einen Hauptpol bilden, können
einzeln mittels einer Wicklung oder alle zusammen einer gemeinsamen Feldwicklung
erregt werden. ' Die Maschine ist im besonderen zur Umwandlung von Gleichstrom oder
von Wechselstrom niedriger Frequenz in Hochfrequenzwechselstrom geeignet, da man
bei einer bestimmten Ankerumfangsgeschwindigkeit eine größere Periodenzahl erzielen
kann als bei einer Maschine der sonst üblichen Bauart. Außerdem steht auch mehr
Platz zur Unterbringung der Erregerfeldwicklungen zur Verfügung, und es tritt keine
Streuung zwischen den Polansätzen einer Gruppe auf, so daß der Polbogen vergrößert
werden kann. Überdies werden auch die Eisenverluste verringert, da für eine bestimmte
Frequenz weniger oft eine vollständige Ummagnetisierung stattfindet.
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Die Spannungen und die Frequenzen sind völlig unabhängig von den Wicklungen;
die Maschine kann als Frequenzwandler Besonders für Hochfrequenzströme verwendet
werden, da die Polzahl für die beiden Wicklungen gleichgültig die einzelnen Stromkreise
sind in elektrischer Beziehung voneinander unabhängig; ein wesentlicher Vorteil
bei der Verwendung für drahtlose da hierbei zwischen dem Hochfrequenzstrom und dem
Speisestrom keine Interferenzerseheinungen auftreten können.
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Bei Anwendung großer Erregerstromstärken für jeden der Hauptpole N
bzw. S (Fig. x) hat s.ch nun ergeben, daß bei Änderung der
Felderregung
das Spannungsverhältnis zwischen den Wicklungen in störender Weise beeinflußt werden
kann. Der Grund hierfür ist, daß bei der Vergrößerung der Felderregung der Streufluß
zwischen zwei Ansätzen derselben Hauptpole, d. h. der in der Lücke der Hauptpole
zwischen den beiden kleinen Polansätzen n n bzw. s s von den Hauptpolen N bzw. S
zum Läufereisen übertretende Kraftlinienfluß, zunimmt und folglich in der Wicklung
w1, die die größere Polzahl besitzt, eine rückwirkende elektromotorische Kraft hervorruft.
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Hierbei nimmt das Verhältnis zwischen der in der Wicklung w1 induzierten
elektromotorischen Kraft und der in der Wicklung w2 vorhandenen bei Anwachsen der
Erregung ab, bei Nachlassen der Erregung aber zu. Nach diesem allgemeinen Grundsatz
läßt sich nun der Richtungssinn einer Serienwicklung bestimmen, die man zur Vermeidung
dieser störenden Erscheinungen anbringen kann.
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Es sei z. B. angenommen, bei einem Gleichstromumformer soll die Generatorspannung
für jede Belastung konstant gehalten werden. Wenn dann die Wicklung w2 der Motorseite
entspricht, so muß bei zunehmender Belastung das Feld geschwächt werden, um einen
Spannungsabfall auf der Generatorseite zu verhindern; die Serienwicklung muß daher
der Nebenschlußerregung entgegenwirken. Infolgedessen nimmt aber dieUmlaufsgeschwindigkeit
bei steigender Belastung verhältnismäßig schneller zu, als der Kraftfluß in der
Wicklung w1 abnimmt; das Ergebnis ist daher eine verstärkte elektromotorische Kraft
in dieser Wicklung, wodurch der Ohmsche Spannungsverlust wieder ausgeglichen wird.
Es ist ersichtlich, daß diese Kompoundierung die Nebenschlußwirkung unterstützen
muß, wenn die Wicklung w1 die Motorseite bildet. In diesem Falle ist die Geschwindigkeitsabnahme
bei verstärkter Erregung geringer als das Anwachsen des die Wicklung w2 schneidenden
Kraftflusses, und die Folge ist eine Erhöhung der elektromotorischen Kraft in dieser
Wicklung, wodurch ebenfalls der Ohmsche Spannungsverlust ausgeglichen wird.
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Versieht man nun die Maschine mit zwei Gleichstromwicklungen, so ist
sie besonders zweckmäßig als Ausgleichsmaschine in Dreileiteranlagen zu verwenden,
und besitzt große Vorzüge gegenüber den gewöhnlichen Ausgleichsmaschinen mit Ankerdoppelwicklung,
da sie imstande ist, die Spannung auf jeder Seite der Dreileiteranlage bei jeder
Belastung konstant zu erhalten.
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Um nun die störenden Änderungen von Leistungsfaktor, Geschwindigkeit
oder Frequenz zu vermeiden, werden gemäß der Erfindung besondere Einrichtungen verwendet,
um das Verhältnis zwischen den Spannungen zu beeinflussen. In den Zeichnungen sind
zwei Ausführungsbeispiele hierfür dargestellt, eins für den Fall, daß der Kraftfluß
des Hauptpoles nach Stärke, und im anderen Falle nach Richtung geändert wird.
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In Fig. r ist ein Wechselstrom-Gleichstrom-Spaltpolumformer veranschaulicht,
der einen Läufer A mit einer vierpoligen Gleichstromwicklung w2 und Kommutator besitzt,
und eine zwölfpolige Wechselstromwicklung w1 mit Schleifringen. Die vier Hauptpole
sind deutlich in der Zeichnung zu erkennen. Die Nordpole sind mit N N und
die Südpole mit S S bezeichnet; jeder ist mit zwei kleinen Polstücken oder Ansätzen
n n bzw. s s versehen. Die Pole sind an dem Joch Y befestigt und mit den vom Gleitstrom
gespeisten Erregerwicklungen E versehen. Die Breite der kleinen Polansätze beträgt
etwas weniger als 1/1. des Umfanges, um die Kommutierungszone bequem bilden zu können.
Die zur Wicklung w2 gehörigen Bürstenpaare -;- B, -B dienen zum Anschluß
des Kommutators an die Gleichstromleitungen -f- K, - K und die zur Wicklungwl gehörigen
Schleifringbürsten b b zur Verbindung der Schleifringe mit den Wechselstromleitern
H H. Wird nün die Maschine durch die Leiter -f- K, - K mit Gleitstrom gespeispt,
so läuft sie dann beispielsweise mit 3ooo -a/Min. ; dann wird in der Wicklung w1
eine Spannung von 3oo vollen Perioden in der Sekunde induziert, entsprechend der
Periodenzahl eines zwölfpoligen Stromerzeugers bei dieser Umlaufszahl. Würde die
Maschine als gewöhnlicher Umformer verwendet, d. h. als Umformer, dessen Läufer,
indem man die Schleifringe mit geeigneten Abzweigstellen der Wicklung w2 verbindet,
ebenfalls vierpolig ist wie der Ständer, so würde die Periodenzahl für die Spannung
zwischen den Schleifringen nur zoo betragen. Auch würde diese Spannung ein festes
Verhältnis zur Spannung des Speisestromes entsprechend der Phasenzahl aufweisen,
das sich bei Beeinflussung der Erregung aber nicht ändert. Demgegenüber kann bei
der dargestellten Anordnung die Spannung für die Wicklung w, beliebig gewählt und
durch Beeinflussung der Erregung auch geändert werden. Der Streufluß zwischen zwei
Ansätzen desselben Hauptpoles, d. h., wie bereits angegeben, der in der Lücke der
Hauptpole zwischen den beiden kleinen Polansätzen n n bzw. s s von den Hauptpolen
N bzw. S zum Läufereisen übertretende Kraftlinienfluß, beeinflußt ungefähr 1/s der
Wicklung durch Induzieren einer im Verhältnis seiner Stärke auftretenden gegenwirkenden
elektromotorischen Kraft. Die resultierende Kraft in dieser Wicklung ist daher die
Differenz zwischen
der in % - der- Leiterlänge durch die acht Ansätze
za und s induzierten elektromotorischen Kraft und der davon abzuziehenden gegenwirkenden
Kraft, die in den übrigen einem Drittel durch den Streufluß in der Lücke zwischen
den beiden Ansätzen an jedem Hauptpol induziert wird. Nimmt man an, daß der Kraftlinienwcg
in diesen Ansätzen gesättigt ist, der Weg des Streuflusses aber nicht, dann wird
-bei Erhöhung der Erregung dieser Streufluß im Verhältnis bedeutend schneller zunehmen
als der gewöhnliche Kraftfluß in den Polansätzen. Die Läuferumlaufszahl würde dann
heruntergehen, da der Gesamtfluß, der die Gleichstromwicklung schneidet, wächst,
und die Folge wäre eine Verringerung derWechselstromspannung. Diese Spannungsänderung
führt aber zu Schwankungen der Geschwindigkeit und der Frequenz.
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Um nun diese Schwankungen zu verhindern und auch die Spannung ändern
zu können, ohne die Frequenz zu beeinflussen, ist gemäß der Erfindung eine Einrichtung
vorgesehen, die auf der Zeichnung (Fig. i) in gestrichelten Linien für den obersten
Pol angedeutet ist. Mittels dieser Einrichtung kann der Streufluß in der Lücke geändert
werden, indem man ein zwischen den beiden Ansätzen nn befindliches Eisenstück M
verschiebt. Ein solches Stück M kann an jedem Pol angebracht sein. Natürlich muß
die Geschwindigkeit konstant gehalten werden, wenn man die Frequenz gleichhalten
will, und ebenso muß der Hauptkraftfluß konstant bleiben. Zu diesem Zweck muß beim
Anwachsen des Streuflusses der wirksame Kraftlinienfluß in den Hauptpolen durch
geeignete Verkleinerung der Erregung verringert werden. Daraus folgt, daß die Spannung
in der Wechselstromwicklung w1 aus zwei Gründen abnimmt.
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Für den Fall, daß die Hauptpole mit mehr als zwei Ansätzen versehen
sind, kann die gleiche Einrichtung, wie oben beschrieben, verwendet werden, und
zwar jedesmal in dem Zwischenraum zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Polansätzen.
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In Fig. o- ist eine andere Anordnung dargestellt, die wie diejenige
nach Fig. z auch mehrfach angewendet werden kann. Die Zeichnung veranschaulicht
einen der Hauptpole einer Maschine zum Umformen von Gleichstrom in Wechselstrom;
der mittlere; bewegliche Ansatz A' wird durch je einen Messingring B1 auf beiden
Seiten des Poles geführt und kann in Richtung des Umfanges frei verschoben werden.
Die beiden Messingringe sind durch Kupferniete, die durch die festen Polansätze
hindurchgehen, verbunden und bilden so gleichzeitig eine Dämpfer@vick-Jung. Mit
Hilfe des Hebels C und: des Handrades D kann man nun den beweglichen Ansatz A1 -um
einen Bogen schwenken, der etwa der Polteilung der Wicklung wi entspricht. Bei der
in gestrichelten Linien gezeichneten Stellung hat offenbar die in dieser Wicklung
durch den beweglichen Pol erzeugte elektromotorische Kraft das Vorzeichen gewechselt
und ist ,entgegengesetzt gerichtet zu der durch die anderen Ansätze erzeugten Kraft.
Die Spannung in der Wicklung wird daher im Verhältnis 3 zu i verkleinert. Der Vorteil
dieser Anordnung liegt darin, daß der durch den Hauptpol hervorgerufene Gesamtkraftlinienfluß
nur seiner Richtung nach verändert wird und daher die erforderliche Geschwindigkeit
für die in der Zeichnung nicht mit dargestellte Gleichstromwicklung w2 gleich bleibt;
man braucht also nicht die Erregung zu beeinflussen, um die Geschwindigkeit der
Maschine konstant zu halten.
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Die neue Maschine kann übrigens, wenn sie mit zwei geeigneten Gleichstromwicklungen
versehen ist, auch dazu verwendet werden, eine konstante Gleichstromspannung veränderlich
zu machen, oder umgekehrt. Gemäß der Erfindung läßt sich stets das Spannungsverhältnis
zwischen den verschiedenen Läuferwicklungen unter Benutzung des Streuflusses verändern
und nach Wunsch mittels der beschriebenen Einrichtungen der beweglichen Polansätze
regeln.