DE433241C

DE433241C - Cross-field DC machine with battery, especially for railway vehicle lighting

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Publication number: DE433241C
Application number: DEG62504D
Authority: DE
Original assignee: GANZ SCHE ELECTRICITAETS ACT G
Current assignee: GANZ SCHE ELECTRICITAETS ACT G
Priority date: 1924-10-22
Filing date: 1924-10-22
Publication date: 1926-08-30

Description

Querfeldgleichstrommaschine mit Sammelbatterie, besonders für Eisenbahnfahrzeugbeleuchtung. Es sind bereits mit Sammlerbatterien zusammenwirkende Gleichstrommaschinen bekannt, deren Klemmenspannung bei unveränderlicher Umlaufsgeschwindigkeit und Umkehr der Drehrichtung dadurch annähernd gleichbleibend gehalten werden, daß die Maschine zwei zueinander senkrechte Felder erhält, so zwar, daß das durch das Kurzschließen der in der neutralenZone des Hauptfeldes liegenden Bürsten entstehende oder durch von diesen Bürsten gespeiste Feldwicklungen erzeugte Querfeld die Ladenutzspannung liefert. Dabei wurde auch die Schaltung angewendet, daß die auf eine Sammlerbatterie und auf denLampenstromkreis arbeitendeDynamo am Hauptfeld sowohl mit einer Nebenschluß- als mit zwei im entgegengesetzten Sinne wirkenden Reihenschlußerregerwicklungen ausgerüstet war. Die Spannung sollte bei veränderlicher Umlaufszahl dadurch konstant gehalten werden, daß die Lampenbelastung nur zum Teil als veränderliche Belastung in den Stromkreis der einen Reihenschlußfeldwicklung des Hauptfeldes geschaltet werden konnte, während der in den Stromkreis der anderen Reihenschlußfeldwicklung angeschlossene Lampenstromkreis keine Veränderung der Belastung gestattete. Abgesehen davon, daß durch diese Anordnung ein bestimmterTeil der Lampen ständig eingeschaltet bleiben mußte, besaß diese Anordnung noch den Nachteil, daß das die Klemmenspannung erzeugende Querfeld durch die Spannungsdifferenz der beiden Reihenschlußerregerstromkreise erzeugt wurde, weshalb zwecks Erzielung einer den Betriebsanforderungen entsprechend genügend empfindlichen Regelung die das Querfeld erregende Spannung so hoch gehalten werden mußte, daß hierdurch eine nennenswerte Belastung des Ankereisens entstand.Cross-field DC machine with collective battery, especially for railway vehicle lighting. DC machines that interact with collector batteries are already known, their terminal voltage with unchangeable rotational speed and reversal of the Direction of rotation can be kept almost constant by the fact that the machine receives two mutually perpendicular fields, so that the short-circuiting the brushes lying in the neutral zone of the main field Field windings fed by these brushes generated the load voltage across the field supplies. The circuit was also used that the one on a collector battery and dynamo working on the lamp circuit on the main field both with a shunt than with two series excitation windings acting in opposite directions was equipped. As a result, the voltage should be constant with a variable number of revolutions be kept that the lamp load only partially as a variable load connected in the circuit of a series field winding of the main field could be while in the circuit of the other series field winding connected lamp circuit did not allow any change in load. Apart from that from the fact that by this arrangement a certain part of the lamps are switched on continuously had to remain, this arrangement still had the disadvantage that the terminal voltage Generating cross-field due to the voltage difference between the two series excitation circuits was generated, which is why in order to achieve a corresponding to the operational requirements sufficiently sensitive regulation kept the voltage exciting the cross-field so high had to be that this created a significant load on the anchor iron.

Zur Beseitigung dieser Nachteile und insbesondere zwecks Anpassens des Ladestromes der Sammlerbatterie an die jeweilige Belastung ist die oben angegebene bekannte Schaltung in der Weise ausgebildet, daß der ganze Lampenstromkreis lediglich an die die Ankerrückwirkung schwächende Reihenschlußerregerw icklung und die Sammler-, batterie an die andere, die Ankerrückwirkung unterstützende Reihenschlußerregerwicklung des Hauptfeldes der Maschine geschaltet ist, so daß der Strom im rein Ohmschen Strom-Kreis sich proportial mit Änderung der Dynamonutzspannung, im Batteriestromkreis dagegen der Strom und demzufolge das Hauptfeld mit der Belastung in weit stärkerem Maße sich ändert.To eliminate these disadvantages and especially for the purpose of customization of the charging current of the collector battery to the respective load is the one specified above known circuit designed in such a way that the entire lamp circuit only to the series excitation winding, which weakens the armature feedback, and the collector, battery to the other series excitation winding supporting the armature feedback of the main field of the machine is switched, so that the current in the purely ohmic current circuit is proportional with change in the dynamo usable voltage, im The battery circuit, on the other hand, is the current and consequently the main field with the load changes to a far greater extent.

Bei dieser Schaltungsweise kann man mit kleinen Feldwicklungen auskommen, weshalb diese Wicklungen nicht auf ausgeprägten Polen angebracht werden brauchen, sondern sie können zwecks Verminderung der Herstellungskosten der Maschine und zur Erleichterung der Unterbringung der Maschine in dem beschränkten Raume an Fahrzeugen als verteilte Wicklung in Nuten des ringförmigen Stiindereisens untergebracht werden.With this circuit you can get by with small field windings, which is why these windings do not need to be attached to pronounced poles, but they can be used to reduce the manufacturing cost of the machine and to Facilitating the placement of the machine in the limited space on vehicles be accommodated as a distributed winding in the grooves of the ring-shaped steel iron.

In Abb. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der mit der Sammlerbatterie und dem Nutzstromkreis verbundenen Maschine schematisch dargestellt. Abb.2 ist eine schematische Darstellung der in Nuten des Ständereisens untergebrachten verteilten Feldwicklung.In Fig. I of the drawing is an embodiment of the battery collector and the machine connected to the utility circuit. Fig 2 is a schematic representation of the distributed housed in grooves of the stator iron Field winding.

Abb. 3 und d. veranschaulichen die Strom-und Spannungsverhältnisse der Maschine.Fig. 3 and d. illustrate the current and voltage relationships the machine.

a ist der Anker der Gleichstrommaschine, deren Hauptbürsten c, c einerseits an die Sammlerbatterie d und andererseits an den Nutzstromkreis 1, 1 angeschlossen sind, b, b sind Hilfsbürsten, deren Achse senkrecht zur Achse der Bürsten c; c steht und die zwecks Erzeugung des Querfeldes miteinander über die im Ständer angebrachten Querfeldspulen nz, .vt so verbunden sind, daß das Feld der Spulen in, die in der Richtung b, b auftretende Ankerrückwirkung unterstützt. Die zur Erregung des Hauptfeldes vorgesehene Reilienschlußwicklung ist in zwei einander entgegenwirkende Teile unterteilt, so zwar, daB der eine Teil ii der Reihenschlußwicklung die in der Richtung der Doppelpfeile wirkende Ankerrückwirkung unterstützt, während der andere Teil p der Reihenschlußwicklung diese Ankerrückwirkung schwächt.a is the armature of the DC machine, the main brushes c, c of which are connected on the one hand to the collector battery d and on the other hand to the utility circuit 1, 1 , b, b are auxiliary brushes, the axis of which is perpendicular to the axis of the brushes c; c and are connected to each other for the purpose of generating the transverse field via the transverse field coils nz, .vt mounted in the stator so that the field of the coils supports the armature reaction occurring in the direction b, b. The series winding intended to excite the main field is divided into two opposing parts, so that one part ii of the series winding supports the armature reaction acting in the direction of the double arrows, while the other part p of the series winding weakens this armature reaction.

s ist eine der Ankerrückwirkung in Richtung c, c entgegenwirkende N ebenschlußwicklung,welche von der konstanten Spannung der Sammlerbatterie d gespeist wird.s is one which counteracts the anchor reaction in the direction c, c Shunt winding, which is fed by the constant voltage of the collector battery d will.

Gemäß der Erfindung ist nun der ganze Nutzstromkreis 1, 1 an die die Ankerrückwirkung in Richtung c, c schwächende ReiliensclilußwickIung p angeschlossen, während der die Ankerrückwirkung in Richtung b, b unterstützende Teil in der Reihenschlußwicklung lediglich mit der Sammlerbatterie d verbunden ist.According to the invention, the entire useful circuit 1, 1 is connected to the armature reaction in direction c, c weakening ReiliensclilußwickIung p, while the armature reaction in direction b, b supporting part in the series winding is only connected to the collector battery d.

Die Wirkungsweise der erläuterten Maschine ist die folgende: die von der Sammlerbatteriespannung d gespeiste Nebenschlußfeldwicklung s erzeugt an den Hilfsbürsten b, b des Ankers a eine Spannung, deren Größe von der Umlaufszahl des Ankers abhängt und deren Richtung sich mit der Drehrichtung ändert. Bei der Änderung der Drehrichtung ändert sich nicht nur die Richtung der an den Hilfsbürsten b, b auftretenden Spannung, sondern infolge der Umkehr der Stromrichtung in den Spulen in, in auch die Richtung des Querfeldes. Die Einwirkung dieser beiden Änderungen auf die durch das Querfeld. an den Hauptbürsten c, c erzeugte Nutzspannung hebt sich also gegenseitig auf, so daß der Sinn der Nutzspannung unverändert bleibt.The operation of the explained machine is as follows: the shunt field winding s fed by the collector battery voltage d generates a voltage on the auxiliary brushes b, b of the armature a , the magnitude of which depends on the number of revolutions of the armature and the direction of which changes with the direction of rotation. When changing the direction of rotation, not only does the direction of the voltage occurring at the auxiliary brushes b, b change, but also, as a result of the reversal of the direction of current in the coils, in the direction of the transverse field. The effect of these two changes on those caused by the cross-field. The useful voltage generated at the main brushes c, c cancel each other out so that the meaning of the useful voltage remains unchanged.

Wird die an den Hauptbürsten c, c erzeugte Nutzklemmenspannung mit E und der Wirkwiderstand des Nutzstromkreises 1, l mit R bezeichnet, so ist der im Nutzstromkreise 1, 1 fließende Strom In Stromkreise t, t der Sammlerbatterie d und der ReihenschluBwicklung ya fließt der Unterschied der E Sammler-und der Klemmenspannung e batterie. Wird also der Wirkwiderstand dieses Stromkreises mit r bezeichnet, so ist Stromstärke in diesem Stromkreis Nutzspannung Ä würde. die Hauptfeld Änderung Wicklung n Änderung Hieraus ist es ersichtlich, rlaß während in dem Nutzstromkreise 1, L die Stromstärke sich proportional mit der E ändert, ist die in dem Batteriekreise t, t bei nderung der Klemmenspannung e auftretende Veränderung der Stromstärke im Sinne des Kirchhofschen Gesetzes bedeutend größer, als dies der Proportionalität mit der Spannungsänderung entsprechen Steigt also bei Zunahme der LTmlaufszahl Nutzspannung E, so wird infolge des raschen Anwachsens des Ladestromes der Sammlerbatterie die AmperewindungszahI der Reihenschlußfeldwicklung n stark wachsen und das F herunterdrücken, so. daß bei verhältnismäßig geringem Ansteigen der LTmlaufszahl das Hauptfeld sehr stark geschwächt wird. Bei geeignerer Bemessung kann die Wirkung der Spule ra so starb sein, daß die prozentuelle Änderung des Hauptfeldes F ein Vielfaches der prozentuellen der Umlaufszahl beträgt, und es kann sogar erreicht werden, daß der durch das Hauptfeld F erzeugte Erregerstrom der Wicklung in. bei steigender LTmlaufszahl abnimmt. Die Regelwirkung der wird demnach zur Folge haben, daß die Stärke des Querfeldes bei der Umlaufsgeschwindigkeit mit dieser in entgegengesetztem Sinne verändert wird, so daß die an den Hauptbürsten c, c erzeugte Spannung annähernd konstant gehalten wird. Zwecks Entlastung der Hilfsbürsten b, b oder des Ankers ist die Feldwicklung in derart zu schalten, daß sie die in der Richtung der Bürstenachse b, b auftretende Ankerrückwirkung f unterstützt.If the useful terminal voltage generated at the main brushes c, c is denoted by E and the effective resistance of the useful circuit 1, 1 is denoted by R, then the current flowing in the useful circuit 1, 1 is The difference between the collector voltage and the terminal voltage of the battery flows into circuits t, t of the collector battery d and the series winding ya. So if the effective resistance of this circuit is denoted by r, the current intensity in this circuit is useful voltage λ would. the main field change winding n change From this it can be seen that while the current intensity in the useful current circuit 1, L changes proportionally with the E, the change in the current intensity occurring in the battery circuit t, t with a change in the terminal voltage e in the sense of Kirchhof's law is significantly greater than this Corresponding to proportionality with the change in voltage. If the useful voltage E increases with an increase in the number of turns, the number of ampere turns of the series field winding n will increase sharply as a result of the rapid increase in the charging current of the collector battery and the F will be depressed, see above. that with a relatively small increase in the LTm run number, the main field is very much weakened. With a more suitable dimensioning, the effect of the coil ra may have died so that the percentage change in the main field F is a multiple of the percentage change in the number of revolutions, and it can even be achieved that the exciting current of the winding generated by the main field F in decreases. The control effect of the will accordingly have the consequence that the strength of the transverse field is changed in the opposite direction at the speed of rotation, so that the voltage generated at the main brushes c, c is kept approximately constant. In order to relieve the auxiliary brushes b, b or the armature, the field winding is to be switched in such that it supports the armature reaction f occurring in the direction of the brush axis b, b.

Die Größe der Ladestromstärke der Sammlerbatterie d wird durch die in den -_N-utzstromkreis 1, Z geschaltete Feldwicklung p beherrscht. Befindet sich das Fahrzeug in Bewegung, so liefert die Maschine den Belastungsstrom. Bei Stillstand oder bei geringen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges (unterhalb 25 Prozent der Normalgeschwindigkeit) muß jedoch die Sammlerbatterie den Nutzstrom liefern. Je größer die Belastung der Maschine während des Betriebes war, desto größer wird der Entladestrom der Sammlerbatterie während der Ruhepausen sein. Damit die Sammlerbatterie ständig im geladenen Zustande gehalten wird, muß bei großen Belastungen der Ladestrom während der Ladeperiode größer sein, um den stärkeren Entladestrom der Ruhepausen ausgleichen zu können.The magnitude of the charging current of the collector battery d is governed by the field winding p connected to the -_N-utzstromkreis 1, Z. If the vehicle is in motion, the machine supplies the load current. When the vehicle is stationary or at low speeds (below 25 percent of normal speed), however, the collector battery must supply the useful current. The greater the load on the machine during operation, the greater the discharge current of the collector battery will be during the breaks. So that the collector battery is kept constantly charged, the charging current must be greater during the charging period in the event of high loads in order to be able to compensate for the higher discharge current of the rest breaks.

Wie bereits erwähnt wurde, wird das Hauptfeld F durch die Spulen s und p verstärkt, durch die Spulen n dagegen geschwächt. Steigt demnach die Belastung im Batteriestromkreise t, t, so trachtet der durch die Spulen p fließende, anwachsende Strom das Hauptfeld F zu stärken. Das Anwachsen des Hauptfeldes F würde die Nutzspannung F_ an den Hauptbürsten c, c proportional steigern, doch wächst der im Batteriestromkreise t, t durch die Spulen n fließende Strom infolge des Anwachsens der Nutzspannung an den Hauptbürsten c, c Gemäß dem Kirchhofschen Gesetze in der angegebenen Weise in bedeutend stärkerem Verhältnisse und gleicht die Magnetisierungswii#kung der Spulen p zum größten Teil aus. Das Anwachsen des Belastungsstromes stärkt also den Ladestrom der Sammlerbatterie schon bei geringer Zunahme der Klemmenspannung der Maschine in sehr hohem Maße.As already mentioned, the main field F is strengthened by the coils s and p, but weakened by the coils n. Accordingly, if the load in the battery circuit t, t increases, the increasing current flowing through the coils p seeks to strengthen the main field F. The increase in the main field F would increase the useful voltage F_ at the main brushes c, c proportionally, but the current flowing in the battery circuits t, t through the coils n increases as a result of the increase in the useful voltage at the main brushes c, c according to Kirchhof's law in the specified Way in significantly stronger proportions and compensates for the magnetization effect of the coils p for the most part. The increase in the load current thus strengthens the charging current of the collector battery to a very high degree even with a slight increase in the terminal voltage of the machine.

Abb. 3 zeigt das Verhalten der Maschine bei veränderlicher Umlaufszahl. Die Abszissen bedeuten die Umlaufszahl pro Minute, während die Ordinaten für die Stromstärkekurveri die Stromstärke und für die Spannungskurve die Spannung bedeuten. Aus Abb. 3 geht hervor, daß von der Umlaufszahl Goo aufwärts die Klemmenspannung E der Maschine praktisch unverändert bleibt, während die Stromstärke i des Ladestromes der Saininlerbatterie mit der Umlaufszahl zunächst rasch und bei größeren Umlaufszahlen in allmählich geringerem Maße wächst. Die Nutzstromstärke I bleibt (bei gleichbleibender Belastung) mit veränderlicher Umlaufszahl nahezu unverändert. Der zwischen den Bürsten b, b fließende und das Querfeld erzeugende Strom le fällt trotz der steigenden Umlaufszahl rasch ab.Fig. 3 shows the behavior of the machine when the number of revolutions changes. The abscissas mean the number of revolutions per minute, while the ordinates mean the Amperage curves mean the amperage and the voltage for the voltage curve. From Fig. 3 it can be seen that the terminal voltage increases from the number of revolutions Goo E of the machine remains practically unchanged, while the amperage i of the charging current of the Saininler battery with the number in circulation initially quickly and with larger numbers in circulation gradually grows to a lesser extent. The useful current I remains (with constant Load) with a variable number of revolutions almost unchanged. The one between the brushes b, b flowing and the cross-field generating current le falls despite the increasing number of revolutions quickly.

Abb. .1. zeigt die Schaulinien der ---Nutzspannung E des Ladestromes i der Sammlerbatterie und des Erregerstromes Ie bei gleichbleibender Umlaufszahl und bei veränderlicher Belastun,- von o bis zu 2o Ampere. Aus diesen Schaulinien ist es ersichtlich, daß bei Zunahme der Belastung auch der Ladestrom mit dieser annähernd proportional wächst, während die Spannung und der Erregerstrom mit der Belastung nur in ganz geringem Maße steigen.Fig. 1. shows the visual lines of the --- useful voltage E of the charging current i of the collector battery and the excitation current Ie with the same number of revolutions and with a variable load, - from 0 to 2o amps. From these sight lines it can be seen that when the load increases, so does the charging current with this grows approximately proportionally, while the voltage and the excitation current with the Load increase only to a very small extent.

Abb.2 zeigt die Anordnung der verschiedenen Feldwicklungen s, p, ia und m am Ständer. Da die beschriebene Schaltung die weitgehendste Verkleinerung der Feldwicklungen zuläßt, so können diese als verteilte Wicklungen in Nuten des Ständereisens untergebracht werden.Fig.2 shows the arrangement of the various field windings s, p, ia and m on the stand. Because the circuit described is the most extensive reduction allows field windings, these can be distributed as distributed windings in the grooves Stand iron can be accommodated.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Cross-field DC machine with collector battery, especially for railway vehicle lighting, the main field of which is composed of two opposing elements Series windings is influenced, characterized in that the entire lamp circuit (1) only to the armature reaction in the direction of the main brush (c) weakening Series excitation winding (p) and the collector battery (d) to the other, the armature feedback in the direction of the main brushes (c) supporting series excitation winding (s) of the main field of the machine is switched, so that the current is purely ohmic Lamp circuit changes proportionally with the useful voltage of the dynamo, while im Battery circuit of the current and consequently the main field with the load in far fluctuates to a greater extent.

2. Machine according to claim i, characterized in that the field windings in a manner known per se in grooves of the annular stator iron are arranged as a distributed winding.