DE50717C - Regulirungseinrichtungen für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

W\,

KAISERLICHES

PATENTAMT,

Ein Dynamo, welcher einen Reihestromkreis speist, soll im allgemeinen auf gleichbleibende Stärke dieses Stromes wirken. Wenn ' also der äufsere Widerstand ein grofser ist, hat dieselbe eine hohe Spannung zu geben; eine sehr kleine dagegen, wenn wenig Stromverbrauchsgegenstände angehängt sind, der äufsere Widerstand also klein ist.

Wenn wir von den nicht belangreichen Regülirungsweisen durch Bürstenverstellung und Umlaufszahlveränderung absehen, so erfordert also diese Regulirung einer Reihestromdynamo eine Veränderung ihres Magnetismus um fast seinen ganzen Bereich. Wollen wir eine solche durch einen veränderlichen Widerstand bewirken, welcher parallel zur directen Schenkelwickelung geschaltet ist, so mufs dieser Regulator über 100 Abtheilungen mit Contacten haben, wenn die Regulirung mit völliger Genauigkeit, also ohne merkliche Sprünge erfolgen soll. . Die gleiche Theilzahl wird nothwendig, wenn wir die Schenkelwickelung in einzelne Abtheilungen theilen wollten, welche bei Belastung des Dynamo nach einander einzuschalten wären. Der Regulirwiderstand und die Contactreihen wären für den Hauptstrom, also für starken Strom einzurichten, beides eine grofse technische Unbequemlichkeit. Der die Verstellung des Contacthebels bewirkende Automat müfste obendrein einen aufserordentlich grofsen Hub hergeben, da die Contactreihen sehr lang sind. Alles dieses macht diese Regulirungsweise praktisch völlig unbrauchbar.

Genau dieselben Schwierigkeiten begegnen uns bei der Regelung von Reihestrommotoren auf gleiche Umlaufszahl.

Die vorliegende Erfindung erreicht die bezweckte Regulirung auf folgende Art und Weise: An die Stelle oben angedeuteten Widerstandes oder sonst an passender Stelle wird ein kleiner besonderer Anker eingeschaltet. Derselbe wird mithin elektromotorisch getrieben, wenn auf ihn feste Magnetpole wirken, und entwickelt eine wie ein Widerstand wirkende elektromotorische Gegenkraft. Diese wird nun zum Zwecke der Regulirung von fast Null bis zum nöthigen höchsten Werth, und zwar auf folgende Weise verändert. Den Anlafs der Regulirung giebt eine selbsttätig wirkende Bremse, und das auf den Anker wirkende Gestell ist derartig mit einer Wickelung versehen, dafs eine geringe Aenderung der regulirenden elektromotorischen Kraft durch Anlafs der ' Bremse sogleich' zufolge der dadurch bewirkten Stromverschiebung den auf den Reguliranker wirkenden ' Magnetismus in der Art erheblich sich ändern läfst, dafs dies wieder eine vermehrte Veränderung der elektromotorischen Kraft in gleichem Sinne nach sich zieht. Die ganze Anordnung ist also allemal, so gewählt, dafs sich für die Aenderung der regulirenden elektromotorischen Kraft ein den regulirenden Anlafs der Bremse unterstützender circulus vitiosus ergiebt.

Fig. ι zeigt eine solche Anordnung. Der Arbeitsanker A und der Reguliranker R liegen magnetisch parallel in einem Gestell. Der

Anker R ist· in elektrischer Hinsicht zwischen I und II parallel zu der eigentlich directen Schenkelwickelung d geschaltet. Im ungetheilten Stromkreise liegt die Spule S. Aehnlich wie in Fig. 3 für den Fall eines besonderen Regulirmotors gezeichnet, wirkt die Spule S durch elektromagnetische Anziehung eines mit einer Bremsvorrichtung des Ankers R verbundenen Kernes gegen eine Feder oder andere mechanische Gegenkraft im Sinne der Bremsung dieses Ankers. Der über die durch die mechanische Gegenkraft einzustellende Norm wachsende Strom in S bewirkt also festeres Anlegen der Bremse auf der Achse von R, . Sinken seiner Umlaufszahl und dadurch seiner elektromotorischen Kraft. Dadurch kommt sogleich eine Stromverschiebung von d nach R zu Stande, wie nöthig, um den Magnetismus und äufseren Strom zu vermindern, und diese Stromverschiebung bedingt eine vermehrte Abnahme der Spannung des Regulirankers, also wieder eine vermehrte Stromverschiebung in gleichem Sinne u. s. f. Bei zu schwachem Strom in S tritt, wie nöthig, das Umgekehrte ein.

Da auf diese Weise der auf R wirkende Magnetismus von Voll- zu Leerlauf der Maschine sich um nahezu seinen ganzen Betrag ändert, braucht die Veränderung der Umlaufszahl dieses Ankers und entsprechend die Stärke des die Umlaufszahl beeinflussenden Bremsdruckes nur gering zu sein.

Nähmen wir hingegen an, auf R wirke ein Dauermagnet oder eine sonstige der beschriebenen Wirkung entbehrende Schaltung, so würde der Anker R beim Leerlauf der Maschine fast bis zum Stillstand zu bremsen sein. Da aber dann derselbe stark mit Strom belastet und unter Einwirkung des vollen Magnetismus wäre, so müfste ein ungeheuer grofser Bremsdruck wirken. Da dieser durch die Abweichung der Kraft der Spule von ihrer Norm ausgemacht wird, so wäre auf diese Weise keine brauchbare Regulirung zu erzielen.

Fig. 2 stellt eine Anordnung dar, bei welcher parallel zu der erregenden Schenkelwickelung, hier mit e bezeichnet, nicht lediglich der Reguliranker R, sondern dieser plus einer der Wickelung e entgegenwirkenden Spule g gelegt ist. Die Stromverschiebung zu Gunsten dieses Zweiges IgRH, welche stärkeren Strom in S durch stärkeren Bremsdruck verursacht, bewirkt somit Abnehmen des Magnetismus nicht nur wegen ,Abnahme des Stromes in e, sondern auch wegen Zunahme des gegenwirkenden Stromes der Spule g. Die regulirende Wirkung des Bremsdruckes ist also eine noch empfindlichere, als im Falle der in Fig. 1 beschriebenen Anordnung.

Es kann nun auch, wie schon bemerkt, dem Reguliranker ein besonderes Magnetgestell gegeben werden, so dafs wir also einen besonderen Regulirmotor erhalten.

Fig. 3 zeigt eine zweckmäfsige mechanische Anordnung von zwei solchen Maschinen. S ist die Hauptstromspule, E ihr fester, K ihr beweglicher Elektromagnetkern, H Gestänge, / Bremsklotz, B Bremsscheibe, F die Feder, welche die Gegenkraft der Spule bildet, m eine Mutter zum genauen Einstellen dieser Gegenkraft. Diese Anordnung soll natürlich nur den Grundgedanken zeigen. Man wählt in der Praxis eine mechanische Ausführung, wo der Bremsdruck von zwei Seiten kommt, so dafs sich derselbe nicht auf das Lager überträgt.

Fig. 4 zeigt das Schaltungsschema für diesen Fall des besonderen Regulirmotors, welches der Fig. 2 entspricht. Das Gestell des Regulirmotors enthält ebenfalls zwei entgegenwirkende Wickelungen e¹ und g^l, welche direct hinter die entsprechenden Wickelungen e und g des Dynamo geschaltet sind. Die übrigen Bezeichnungen sind die alten. Die beiden Zweige sind also Ie e¹ II und lgg¹Rll, und die Wirkungsweise ist genau wie die in Fig. 2 auseinandergesetzte.

Die gegenwirkenden Wickelungen e und g\ e¹ und g¹ sind schematisch je auf einem Schenkel gezeichnet. In der Praxis vertheilt man zwei gegenwirkende Wickelungen auf beide Schenkel ihrer Maschine. Diese Bemerkung gilt auch für die folgenden Figuren.

Denkt man in der Fig. 4 die Wickelung g g^l fehlend, so erhält man eine der Fig. 1 entsprechende Anordnung und Wirkungsweise.

Eine Anordnung anderer Art wird durch Fig. 5 dargestellt. Die nicht gezeichnete Bremsvorrichtung ist hier so eingerichtet zu denken, dafs sie in umgekehrtem Sinne wirkt wie in Fig. 3, d. h. so, dafs zu starker Strom der Spule die Bremse lüftet. In der Anordnung der Fig. 3 könnte zur Erreichung dieses statt des Bremsklotzes ein geschlossenes Bremsband an dem Gestänge H befestigt werden, welches die Scheibe B umschliefst. Dann würde stärkerer Spulenstrom durch Herunterziehen von H dieses Band lüften. Die besondere mechanische Ausführung der Bremse ist hier wiederum gleichgültig.

Dieser Wirkung der Bremse entsprechend, mufs umgekehrt, wie bisher, eine stärkere Bremsung des Regulirankers den Magnetismus des Dynamo verstärken, während eben der Magnetismus des Regulirmotors abnimmt.

Dies erreicht die Anordnung der Fig. 5. Der Strom durchfliefst ungetheilt zunächst eine Magnetisirungsspule d und theilt sich dann bei I in zwei Zweige. Der eine Zweig 1^e¹II enthält in Reihe die gegenmagnetisirende Spule g des Dynamo und die — erregende — Schenkel-' wickelung e¹ des Regulirmotors; der andere, IeRUy enthält die erregende Schenkelwicke-

lung e des Dynamo und den Reguliranker JR. Die Regulirspule 5 liegt wie stets im ungetheilten Hauptstrom.

- Zu schwacher Strom in 5 bremst also R fester j läfst den Strom in e zunehmen, in g und e¹ abnehmen, also den Magnetismus des Dynamo und ihren Hauptstrom wieder wachsen, und umgekehrt.

An die Stelle der Spule g kann auch ein todter Widerstand aufserhalb der Maschine treten. Nach Art der bisherigen Anordnungen sind auch sonst Abänderungen möglich; z. B. kann auch dem Regulirmotor eine gegenwirkende Schenkelwickelung gegeben werden, welche dann mit JR in einem Zweige liegen müfste. Auch kann bei allen Anordnungen eine die Magnetisirung unterstützende Nebenschlufswickelung, besonders bei dem Dynamo, angebracht werden.

Die Regelung der Motoren für Reiheschaltung, denen also möglichst gleicher Strom geliefert wird, auf gleiche Umlaufszahl, verhält sich, wie einleitend schon bemerkt, in magnetischer Hinsicht ebenso wie die der Dynamos für Reihestrom.

Vom Leer- zu Volllauf des Motors ist sein Magnetismus fast um seinen ganzen Bereich entstehen zu lassen. Wir können daher alle bisherigen Schaltungen verwenden, da es einerlei ist, ob der in einen erregenden und einen entweder passiven oder gegenmagnetisirenden Zweig zu theilende Strom in einer äufseren oder inneren Quelle entsteht.

Es handelt sich nun um den mechanischen Anlafs der Regulirung des Bremsdruckes. Wir entnehmen denselben einem Centrifugalregulator auf der Achse des Arbeitsankers, und es ist klar: während die Verstellung von Regulirwiderständen zu dem besagten Zweck praktisch . gar nicht in einfacher Weise auszuführen ist

— denn die Länge der Contactreihe, welche mit einem von dem Regulator zu bewegenden Hebel zu bestreichen wäre, würde einen derartigen Hub des Regulators erfordern, dafs dadurch eben eine gröfsere Abweichung von der genauen Umlaufszahl nöthig würde — läfst sich hier eine derartige Anordnung des Regulators erzielen, dafs derselbe seine Mittelstellung überhaupt nicht verläfst, sondern nur einen gröfseren oder geringeren Druck ausübt.

Fig. 6 zeigt das Schema einer derartigen Anordnung eines Federregulators, und zwar für den Fall, dafs zu rascher Lauf der Arbeitsachse, welche den Regulator trägt oder antreibt, durch kräftigeres Anziehen des Regulators die Bremsung verstärkt. Hh sind Gestänge, w ein Winkelhebel, F die gegenwirkende Feder, / wieder ein Bremsklotz u. s. w., wie in Fig. 3. Es ist ohne Weiteres klar, dafs diese Bremseinrichtung mit allen den an den Fig. ι bis 4 beschriebenen Schaltungen in Verbindung gebracht werden kann, indem nur die Spule S fortfällt.

Fig. 7 zeigt als dafür anwendbar die Anordnung- ähnlich Fig. 4, welche auch dabei angedeutet wurde und nur dadurch anders ist, dafs die gegenmagnetisirenden Spulen g und g¹ fortgelassen sind.

Gröfsere Geschwindigkeit bewirkt stärkere Bremsung, dadurch sofortiges Herabgehen des Magnetismus, also Aufheben der Ursache der zu grofsen Geschwindigkeit.

Bringen wir mit dem Regulator in der Art eine Bremse in Verbindung, dafs die Bremse bei zu raschem Lauf gelüftet wird, so läfst sich die Schaltungsart der Fig. 5 und der zugehörigen Beschreibung anwenden, indem natürlich wieder die Spule S wegfällt.

Es liegt auf der Hand, dafs die beschriebene Regulirungsweise bei den Dynamos auch eine Abweichung ihrer Umlaufszahl in weiteren Grenzen ausgleicht, bei dem Motor eine Abweichung der Stärke des gelieferten Stromes.

Motordynamos lassen sich ebenfalls für Reiheschaltung auf diese Art regeln.

Hierbei können zwei Wege eingeschlagen werden:

a) Der Motor regulirt sich wie oben; derselbe wird angetrieben bezw. mit gemeinsamer Achse ein selbstregulirender Dynamo, im allgemeinen ein Verbunddynamo für Gleichspannung gebaut.

b) Die gleichzuhaltende elektrische Gröfse der zweiten Maschine beeinflufst durch eine Spule bezw. einen Elektromagneten direct die Bremse des Motors.

Fig. 8 zeigt diese Weise in kürzestem Schema. Die linksseitige Hälfte der Figur mit Anker A, Reguliranker R, Schenkelwickelungen e und g stellt die Schaltung eines Motors einer der vorbeschriebenen Arten dar, z. B. Fig. 2, doch sind alle beschriebenen Anordnungen möglich. Die Bremse wird nun nicht durch einen Centrifugalregulator, sondern direct durch eine Spannungsspule S der rechtsseitig durch Anker D und Spule η dargestellten Nebenschlufsmaschine beeinflufst, indem in diesem Falle die beschriebene Bremsverbindung der Fig. 3 zu denken ist. Der Motor wird somit direct auf gleiche Spannung des Dynamo geregelt. Letzterer braucht somit nicht ein Verbunddynamo zu sein, doch ist auch dies möglich.

Statt der mechanischen Bremsung des Regulirmotors ist auch eine magnetische Bremsung folgender Art anwendbar.

Fig. 9 zeigt eine einfache Anordnung für diesen Zweck, anwendbar zur Regulirung nach Art der Fig. 3. K ist eine dicke metallene Scheibe, welche auf die Achse α des Regulirmotors fest aufgesetzt ist. Auf die Scheiben wirken zwei Pole eines besonderen Elektro-

magnetgestell mit differentialer Wickelung. Erregend wirkt eine Spule S, welche genau so geschaltet zu denken ist_; wie die Spule S in Fig. 4. Gegenmagnetisirend und mit unveränderlicher Stromstärke wirkt die Spule G. Dieselbe ist zu diesem Zwecke an eine constante elektromotoriche Kraft E angeschlossen.

Es kann dies ein Accumulator sein, auch ein besonderer kleiner Dynamo oder die constante Spannung zwischen Lichtleitungen oder dergleichen. Die Spulen G und S sind wieder schematisch jede auf einem Schenkel gezeichnet. In der Praxis würde man dieselben natürlich besser über einander, jede auf jedem Schenkel anbringen. Die Wirkung der Spule S sei etwas überwiegend, die dadurch entstehenden Kraftlinien wirken auf die metallene Scheibe K und verursachen dort Wirbelströme (Foucault'sche Ströme), welche die Ursache der Hemmung bilden.

Die Zahl der Kraftlinien und die Hemmung ist bei geringer Differenzwirkung der Spulen schon sehr grofs, wenn die Scheibe K von Eisen ist. Die Hemmung wird zufolge der Differenzwirkung mit geringer Zunahme des Stromes in S gleich erheblich viel gröfser und bewirkt mithin genau dasselbe, wie die mechanische Bremseinrichtung der Fig. 3. Damit in dem Falle, wenn aus · irgend einem Grunde der Strom in S so schwach werden sollte, dafs die Wirkung der Spule G überwiegt, keine Hemmung erfolgt, wird nach bekannten Mustern eine automatische Einrichtung getroffen, welche den Stromkreis von G öffnet, sobald der Magnetismus des Magnetgestelles gleich Null wird oder sich umkehrt.

Die Reibungsbremse läfst sich bei allen anderen beschriebenen Anordnungen, welche auf Spannung oder Stromstärke reguliren sollen, ohne Weiteres durch die beschriebene, passend in der Schaltung geänderte magnetische Bremsvorrichtung ersetzen. Zur Regulirung elektrischer Spannung wird einfach die Spule S durch eine Spannungsspule ersetzt.

Bei sämmtlichen beschriebenen Anordnungen und ähnlichen ist die Abänderung möglich, dafs man von Pol zu Pol des Magnetgestelles eine zweite Eisenverbindung führt und also einen sogenannten »magnetischen Nebenschlufs« und dann auf die beschriebene Weise durch Stromverschiebungen in der Bewickelung dieses Nebenschlufsschenkels den wirksamen Magnetismus der Maschine ändert. Einer Verstärkung des wirksamen Magnetismus entspricht auch hier eine stärkere Erregung dieses Nebenschlufsschenkels im Sinne der magnetischen Polarität des Gestelles. Die Schaltweisen sind daher für ein solches Gestell mit magnetischem Nebenschlufs analog und im Princip nicht anders. Sie bedürfen also keiner besonderen Darstellung.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Eine Regulirungseinrichtung für dynamo-, elektrische Maschinen, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Regulirankers neben dem Erzeugeranker, welche entweder in demselben oder in getrennten, aber von derselben Wickelung erregten Feldmagnetgestellen sich drehen, und wobei ersterer durch eine Bremse in seiner Bewegung beeinflufst wird, die von einer in den Hauptstromkreis geschalteten elektromagnetischen Bewegungsvorrichtung derart bethätigt wird, dafs bei wachsendem Strome entweder:

a) die Bremse angezogen wird, wenn der Reguliranker — allein oder in Reihe mit einer gegenmagnetisirenden Schenkelwickelung des Dynamo — zur Erregerwickelung des Dynamo parallel geschaltet ist (Fig. 1 bis 4 und 7);

oder

b) die Bremse gelöst wird, wenn der Anker mit einer Erregerwickelung des Dynamo in Reihe und zu einer gegenmagnetisirenden Wickelung oder einem todten Widerstände parallel geschaltet ist (Fig. 5).

2. An Stelle der im Patent - Anspruch 1. erwähnten, in den Hauptstromkreis geschalteten elektromagnetischen Bewegungsvorrichtung die Anwendung eines von dem Erzeugeranker mittelbar oder unmittelbar angetriebenen Centrifugalregulators, welcher in gleicher Weise, wie in 1. a) und b) angegeben, auf die Bremse einwirkt (Fig. 6).

3. Bei der im Patent - Anspruch 1. gekennzeichneten Einrichtung, wenn die dynamoelektrische Maschine als Motor zum Betriebe einer Erzeugermaschine geschaltet ist, die Schaltung der die Bremse des Regulirankers bethätigenden elektromagnetischen Bewegungsvorrichtung in den Stromkreis dieser Erzeugermaschine (Fig. 8).

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.