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Gleichstromquerfeldmaschine Bei den bisher bekannten Querfeldmaschinen.
die entweder für konstanten Strom oder für konstante oder mit der Drehzahl steigende
oder fallende Spannung gebaut wurden, ist für das Magnetgestell mit Rücksicht auf
eine günstige Ausbildung des Querfeldes eine Form bevorzugt worden, die stark von
der Magnetgestellform normaler Gleichstrommaschinen abwich.
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Bei einer solchen Bauform von Querfeldmaschinen hat man, wie in Abb.
i dargestellt, dem Primär- und dem Sekundärfeld zum Teil getrennte Eisenpfade zugewiesen
und zu diesem Zweck die Abmessungen der Polschuhe besonders groß wählen müssen.
Es ist offensichtlich, daß eine Maschine mit einem solchen Ständereisen größer als
eine normale Gleichstrommaschine und die Ausnutzung der Baustoffe sehr unwirtschaftlich
wurde.
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Es ist weiterhin bekannt, daß man Ouerfeldmaschinen im Aufbau vereinfachen
kann, indem man die Erregerpole in zwei Teilpole aufteilt und diese Teilpole zu
beiden Seiten der Achse der kurzgeschlossenen Hilfsbürsten anordnet. Die Erregung
wurde hierbei derart getroffen, daß die Felder in bezug auf den Stromkreis der Hilfsbürsten
einander entgegenwirkten, in bezug auf den Stromkreis der Hauptbürsten aber einander
unterstützten. Dabei konnte es nicht vermieden werden, daß das Querfeld nur sehr
ungenügend zur Ausbildung kam.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß ein
normales handelsübliches Magnetgestell mit ausgeprägten Polen zur Anwendung gelangt,
bei welchem die beiden in den Erregerpolen und im Joch überlagerten Felder gleichgerichtet
verlaufen.
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Nach der Erfindung werden zur Erzielung einer konstanten oder annähernd
konstanten Spannung bei einer Ankerpolpaarzahl p = i zwei gegenüberliegende Pole
sowohl vom Primär- als auch vom Sekundärfeld in gleicher Richtung durchflossen,
während die beiden anderen einander gegenüberliegnden Pole nur von dem in Richtung
der Hilfsbürstenachse verlaufenden Sekundärfeld durchflossen werden.
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Bei Ausführungen von Maschinen mit einer Ankerpolpaarzahl p größer
als i findet vorstehende Darstellung sinngemäße Anwendung.
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In der Zeichnung ist deshalb der Einfachheit und der Übersichtlichkeit
halber immer nur eine Maschine gezeichnet mit einer Ankerpolpaarzahl p = i ; das
ergibt dann sinngemäß ein 2p-poliges Gestell.
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Abb. 2 zeigt den Aufbau und den Feldverlauf einer Querfeldmaschine
nach der Erfindung. Darin bedeuten n1, s1 und n" s2 die
Pole, A
den Anker. wp die Wendepole, i, i die Hilfsbürsten, 2,2 die Haupt- oder Nutzbürsten.
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Denkt man sich in ein normales, beispielsweise vierpoliges Magnetgestell
einen zweipolig gewickelten Anker, also in ein 2p-poliges Gestell einen p-poligen
Anker eingebaut, und ferner p-Pole, im dargestellten Beispiel also zwei gegenüberliegende
Pole n1, ,s1, so erregt, daß unten rechts ein :Nordpolin, und oben links ein Südpol
s1 entsteht, so fließt über die Bürsten, die in der neutralen Zone dieses p-poligen
Primärfeldes stehen, ein Strom. Diese Bürsten kann man bei entsprechend kleinem
Primärfeld in bekannter Weise entweder direkt kurzschließen oder über Wicklungen
schließen, ,die auf den Polen angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß stehen diese Bürsten i, i, die sogenannten Quer- oder
Hilfsbürsten, nun aber nicht in der geometrisch neutralen Zone, die in der Richtung
der Pole n2, s= liegen würde, sondern aus der neutralen Zone verschoben, so daß
sie sich je zwischen den Polpaaren n.1, 7z. bzw. s1, s" befinden, und zwar noch
im Wirkungsbereich des Primärfeldes f.
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Werden die Bürsten i, i direkt oder indirekt kurzgeschlossen, so entsteht
unter der Einwirkung des in den Polen p1, s1 erzeugten Primärfeldes f ein Strom,
der den Anker zum p-poligen Magneten macht, im Beispiel also zu einem zweipoligen,
der seinerseits Kraftlinien F, das Sekundär- oder Querfeld, aussendet. Die Kraftlinien
dieses Sekundärfeldes verlaufen in der in Abb. 2 gezeigten Weise, d. h., sie sind
in den Polen n1, s1 und teilweise im Joch mit den Kraftlinien des Primärfeldes f
verkettet, verlaufen aber durch die Polen, s" allein, um sich dann im Anker zu schließen.
In der geometrisch neutralen Zone dieses Sekundärfeldes, also unter den Wendepolen
wp, stehen die Nutzbürsten 2, 2, von welchen der Strom mit der beispielsweise konstanten
Spannung abgenommen wird.
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Um der Maschine bei veränderlicher Drehzahl Spannung von beliebiger
Charakteristik entnehmen zu können, ist auf den Polen n1, s1 außer der konstanten
primären Erregerwicklung a (Abb. 2) eine an und für sich bekannte Gegenerregerwicklung
b aufgebracht, die so stark erregt wird, daß nur ein so großes Primärfeld f in Richtung
der Primärpole 7z1, s1 verbleibt, als zur Erzeugung des Sekundärfeldes F in Richtung
der Pole n2, s, erforderlich ist. Die Gegenerregung b steht mittel-oder unmittelbar
unter dem Einfluß der Spannung der Nutzbürsten 2, 2, während die Erregung a durch
Vorschalten eines Eisenwasserstoffwiderstandes von denselben Bürsten 2, -2 aus oder
von einer beliebigen anderen Stromquelle konstant erregt wird. Von einer bestimmten
Drehzahl an. aufwärts wirkt die Gegenerregung b der konstanten Erregung a, je nach
`Fahl des Verhältnisses der beiden Erregungen zueinander, derartig entgegen, daß
a n den Nutzbürsten 2, 2 die gewünschte Spannungscharakteristik erhalten wird.
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\ ach der Erfindung wird auch der Strom der Hilfsbürsten i, i in bekannter
Weise zur zusätzlichen Erregung des Primärfeldes f durch die Wicklung Jk1 auf den
Primärpolen nl, s1 oder zur zusätzlichen Erregung des Sekundärfeldes F der Sekundärpole
n2,.@2 durch die Wicklung Jk2 verwandt. Die Wick lung Jk1 auf den Polen n1, s1 dient
aber bei der Erfindung nicht nur der Erregung des Primarfeldes, sondern auch der
Erregung des Sekundärfeldes, ebenso wie dies bei der Erregung a und der Gegenerregung
b der Fall ist, die sich nicht nur auf das Primärfeld, sondern unmittelbar
auch auf das Sekundärfeld beeinflussend auswirken, während die Wicklung Jk2 auf
den Polen n.., ,s., ausschließlich die Erregung des Sekundärfeldes unterstützt und
dieses beeinflußt. Dadurch wird der große Vorteil gegenüber den bekannten Querfeldmaschinen
erreicht, daß die Maschine nicht nur gegen Drehzahländerung, sondern auch gegen
Lastschwankungen vollkommen unempfindlich ist und daß außerdem an Baustoff viel
gespart wird.
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Das bei Belastung im Anker auftretende Ankertertiärfeld, welches dem
Primärfeld entgegenwirkt, wird nach der weiteren Erfindung durch eine Hauptstromwicklung
H-h aufgehoben, die auf den das Primärfeld führenden Polen n1, s1 aufgebracht ist
oder als Hauptstromwicklung Hl je einen Pol des Primärfeldes und einen Pol des Sekundärfeldes
einschließend, also den ganzen oder nahezu den ganzen Polbogen des p-poligen Ankers
bzw. des Ankertertiärfeldes umfaßt (Abb. 3). Beide Wicklungen H7 und Hl können
auch gemeinsam vorgesehen und ganz oder teilweise vom Nutzstrom durchflossen werden
sowie in Reihe oder parallel liegen. Weiterhin kann auf den Sekundärpolen ii, s.,
eine ganz oder teilweise vom Hauptstrom durchflossene Wicklung H. angeordnet sein,
um das Sekundärfeld lastabhängig und erregend zu beeinflussen (Abb. 5).
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Uni die OOuerfeldmaschine nach der Erfindung bei großen und raschen
Laständerungen zu stabilisieren, ist außer der Gegenerregung b auf den Primärpolen
ii, s1 eine -weitere Gegenerregung NG derart angeordnet. daß diese wie die Hauptstromwicklung
Hl den ganzen oder nahezu den ganzen Polbogen des Tertiärfeldes umfaßt, d. h. je
einen Primärpol und einen Sekundärpol einschließt (Abb. d.).
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Die `'Wendepole arp, die zur Verbesserung der Stromwendung der Nutzbürsten
dienen, brauchen nun aber nicht die ganze bei normalen
Maschinen
erforderliche Windungszahl zu besitzen, sondern nur so viel Windungen, als nach
Abzug der zur Kompensation des Ankertertiärfeldes dienenden Hauptstromwindüngen
H1 bzw. H2 sich ergeben.