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Dynamoelektrische Maschine Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische
Maschinen, insbesondere auf kombinierte Wechselstrominduktor-Gleichstrom-Maschinen.
Diese Maschinen können als kombinierte Wechselstrom-Gleichstrom-Generatoren oder
-Motoren oder als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer oder Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer
verwandt werden. Solche Maschinen sind Wechselstrommaschinen vom Induktortyp, bei
welchen die Rotornuten eine Kommutatorwicklung tragen, die dazu dient, eine Gleichstrom-EMK
zu erzeugen.
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Die Erfindung bezweckt u. a., eine verbesserte Anordnung und Konstruktion
kombinierter Wechselstrominduktor-Gleichstrom-Maschinen für verschiedene Aufgaben
zu schaffen. Ein weiterer Zweck richtet sich auf die Möglichkeit, die elektromotorischen
Kräfte des Wechselstroms und des Gleichstroms unabhängig voneinander innerhalb vorgeschriebener
Grenzen zu regeln, da derartige Maschinen in ursprünglicher Form wechselstrom-und
gleichstromelektromotorische Kräfte erzeugen, die in einem festen Verhältnis zueinander
stehen.
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Die Erfindung beruht in erster Linie darauf, daß jeder Hauptpol des
magnetischen Systems, welches den :Anker umgibt, in drei Abschnitte bzw. Schenkel
eingeteilt ist, von denen zwei äußere Schenkel die Wechselstromwicklungen tragen
und vorzugsweise symmetrisch in bezug auf einen mittleren Schenkel angeordnet sind,
der keine Wechselstromwindungen trägt. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß
in jedem der beiden äußeren Schenkel die Pulsation der magnetischen Kräftelinien
ein Maximum wird, während die Summe der magnetischen Kraftflüsse in den beiden Schenkeln
im
wesentlichen nicht pulsiert und der magnetische Fluß in dem mittleren
Schenkel, der keine Wechselstromwindungen trägt, ebenfalls im wesentlichen nicht
pulsiert.
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In praktischer Ausführung der Erfindung wird der Pol vollständig durch
eine Haupterregungswicklung oder -wicklungen umgeben, deren magnetisch erregende
Kraft einen magnetischen Fluß in allen drei Schenkeln -des Pols hervorruft, wobei
unter dem erwähnten weiteren Gesichtspunkt der mittlere Schenkel entsprechend einem
weiteren Merkmal der Erfindung von einer Hilfserregungswicklung oder -wicklungen
umfaßt wird, die derart angeordnet sein können, daß der magnetische Fluß durch den
mittleren Schenkel unabhängig von den äußeren Schenkeln gedrosselt oder verstärkt
wird. Bei einer gegebenen Drehzahl ist die. elektromotorische Kraft des Wechselstroms
nur dem magnetischen Fluß in den äußeren Schenkeln des Pols proportional, während
die elektromotorische Kraft des Gleichstroms dem magnetischen Fluß in dem ganzen
Pol proportional ist. Somit kann durch Änderung des Flusses in dem mittleren Schenkel
allein die Wechselstrom-EMK unabhängig von der Gleichstrom-EMK geändert werden.
Um die Wechselstrom-EMK unabhängig von der Gleichstrom-EMK zu ändern, müssen die
magnetomotorischen Kräfte sowohl der Hauptfeldwicklungen wie der Hilfswicklungen
so bemessen sein, daß der Gesamtfluß konstant bleibt und -daß das Verhältnis in
den äußeren Schenkeln des Pols geändert wird.
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In den Zeichnungen sind drei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
und schematisch veranschaulicht.
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Gemäß Fig. i bezeichnet das Bezugszeichen i den lamellierten Stator
einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Maschine. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet
die entsprechenden Lamellen des Rotors. In Fig. i besitzt der Stator .4 magnetische
Pole, deren jeder aus einem mittleren Schenkel 3 und zwei äußeren Schenkeln 4 und
5 besteht. Jeder ganze Pol ist von einer Hauptfeld- oder Erregerwicklung 6 umfaßt
und jeder mittlere Schenkel von einer Hilfswicklung oder -wicklungen 7.
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,Die Größe des magnetischen Flusses in irgendeinem Augenblick hängt
in jedem Schenkel eines magnetischen Pols von der magnetischen Durchlässigkeit des
Luftweges zwischen dem Schenkel und der Rotorverzahnung ab. Es sei bemerkt, daß
der Bogen des mittleren Schenkels des Pols sich im wesentlichen über eine Zahnteilung
des Rotors erstreckt. Infolgedessen ist die Durchgängigkeit des Luftweges vom mittleren
Schenkel aus im wesentlichen konstant, unabhängig von der Stellung des Rotors, und
demzufolge bleibt der Kraftlinienfluß in diesem Schenkel im wesentlichen bei der
Umdrehung des Rotors konstant. Andererseits erstreckt sich der Bogen jedes der äußeren
Polschenkel wesentlich über eine Hälfte einer Rotorzahnteilun.g. Infolgedessen ändert
sich die Durchlässigkeit jedes Weges von den äußeren Schenkeln sehr wesentlich mit
der Stellung des Rotors. So ist, wenn der äußere Schenkel 5 sich eineinhalb Rotorzahnteilungen
entfernt von dem äußeren Schenkel .4 befindet, die Durchlässigkeit des Weges vom
Schenkel s aus ein Minimum (in der gezeigten Stellung des Rotors), wenn die Durchlässigkeit
des Weges von Schenkel 4 aus ein Maximum ist. Demzufolge pulsieren die magnetischen
Kraftlinien-@flüsse in den Abschnitten 4. und 5 mit derselben Frequenz, mit der
die Rotorzähne an irgendeinem gegebenen Punkt der Polfläche vorübergehen. Da nun
der Fluß in Schenkel 4 anwächst, wenn der Fluß in Schenkel 5 abnimmt, so bleibt
der gesamte Kraftlinienfluß einschließlich desjenigen im mittleren Schenkel im wesentlichen
konstant.
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Die äußeren Schenkel 4 und 5 des Pols sind mit Wechselstromwicklungen
8 und 9 umgeben, wobei die Wicklung 9 im entgegengesetzten Sinn wie Wicklung 8 aufgewunden
ist. Die anderen drei Pole besitzen jeder Wicklungen, die den Wicklungen 6, 7, 8
und 9 entsprechen, die zweckmäßig mit denselben und untereinander verbunden sind.
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Damit die Verteilung des magnetischen Flusses über die Polfläche nicht
durch die Rückwirkung des Ankers verzerrt wird, ist es notwendig, eine Ausgleichswicklung
io vorzusehen, welche den äußeren Schenkel 4 und den äußeren Schenkel i i des benachbarten
Pols umgibt. Eine weitere Ausgleichsspule 12 umfaßt den äußeren Schenkel 5 und den
äußeren Schenkel 13 des anderen Nachbarpols. Zwei weitere Spulen, deren jede
die äußeren Schenkel benachbarter Pole umschließt, vervollständigen die Ausgleichswicklung.
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In Fällen, in denen die in Fig. i dargestellte Lamellenanordnung eine
zu hohe Rotationsgeschwindigkeit für die Frequenz des benannten Wechselstroms erfordern
würde, können die äußeren Polschenkel in zwei oder mehr Kerne unterteilt und die
Zahl -der Rotorzähne entsprechend erhöht werden.
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Fig.2 veranschaulicht eine Ausbildungsform, bei welcher jeder der
äußeren Polschenkel 4 und 5 in zwei Kerne unterteilt ist, die voneinander um eine
Rotorzahnteilung entfernt sind.
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Gemäß Fig.2 überspannte der mittlere Polschenkel zwei Rotorzahnteilungen,
indes kann er auch ein anderes Vielfaches einer Rotorzahnteilung gemäß der Relativänderung
der elektromtorischen Kräfte von Wechselstrom und Gleichstrom überspannen. Die Wicklungen
sind im allgemeinen wie in Fig. i angeordnet und numeriert, ausgenommen daß die
Ausgleichsspulen io und 12 derart geteilt sind, daß ein Teil jeder derselben in
dem Schlitz zwischen den beiden Teilkernen des entsprechenden äußeren Polschenkels
untergebracht werden kann.
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Eine weitere Anordnung, um höhere Wechselstromfrequenzen zu erhalten,
empfiehlt sich, wenn die Anordnung gemäß Fig. 2 unerwünscht schmale Nuten ergeben
würde. Diese Anordnung besteht darin, daß man den Kopf jedes Hauptzahns in zwei
oder mehr Abschnitte in Abhängigkeit von der gewünschten Frequenz teilt.
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Fig.3 veranschaulicht diese Anordnung. Es ist hier ersichtlich, daß
der Kopf jedes äußeren Polschenkels
in zwei Abschnitte geteilt
ist und daß der Kopf jedes Motorzahns in ähnlicher Weise unterteilt -wurde. Es ist
klar, daß die Anordnung von Erregungswicklungen, ob dieselben nun im Nebenschluß
oder in Reihenschaltung liegen, und die benutzten Verbindungen von den besonderen
Bedingungen und der der Maschine gestellten Aufgabe abhängen. Diese Bedingungen
bestimmen auch die relativen Verhältnisse, nach welchen die Pole bei einer gegebenen
Maschine unterteilt werden sollten. Im allgemeinen nimmt der mittlere Schenkel des
Pols einen größeren Teil des ganzen Polbogens ein, wenn die relative Änderung der
elektromotorischen Kräfte des Wechselstroms und des Gleichstroms groß ist, als wenn
dieselbe klein ist.