DE199435C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

199435 KLASSE 21 tf. GRUPPE

Maschinen für geringe Periodenzahl bei beträchtlicher Spannung müssen in der Regel im Verhältnis zu ihrer Leistung ziemlich groß sein. Denn da sie langsam laufen, müssen sie sehr große Felder und somit sehr.große Eisenmassen besitzen. Der Nachteil der gewöhnlichen Maschinen für geringe Periodenzahl beruht also darauf, daß die Periodenzahl des Wechselstromes direkt proportional der

ίο Tourenzahl ist, oder mit anderen Worten, weil die geringe Periodenzahl eine geringe Tourenzahl bedingt.

Vorliegende Erfindung bezweckt nun, diesen Nachteil dadurch zu beseitigen, daß zur Erregung von Wechselstrom geringer Periodenzahl Einrichtungen bzw. Maschinen benutzt werden, deren Periodenzahl im wesentlichen durch die Zeitkonstanten von Wicklungen ganz oder teilweise bestimmt wird, wobei die Tourenzahl entweder gar keinen oder nur einen indirekten Einfluß auf die Periodenzahl hat. ■ .

Es ist bekannt, daß bei vielen Gleichstromanlagen bzw. bei vielen Gleichstrommaschinen Pendelerscheinungen des. Gleichstromes eintreten. Diese Pendelerscheinungeri sind periodischer Natur, wobei die Periodenzahl wesentlich von den Zeitkonstanten von Wicklungen abhängig ist, die den Strom beeinflüssen oder durch die der Strom fließt.

Man war bis jetzt bemüht, diese Pendelerscheinungen möglichst zu beseitigen.

X^orliegende Erfindung beruht nun darauf, diese Pendelerscheinungen, welche künstlich hervorgerufen und unter Umständen vergrößert werden, zur Erzeugung von Wechselstrom zu benutzen, dessen Periodenzahl gering gehalten und in gewissen Grenzen beliebig durch Änderung der Zeitkonstanten geregelt und eingestellt werden kann, so daß man von derselben Maschine bei derselben Tourenzahl Wechselstrom höherer oder geringerer Periodenzahl erhalten kann.

Ein einfaches Beispiel für die Erzeugung von Wechselstrom gemäß der Erfindung zeigt Fig. il Hierbei sind I und II zwei Maschinen, die irgendwie abhängig oder unabhängig voneinander angetrieben werden. Jede der Maschinen besitzt eine Nebenschlußwicklung e bzw. c und wird in dem Drehsinn angetrieben, daß sie sich selbst erregt. Außerdem besitzt jede Maschine noch eine fremderregte Feldwicklung d bzw. f. Die Erregung für diese Wicklungen liefert jeweils die andere Maschine. Wie gezeichnet, können e und f einerseits, c und d andererseits in Reihe geschaltet sein. Es könnte aber auch die Wicklung f parallel an den Bürsten α α der Maschine I, die Wicklung d parallel an den Bürsten b b der Maschine II liegen.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun folgende:

Bei geöffnetem Schalter g möge die. Maschine II einen Strom erzeugen, dessen Richtung durch die Zeichen -f- und — an den Bürsten angedeutet ist. Dieser Stromrichtung entspricht bei der Maschine II ein Feld entsprechend dem bei der Wicklung c einge-

zeichneten Pfeil und ein Feld der Maschine I entsprechend dem bei der Wicklung d eingezeichneten Pfeil. Die Maschine II erregt sich also selbst und liefert außerdem eine Frernderregung für die Maschine I₁ welche eine Spannung an ihren Bürsten α α hervorbringt, deren Richtung wieder durch die Zeichen -\- und — angedeutet ist.

Wird nun der Schalter g geschlossen, so

ίο fließt ein Strom aus der Maschine I durch deren Wicklunge und durch die Wicklung/ der Maschine II, welcher in den Maschinen Felder hervorruft, deren Richtung durch Pfeile angedeutet ist.

Während aber das Feld der Wicklung e ■ das Feld der Wicklung d bei der Maschine I immer mehr verstärkt, schwächt das Feld der Wicklung/ dasjenige der Wicklung c bei der Maschine II. Infolgedessen nimmt die Spannung der Maschine I immer mehr zu, die der Maschine II dagegen ab. Wenn nun das Feld der Wicklung / gleich dem Feld der Wicklung c wird, so muß die Spannung an den Bürsten b b der Maschine II Null werden.

In diesem Augenblick ist aber der Strom in den Wicklungen c und d noch nicht gleich Null, und zwar wegen" der Selbstinduktion der Spulen c und d. Er wird aber abnehmen, da die Ursache, welche ihn erzeugte, nämlich die Spannung an den Bürsten b b, verschwunden ist. Aber auch noch während der Abnahme des Stromes in den Wicklungen c und d nimmt der Strom in der Wicklung / zu, da ja die Maschine I sich selbst durch die Wicklung e erregt. Während also noch das Feld c abnimmt, nimmt das Feld der Wicklung/ zu und überwiegt das Feld von c, so daß ein resultierendes Feld entsteht, welches der Richtung des ursprünglich wirksamen Feldes der Maschine II entgegengesetzt gerichtet ist. Infolgedessen kehrt die Polarität der Maschine II um. Die Abnahme des Stromes in den Wicklungen c d wird dadurch beschleunigt, so daß der Strom schließlich gleich Null wird.

Hierauf kehrt infolge Umkehrung der Polarität auch der Strom seine Richtung um. Bei der Maschine I wirkt also das Feld der Wicklung d nun dem Feld der Wicklung e entgegen, während bei der Maschine II die Wicklung / die Wicklung c unterstützt. Die Maschinen vertauschen also die vorher gespielte Rolle, und das Umkehren der Stromrichtüng erfolgt in Zeitabständen, welche im wesentlichen der Zeitkonstante der Erregerwicklungen entsprechen, ohne daß der Schalter g geöffnet zu werden braucht. Durch Vergrößerung oder Verringerung der Zeitkonstante durch irgendwelche bekannte Mittel kann die Periodenzahl verändert werden. Beispielsweise kann zur Verlangsamung der Periodenzahl in den Stromkreis eine Drosselspule eingeschaltet werden, zur Beschleunigung ein Kondensator, oder man könnte in magnetische Abhängigkeit von den vom Strom durchflossenen Wicklungen direkt oder auf regelbare Widerstände u. dgl. kurzgeschlossene Windungen aufbringen oder die. Windungszahl der vom Strom durchflossenen Wicklungen ändern. Auch durch Bürstenverstellung läßt sich die Periodenzahl in weitem Maße ändern.

Die in Fig. I eingezeichneten regelbaren Widerstände r können zum Einstellen der Maschinen dienen, sie können jedoch auch Nutzwiderstände sein. Jede der Maschinen kann an ein Netz Nutzstrom abgeben. Die Phasen der von den Maschinen abgegebenen Wechselströme sind im wesentlichen um 90° gegeneinander verschoben. Die Phasen können in der bei Wechselstrom bekannten Weise verkettet werden; man kann also beispielsweise Nutzwiderstände zwischen der Bürste -\- b und der Bürste — α einerseits und — b und -\- α andererseits einschalten.

Die beiden Maschinen I und II können, wie in Fig. 2 angedeutet, zu einer einzigen Maschine vereinigt werden, indem die Bürsten und Wicklungen .der Maschine II auf die Maschine I aufgebracht werden, jedoch um eine halbe Polteilung gegen die Bürsten und Wicklungen der Maschine I verstellt.

Fig. 3 zeigt eine Vereinfachung der Maschinen nach Fig. 2, bei welcher die Wicklungen c und d der Maschine Fig. 2 zu einer einzigen Wicklung c vereinigt sind. In der gleichen Weise sind die Wicklungen e und / der Fig. 2 zu einer einzigen Wicklung/ der Fig. 3 vereinigt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird die Wicklung/anstatt direkt von den Bürsten α α, von einer besonderen Erregermaschine k gespeist, die ihre Erregung ihrerseits von den Bürsten α α der Hauptmaschine erhält. Ebenso könnte auch die Wicklung c gemäß Fig. 5 von einer besonderen Erregermaschine gespeist werden, die ihre Erregung von den Bürsten b b der Hauptmaschine erhält. Beide Erregermaschinen können, wie Fig. 5 zeigt, zu einer einzigen' Maschine vereinigt sein. In Fig. 5 ist noch angedeutet, in welcher Weise zweckmäßig die beiden Netze angeschlossen werden. Außerdem sind in Fig. 5 die oben besprochenen, zur Änderung der Zeitkontakte dienenden, auf regelbare Widerstände geschlossenen Kurzschlußwicklungen I und m eingezeichnet. Diese beiden . Wicklungen können in einfachster Weise gleichzeitig geregelt werden, wenn man sie in Reihe schaltet. .

Fig. 6 zeigt einen Umformer gemäß der Erfindung, der von einem Gleichstromnetz m

angetrieben wird. Der stromabgebende Teil der Maschine ist wieder zweipolig angenommen. Die Bezugszeichen NN und SS geben die momentane Richtung der Felder des stromabgebenden, die Zeichen η s η s die des Feldes des stromaufnehmenden Teiles des Umformers an, zu welchem der besondere Kollektor η gehört. Der 'stromaufnehmende' Teil der Maschine kann ebenso mit Wechselstrom betrieben werden. Hierbei kann der motorische Teil als einfacher Serien- oder Nebenschlußmotor oder kompensierter oder Doppelschlußmotor ausgeführt sein. Man hat dann einen Wechselstromumformer bzw. Periodenumformer.

Treibt man den Umformer von der Seite mit veränderlicher Periodenzahl an, so kann man Wechselstrom von konstanter Periodenzahl aus ihm entnehmen und mit diesem Wechselstrom ein Netz speisen.

Diese Maschine besitzt ein wichtiges Anwendungsgebiet. Man kann mittels ihr aus dem Rotor eines gewöhnlichen Drehstrommotors Schlüpfungsströme entnehmen und kann diese Ströme, welche man bisher vernichten mußte, wenn man einen Drehstrommotor regeln wollte, nun umformen und in das Netz zurückschicken, was bisher nur mittels Motorgeneratoren o. dgl. möglich war.

Die Änderung der Periodenzahl des Umformers durch Änderung der Zeitkonstante der einzelnen Wicklungen usw. bewirkt eine Tourenregelung des Drehstrommotors gewöhnlicher Art. Den Umformer kann man unmittelbar mit dem Drehstrommotor kuppeln oder sonstwie in mechanischer Abhängigkeit von ihm antreiben.

Ein Anwendungsgebiet für den vorher beschriebenen Wechselstromerzeuger· mit veränderlicher, praktisch geringer Periodenzahl bietet die Reklamebeleuchtung, bei welcher einzelne Lampen in regelbaren Zeitabschnitten aufleuchten sollen, gegebenenfalls abwechselnd mit anderen Lampen, welche in der anderen Phase der Maschine liegen.

Weiter läßt sich der Wechselstromerzeuger als Erregermaschine für eine nach Art der Gleichstrommaschinen gebaute Maschine benutzen. Letztere Maschine kann dann Wechselstrom liefern mit einer Periodenzahl, welche von der Periodenzahl der Erregung abhängig, dagegen von der Tourenzahl und der Spannung der Maschine praktisch unabhängig ist. Sie kann also beispielsweise mit sehr hoher Tourenzahl umlaufen (etwa als Turbogenerator) und gleichwohl Wechselstrom niedriger Periodenzahl, 10 bis 20 Perioden pro Sekunde, bei beliebig hoher Spannung liefern, d. h. Wechselstrom, der für den Betrieb von einfachen Wechselstromserienmotoren für Traktionszwecke sehr geeignet ist. Sie kann in irgendeiner der bei Wechselstrommaschinen' üblichen und anwendbaren Weise kompensiert werden.

Endlich läßt sich der Wechselstromerzeuger zum Betrieb von Arbeitsmaschinen mit hin und her gehender Bewegung, Meißeln, Nietmaschinen, Gesteinsbohrer, aber auch bei Maschinen größerer Art, Hobelmaschinen, Walzwerken u. dgl., verwenden, indem manbeispielsweise mittels des neuen Wechselstromgenerators die Erregung des Antriebsrnotors ändert.

Der beschriebene Wechselstromgenerator für einstellbare Periodenzahl läßt sich ohne weiteres von einem Netz konstanter Periodenzahl aus mit einer Tourenzahl betreiben, die durch Änderung der Beziehung der Tourenzahl zur Periodenzahl in einer der oben angegebenen Weisen verändert werden kann.

Die den Erfindungsgegenstand bildende Maschine läßt noch eine Reihe von Abänderungen zu. Beispielsweise kann bei der Anordnung nach Fig. 1 eine der selbsterregend.en Wicklungen weggelassen werden, ebenso bei jeder der von Fig. 1 abgeleiteten Maschinen. Die Vereinigung der Maschinen I und II (Fig. 1) könnte auch in der Weise bewirkt werden, daß die beiden Systeme nicht, wie Fig. 2 angibt, um eine halbe Polteilung gegeneinander verstellt werden, sondern daß sie mit verschiedener Polzahl ausgeführt werden.

Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise einer Anordnung gemäß der Erfindung, bei welcher eine der selbsterregenden Wicklungen weggelassen ist, diene Fig. 7, welche der Fig. ι entspricht, mit dem Unterschied, daß bei der Maschine I die Wicklung e weggelassen ist.

Auch hier möge die Maschine II, wenn sie angetrieben wird, einen Erregerstrom durch ihre eine Erregerwicklung c und durch die mit der Wicklung c in Reihe geschaltete Feldwicklung d der Maschine I schicken, so daß die Maschine II sich selbst erregt und die Erregung für die Maschine I liefert. Den Bürsten α α der Maschine I wird nun der Strom für die zweite Erregerwicklung der Maschine II (f) entnommen, welcher in der Wicklung f ein Feld erzeugt, welches dem .110 in der Wicklung c erzeugten Feld entgegenwirkt. Es kommt nun ein Augenblick, in welchem das Feld der Wicklung f gleich dem Feld der Wicklung c ist. Hierbei wird die Spannung an den Bürsten b b der Maschine II zwar gleich Null, aber die Wicklungen c und d werden infolge der Selbstinduktion noch von einem Strom im ursprünglichen Sinne durchflossen, der jedoch immer mehr abnimmt bis zum Werte Null. Obwohl nun an den Bürsten α α der Maschine I keine Spannungsdifferenz mehr herrscht, fließt noch der Er-

regerstrom in der alten Richtung durch die Wicklung f.

Dieses Nacheilen des Stromes in der Wicklung f gegenüber dem Strom in der Wicklung c bewirkt auch, nachdem die Felder, welche von der Wicklung f und der Wicklung c herrühren, einander gleich geworden sind, ein Umpölari.sieren der Maschine II, so : daß die Feldwicklung d der Masschine I,

ίο nachdem der Strom in ihr den Wert Null angenommen hat, einen negativen Wert annimmt und an den Bürsten α α schließlich einen 'Strom von umgekehrter Richtung wie vorher entstehen läßt, worauf sich dieselben Vorgänge in derselben Weise, wie vorher beschrieben, wiederholen.

Claims (6)

1. Pa tent-Ansprüche:

   i. Verfahren zur Erzeugung von Wechselstrom beliebiger Periodenzahl, insbesondere von Wechselstrom niedriger Periodenzahl, wie er sich für Reklamebeleuchtung, zum Antrieb von hin und her gehenden Arbeitsmaschinen usw. eignet, mittels einer Ma- : schine mit Gleichstromanker, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mittels zweier Wicklungssysteme, die vom Strom oder von der Spannung der Maschine selbst direkt oder indirekt beeinflußt werden, derart erregt wird, daß die Maxima der Felder der beiden Wicklungssysteme, nicht gleichzeitig, sondern nacheinander eintreten. :
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung der Felder und damit die Periodenzähl des erzeugten Wechselstromes durch Änderung der Zeitkonstanten der , beiden Wicklungssysteme eingestellt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, . die Zeitkonstanten durch Verschiebung der Bürsten geändert ■werden.
4. 4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1,' dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Wechselstromes eine Gruppe von zwei selbsterregenden Gleichstrommaschinen benutzt wird, von denen entweder jede oder nur eine noch eine Fremderregerwicklung der anderen Maschine speist, und zwar derart, daß die Fremderregerwicklung das von der Selbsterregerwicklung erzeugte Feld der Maschine umkehren kann.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremderregerwicklung jeder Maschine mit der Selbsterregerwicklung der anderen Maschine in Reihe geschaltet ist. ,
6. 6. Maschine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Maschinen nach Anspruch 4 oder 5 zu einer einzigen Maschine mit zwei elektrisch aufeinander senkrecht stehenden Feld- und Bürstensystemen oder mit zwei Systemen von verschiedener Polzahl vereinigt sind.

   .7. Maschine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie (bei zweipoliger Ausführung) zwei Bürstensätze besitzt, von denen jeder an eines der beiden Wicklungssysteme angeschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.