DE192049C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 192049 -. KLASSE 21 a. GRUPPE

ALEXANDER HEYLAND in BRÜSSEL.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 31. Mai 1906 ab.

Die vorliegende Neuerung kann bei jeder Art elektrischer Maschinen angewandt werden, bietet aber besondere Vorteile für Wechselstrommaschinen. Sie bezweckt, durch eine höchst einfache Vorrichtung die entmagnetisierende Wirkung der Ankerreaktion des Belastungsstromes auf das Feld und den Spannungsabfall zu annullieren, ähnlich wie in kompoundierten Maschinen abhängig von der

ίο Belastung, jedoch durch einen einfach selbsttätig wirkenden Vorgang in der Maschine selbst. Zu diesem Zweck wird die Erregung beeinflußt von einem Regulierstrom, welcher durch eine eigenartige Vorrichtung direkt durch die Wirkung der genannten Ankerreäktion hervorgerufen Avird. Indem dieser Regulierstrom dann die Erregung immer im entgegengesetzten Sinne zu der Ankerreaktion verstärkt, ist es leicht, alle bekannten Wirkungen der Ankerreaktion auf das Feld zu annullieren und die Maschinenspannung konstant zu halten, genau wie' in einer kompoundierten Maschine.

Dieses Resultat, in dem Erregerstromkreise einen' Regulierstrom zu erzeugen, welcher proportional mit der Ankerreaktion steigt und fällt, wird dadurch erzielt, daß der Erregerstromkreis oder der Stromkreis, in welchem der genannte Strom erzeugt wird, beeinflußt wird von einem Streufelde des Feldsystems der Maschine. Es. ist bekannt, daß in jeder elektrischen Maschine außer dem Hauptfelde,

d. h. dem Teile des Gesamtfeldes, welches die

- gesamte Hauptwicklung durchsetzt und die Maschinenspannung erzeugt, im Feldsysteme Streufelder auftreten. Hierbei ist für jeden Belastungsfall immer das Gesamtfeld = Hauptfeld + Streufelder. Das Streufeld bzw. jedes der einzelnen Streufelder hängt einerseits von der Bauart der Maschine ab. Bei Belastungsveränderung hingegen ändert sich seine Größe genau in dem Maße wie die Ankerrückwirkung des Belastungsstromes, d: h. wie der Spannungsabfall der Maschinenspannung, oder in anderen Worten, in demselben Maße wie die Felderregung nachzuregulieren ist, wenn die Maschinenspannung konstant gehalten werden soll.

Der von einem derartigen Streufelde erzeugte Regulierstrom muß also momentan jeder Belastungsschwankung der Maschine folgen und ist deshalb vorzüglich dazu geeignet, in der Felderregung die Wirkung derselben' zu kompensieren bzw. die Spannung der Maschine zu regulieren. .

Interessant ist, hier zunächst darauf hinzuweisen, daß bei Wechselstrommaschinen eine derartige Regulierung gleichzeitig die Phasenverschiebung des Belastungsstromes berücksichtigt, ohne daß hierzu, wie bei anderen Regulierungs- und Kompoundierungsverfahren, besondere Schaltungen, Kompoundierungstransformatoren u. dgl. nötig wären. In der Tat ist in der Ankerrückwirkung des .Belastungsstromes bereits die Wirkung seiner Phasenverschiebung inbegriffen^ und der der Ankerrückwirkung proportionale Regulierstrom berücksichtigt den Belastungsstrom in seiner Gesamtwirkung auf das Maschinenfeld, d. h. nicht nur seiner Größe, sondern auch seiner Phasenverschiebung nach. Wenn man will, kann man auch an der Maschine Vor-

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richtungen anbringen, wodurch z. B. die Streuung bei wattlosen Strömen noch erhöht wird und so verschiedene starke Regulierung bei Watt- und wattlosen Strömen, z. B. Überregulierung für die letzteren,' hervorrufen u. dgl. m. Man- kann des ferneren, wie bei kompoundierten Maschinen, die gesamte Regulierung nach Wunsch stärker oder schwächer wählen in der Weise, daß entweder

ίο die Maschine genau reguliert ist wie eine kompoundierte oder unterreguliert wie in einerunterkompoundierten Maschine, oder überreguliert wie in einer überkompoundierten · Maschine, oder schließlich gegenreguliert wie in einer gegenkompoundierten Maschine.

Der Erfindurigsgedanke läßt sich natürlich in sehr verschiedener Weise ausführen, ist aber immer dadurch gekennzeichnet, daß der Regulierstrom erzeugt oder beeinflußt wird von einem Streufelde im Feldsystem der Maschine.

Der genannte' Regulierstrom kann erzeugt werden entweder in der Erregermaschine, indem man das Feld der Erregermaschine durch ein Streufeld der Hauptmaschine beeinflußt, oder in einem besonderen Stromkreise, der λ'οη einem Streufelde der Hauptmaschine induziert wird. Er kann entweder der Erregerwicklung der Hauptmaschine oder ihrer Erregermaschine, oder einer besonderen getrennten Polwicklung auf den Polen der Hauptoder Erregermaschine zugeführt werden.

Der zunächstliegende einfachste Fall, den Regulierstrom in der Erregermaschine zu erzeugen, würde darin bestehen, als Haupt- und ■ Erregermaschine zwei äußerlich ähnliche Maschinen zu wählen, d. h. z. B. zwei Maschinen gleicher Polzahl, beide mit feststehendem oder beide mit rotierendem Polrade, und die korrespondierenden Pole beider Maschinen magnetisch so miteinander zu verbinden, daß das Streufeld der Hauptmaschine bzw. ein größerer Teil desselben sich über die Pole der Erreger- bzw. Hilfsmaschine schließen muß und so in dieser Maschine einen Regulierstrom erzeugt, welcher mit der Streuung der Hauptmaschine, d. h. mit der Ankerrückwirkung des Hauptstromes steigt und fällt. In diesem Falle würde bei zweckentsprechender Ausführung also bereits das normale Streufeld der Hauptmaschine genügen, um in der Erregerbzw. Hilfsmaschine einen entsprechenden Regulierstrom zu erzeugen.

Diese Anordnung ist aber nur in den seltensten Fällen möglich. Bei normalen Maschinen handelt es sich entweder um Maschinen, die von einer äußeren Stromquelle aus erregt werden, z. B. von einer separaten Erregermaschine, oder aber wenn die Erregermaschine direkt mit der Hauptmaschine gekuppelt ist, • so haben die Felder der Haupt- und Erregermaschine in der Regel ganz verschiedene Gestalten. Die Wechselstrommaschinell sind in der Regel vielpolige Maschinen, während die zugehörigen Erregermaschinen nur eine kleinere Anzahl Pole haben; außerdem ist das Polrad der Wechselstrommaschinen in der , Regel auf der Achse, rotierend, angeordnet, während die Pole der Erregermaschine feststehen, und es ist auf den ersten Blick unmöglieh, die oben beschriebene Anordnung zu benutzen bei zwei Maschinen mit zwei Feldern von verschiedener Polzahl, deren Lage zueinander außerdem keine feste ist.

In allen diesen Fällen wird derselbe Zweck durch .ein anderes nicht minder einfaches Mittel erreicht, welches darin besteht, in der Maschine ein Streufeld einer eigenartigen Form.zu erzeugen. Dieses Streufeld kann bei jeder Maschinentype benutzt werden, sowohl bei Maschinen mit fremder Erregerquelle als auch bei Maschinen mit direkt gekuppelter Erregermaschine. . In dem ersten Falle kann der Regulierstrom mit Hilfe von einfachen Vorrichtungen in der Hauptmäschine selbst erzeugt werden, in dem zweiten Falle direkt in der Erregermaschine, indem das genannte Hilfsfeld sich dem Felde der letzteren überlagert und direkt das Feld der Erregermaschine reguliert, gleichgültig, welches die Polzahl der beiden Maschinen ist. ■

Dieses Mittel besteht darin, in der Maschine ein Hilfsfeld unipolarer Form zu erzeugen, welches einen ähnlichen Verlauf hat λνίε das Feld in sogenannten Unipolarmaschinen und sich über die Achse, die gemeinsame Grundplatte und das äußere Gestell der Maschine schließt. Im Falle die Erregermaschine direkt mit der Hauptmaschine gekuppelt ist, passiert dieses Feld gleichzeitig den Anker _1Oo der Erregermaschine und überlagert sich dem Felde der Erregermaschine.

Bei normalen Maschinen mit Polen abwechselnder Polarität wird dieses unipolare Hilfsfeld dadurch erzeugt, daß man einfach im Polrade zwischen den Polen verschiedener Polarität eine Unsymmetrie vorsieht, derart, daß der magnetische Widerstand bzw. die Ankerrückwirkung der Pole verschiedener Polarität verschieden groß wird. Dieses hat zur Folge, daß die Felder verschiedener Polarität verschieden stark werden und vor allem bei Belastungsschwankungen , d. h. bei Schwankungen der Ankerrückwirkung, verschieden stark sich ändern. Die Differenz dieser verschieden, starken Felder abwechselnder Polarität erzeugt dann in. der Maschine ein eigenartiges Streufeld, welches den angegebenen unipolaren Verlauf hat. Die Richtung dieses unipolaren Streufeldes ist gegeben durch die Polarität der Pole überwiegender Intensität, und seine Größe, welche gleich der

Differenz aller Pole verschiedener Polarität ist, steigt und fällt genau proportional mit der Ankerrückwirkung des Belastungsstromes.

Wir wollen hier zunächst einige typische Anordnungen angeben, welche zeigen, wie in

^:^ Maschinen normaler Form das genannte Streufeld von unipolarer Form erzeugt werden kann. .
Die Fig. i, 2, 3, 4.. z. B. stellen im Schema eine sechspolige Wechselstrommaschine dar mit rotierenden Feldmagneten und feststehendem Anker.. Ä sei der Anker, P das Polrad, NNN seien die Nordpole des Polrades, 6"6"6" die Südpole, p die Polwicklung'und iJ zwei Schleifringe, an denen die Polwicklung angeschlossen sei.

In der Fig. 1 ist dann z. B. die ungleichmäßige Ankerrückwirkung der Pole verschiedener Polaritäten dadurch erzielt, daß die Polwicklung nur auf den Nordpolen NNN liegt, während die Südpole 5" 5" 5" Folgepole darstellen.

In der Fig. 2 besteht, die Wicklung der Nordpole aus einer größeren Windungszahl als die Wicklung- der Südpole.

In der Fig-. 3 sind die Polquerschnitte, der N - Pole stärker dimensioniert als die der 6"-PoIe.

In der Fig. 4 ist die Kraftlinienstreuung der 5"-PoIe größer als die der iV-Pole, was z. B. in der Weise hervorgerufen werden kann, daß seitlich ein dreiarmiger Stern D aus magnetischem Material angebracht ist, welcher den streuenden Kraftlinien der vS'-Pole gestattet, sich über die Achse der Maschine zu schließen u. dgl. m. Dieser Streustern kann ev. etwas schmaler als die Pole gemacht oder etwas gegen die Mittellinien' der Polteilung verstellt werden, wodurch eine verschieden starke Streuung und verschiedene Regulierung für Ströme verschiedener Phasenverschiebung erreicht werden kann.
' Des ferneren kann eine unipolar überwiegende Streuung dadurch hervorgerufen werden, daß die Lüfträume zwischen, Anker und Polrad an den Polen verschiedener Polaritätverschieden groß gemacht werden. In den Fig. 2, 3 und 4 sind z. B. die Lufträume an den 5"-Polen größer als an den iV-Polen. Diese und andere Anordnungen können ev. gleichzeitig benutzt werden.

In allen den gezeichneten Fällen würden die iV-Pole stärker sein als die 6"-PoIe, infolgedessen ein unipolares Streufeld hervorrufen, das der Richtung der iV-Pole entspricht und den bei Gleichstromunipolarmaschinen bekannten Verlauf über die Achse der Maschine und das äußere Gestell zurück nimmt.

Ein derartiges Streufeld kann bei Maschinen jeder normalen Type und jeder Polzahl zur Erzeugung eines entsprechenden Regulierstromes benutzt werden. Man kann entweder bei Maschinen mit äußerer Erregerstromquelle den Regulierstrom in einem besonderen Stromkreise erzeugen, der wie in Gleichstrom-Unipolarmaschinen aus einzelnen oder mehreren durch Schleifringe in Serie geschalteten. Stromkreisen besteht, und beim Auftreten dieses unipolaren Streufeldes einen gleichgerichteten Strom liefern und diesen Strom dann den Polen der Haupt- oder Erregermaschine zuführen. Oder man kann bei den Wechselstrommaschinen der üblichen Bauart mit direkt auf gleicher Achse gekuppelter Erregermaschine den Regulierstrom direkt in der Erregermaschine erzeugen, indem man das Feld der Erregermaschine direkt durch das Streufeld der Hauptmaschine -verstärkt bzw. schwächt. Dieses geschieht dadurch, daß man auch in der Erregermaschine eine Unsymmetrie zwischen den Polen verschiedener Polarität vorsieht, so daß das von der Hauptmaschine erzeugte unipolare Streufeld, welches sich, wie angegeben, hier über die Achse hinweg gleichzeitig dem Felde der Erregermaschine überlagert, die Pole verschiedener Polarität verschieden beeinflußt und bei geeigneter Ausführung das Gesamtfeld der Erregermaschine proportional dem Streufelde der Hauptmaschine steigt und fällt. Der erste go Fall ist der theoretisch zunächstliegende, der zweite ist meist aus praktischen Gründen vorzuziehen.

Der erste Fall, in dem der Regulierstrom durch unipolare Induktion erzeugt wird, ist in den Fig. 5, 6, 7 und 8 erläutert.

Fig. 5 und 6 und auch Fig. 8 zeigen zunächst Anordnungen, in denen der Regulierstrom den Polspulen der Hauptmaschine zu-' geführt \vird, eine Anordnung, die, wie wir weiter unten zeigen werden, in den meisten Fällen ein weniger praktisches als . lediglich theoretisches Interesse bietet und den Vorgang lediglich im Prinzip erläutert. In Fig. 7 hingegen wird der Regulierstrom den Polspulen der Erregermaschine zugeführt.

In der Fig. 5 sind die Polspulen p, welche. * gleichzeitig hier den Regulierstromkreis darstellen, an die zwei Schleifringe s', s' angeschlossen und die letzteren sind über die Bürsten V, V, den äußeren Stromkreis c und einen Regulierwiderstand R untereinander verbunden. . . .

Das unipolare Streufeld muß in diesem Stromkreise einen Gleichstrom erzeugen, der proportional mit der Streuung variiert und dessen Größe im Verhältnis zum genannten Streufelde durch den Widerstand R fixiert werden kann. Indem dieser Strom in den Polspulen sich zum Erregerstrom addiert oder subtrahiert, muß er infolgedessen die Erregung immer im Verhältnis der Streuung

regulieren, d. h. im Verhältnis der Ankerreaktion des Belastungsstromes.

Eine Maschine nach Fig. S würde unter Umständen selbsterregend sein. Jede besondere Erregerwicklung könnte dann, fortfallen. Nehmen wir an, daß ζ. Β. der Luftraum zwischen Polen und Ank'er an den .ZV-Polen klein, an den S-Polen größer gemacht sei, so wird, auch ohne Erregung, der

ίο remanente Magnetismus der 2V-PoIe immer größer sein als derjenige der 5"-PoIe. Infolgedessen wird in der Maschine ein der Richtung der N-PoIe entsprechendes sogenanntes Unipolarfeld auftreten, welches an den äußeren Enden der Achse .S^--PoIe erzeugt. Dieses remanente Unipolarfeld genügt dann, um bei Inbetriebsetzung der Maschine in dem Feldstromkreise einen Erregerstrom zu induzieren, welcher, den remanenten Magnetismus-allmählieh . verstärkend, die Felderregung der Maschine liefert, genau wie bei einer selbst-, erregenden Gleichstrommaschine.

Fig. 7 zeigt dieselbe Anordnung für eine Maschine, deren Erregerstrom von einer fremden Stromquelle oder von einer separaten Erregermaschine geliefert wird. In diesem Falle hat der Regulierstromkreis nur den Strom zu liefern, welcher zur Regulierung der Maschinenspannung erforderlich ist. Man

kann in diesem Falle z. B., wie in Fig. 6 gezeigt, den Regulierstrom um die Pole der Maschine führen, und'derselbe repräsentiert dann nur noch eine Leistung, die einem Bruchteile der Erregerleistung der Maschine entspricht.

In diesem Falle tragen die Pole gleichzeitig die Erregerspulen E, welche über die Schleifringe s, s und die Bürsten b, b an eine fremde Erregerstromquelle angeschlossen sind, und die Regulierspulen p, welche über die Schleifringe s', s', die Bürsten V, V, den äußeren Stromkreis c mit Regulierwiderstand R in sich geschlossen sind.

Dje Benutzung eines unipolaren Streufeldes in der bisher in Fig. 5 und 6 beschriebe-

45' nen Anordnung zur direkten Regulierung und

'■■ ev. direkten Selbsterregung der Maschine bietet eine nicht unbedeutende Schwierigkeit, die darin besteht, daß die durch das unipolare Streufeld induzierten elektromotorischen Kräfte natürlich nur sehr klein sein können. Wenn auch die Erregerleistung, der Maschine nur wenige Prozent, der Maschinenleistung repräsentiert, so ist es in diesem Falle deshalb doch notwendig, den Schleifkontakten außerordentlich hohe Ströme zu entnehmen, um die nötige Erregerleistung liefern zu können.

Um die Schwierigkeit der Stromentnahme bei' diesen Anordnungen zu umgehen, empfiehlt es sich, 'den Regulierstrqm nicht um die Pole der Hauptmaschine, sondern, wie z. B. Fig. 7 zeigt, um die Pole der Erregermaschine zu führen. In diesem Falle braucht die Leistung des Regulierstromes nur einem Bruchteile der Erregung der Erregermaschine zu entsprechen, d. h. einer Größe, die nur sehr klein ist im Verhältnis zur Leistung der Maschine selbst. Die Bürsten b', V, welche der Maschine den Regulierstrom entnehmen, können hier, wie gezeichnet ist, direkt auf der Achse der Maschine schleifen und führen über den Regulierwiderstand R zu den Regulierspulen p' auf den Polen der Erregermaschine B.

Ein Streufeld der gleichen unipolaren Form kann natürlich gleichfalls benutzt werden bei Unipolarmaschinen, wie im Prinzip z. B. dargestellt ist durch die Fig. 8. Bei diesen Maschinen ist es dann unter Umständen überhaupt nicht nötig, irgend\velche Änderung am Polsystem vorzusehen, denn jedes Streufeld hat hier bereits die unipolare Form. Es treten hier zweierlei Streufelder auf, das eine im Innern der Maschine, das andere außen in der Achse und dem äußeren Gestell. Es genügt hier also, einen Stromkreis zu bilden mit Hilfe zweier Bürsten, welche so angeordnet sind, daß in ihnen von irgendeinem Streufelde der Maschine eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, um einen Regulierstrom zu erhalten , welcher im Verhältnis zur Ankerreaktion variiert. Fig. 8 z. B. zeigt eine Ausführungsform, in -welcher zwei Bürsten im Innern der Maschine angeordnet sind, in der Weise, daß sie einen Stromkreis bilden, in welchem ein Regulierstrom erzeugt wird durch ein inneres Streufeld. Dieser Regulierstrom kann dann z. B. einer Hilfsspule p, welche ähnlich wie die Erregerspule E angeordnet ist, zugeführt werden.

Alle bisher beschriebenen Ausführungsformen mit unipolarem Streufelde benutzten besondere Hilfsstromkreise, in welchen ein Regulierstrom durch unipolare Induktion erzeugt wird, und beziehen sich auf Maschinen mit separater Erregermaschine.

Der zweite Fall, in dem es sich um normale Maschinen handelt, bei denen die Erregermaschine direkt mit der Hauptmaschine gekuppelt ist, ist in Fig. 9 dargestellt. Hier wird das genannte unipolare Streufeld direkt zur Beeinflussung des Feldes der Erregermaschine benutzt. Bei diesen -Maschinen muß ein je nach Bauart mehr oder weniger großer Teil des Streufeldes, der außerdem nach WunscK reguliert werden kann, über den Anker und die Pole der Erregermaschine fließen. Sieht man nun zwischen den abwechselnden Polen der Erregermaschine eine ähnliche Unsymmetrie vor wie in der Haupt- maschine, so muß, wie oben gezeigt war, bei geeigneter Ausführung' das Gesamtfeld der Erregermaschine sich in ähnlicher Weise

. 'ändern wie das genannte Streufeld und damit wie die Ankerrückwirkung der Hauptmaschine. Nimmt die Ankerrückwirkung , des Belastungsstromes zu, so wird das Feld der Erregermaschine steigen, nimmt sie ab, fallen und alle Schwankungen der Ankerreaktion in der Erregung der Hauptmaschine exakt korri-

. gieren. Hierbei ist weiter nichts erforderlich, als in den' Feldsystemen der Haupt- und Erregermaschine gleichzeitig eine ähnliche Unsymmetrie zwischen den abwechselnden Polen, also Polen verschiedener Polarität, vorzusehen.

In Fig. 9 ist angenommen, die Erregermaschine sei in die Hauptmaschine eingebaut. Die Hauptmaschine ist hier sechspolig und die Polwicklung entspricht der früher erläuterten (z. B. Fig. 2 bzw. Fig. 7). Die Erregermaschine hingegen sei vierpolig, und es sei deshalb die gleiche- in Fig. 9 a skizzierte Unsymmetrie zwischen den JV-Polen und ^"-Polen vorgesehen. Jede Schwankung des Streufeldes der Hauptmaschine in dem einen oder dem anderen Sinne ruft dann eine proportionale Schwankung des Feldes der Erregermaschine hervor und erzeugt somit in der Er-. . regermaschine einen Regulierstrom, welcher die Felderregung¹ den Belastungsschwankunr gen entsprechend beeinflußt. Diese oder eine ähnliche Anordnung kann benutzt werden in allen Fällen, wo die Erregermaschine mit der Hauptmaschine in magnetische Verbindung steht, also in dieselbe' eingebaut ist oder auch nur außerhalb auf derselben Achse montiert ist. In dem letzteren Falle kann dann z. B. die Grundplatte beider Maschinen als Rückschluß der verketteten Hilfsfelder beider Maschinen dienen und ist nur ev. die genannte Unsymmetrie und die Streuung etwas größer zu wählen.

Es ist natürlich noch eine große Anzahl Aüsführungsformen denkbar. Die Anordnung kann an Maschinen jeder Type vorgesehen werden, wie für jede Art elektrischer Maschinen, und sowohl für Generatoren wie Motoren. Alle Anordnungen sind jedenfalls dadurch gekennzeichnet, daß der Regulierstrom erzeugt wird bzw. beeinflußt' wird von einem Streufelde des Feldsystems der Maschine. Er kann des ferneren, anstatt direkt den Feldmagneten der Maschine oder der Erregermaschine zugeführt zu werden, zur Betätigung von Regulierapparaten dienen und die Erregung der . Maschine beeinflussen u. dgl. m.

Eine Anordnung, die bei Maschinen mit Separaterregung oder mit Erregermaschine besondere Vorteile mit sich bringt, soll hier noch näher beschrieben werden. Dieselbe beisteht darin, die Verhältnisse so zu wählen, daß bereits bei Leerlauf ein Regulierstrom auftritt, welcher jedoch entgegengesetzt dem Erregerstrom gerichtet ist und eine entmagnetisierende Wirkung auf die Pole ausübt, d. h. das Feld der Maschine schwächt, von der'Ankerrückwirkung hingegen so beeinflußt wird, daß er mit zunehmender Ankerrückwirkung fällt, bei einer gewissen Größe derselben Null wird und bei weiterer Zunahme der Ankerrückwirkung seine Richtung umkehrt und sich zum Erregerstrome der Maschine addiert. Der Erregerstrom der Maschine ist hierbei so hoch zu wählen, daß er der Belastung entspricht, bei der der Regulierstrom den Nullpunkt passiert.

Der Vorgang sei z. B. an der Fig. 2 oder 3 erläutert. Nehmen wir an, der Luftraum zwischen Polen und Anker sei hier an den JV-Polen größer als an den 6"-Polen. Gleichzeitig sei die Feldwindungszahl der IV-PoIe größer als die der .S-PoIe, jedoch nicht in dem gleichen Verhältnisse, sondern nur um so viel, daß bei Leerlauf,. d. h. bei Ankerrückwirkung Null, die 5"-PoIe. stärker erregt seien als die JV-PoIe. Infolgedessen wird bei Leerlauf ein unipolares Feld in der Maschine auftreten, das . der Richtung der 5"-PoIe entspricht, d. h. an den Enden der Achse JV-PoIe erzeugt. Die Feldwindungszahl der 6"-PoIe sollte kleiner sein als die der JV-PoIe. Bei zunehmender Belastung wird deshalb die Ankerrückwirkung an den 6"-Polen größer sein als an den JV-Pokn. Die Feldstärke der 5"-PoIe wird mithin stärker abnehmen als die der JV-PoIe. Bei einer gewissen Belastung werden beide gleich groß sein und schließlich werden mit zu-. nehmender Belastung die JV-PoIe größer als die 6"-PoIe. Infolgedessen wird das Streufeld mit zunehmender Belastung fallen, Null werden und schließlich seine Richtung umkehren und in der entgegengesetzten Richtung ansteigen.

Der von diesem Streufelde erzeugte Regulierstrom wird in gleicher Weise von einem maximalen negativen Werte z. B. mit zunehmender Belastung auf Null fallen und schließlich auf einen maximalen positiven Wert steigen. Die Erregung wird so einzustellen sein, daß sie der Belastung entspricht, bei welcher der Regulierstrom Null wird. Unterhalb dieser Belastung bewirkt dann der Reguli er strom eine Schwächung der Erregung, die jedoch mit zunehmender Be- · lastung proportional der Ankerrückwirkung abnimmt, oberhalb hingegen eine Verstärkung der Erregung, die mit zunehmender Belastung proportional der Ankerrückwirkung steigt, so daß die.gesamte Erregung, ebenso wie oben, gleichmäßig zunimmt..

Einerseits hat diese Anordnung den Vorteil, daß die Maschine gut ausgenutzt wird. Der Maximalwert des Regulierstromes in dem einen bzw. dem anderen Sinne braucht nur

noch die Hälfte des früheren Wertes zu betragen und damit auch der Maximalwert des , Streufeldes.

^v Andererseits hat diese Anordnung den wichtigeren Vorteil, daß die Maschine mehr oder weniger unempfindlich gemacht werden kann gegenüber Belastung mit Voreilungsströmen.
Voreilungsströme im Netze haben bei allen

ίο üblichen Kompoundierungstnethoden immer eine sehr bedenkliche Wirkung. Da bei einer kompoundierten Maschine ein Nacheilungs-' strom eine Verstärkung des Feldes hervorrufen soll, so muß ein Voreilungsstrom hier, im Gegensatze zu normalen Maschinen, immer eine Schwächung des Feldes hervorrufen, -und zwar infolge der abnehmenden Eisensättigung des Feldes im verstärkten Maße. Man kann deshalb die Beobachtung machen, daß jede kompoundierte Maschine, sobald diese mit Voreilungsströmen belastet wird, .in ganz kurzer Zeit ihr Feld verliert und aus dem Tritt fällt.

Dieses kann bei der vorliegenden Anordnung nicht eintreten; ein Voreilungsstrom würde zur Folge haben, daß das negativ wirkende Streufeld, das bisher bei Leerlauf sein Maximum erreichte, zwar zunächst noch weiter zunähme und also auch hier zunächst eine Schwächung des Maschinenfeldes hervorriefe. Der Abfall des Maschinenfeldes kann hier jedoch nie einen bedenklichen Betrag erreichen, denn die Zunahme des negativ wirkenden Streufeldes ist begrenzt durch die Zunahme der Eisensättigung in demselben. Bei größeren Voreilungsströmen wird deshalb nur noch .eine geringe Zunahme des Streufeldes eintreten und damit eine nur geringe Abnahme der Maschinenerregung, so daß ein Außertrittfallen der Maschine nicht eintreten kann.

Bei normaler Belastung hat die veränderliche Sättigung des Streufeldes ferner die Wirkung, den störenden Einfluß der Sättigung des Hauptfeldes auf die Kompoundierung mehr oder weniger kompensieren' zu können.

Am vorteilhaftesten ist es, noch weiter zu gehen und die Verhältnisse so zu wählen, daß dauernd, bei allen Belastungen, ein negativ wirkendes Streufeld in der Maschine auftritt, welches bei Leerlauf bzw. bei Belastung mit Voreilungsströmen sein Maximum erreicht und bei normaler induktiver Belastung oder sogar erst bei einer größeren Überlastung der Maschine Null wird. Die Selbsterregung der Erregermaschine ist dann so zu wählen, daß sie der normalen Belastung bzw. der Überlastung entspricht, bei der das Streufeld Null wird. Dieses hat erstens den Vorteil, daß bei Vollbelastung, wo das genannte Streufeld gleich Null wird, das ganze Maschinenfeld ' zur Induktion benutzt wird und infolgedessen die Materialausnutzung· bei Vollbelastung ein Maximum wird. "

Ferner wird bei dieser Anordnung die Ausführung der Maschine an sich noch wesentlich vereinfacht. Um in diesem Falle eine kompoundartige Wirkung zu erzielen, d. h. eine Verstärkung der Erregung im Verhältnisse der Ankerreaktion des Hauptstromes, ist es nämlich im Prinzip gar nicht notwendig, auch in der Erregermaschine eine Unsymmetrie zwischen den verschiedenen Polen vorzusehen. Die Regulierung der Erregung stellt sich in diesem Falle von selbst ein.

Das unipolare Streufeld der Hauptmaschine, indem es sich dem Felde der Erregermaschine überlagert, muß hier immer ganz selbsttätig eine Schwächung des Feldes der Erregermaschine bewirken, d. h. das Erregerfeld muß immer im umgekehrten Verhältnisse des genannten Streufeldes variieren. Dieses wird hervorgerufen, durch die verschiedene Sättigung, welche das unipolare Streufeld der Hauptmaschine in den verschiedenen Polen der Erregermaschine bewirkt. In den Polen derselben Richtung addiert es sich zum Felde der Erregermaschine und vergrößert hier die Eisensättigung, in den Polen entgegengesetzter Richtung subtrahiert es sich und verringert hier die Eisensättigung. Die Folge der höheren Sättigung in den Polen derselben Richtung ist, daß das Streufeld in erster Linie eine Schwächung des Feldes der Erregermaschine und hiermit ihrer Spannung und ihres eigenen Erregerstromes hervorruft. Das Feld in den Polen derselben Richtung bleibt ungefähr konstant und das Feld in den Polen entgegengesetzter Richtung fällt, so daß das gesamte Erregerfeld direkt umgekehrt proportional den Variationen des ■ genannten Streufeldes steigt und fällt. Bei der früher beschriebenen Anordnung mit positiv wirkendem Hilfsfelde würde mit zunehmender Belastung der Spannungsabfall zunehmen, d. h. eine gegenkompoundierende Wirkung erzielt werden. Bei der zuletzt beschriebenen Anordnung mit negativ wirkendem Hilfsfelde würde mit zunehmender Belastung der Spannungsabfall abnehmen, d. h. eine kompoundierende (unter- oder überkompoundierende) Wirkung erzielt werden.

Es ist natürlich, daß deshalb in den meisten Fällen, wo es sich um Spannungsregulierung handelt, die letzte Anordnung mit negativ wirkendem Hilfsfelde, welche bereits ohne Änderungen an der Erregermaschine selbsttätig funktioniert, vorzuziehen ist, zumal sie außerdem alle die anderen oben zitierten Vorteile\nit sich bringt. Man mag die kompoundierende Wirkung noch dadurch verstärken, '

daß man gleichzeitig eine Unsymmetrie im gewünschten Sinne in der Erregermaschine vorsieht. Mit einer derartigen Maschine könnte man eventuell verschiedene Regulierungen vorsehen, sei es dadurch, daß man die künstliche Unsymmetrie irgendwie veränderlich oder justierbar macht, oder aber noch einfacher dadurch, daß man die Erregung umschaltbar macht und einmal in dem einen

ίο Sinne, einmal in dem anderen Sinne zur Erregermaschine einschältet, so. daß durch Umschaltung des Feldes der Erregermaschine die Maschine z. B. das eine Mal unterreguliert, das andere Mal überreguliert, wie eine überkompoundierende Maschine, u. dgl. m.

Die Regulierverfahren sind für jede Art Maschinen anwendbar, sowohl bei Maschinen für Gleich- wie Wechselstrom, wie jeder Stromart, sowohl synchrone wie asynchrone.

Bei Wechselstrommaschinen berücksichtigt es gleichzeitig die Größe- und die Phasenverschiebung . des Belastungsstromes, indem es, unabhängig von der Größe der Phasenver-' Schiebung, lediglich die Ankerrückwirkung korrigiert, d. h. beide in ihrer Wirkung.

Gegenüber bestehenden Regulier- und Kompoundierungsverfahren hat die Neuerung den Vorteil, daß sie keine besonderen Hilf sapparate erfordert, denen wie bei anderen Anprdnungen der Maschinenstrom zugeführt werden muß, und infolgedessen keine Transformatoren und besondere Schaltungen.

Ein vor allem aus praktischen Rücksichten in Frage kommender Vorteil ist der, daß die Anordnung an jeder bestehenden normalen Maschine mit Erregermaschine angebracht werden kann. .

Claims (3)

Patent-An sprüche:

1. Selbsttätig regulierende elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Felderregung, direkt oder indirekt, von einem Regulierstrome beeinflußt wird, der erzeugt bzw. in seiner Größe beeinflußt wird von einem Streufelde des Feldsystems der Maschine.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .daß bei Wechselpol- bzw. Multipolarmaschinen im Feldsysteme eine Unsymmetrie zwischen den Feldern verschiedener Polarität vorgesehen ist, welche ein unipolares Streufeld hervorruft.

3. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regulierstrom bei Leerlauf der Maschine eine der Erregung entgegengesetzte Wirkung auf das Feld ausübt, zum Zwecke, die schädliche AVirkung etwaig auftretender A⁷Oreilungsströme aufzuheben, sowie den Einfluß der Eisensättigung im Felde der Maschine zu korrigieren und eine vollkommene Regulierung zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.