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Publication number: DE111123C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

EDWARD HIBBERD JOHNSON in NEW-YORK.

mit Compound-Feldwickelung.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 26. Mai 1899 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Regeln elektrischer Motoren.

Man pflegt Widerstände in den Ankerstromkreisen von Motoren anzuwenden, welche ■ hinter und neben einander verbunden sind, um zu plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen und Funkenbildung an den Bürsten und Schleiffedern vorzubeugen, und zwar sind derartige Widerstände besonders dann erforderlich, wenn der Wechsel von Hinter- in Nebeneinanderschaltung bewirkt wird. Es sind aber gegen alle Ankerwiderstände Bedenken geltend zu machen, da dieselben aus bekannten Ursachen auf den Gang des Motors schädlich einwirken, und deshalb strebt die vorliegende Erfindung das Ziel an, jeden äufseren Widerstand, der einen Fall des Potentials an den Ankerklemmen hervorruft, in Fortfall zu bringen und ohne schädigende Funkenbildung an den Bürsten der Leitung Rückstrom bei allen höheren Geschwindigkeiten wieder zuzuführen.

Die Erfindung läfst sich dahin kennzeichnen, dafs sie in der Anwendung eines bei niedrigen Geschwindigkeiten seiner Wirkung nach praktisch als Nebenschlufsmaschine arbeitenden Motors besteht, der allinälig in einen Hauptstrommotor bei höchsten Geschwindigkeiten übergeht. Es geschieht dies durch die Anordnung einer mehrfachen Feldwickelung, deren eine als Nebenschlufs-, die andere als Hauptstromwickelung arbeitet unter gleichzeitiger Verwendung einer mehrfachen Ankerwickelung, die zwecks Veränderung der Stärke des magnetischen Feldes in bekannter Weise parallel oder hinter einander geschaltet werden kann, wobei die Stromkreise des Elektromotors so angeordnet sind, dafs vor Eintritt eines Stromwechsels von Hinter- in Nebeneinanderschaltung die Geschwindigkeit des Motors infolge des geschwächten Feldes so gesteigert wird, dafs sie der Geschwindigkeit gleichkommt, welche mit einem starken Felde nach erfolgtem Wechsel in Nebeneinanderschaltung erzielt wird.

In der Zeichnung ist Fig. 1 ein Entwurf der Stromkreisverbindungen zwischen den feststehenden Stromschlufsstücken eines Reglers, eines Motors, welcher zwei Anker und zwei Stromwender mit einem Feldmagneten mit Verbundwickelung besitzt, einer in zwei getrennten Gruppen angeordneten Sammlerbatterie und der Widerstände, welche in Verbindung mit den Feldstromkreisen des Motors zur Verwendung kommen. Fig. 2 veranschaulicht die Stromschlufsstücke auf dem Schaltcylinder, dessen Bauart den bekannten dieser Art entspricht. Fig. 3 stellt die Stromschlufsstücke auf einem Umsteuercylinder bekannter Art dar, welcher zum Umkehren des Stromes durch die Feldwickelungen des Motors dient. Fig: 4 zeigt die verschiedenen Verbindungen der Motorstromkreise, wenn der Schaltcylinder mit seinen in Fig. 2 angegebenen Stromschlufsstücken über die feststehenden rechtsseitigen Stromschlufsstücke der Fig. 1 gedreht wird. Es ist in diesem Falle angenommen, dafs der Motor in Verbindung mit einer getheilten Sammlerbatterie, wie in Fig. 1 angegeben, zur Fort-

bewegung elektrischer Fahrzeuge oder zu ähnlichem Gebrauche dient. Fig. 5 zeigt die verschiedenen Stromkreisverbindungen, wenn ein mit zwei Ankern und zwei Stromwendern mit einem Feldmagneten mit Verbundwickelung ausgerüsteter Motor in Gemeinschaft mit einem anderen Motor Reicher Einrichtung für elektrische Strafsenbahnen oder Eisenbahnen benutzt wird; es sind hier neun Schaltungen angegeben.

In Fig. ι und 4 sind C¹ und C² die Stromwender für die beiden Ankerwickelungen des Motors. O ist die Nebenschlufs-Feldwickelung und T die Wickelung für das Hauptstromfeld. R,R\R'² und i?³ sind Widerstände, und zwar die beiden ersteren in Hintereinanderschaltung mit der Nebenschlufs-Feldwickelung oder in Kurzschlufs, je nachdem dies erforderlich ist, die beiden letzteren in Reihenschaltung zu den Polen der Hauptstrom-Feldwickelung und theifweise in Kurzschlufs oder unverbunden, entsprechend der Stellung des Reglers. Das Nebenschlufsfeld ist nur über eine Gruppe der Batterien für alle Stellungen des Reglers, wie in Fig. ι dargestellt, verbunden.

Die erste Stellung des Reglers oder die Geschwindigkeit Nr. ι hat die Wirkung, dafs das Nebenschlufsfeld aufsergewöhnlich stark wird, wobei der damit in Reihe geschaltete Widerstand kurz geschlossen ist. Das Hauptstromfeld liegt im Nebenschlufs zu einem schwachen Widerstand i?³, so dafs die Amperewindungen auf das geringste Mais beschränkt sind. Die in Fig. ι veranschaulichte Sammlerbatterie ist hierbei in zwei parallele Reihen B¹ B'² geschaltet. Auf diese Weise erhält man mit zwei hinter einander geschalteten Stromwendern nur 20 Volt für jeden Stromwender, falls z. .B. jede Batteriegruppe 40 Volt liefert.

Die zweite Stellung des Reglers ändert an den Stromkreisverbindungen in praktischer Hinsicht nichts, nur wird das Nebenschlufsfeld durch den Widerstand R so geschwächt, dafs der Motor zum wenigsten um 50 pCt. beschleunigt wird. Die dritte Stellung des Reglers bringt die Batterien aus der Neben- in die Hintereinanderschaltung mit 40 Volt für jeden Stromwender, giebt dem Nebenschlufsfeld wieder seine Maximalstärke und läfst mehr Strom durch die Hauptstromwickelung gehen dadurch, dafs der Hülfswiderstand R- in Reihe mit i?³ eingeschaltet ist. Diese Stellung giebt dem Motor eine um etwa 100 pCt. vermehrte Geschwindigkeit gegenüber der nach Stellung 1. Die vierte Stellung läfst die Stromkreise in praktischer Hinsicht wie bei der vorigen Stellung mit Ausnahme des Nebenschlufs-Feldstromkreises, welcher durch die Widerstände RR¹ derart geschwächt ist, dafs, wenn schon nunmehr mehr Strom durch die hinter einander geschalteten Spulen geht, das ganze Feld doch so schwach ist, dafs der Motor um wenigstens 50 pCt. schneller geht als bei der vorigen Reglerstellung. Bei der fünften Stellung des Reglers sind die Ankerstromkreise aus der Reihen- in die Parallelstellung geschaltet, und ein starker Strom geht durch die hinter einander geschalteten Wickelungen infolge davon, dafs die Widerstände R'² und R³ vollständig ausgeschaltet sind. Das Nebenschlufsfeld ist von gleicher Stärke wie bei Stellung 2 und die ge·· sammte Magnetisirung ungefähr dieselbe wie bei Stellung 3. Jeder Stromwender empfängt in praktischer Hinsicht 80 Volt, und die Geschwindigkeit ist daher etwa 100 pCt. gröfser als bei der Stellung 3. Die sechste und letzte Stellung des Reglers öffnet das Nebenschlufsfeld vollständig, läfst jedoch die anderen Stromkreise, wie sie in der fünften Stellung waren, wodurch der Motor zu schnellerem Gange veranlafst und zu einem gewöhnlichen Motor mit Hauptstromwickelung wird.

Soll der Motor in Verbindung mit einem elektrischen Fahrzeuge benutzt werden, so ergiebt sich aus vorstehender Schilderung der Stromkreise das Folgende:

Da der Motor allmälig aus einem Nebenschlufsmotor geringster Schnelligkeit zu einem Hauptstrommotor höchster Schnelligkeit umgewandelt wird, ergiebt sich, dafs die Schnelligkeit des Fahrzeuges bei den niedrigeren Geschwindigkeiten in praktischer Hinsicht constant ist, eanz gleichgültig, welche Ladung gerade vorhanden ist, dafs aber die höchsten Geschwindigkeiten sehr von der Ladung abhängen. Mit anderen Worten, der Motor wird bei den geringeren Geschwindigkeiten Neigung zeigen, Strom durch seine Ankerwickelungen im Verhältnisse zum erforderlichen Drehungsmomente aufzunehmen. Ein übermäfsiger Strom wird keine Funken an den Bürsten verursachen, weil bei der ersten und zweiten Stellung des Reglers die Spannung zwischen den einander folgenden Stromwenderstäben nur ein Viertel von jener bei Höchstgeschwindigkeit beträgt.

Sollte ferner die Geschwindigkeit des Fahrzeuges wesentlich die einer bestimmten Stellung i, 2 oder 3 des Reglers entsprechende Geschwindigkeit überschreiten, beispielsweise infolge absteigender Fahrt, so folgt daraus, dafs der Motor selbstthätig zu einer Dynamomaschine wird und Energie für die Batterie wiedergewinnt.

Sollte endlich das Fahrzeug mit der Höchstgeschwindigkeit laufen und der Regler schnell

O ~ O

auf Stellung 2 oder 1 zurückgebracht werden, so folgt daraus, dafs ein Strom durch die Ankerwickelungen gehen und die Batterie laden wird, dafs derselbe jedoch innerhalb sicherer Grenzen gehalten wird wegen der abschwächenden Wirkung des Hauptstromfeldes, welches infolge der Schwächung der Feldstärke dem-

entsprechend die elektromotorische Kraft des Ankers verringern wird. Die Ladung der Batterie regelt sich selbsttätig, d.h. ein starker Ladestrom schwächt das Feld und verringert daher die ' elektromotorische Kraft, und ein schwacher Ladestrom stärkt das Feld und vermehrt daher die elektromotorische Kraft.

In Fig. 5 bezeichnet O' die Nebenschlufswickelung; C¹ C'² sind die Stromwender für die Ankerwickelungen eines Motors, O² T'² C³ C⁴ die entsprechenden Wickelungen und Stromwender des anderen Motors. Jede Ankerschaltung ergiebt drei verschiedene Geschwindigkeiten infolge einer veränderten Feldstärke.

Die ersten drei Geschwindigkeitsstufen, Nr. i, 2 und 3, geben 125 Voll für jeden Stromwender (bei einer Betriebsspannung von 500 Volt) und die Motoren arbeiten nach praktischem Begriffe als Nebenschlufsmotoren infolge des sehr starken Nebenschlufsfeldes und des schwachen Hauptstromfeldes. Die folgenden drei Geschwindigkeiten, Nr. 4, 5 und 6. geben 250 Volt für jeden Stromwender. Die Hauptstromfelder sind nun beträchtlich stärker geworden infolge Vermehrung des Stromes durch ihre Wickelungen, und die Nebenschlufsfelder sind etwas geschwächt durch Einführung eines oder mehrerer Widerstände in Hintereinanderschaltung. Die drei letzten Geschwindigkeitsstufen, Nr. 7, 8, g , geben 500 Volt für jeden Stromwender, wobei der Verlust aus der Hauptstromwickelung nicht gerechnet ist. Das Hauptstromfeld bei der siebenten Stellung ist viermal so stark als bei der ersten Stellung, und bei der achten und neunten Stellung wird es noch weiter verstärkt infolge davon, dafs mehr Strom durch den Anker geht. Das Nebenschlufsfeld ist infolge von Reihenschaltung mit Hülfswiderständen derart geschwächt, dafs die Motoren bei Höchstgeschwindigkeit als einfache Motoren mit Hauptstromwickelung arbeiten. Da in den Ankerwickelun^en kein äufserer Widerstand vorhanden ist, welcher ein beträchtliches Fallen des Potentials veranlassen könnte, und da die inneren Widerstände der Motoren selbst vergleichsweise gering sind, so ergiebt sich daraus, dafs die Geschwindigkeit der Motoren hauptsächlich von ihren elektromotorischen Gegenkräften abhängt, welche ihrerseits von der Reihenparallelschaltung der Ankerwickelungen und von der Feldstärke abhängen. Es ergiebt sich ferner aus obiger Schilderung der verschiedenen Stromkreisverbindungen, dafs die Motoren sich nicht mehr beschleunigen, wenn der Regler von der dritten zur vierten und von der sechsten zur siebenten Stellung bewegt wird, als zwischen irgend welchen zwei anderen Stellungen (die Geschwindigkeit bei der dritten und sechsten Stellung ist dabei derart infolge des geschwächten Feldes vermehrt, dafs sie der Geschwindigkeit bei der vierten und siebenten Stellung nahe kommt). Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Regler mit seinen Stromschlufsstücken wird nicht als Erfindung beansprucht; seine Darstellung verfolgt nur den Zweck, die Stromkreise erkennen zu lassen.

Claims

Patent-Anspruch:

Verfahren zurAenderung der Geschwindigkeit eines oder mehrerer Elektromotoren mit Compound-Feldwickelung, dadurch gekennzeichnet, dafs die Feldwickelungen, von denen die eine als Nebenschlufs-, die andere als Hauptstromwickelung arbeitet, mit zwei oder mehr Ankerstromkreisen, die in bekannter Weise parallel und hinter einander geschaltet werden können, vereinigt werden, so dafs der Motor infolge Veränderung der Stärke des Nebenschlufsbezw. Hauptstromfeldes durch vor bezw. parallel geschaltete Regelungswiderstände bei niedrigen Geschwindigkeiten seiner Wirkung nach praktisch als Nebenschiufsmotor arbeitet, bei hohen Geschwindigkeiten praktisch in einen Hauptstrommotor übergeht.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.