DE111175C - - Google Patents

Description

PATENTAMT.

Feldern.

Die vorliegende Einrichtung behandelt die . Erzeugung des inducirenden Magnetismus in zwei oder mehreren magnetischen Stromkreisen durch -combinirte Wirkung von Einphasenwechselstrom in einem Stromkreise, der zur Erregung dient, auf einen secundären Stromkreis, der in inductiver Beziehung zum ersten steht, wobei die magnetischen Phasen je nach den magnetisirenden Kräften verändert werden können.

Die resultirenden magnetischen Phasen können sich bis zu jedem gewünschten Betrage von den Phasen der magnetisirenden Ströme unterscheiden, je nach dem Verhältnisse der magnetisirenden Kräfte und Widerstände; die Anordnung ist bei Wechselstrommotoren und bei Transformatoren verwendbar.

Die Armatur A der Maschine (Fig. 1) besteht aus einer cylindrischen Masse von lamellirtem Metall auf einer Welle a, die mit einer Antriebsscheibe für den Wechselstrommotor versehen sein kann. Das Eisen, welches die Feldmagnete der Maschine bildet, besteht aus zwei von' einander getrennten lamellirten Massen BB¹. Die Trennungslinie ist parallel der Armaturachse durch die Räume b b¹ gekennzeichnet.

Das Metall wird durch einen passenden Rahmen von nicht magnetischem Materiale getragen (s. Fig. 2), hat Endstücke c c, durch die Querbolzen c¹ gesteckt werden, und Arme c² zum Tragen der Armaturwelle. Jede dieser Eisenmassen bildete geeignete concave Polflächen dd\d?'d³; die Flächen dd¹ und d² d³ werden durch rechtwinklige Aussparungen zur Aufnahme der Feldspulen von einander getrennt; d¹ und <f², d³ und d werden nicht nur durch solche Aussparungen getrennt, sondern auch durch die Lufträume b b¹. Sind diese Metallmassen magnetisirt, so ergeben sich vier magnetische Stromkreise. Der erste von d nach d^l nach dem Rückende der zwischen liegenden Aussparung und einem Theile des magnetischen Armaturmetalles A. Dieser Stromkreis besitzt ein Minimum magnetischen Widerstandes, welches von den ringförmigen Lufträumen zwischen den Polflächen und der Armatur herrührt. Der zweite Stromkreis von d¹ nach d'² mit dem magnetischen Widerstände, der durch den Luftraum b gebildet wird, der dritte von d'² nach d³ hat wie der erste ein Minimum von Widerstand, der letzte von d³ nach d hat wie der zweite einen magnetischen Widerstand, der durch den Luftraum b¹ entsteht.

Die die Armatur umgebenden Feldspulen sind in zwei Gruppen, die unter rechtem Winkel zu einander angeordnet sind, eingetheilt; obgleich jede Gruppe vier Spulen enthält, gehören immer zwei davon zusammen, da die Trennung jeder Spule in zwei Theile nur aus baulicher Rücksicht geschieht. Zwei von den Spulen in jeder Gruppe liegen in einem Stromkreise mit der Stromquelle des Einphasenwechselstromes, der z. B. bei C eintritt, in die eine Abtheilung der Spulen D geht, dann zu der anderen Abtheilung D¹,

dann um die kleinere Spule D² zu der zweiten Abtheilung der Spulen D³ und dann bei C¹ austritt. Die anderen beiden Spulen jeder Gruppe sind Secundärspulen und liegen in einem durch einen Widerstand -R geschlossenen Stromkreise. Die Verbindungen gehen von -R durch E nach F, dann nach Spule F¹, Spule F'² F³ durch E^l wieder zurück. Die elektrische Anordnung der Spulen ist in der Fig. 6 schematisch gezeigt, wobei die Untertheilung der Spulen nicht berücksichtigt ist. Der Wechselstrom tritt ein bei C, geht durch die grofse Primärspule D und dann durch die kleine Spule D², die unter rechtem Winkel zu D angeordnet ist, und zurück nach C^]. Die grofse Secundärspule F ist neben der kleinen Z)², und die kleine Secundärspule F'² neben der grofsen primären D angeordnet; beide Secundärspulen liegen in einem Stromkreise, der durch den Widerstand R geschlossen ist. Werden den Primärspulen DD² Wechselströme zugeführt, so werden in dem Secundärstromkreise F und F'² Ströme erzeugt, deren Stärke durch den Widerstand -R geregelt werden kann. Ist z. B. die Phase des Secundärstromes in FF'² gegen die des Primärstromes um 150⁰, d. h. um ⁵J₁₀ der Periode von 360⁰ unterschieden, so wird der Magnetismus in beiden Stromkreisen nicht dem Primär- oder dem Secundärstrome entsprechen, sondern vielmehr der Resultante der magnetomotorischen Kräfte beider Ströme, und deshalb wird das Maximum der magnetischen Phasen zwischen dem Maximum der elektrischen Phasen beider Ströme liegen, d. h. der resultirende Magnetismus wird sein Maximum vor dem Maximum des primären, und nach dem Maximum des secundären Stromes erreichen. Besitzt die Primärspule des magnetischen Kreises mehr Ankerwindungen und deshalb mehr magnetisirende Kraft als die secundäre Spule, und wird in dem secundären Stromkreise umgekehrt die Anordnung so getroffen, dafs die secundäre Spule mehr magnetisirende Kraft als die primäre hat, so wird der Magnetismus in dem ersten Stromkreise in der Phase mit dem primären Strome mehr übereinstimmen und in dem secundären Stromkreise wird der Magnetismus mehr mit dem secundären Strome übereinstimmen.

Ist nun der secundäre Strom 150⁰ oder ⁵/₁₂ der Periode hinter dem primären Strome zurück, so kann die Anzahl der Amperewindungen in den Spulen so angeordnet werden, dafs das magnetische Maximum in dem einen Stromkreis ¹Z₄ einer Periode nach oder vor dem Maximum in dem anderen Stromkreis eintreten wird. Die beiden elektromotorischen Kräfte, die in F und F'² inducirt werden, werden sich also von einander um ¹Z₄ einer Periode unterscheiden und werden einen secundären Strom erzeugen, der hinter dem primären um ⁵/₁₂ der Periode verschoben ist. Hat z. B. die Primärspule D 156 Windungen und die benachbarte Secundärspule F'² 90, so liegt bei gleich starken Strömen das Maximum des Magnetismus ¹Z₁₂ einer Periode oder um 30⁰ hinter dem primären Strome und ⁴/₁₂ einer Periode oder um 120⁰ vor dem secundären Strome; hat in dem anderen magnetischen Stromkreise die Primärspule -D'² 30 Windungen und die Secundärspule F 52 Windungen, so wird der resultirende Magnetismus in diesem Stromkreise um ⁴/₁₂ der Periode oder 120⁰ hinter dem Primärstrome zurückbleiben und Y₁₂ der Periode oder 30⁰ dem Secundärstrome voraus sein, und wird deshalb Y₄ der Periode nach dem Maximum des Magnetismus im ersten Stromkreis eintreten, d. h. der Magnetismus der beiden Stromkreise wird um 90 ° in der Phase sich unterscheiden. Bei diesen beiden Stromkreisen werden also die magnetischen Pole entsprechend sich verschieben und eine Drehung der Linie der Magnetisation wird während jeder Periode des Wechselstromes stattfinden. Schaltet man in den ersten magnetischen Kreis D F- dreimal so viel magnetischen Widerstand als in den zweiten, so wird der Magnetismus, der durch beide Stromkreise erzeugt wird, von gleicher Stärke sein, und die beiden elektromotorischen Kräfte, die in den Secundärspulen F und F'² erzeugt werden, stehen wie die Windungszahlen in dem Verhältnisse von 90 zu 52, wobei der secundäre Strom hinter der elektromotorischen Kraft in F'² um Y₁, oder 30⁰ und die elektromotorische Kraft um 90° hinter dem Magnetismus zurückbleibt; der resultirende Magnetismus von -D F² bleibt hinter dem primären Strome um 30⁰, " und der secundäre Strom hinter dem primären Strome um 150⁰ zurück.

Nimmt man an (s. das Diagramm Fig. 7), die Linien O-D und O-E veranschaulichen die um 150° gegen einander verschobenen primären und secundären Ströme, so kann der Werth des secundären dem des primären durch Einschaltung eines Widerstandes R in den secundären Stromkreis gleichgemacht werden. Die Primärspule im ersten magnetischen Stromkreise habe 156 Windungen und ihre magnetisirende Kraft sei durch die Linie O-D dargestellt, die Secundärspule habe 90 Windungen, ihre magnetisirende Kraft entspreche Linie O -F², so verhält sich OD zu O -F² wie 156 zu 90. Vervollständigt man nach O-D und O -F'² das Parallelogramm der Kräfte, so ergiebt sich eine magnetisirende Kraft OA¹, welche unter den angenommenen Bedingungen 30⁰ hinter O-D zurückbleibt und 120⁰ gegen O-F² voreilt. Der Magnetismus des ersten Stromkreises wird durch die resultirende mag-

netische Kraft O A^l erzeugt und kann also durch die Linie OAf¹ in Phase mit OA¹ dargestellt werden.

Im zweiten magnetisirenden Stromkreise kann die Primärspule von 30 Windungen mit ihrer magnetisirenden Kraft durch O-D² und die Secundärspule von 52 Windungen durch O-F dargestellt werden, wobei sich O-D² zu O- F wie 30 zu 52 verhält. In derselben Weise wie vorstehend erhält man eine resultirende magnetische Kraft OA^, welche Y₃ der resultirenden magnetischen Kraft O A^l des ersten magnetischen Stromkreises ist und in dem secundären magnetischen Stromkreise den Magnetismus OM² hervorbringt; dieser ist gleich dem im ersten Stromkreise, da der magnetische Widerstand des zweiten ^!/₃ von jenem des ersten ist. O M² ist in Phase mit O A ² und bei den angenommenen numerischen Werthen 120° hinter 0-D'² und 30⁰ vor 0-F, deshalb liegt OM² 90⁰ hinter OM¹.

Durch den combinirten Einflufs der Wechselstromkreise, welche dem Motor zugeführt werden, und der secundären Ströme wird eine wirksame Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Bewegung hervorgerufen. Die Zahl der Amperewindungen wird so proportionirt und die magnetischen Widerstände so gewählt, dafs der durch die Spulen in einem Kreise erzeugte Magnetismus um 90° hinter den in dem anderen Kreise erzeugten zurückbleibt, und beide, da sie gleich stark sind und senkrecht auf einander stehen, eine Umdrehung von zwei entgegengesetzt inducirten Polen der Armatur bei' gleichmäfsiger Geschwindigkeit hervorbringen. Die Armatur kann aus festem Eisen oder aus lamellirtem Eisen hergestellt werden, so dafs Wirbelströme, die darin entstehen, eine elektrodynamische Rückwirkung zwischen Feld und Armatur hervorrufen.

Bei der Ausführung nach Fig; 3 und 4 ist der Feldmagnet A \ das rotirende Element, innerhalb des feststehenden Ringes B² als Armatur angeordnet. Der Magnetkern besteht aus lamellirtem Eisen und bildet vier Arme e e * e² e³, von denen zwei, die einander diametral gegenüberliegen wie e und e', mit ihren convexen Flächen dicht an die innere Fläche des Ringes -B² herankommen, und die beiden anderen e² und e³ durch gröfsere Lufträume, um einen verschiedenen magnetischen Widerstand zu erzeugen, von dem Ringe B² getrennt sind. Auf den Armen e² und e³ sind die Primärspulen D⁴D⁵ angeordnet, und auf den Armen e und e¹ die kleineren Primärspulen D⁶ und D⁷, die alle in Reihe geschaltet sind, und denen durch Klemmen C und C¹ und die Bürstencontacte f Wechselstrom zugeführt wird. Um die Arme e und e¹ sind die grofsen Secundärspulen i⁷⁴ und F⁵ angeordnet und um die anderen Arme e- und e³ die anderen Secundärspulen F^e und F\ die alle in einem durch den Widerstand R geschlossenen Stromkreis liegen.

Bei dieser Maschine wird, wie bei der zuerst beschriebenen, ein magnetischer Stromkreis durch die grofsen Primärspulen D⁴ D^h in Verbindung mit den kleinen Primärspulen F^e> F⁷, und der andere magnetische Stromkreis durch die grofsen Secundärspulen Fⁱ F⁵ und die kleinen Primärspulen D⁶ und D¹ erzeugt; ihre resultirende Wirkung wird veranlassen, dafs die magnetischen Pole rotiren, und zwar mit einer der Wechselzahl entsprechenden Geschwindigkeit. Dieselbe Wirkung hätte die Anordnung, wenn der Magnet feststehend und der Ring B² drehbar angeordnet ist.

In jedem der beiden beschriebenen Fälle ist die gleitende Phase des Magnetismus ¹J₁ der Periode oder 90⁰, sie kann aber auch, wie z. B. bei Fig. 5 angeordnet werden. Hier hat die Armatur A ² einen Eisenkern und eine Gruppe in sich geschlossener Spulen. Der Feldmagnet B³ ist ein Ring mit nach Innen ragenden Kernen, die einander diametral angeordnet sind und die Spulen tragen; sie haben concav ausgebildete Flächen, so dafs das Paar der Kerne g g¹ den geringsten Zwischenraum, hh¹ etwas mehr, z'z'¹ noch mehr und k k ^l den gröfsten Zwischenraum hat, um verschiedene magnetische Widerstände in den Stromkreisen zu erzeugen. Jeder Kern trägt eine Primär- und eine Secundärspule, die verschiedene Windungszahlen haben; g g¹ hat die gröfsten Primärspulen / und die kleinsten Secundärspulen m, h h ^l hat die nächst kleineren Primärspulen Z¹ und die nächst gröfseren Secundärspulen m¹; die Kerne ii^l haben noch kleinere Primärspulen Z² und ihre Secundärspulen in'² sind gröfser als die vorigen; endlich haben die Kerne k k ' die kleinsten Primärspulen Z^s und die gröfsten Secundärspulen pi³. Die Primärspulen sind in Reihe geschaltet, ihnen wird durch die Klemmen C Strom zugeführt; die Secundärspulen sind alle in einem durch den Widerstand R angeordneten Stromkreis geschlossen. Die vier Paar Magnetpole erzeugen, wenn sie durch Wechselstrom erregt werden, verschobene magnetische Phasen; der Magnetismus des Stromkreises in h h ' erreicht sein Maximum hinter dem Magnetismus von e e *, und der in ti¹ erreicht sein Maximum hinter h h¹, während der in k k¹ sein Maximum hinter i i ^x erreicht; so wird in dieser Weise die Linie der magnetischen Polarität von g g¹ nach h h¹ zu i i¹ und dann nach k k ^J verschoben.

In dieser Maschine wird der Magnetismus in jedem magnetischen Stromkreise wie in den vorherbeschriebenen Maschinen erregt; die beiden elektrischen Ströme, deren magnetisirende Kräfte mit Bezug auf einander ver-

änderlich sind, und die Phasenverschiebung des Secundärstromes können durch Veränderung der Widerstände im geschlossenen Stromkreise variirt werden.

Die beschriebene Anordnung läfst sich auch bei Armaturen ohne Eisenkern, z. B. bei Motoren für Zählerwerke, verwenden, wobei die Armatur wie bei dem beschriebenen Wechselstrommotor gebaut ist.

Bei Anwendung auf Transformatoren werden die Spulen auf zwei verschiedenen Kernen angeordnet, so dafs die primären sowie die secundären Spulen hinter einander geschaltet auf beiden Kernen vertheilt sind. Aus zwei weiteren Spulen auf jedem der beiden Kerne werden dann Ströme entnommen, die bei verschiedener Gröfse der Kerne und demzufolge verschiedenen magnetischen Widerständen gegen den zugeführten Wechselstrom in der Phase verschoben sind.

In Fig. 8 ist ein solcher Transformator dargestellt. Auf den beiden Eisenkernen G und G¹ von verschiedener Gröfse und verschiedenem magnetischen Widerstände sitzen die beiden hinter einander geschalteten Spulen D D\ die inducirend auf die Secundärspulen FF¹ und H und H^l wirken; den ersteren D D ¹ wird Wechselstrom zugeführt, während FF¹ durch einen Widerstand geschlossen sind und H und H¹ den inducirten Strom, der gegen den zugeführten von verschobener Phase ist, nach aufsen abgeben. Wie bei dem vorher beschriebenen Motor entsprechen die magnetischen Phasen in den Kernen nicht den Strömen, sondern der resultirenden magnetomotorischen Kraft, welche in diesen Spulen inducirt wird durch Ströme, die nicht in Phase mit einander sind.

Hierbei ist Primärspule D von gröfserer Windungszahl als die Secundärspule F und Spule F¹ gröfser als D¹. In dieser Weise kann man die Phasenbeziehung von Wechselströmen transformiren, denn die magnetischen Phasen in den Kernen G und G¹ entsprechen nicht den elektrischen der zugeführten Ströme.

Man kann die Spulen DD¹FF¹ als primäre mit Bezug auf HH¹ ansehen, wie sie zusammenwirken, um elektromotorische Kräfte in HH¹ hervorzurufen. Der Transformator besitzt also Gruppen von Primär- und Secundärspulen, die so angeordnet sind, dafs Gruppen DD¹ und FF¹ magnetische Phasen in den Kernen hervorbringen, die wieder elektromotorische Kräfte in HH¹ erzeugen; hierbei ist die Phasenbeziehung eine solche, dafs die elektromotorischen Kräfte der einen Gruppe von Spulen HH¹ in der Phase mit der magnetischen in GG¹ übereinstimmen, während die elektromotorische Kraft der anderen Gruppe in Z)D¹ und FF¹ in der Phasenbeziehung dieser nicht entsprechen.

Claims (3)

Pa tent-Ansprüche:

1. Anordnung zur Herstellung einer Phasenverschiebung von 90 ° zwischen zwei magnetisirenden Feldern, gekennzeichnet durch zwei Gruppen von primären, in Reihe geschalteten Spulen (auf den . Magnetkernen) von verschiedener Windungszahl, denen Einphasenwechselstrom zugeführt wird, und von secundären Spulen, die durch einen Widerstand geschlossen sind und in inductiver Beziehung zu den ersteren stehen, wobei die Magnetstromkreise verschiedenen magnetischen Widerstand bieten.

2. Die unter 1. bezeichnete Einrichtung bei Wechselstrommotoren zur Erzielung einer starken Anlaufskraft, gekennzeichnet durch zwei Gruppen erregender Feldspulen, die rechtwinklig zu einander angeordnet sind und deren jede eine primäre und eine secundäre Spule ungleicher magnetisirender Kraft enthält, wobei die primären, denen Einphasenwechselstrom zugeführt wird, in der Weise auf die einen geschlossenen Stromkreis bildenden secundären wirken, dafs in beiden magnetischen Stromkreisen um 90 ° gegen einander in der Phase verschobene magnetomotorische Kräfte entstehen.

3. Die unter 1. bezeichnete Einrichtung für Wechselstromtransformatoren, dadurch gekennzeichnet, dafs auf zwei von einander getrennten verschieden grofsen Eisenkernen zwei hinter einander geschaltete primäre Spulen verschiedener Windungszahl angeordnet sind, denen Einphasenwechselstrom zugeführt wird, neben zwei durch einen Widerstand geschlossenen Secundärspulen und aufserdem auf jedem Kerne eine Secundärspule sich befindet, welcher der phasenverschobene Strom entnommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.