DE261030C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Das vorliegende Verfahren zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen bezieht sich auf Maschinen, in welchen die Frequenz der erzeugten Ströme nicht durch die Polzahl der Maschine bzw. deren Polteilung und Umfangsgeschwindigkeit, sondern durch in der Maschine bewirkte Schwingungen des magnetischen Feldes der Maschine bestimmt wird.

Es sind dies allgemein Maschinen mit unterteiltem Felde bzw. solche Maschinen, deren Feldsystem jedenfalls nicht aus solidem Eisen bestehen und nicht gegen diese Schwingungen abgedämpft sein darf, wobei auch die Feldwicklung so zu schalten ist, daß dieselbe nicht über den äußeren Erregerstromkreis gegen diese Schwingungen abgedämpft ist, während die erzeugten Ströme an der Feldwicklung oder irgendeiner anderen auf dem Stator oder dem Rotor der Maschine liegenden Wicklung abgenommen werden können.

Es gibt im wesentlichen zwei Verfahren, diese Schwingungen des Maschinenfeldes zu erzeugen. Das erste besteht darin, daß einer der beiden zueinander rotierenden Maschinenteile, beispielsweise bei feststehendem Felde der Rotor, Schlußstücke trägt, welche den magnetischen Widerstand des Feldes pulsierend ändern, das zweite darin, daß er eine einphasig in sich geschlossene Wicklung trägt, welche durch die in ihr induzierten Kurzschlußströme entsprechende Schwingungen des Feldes erzeugt.

Bei dem letztgenannten Verfahren können hierbei dadurch, daß in die Wicklung äußere Stromkreise eingeschaltet werden oder Abstimmungsgruppen, die aus Kapazität und Selbstinduktion zusammengesetzt und auf bestimmte Frequenzen abgestimmt sind, auch beliebig höhere Frequenzen zur Ausbildung gebracht werden.

Nach dem vorliegenden Verfahren soll nun im Gegensatz hierzu eine beliebig höhere Schwingung des Feldes durch die Wicklung der Maschine direkt erzeugt werden, und zwar durch eine geeignet angeordnete und mehrphasig in sich geschlossene Wicklung.

Es ist zunächst bekannt, daß in einer normalen Mehrphasenmaschine, wenn dieselbe an ihren äußeren Klemmen kurzgeschlossen wird, zwischen dem neutralen Punkt und den äußeren Klemmen eine schwache Oberschwingung erzeugt werden kann, deren Frequenz durch die Phasenzahl bzw. den reziproken Wert der Phasendifferenz zwischen nebeneinanderliegendeh Phasen bestimmt ist. Diese Oberschwingung wird erzeugt durch das durch die Ausgleichströme zwischen zwei benachbarten Phasen sich bildende Ankerstreufeld, und tritt deshalb vor allem in Maschinen mit größerer Ankerstreuung auf, beispielsweise in Maschinen, in welchen die Ankerwicklung nicht aus übergreifenden Spulen besteht, sondern aus nebeneinanderliegenden und auf die verschiedenen Pole unter verschiedener Phase verteilten Spulen. Sie erreicht aber in allen diesen Fällen schon infolge der dämpfenden Wirkung des Feldsystems, und da sie nur durch Streufelder der Maschine erzeugt wird, keine praktisch nennenswerte Höhe.

..- Nun zeigt sich aber, daß bei geeigneter An-Ordnung diesen Oberschwingungen ein Streufeld entspricht von ähnlicher Form wie die

des Hauptfeldes, und welches sich deshalb, wenn man dafür Sorge trägt, daß auch das Hauptfeld der Maschine gegen derartige Schwingungen nicht abgedämpft ist, dem Hauptfelde überlagern kann und eine entsprechende Schwingung des Hauptfeldes bewirkt, deren Amplitude durch die Erregung des Hauptfeldes bestimmt ist und durch diese praktisch beliebig eingestellt werden kann.

ίο Auf derartigem Wege läßt sich dann durch die Rückwirkung der Maschinenwicklung allein eine Schwingung des Maschinenfeldes beliebig hoher, durch die Wicklung gegebener Frequenz bewirken, welche zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen benutzt werden kann, die an den Stator- und Rotorspulen abgenommen werden können.

In der beiliegenden Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Stator α und der Rotor 5, die hier beide aus unterteiltem Eisen bestehen sollen, seien durch die stark ausgezogenen Kreise bezeichnet. Die Erregerquelle sei e, hier beispielsweise eine Gleichstromquelle, d eine Drosselspule, die hier vermeiden soll, daß die in der Maschine erzeugten Ströme sich über die Erregerquelle schließen können. Die sieben Feldspulen s s s .... seien hier als Folgepole gewickelt, so daß denselben ein 14 poliges Feld entspricht; dieselben seien in Serie zueinander geschaltet. Außerdem sind auf dem Stator 7 Spulen s' s' s' ■ ■ ■. angegeben, welche parallel zueinander geschaltet seien. Auf dem Rotor sind fünf in ähnlicher Weise angeordnete, aber um einen Winkel gleich ein Fünftel des Umfanges gegeneinander verstellte Spulen s" s" ... angegeben, die parallel zueinander verbunden seien.

In den fünf Rotorspulen s" s" . . . würden zunächst, ihrer Verstellung entsprechend, von dem 14 poligen Statorfelde Fünfphasenströme erzeugt werden. Dadurch nun, daß alle diese Spulen untereinander parallelgeschaltet sind, verhalten sie sich wie eine im Stern verkettete und an den äußeren Klemmen kurzgeschlossene Fünfphasenwicklung. Infolgedessen sind die Spulen untereinander für die erste bis vierte Schwingung kurzgeschlossen, die fünfte Harmonische hingegen erhält in allen die gleiche Richtung und kann sich deshalb ungeschwächt an den Klemmen m~n entwickeln. Derselben entsprächen also Feldschwingungen in den Rotorspulen, entsprechend Pol- und Phasenzahl, von der Frequenz = 7 · 5 = 35 pro Umdrehung.

Dieses Rotorfeld erhält bei dieser Anordnung dann eine ähnliche Form wie das Statorfeld, "lagert sich demselben über und bewirkt Schwingungen des gesamten Maschinenfeldes, deren Amplitude von der Maschinenerregung abhängt und durch diese geregelt werden kann. Eine weitere Verstärkung ließe sich auch dadurch erzielen, daß man die Statorspulen, wie für den zweiten Spulensatz angegeben ist, parallel zueinander schaltet.

In den sieben Statorspulen s' s' s'. . . . würden dann zunächst durch die Rückwirkung der fünf Roterspulen Schwingungsimpulse erzeugt, welche, wie von einem zehnpoligen Rotorfelde erzeugt, einer Frequenz gleich 5 pro Umdrehung entsprächen. Diesen gegenüber würden sich die sieben parallelgeschalteten Statorspulen verhalten wie eine im Stern verkettete und an den äußeren Klemmen kurzgeschlossene Siebenphasenwicklung. Infolge- dessen sind diese Spulen dann untereinander für die erste bis sechste Schwingung in sich kurzgeschlossen, die siebente Harmonische hingegen erhält in allen die gleiche Richtung und kann sich an den Klemmen k-l ungeschwächt entwickeln, d. h. dieselben würden gleichfalls dieselbe Feldschwingung von der Frequenz, hier 5 · 7 = 35 pro Umdrehung, ausbilden.

Die erzeugten Ströme können an irgendeiner der Wicklungen abgenommen werden. Desgleichen kann auch irgendeine der Wicklungen an die Erregerstromquelle angeschlossen werden. Sowohl auf dem Stator wie auf dem Rotor können die Spulen in Serien- oder Parallelschaltung benutzt werden.

Besonders einfach wird die Anordnung, wenn man, wie in der Zeichnung, nur die Statorspulen an den Erreger- und Verbrauchsstromkreis, der hier durch die Klemmen 1-2 angedeutet sei, anschließt, dieses schon aus dem Grunde, weil der Rotor dann ohne elektrische Verbindung nach außen, Schleifringe U. dgl., ausgeführt werden kann. Man kann dann auch die Rotorspulen durch entsprechend geschaltete Stäbe bzw. unterteilte Leiter ersetzen, welche ähnlich wie bei einem Käfiganker verbunden sind, eventuell als doppelter Käfiganker oder als solcher mit Windungen aus je zwei nebeneinanderliegenden Stäben.

Gleichzeitig können zur Verstärkung der Wirkung natürlich auch noch bekannte Mittel benutzt werden, Kondensatoren c c, wie sie in der Zeichnung eingezeichnet sind, und welche an die Stator- oder auch an die Rotorwicklung angeschlossen sein können, oder auch aus Selbstinduktion und Kapazität zusammengesetzte Abstimmungsgruppen u. dgl. Benutzt man Spulen, die, wie in der Zeichnung die

Spulen s s s in Serie zueinander geschaltet

sind, so empfiehlt es sich, geeignet bemessene Kondensatoren zu einzelnen Gruppen, zwei oder mehr Spulen in Serie, parallelzuschalten, weil die verschiedenen kurzgeschlossenen Schwingungen sich hier unter verschiedenen Phasen zusammensetzen und so, in verschiedener Weise beeinflußt, auch die Wirkungen

der Maschinenstreuung korrigiert werden können.

Das Verfahren gestattet eine große Anzahl verschiedener Ausführungsformen. Alle sind dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen erzeugt werden sollen durch Ausgleichströme zwischen unter verschiedenem Winkel zueinander verstellten Spulen der Stator- oder Rotorwicklung. Hierbei kann man wie in der

ίο Zeichnung die Stator- und Rotorspulen gleichmäßig über den Umfang verteilen, und in diesem Falle ist die dem Bruchteile des Verhältnisses der verschiedenen Verstellung ent-. sprechende Harmonische, welche zur Ausbildung kommt, gleichzeitig auch durch die Spulenzahlen bestimmt. Man kann aber auch die Spulen ungleichmäßig über den Umfang verteilen, und in diesem Falle ist die betreffende Harmonische nur durch den Bruchteil des Verhältnisses der verschiedenen Verstellungen bestimmt. Man kann beispielsweise die Spulenzahlen auch gleich groß wählen und etwa die Rotorspulen um eine abwechselnd größere und kleinere Teilung verstellen. Dieselben würden dann gleichfalls eine mehrphasig induzierte Wicklung darstellen, und zwar eine unter zwei Phasen induzierte Wicklung. Soll hierbei durch die zwischen diesen beiden Phasen fließenden Kurzschlußströme eine höhere Harmonische zur Ausbildung gebracht werden, und zwar eine Schwingung von beliebig vielfach zu wählender Frequenz der Grundschwingung, so würde dieselbe bestimmt durch den Bruchteil des Unterschiedes der Verstellung der beiden Phasen zueinander. In diesem Falle wären dieselben also nicht etwa wie die zwei Phasen einer Zweiphasenwicklung unter 90 ° verstellt anzuordnen, sondern unter einer der zur Ausbildung zu bringenden Schwingung entsprechenden Phasendifferenz, beispielsweise wie zwei gegenüberliegende Phasen einer Mehrphasenwicklung größerer Phasenzahl.

Natürlich würden in einer derartigen Ausführungsform die Wirkungen nicht gleichvollkommene sein. Denn -da hier die Wicklung aus nur zwei parallelgeschalteten Phasen besteht, so müßten die Ströme niederer Frequenzen, um sich richtig aufzuheben, um 180° gegeneinander versetzt sein. In diesem Falle kann dann aber nur noch die nächsthöhere Frequenz zur Ausbildung kommen. Wählt man hingegen die Verstellung so, daß eine vielfach höhere Frequenz zur Ausbildung kommt, so müssen die Ströme niederer Frequenzen sich unter Winkeln zusammensetzen, die von 180° verschieden sind. Man erhält dann somit Schwingungen, in denen auch die übrigen niederen Frequenzen auftreten, da hingegen eine bestimmte, höhere Frequenz stärker als die übrigen zur Entwicklung kommt.

Aber auch derartige Schwingungen lassen sich natürlich nutzbar verwenden, zumal man es in der Hand hat, durch Einschaltung entsprechend bemessener Kondensatoren u. dgl. in den äußeren Stromkreisen doch nur die Ströme der gewünschten Frequenzen zu benutzen.

Die beschriebenen Ausführungsformen wurden die zwei extremen Fälle darstellen, und man kann natürlich auch irgendeine andere Phasenzahl unter beliebiger Verstellung wählen. Alle sind dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung dadurch erzielt wird, daß der Stator bzw. Rotor der Maschine nicht einphasig gewickelt ist, sondern eine mehrphasig in sich geschlossene Wicklung trägt, also allgemein die Stator- und Rotorwicklung aus irgendwie unter verschiedenen Winkeln zueinander verstellten Spulen bestehen und mindestens zwei Spulen der Stator- oder Rotorwicklung parallel zueinander geschaltet sind. Die Verteilung der Spulen über den Umfang kann eine gleichmäßige oder ungleichmäßige sein und die Phasenzahl infolgedessen der Verstellung der Spulen entsprechen oder kleiner sein und muß mindestens zwei betragen. Die zusammengeschalteten Spulen können hierbei direkt parallelgeschaltet oder auch über irgendwelche äußeren Hilfsstromkreise in sich geschlossen sein. Bezüglich der Felderregung ist in der Zeichnung angenommen, daß sie durch eine Gleichstromquelle geschieht; sie könnte aber natürlich auch durch Wechselstrom bewirkt werden.

Claims (4)

95 Patent-An Sprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen, dadurch gekennzeichnet, daß dieselben erzeugt werden durch Schwingungen des magnetischen Feldes einer Maschine, wobei diese Schwingungen bewirkt werden durch die Rückwirkung einer in geeigneter Weise auf dem Stator oder dem Rotor der Maschine angeordneten, mehrphasig induzierten Wicklung, deren Spulen verschiedener Phase, direkt oder auch über irgendwelche Hilfsstromkreise, parallel zueinander geschaltet sind, so daß durch die zwischen den einzelnen Spulen sich bildenden Ausgleichströme Feldschwingungen niederer Frequenz abgedämpft werden und nur die durch die Phasenverschiedenheit der einzelnen Spulen bestimmte Oberschwingung, welche in den verschiedenen Spulen die gleiche Richtung erhält, zur Ausbildung kommt.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator und Rotor der Maschine aus unterteiltem Eisen bestehen und über den Umfang verteilt nebenein-

anderliegende, dabei aber unter verschiedenem Winkel zueinander verstellte Spulen tragen, wobei die Spulen des Stators oder des Rotors oder beider untereinander parallelgeschaltet sind und in beliebiger Weise an eine Erregerquelle und einen Stromverbrauchskreis angeschlossen sein können. j

3. Einrichtung zur Ausführung des Ver- | fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Erregerstrom- j quelle wie auch der Stromverbrauchskreis j an die Statorspulen angeschlossen ist, so I daß der Rotor eventuell ähnlich wie ein einfacher Kurzschlußanker ausgeführt werden kann.

4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Serie geschalteten Stator- oder Rotorspulen Kondensatoren zu einzelnen Gruppen, zwei oder mehr Spulen in Serie, parallelgeschaltet sind, so daß hierdurch die Wirkungen der Feldstreuung zwischen Stator und Rotor in verschiedener Weise korrigiert werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.