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Verfahren zur Regelung von Dynamomaschinen veränderlicher Geschwindigkeit
und Belastung. Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Regelung der Leistung
und .der Spannung von Dynamomaschinen mit veränderlicher Geschwindigkeit und Belastung.
Sie ist im besonderen anwendbar für die Maschinentypen »mit Hilfsbürste«, die für
die elektrische Beleuchtung von Fahrzeugen verwendet werden. Diese Dynamomaschinen
mit Hilfsbürste, die am häufigsten Maschinen »mit drei Bürsten<; sind, werden
bisher im allgemeinen als Dynamomaschinen mit begrenzter Stromstärke verwendet,
wobei Innenregelung durch Drehung des magnetischen Feldes erfolgt. Elektrische Maschinen
der erwähnten Art haben den Vorteil einer großen Einfachheit der Bauart und Regelung,
wobei letztere keinen Außenregler erfordert, jedoch haben sie den Nachteil, daß
sie stets eine Akkumulatorenbatterie erforderlich machen, ohne die ihre Wirkung
unmöglich ist, und daß sich in den meisten Fällen wiederholte Überladungen nicht
vermeiden lassen, die die Batterie ermüden und die Unterhaltung sehr kostspielig
machen.
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Eine andere Dynamoart, und zwar eine solche »mit begrenzter Spannung«,
hat den Vorteil, daß sie nötigenfalls ohne Akkumulatorenbatterie wirken kann und
in allen Fällen jede Überladung der Zellen der Batterie verhindert. Sie hat jedoch
den Nachteil, bei Betriebsaussetzung des Reglers nicht arbeiten zu können.
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Die Erfindung besteht darin, daß man unter besonderen, später angegebenen
Bedingungen zu einer Dynamo mit durch Innenregelung begrenzter Stromstärke einen
sehr einfachen Regler mit Stromumkehr ,hinzufügt, derart, daß man dieser Dynamo
die neuen Eigenschaften einer Maschine mit begrenzter Spannung gibt, wobei sie jedoch
ihre alten Eigenschaften einer Maschine mit begrenzter Stromstärke
bewahrt.
Auf diese Weise «-erden die Vorteile beider Systeme vereinigt, während ihre Hauptnachteile
beseitigt sind.
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Als Spannungsregler mit Stroniumkebr, der für den oben angegebenen
Zweck verwendbar ist, kann ein »Vibrato(« mit »doppeltem Kontakt« dienen. Ein solcher
Regler ist mit einem zwisrlien zwei Kontakten verschiedener Spannung schwingenden
Anker sowie mit einer Erregerwicklung versehen, in die hinein :leg Strom in der
einen oder anderen Richtung geschickt «erden kann. Hierbei ist das eine der Enden
dieser Wicklung mit dein Zapfen des Ankers verbunden, während das andere Ende derselben
an eine Hilfsbürste der Dynamo oder an irgendeinen Punkt des Ankers derselben angeschlossen
ist. Ebenso können, da der "Zapfen ständig mit einer der Klemmen der Dynamo verbunden
ist, die Enden der Erregerwicklung durch Vermittlung von geeigneten Widerständen
einerseits mit den beiden Kontakten und anderseits mit den anderen Klemmen der Dynamo
verbunden werden.
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Abb. i und 2 stellen zwei Ausführungsforinen der Erfindung dar.
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In Abb. i ist i der Anker einer Zugbeletichtungsdynaino, 2 eine Erregerwicklung,
die zwischen der Hauptbürste A und der Hilfsbürste C liegt. Letztere liegt auf dem
Stromwender gleich weit von den Hauptbürsten .1 und B entfernt. 3 ist eine Hilfsfeldwicklung,
die auf denselben Kernen wie die Wicklung angeordnet und zwischen der Hilfsbürste
C und dem Anker d. eines Schwingungsreglers mit doppeltem Kontakt eingeschaltet
ist. 5 und 6 sind die beiden Kontakte diese Reglers, die durch Leiter mit den Hauptbürsten
A und B der Dynamo verbunden sind.
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ist der Elektromagnet, der auf den Anker des Reglers wirkt, wobei
die Wicklung 8 dieses Magneten im Nebenschluß zu den Klemmen .1 und 13 der Dynamo
liegt. 9 ist eine Gegenfeder, die an einem festen Punkt festgelegt ist und den Anker
4 gegen den Kontakt 5 zurückzieht. io ist eine Hilfswicklung auf dem Magneten, deren
Aufgabe später erklärt wird. i i und 12 sind Leiter, die die Dynamo mit dem Stromkreis
(Batterie, Lampen usw.) einer B@-leuchtungsausrüstung eines Fahrzeuges verbinden.
Die Erregerwicklungen 2 und 3 sind in folgender Weise eingerichtet: i. Wenn der
Anker .4 den Kontakt 5 ständig berührt, addieren sich die Amperewindungen dieser
beiden Wicklungen und ihre Gesamtheit ist gleich der Anzahl der Amperewindungen,
rlie eine einzige Erregerwicklung liefern müßte, damit die Dynamo nur mit beschränkter
Stromstärke arbeitet.
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2. Wenn der Anker d. den Kontakt 6 ständig >erührt, ziehen sich die
Amperewindungen der Spule 3 von denjenigen der Spule 2 ab und rler Unterschied ist
gleich oder besser etwas geringer als die Zahl der Arriperewindungen, die eine einzige
Erregerspule liefern müßte, damit die Spannung der Dynamo nicht die Leerlaufspannung
bei größter Geschwindigkeit überschreitet.
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Bei ziem dargestellten Ausführungsbeispiel kann man, wenn A die Maximalzahl
rler Amperewindungen ist, die die einzige Erregerspule der nur als Maschine mit
begrenzter Stromstärke arbeitenden Dynamo liefern muß, die Wicklungen 2 und 3 derart
bestimmen, daß die erste
und die zweite
insgesamt ,
liefern, wenn sie gleichzeitig und in demselben Sinne wirken.
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Wenn unter diesen Verhältnissen die dritte Bürste b in gleichem Abstand
von den f Bürsten A und B sich befindet, wie dies bei einer Beleuchtungsdynamo für
Züge der Fall ist, ist die Wirkungsweise einer solchen 'Maschine die folgende: Beim
Anlassen und bis zu dem Augenblick, e wo eine gewisse Spannung, auf die der Regler
eingestellt ist, erreicht wird, befindet sich der Anker d. ständig in Berührung
mit dem Kontakt 5, die beiden Wicklungen 2 und 3 addieren sich in ihrer Wirkung
und alles vollzieht sich 9 so, als wenn die Dynamo einfach mit begrenzter Stromstärke
arbeitete. Da der Anker des Reglers ruht, kann während dieser Zeit weder ein Funke
noch eine Abnutzung der \-orrichtung entstehen.
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Geht man von dem Augenblick aus, wo di vorerwähnte Spannung erreicht
ist, so schwingt der Regler. Wenn die Spannung sich mehr und mehr zu vergrößern
strebt (z. B. infolge einer Vergrößerung der Geschwindigkeit, die auftritt, wenn
die Batterie sich dein Ende ihrer Ladung nähert), hat der Anker 4 das Bestreben,
immer weniger gegen den Kontakt 5 und immer mehr gegen den Kontakt h zu schlagen.
Infolgedessen nimmt der Strom in der Wicklung 3 ab, wird gleich o und kehrt sich
schließlich um. An der Grenze (maxiinalt Geschwindigkeit, Belastung ; o) würde der
Anker .I in ständiger Berührung mit dem Kontakt 6 sein können und in diesem Augenblick
wird die Zahl der Erregeramperewindungen -
Diese Schwankungen tin (lein Verhältnis von 5 zu i) der Anzahl der resultierenden
Amperewindungen zwischen ihrem 'Taximal- und Minimalwert vollziehen sich in vier
Größenordnung derjenigen, die iin allgemeinen für Beleuchtungsdynamos von Zügen
nötig sind.
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Der lZegler schwingt also nicht während der 12, ranzen Gangdauer der
Dynamo, sondern nur, wenn eine gewisse begrenzte Spannung ihre
Grenze
zu überschreiten bestrebt ist. Während der ganzen Ruhezeit spielt oder wirkt die
Innenregelung der Dynamo. Außerdem beeinflußt der Regler während der geringen Zeitperioden,
wo er schwingt, eine Erregerwicklung, deren Größe nur % derjenigen ist, die die
einzige Feldwicklung einer gewöhnlichen Dynamo von derselben Kraftleistung haben
würde, was günstig ist in Hinsicht auf die maximalen Ströme, die die Kontakte durchfließen,
und auf eine gute Erhaltung der letzteren. Im Falle der Unwirksamkeit des Reglers
wird der Anker 4. durch die Feder 9 immer gegen den Kontakt 5 gezogen. Die Dynamo
wird augenblicklich nur mit begrenzter Spannung wirken, bis der Fehler des Reglers
behoben ist. Ebenso wird im Falle eines zufälligen Unterbrechens des Stromkreises
der Akkumulatorenbatterie die Dynamo fortfahren, augenblicklich mit begrenzter Spannung
zu laufen, bis der entstandene Fehler beseitigt ist.
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Um die Spannung und die Leistung der Dynamo nach einem gewissen Gesetz
zu verändern, und zwar nach Maßgabe des Verbrauchsstromes, könnte man entweder in
positivem oder in negativem Sinne den Elektromagneten des Reglers mittels einiger
von dem Verbrauchsstrom (Wicklung io der Abb. i) durchflossener Windungen kompoundieren.
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Zur Regelung sowie zur Vermeidung der Bildung von .Flammenbögen zwischen
den Kontakten 5 und 6 könnte man auch einen Widerstand von geeigneter Größe in den
einen oder anderen oder in beide Leiter einschalten, die die Kontakte 5 und 6 mit
den Klemmen der Dynamo verbinden. Um die Bildung von Funken beim Unterbrechen des
Kontaktes des Reglers zu vermeiden, könnte man ferner Widerstände oder Kondensatoren
von geeigneter Größe anbringen, und zu den Kontakten-oder den Erregerwicklungen
in den Nebenschluß legen. Schließlich könnte man auch vorteilhaft die genannten
Kondensatoren durch einen einzigen Kondensator ersetzen, den man mit den Klemmen
der Wicklung 3 verbindet.
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Die oben in bezug auf die Verteilung der Amperewindungen zwischen
den Wicklungen :2 und 3 sowie auf die Lage der Hilfsbürste in der Mitte des Zwischenraumes
zwischen den Hauptbürsten gemachten Angaben sind nur Ausführungsbeispiele, um die
Erklärungen zu erleichtern. Es ist selbstverständlich, daß das Grundprinzip der
Erfindung bei anderen Verteilungsverhältnissen der Amperewindungen oder der Lage
der Hilfsbürste bestehen bleibt.
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Anstatt einer Dynamo mit drei Bürsten könnte man sich- auch einer
anderen Dynamo mit durch Innenregelung begrenzter Stromstärke bedienen, z.B. einer
RösenbergschenDynamo mit zwei kurzgeschlossenen Hilfsbürsten, um durch die Hinzufügung
eines die Stromumkehr in der Erregerwicklung ermöglichenden Reglers eine Maschine
zu erzielen, die gleichzeitig mit begrenzter Stromstärke und begrenzter Spannung
arbeitet.
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Bei der Dynamo von R o s e n b e r g , wo, wie aus dem Schema der
Abb. 2 zu ersehen ist, der mit feinem Draht bewickelte Feldmagnet mittels eines
Reglers mit Stromumkehr gespeist wird, kann man auch auf den Feldmagnetkernen eine
Kompensator-Reihenwicklung 15 anordnen, die dazu dient, die Beschränkung der Dynamoleistung
zu vermindern, die ohne dieses zu stark sein würde. Diese Wicklung oder Spule kann
entweder in die Ausgangsleiter der Dynamo, die von dem Gesamtstrom durchflossen
werden (Nutz- und Erregerstrom), wie es die Abbildung angibt, oder in die Leiter
eingeschaltet werden, die von dem Nutzstrom allein durchflossen werden. 16 und
17 sind Regel- und Sicherungswiderstände und 18 ist ein Kondensator.