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DE1250919B - Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor - Google Patents

Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor

Info

Publication number
DE1250919B
DE1250919B DEU8601A DE1250919DA DE1250919B DE 1250919 B DE1250919 B DE 1250919B DE U8601 A DEU8601 A DE U8601A DE 1250919D A DE1250919D A DE 1250919DA DE 1250919 B DE1250919 B DE 1250919B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valves
current
winding
speed
controlled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEU8601A
Other languages
English (en)
Inventor
Braunschweig-Ghesmarode Dr techn Franz Unger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Publication date
Publication of DE1250919B publication Critical patent/DE1250919B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • H02P25/024Synchronous motors controlled by supply frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
Deutschem.: 21d2-41
24c
Nummer: 1250 919
Aktenzeichen: U 8601 VIII b/21 d2
Anmeldetag: 5. Januar 1962
Auslegetag: 28. September 1967
Stromrichtermotoren sind bekanntlich mehrphasige Wechselstrommotoren, denen aus einem Gleichstromkreise über Wechselrichter mehrphasige Wechselstromenergie zugeführt wird. In praktischen Fällen ist dieser Gleichstromkreis ein Zwischenstromkreis, der seine Energie aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz über Gleichrichter erhält. Der Zweck einer solchen Anordnung ist die weitgehende Drehzahlregelbarkeit eines solchen Motors mit Hilfe des in der Frequenz regelbaren Wechselrichters. Synchrondrehzahl und Frequenz eines Wechselstrommotors sind einander stets verhältnisgleich. Die Frequenz wird den Steuergittern der Wechselrichterventile erteilt. »Selbstgesteuert« ist der Motor, wenn die Frequenz seiner Ständerströme über eine Steueranordnung unmittelbar oder mittelbar auf die Ventilsteuerung übertragen wird. »Fremdgesteuert« ist der Motor, wenn die Gitterfrequenz von außen her aufgezwungen wird. Ein synchroner Stromrichtermotor mit Gleichstromerregung kann selbst- oder fremdgesteuert werden, dagegen muß ein Induktionsmotor, dessen Erregung von seinem Wechselstromnetz herkommt, stets fremdgesteuert werden.
Der synchrone Stromrichtermotor unterscheidet sich von einem gewöhnlichen Synchronmotor nur dadurch, daß die Strangenden seiner mehrphasigen Ständerwicklung anstatt mit einem mehrphasigen Wechselstromnetz mit den Ventilen eines Wechselrichters verbunden sind. In der Regel ist jedes Leiterende mit je einem Ventil für die Hinleitung und einem für die Rückleitung des Anker stromes verbunden, weil bei einer solchen Anordnung in der Regel keine Löschkondensatoren zwischen den Ventilen nötig sind.
Der Wechselrichter kann bekanntlich nur Wechselströme mit rechteckiger Kurvenform durchlassen. Die Rechteckkürve enthält bekanntlich viele größe Oberwellen in Sinusform, die durch den Blindwiderstand der Ankerwicklung teilweise abgeschliffen werden. Die noch verbleibenden Oberwellen des Ankerfeldes bzw. der Ankerströmdurchflutung werden in einer mit dem Polrade umlaufenden Dämpferwicklung gedämpft, die große Leiterqüerschnitte, also einen kleinen Wirkwiderstand, haben muß. Diese Dämpfung der Oberwellen wird um so unvollkommener, je kleiner die Drehzahl bzw. Frequenz der Maschine ist, Weil dann der Blindwiderstand.kleiner wird als der Wirkwiderstand der Wicklungen, welch letzterer die Oberwellen unverändert durchläßt. Damit erklärt sich auch der unruhige Lauf dieser Motoren bei niedrigen Drehzahlen. Bei konstanter Erregung ist die Drehzahl des selbstgesteuerten Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor
Anmelder:
Dr. techn. Franz Unger,
Braunschweig-Gliesmarode, Am Tafelacker 9
Als Erfinder benannt: .
Dr. techn. Franz Unger,
Braunschweig-Gliesmarode
Motors von der Höhe der Gleichspannung des Zwischenkreises abhängig: je höher die ,Spannung, um so größer die Drehzahl. Mittels der Steuerung
ao des Übersetzungsverhältnisses eines Stelltransformators, der über Gleichrichter den Gleichstromzwischenkreis speist, kann die Gleichspannung gesteuert werden, zu der sich die Gitterfrequenz des Wechselrichters ungefähr verhältnisgleich einstellt. Bei einem fremdgesteuerten Motor kann eine genaue Proportionalität dadurch erreicht werden, daß das Steuergerät für die Ventilgitter von der Gleichspannung aus gesteuert wird, wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt, wo der am Zwischenstromkreise liegende Anker eines kleinen Gleichstrommotors das Steuergerät betätigt.
Das Feld der Ankerdurchflutung läuft nicht mit gleichmäßiger Drehzahl um, es springt im Takt der Ventilzündungen des Wechselrichters von Wicklungsstrang zu Wicklungsstrang. Die meisten heutigen Stromrichtermotoren besitzen eine sechsphasige Ständerwicklung in Sternschaltung. Ihre sechs freien Wicklungsenden sind an je zwei Wechselrichterventile für die Zu- und Ableitung des Stromes angeschlossen. Zündet der Reihe nach immer nur je ein Ventil, so springt das Ankerfeld jeweils um ein Sechstel einer Polteilung (30° elektrisch) weiter. Die dabei auftretenden Drehmomentstöße werden durch
■ die Dämpferwicklung und die Schwungmassen ausgeglichen. Bei niedrigen Drehzahlen wird der Lauf unruhig und führt zu Pendelungen. Große Schwierigkeiten bereitete bisher das Anlassen eines solchen Motors, falls er nicht mittels eines Anlaßmotors angelassen wurde. Andere ziemlich umständliche An-
5P laufverfahren haben bisher keinen nennenswerten Erfolg1 gebracht. Anlassen muß man mit Löschkondensatoren. -.;; "■..-.■
709 649/148
I 250 919
3 4
Der synchrone Stromrichtermotor kann auch als ankerwicklung, angeschlossen an ein ein- oder mehr-
Gleichstrommotor mit feststehendem Anker, fest- phasiges Wechselstromnetz über einen Stelltrans-
stehendem Stromwender, umlaufendem Magnetgestell formator, einen Gleichrichter, einen Gleichstrom-
und umlaufenden Bürsten angesehen werden. An die zwischenkreis und einen Wechselrichter mit zwei
Stelle der Stromwendersegmente denke man sich die 5 gittergesteuerten Ventilen in Antiparallelschaltung
Wechselrichterventile und an Stelle der" Bürsten die zur Stromzu- und Stromableitung für jeweils einen
GittersteuerÜngen des Wechselrichters. Die Analogie Stromwenderanschluß der Ankerwicklung. Die Erfin-
wird vollständig, wenn der Ständer anstatt der üb- dung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerfeld
liehen mehrphasigen Wechselstromwicklung eine beim zeitlichen Fortschreiten der Gittersteuerung der
Gleichstromankerwicklung erhält. Man kommt bei io steuerbaren Ventile um je den halben Winkel zwi-
dieser Betrachtung zu mehreren neuen Erkenntnissen. sehen benachbarten Stromwenderanschlüssen in
Bei einer in Stern geschalteten Mehrphasenwick- Drehrichtung weiterspringt, indem abwechselnd das
lung fließt der ganze Ankerstrom durch einen in Drehrichtung folgende stromzuleitende oder
Strang, dagegen teilt er sich bei einer Gleichstrom- stromableitende Ventil die Stromführung übernimmt
wicklung in zwei Hälften, ein Wicklungsstrang führt 15 und daß abwechselnd zwei oder drei Ventile geöffnet
nur den halben Strom. Bei jeder Zündung muß im sind. Das Ankerfeld dreht sich somit jeweils nur um
ersten Fall der ganze Ankerstrom, im zweiten nur der den halben Winkel zwischen zwei benachbarten
halbe gewendet werden. Die Stromwendung ist dem- Wicklungsanschlüssen. Da das Polrad bestrebt ist,
nach bei einer Gleichstromwicklung von gleicher In- mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umzulaufen,
duktivität eines zwischen zwei benachbarten Strom- 20 so bewirkt diese Steuerung einen gleichmäßigen und
wenderanschlüssen liegenden Strangteiles wie eines ', ruhigen Lauf der Maschine und eine Verminderung
Stranges der sechsphasigen Wechselstromwicklung des Oberwellengehaltes.
nur halb so groß, wie bei der letzteren. Eine Gleich- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf
Stromwicklung mit sechs Stromwenderanschlüssen je die Zeichnung Bezug genommen, die in den Fig. 1
Polpaar, also sechs Ventilpaaren, verhält sich, wenn 25 und 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
jeweils nur ein Ventil gezündet wird, so, als ob sie zeigt,
einen Stromwender mit sechs Segmenten je Pol- In F i g. 1 ist beispielsweise eine solche Anordnung teilung hätte. Der Gleichstrom einer Gleichstrom- dargestellt. Es ist dort eine mechanische Koppelung maschine wird mittels,der Bürsten und Stromwen- angedeutet. Mit dieser Maßnahme ist auch das Andersegmente in zwei gleichphasige Wechselströme 30 laßproblem des Stromrichtermotors gelöst. Die Bevon Rechteckform zerhackt, die die beiden Wick- trachturig. des synchronen Stromrichtermotors als lungshälften des Ankers durchfließen und sich an Gleichstrommotor klärt auch den Zusammenhang der Gegenbürste wieder zum Gleichstrom yer- zwischen der Spannung des Gleichstromzwischeneinigen. Der gleiche Zerhackungsvorgang geschieht kreises und der Drehzahl des Motors. Beim fremdim Wechselrichter, und der rechteckige Strom der 35 erregten Gleichströmmotor ist die Drehzahl der Ventile fließt durch die Ankerwicklung. Die Recht- Spannung ungefähr verhältnisgleich, beim Reiheneckkurve des Gleichrichters bleibt also fast un- schlußmotor ergibt sich ein hyperbolisches Verhältverändert in der Ankerwicklung, und die Stromwen- nis der beiden. Man kann also einen synchronen dung geht nach den Gesetzen der Gleichstrom- Stromrichtermotor auch mit Reiherischlußerregung maschine vor sich. Man kann auch eine Wechsel- 40 über den Gleichstromzwischenkreis ausführen. In stromwicklung in sechsphasiger Polygonschaltung Fig. 1 ist beispielsweise die grundsätzliche Anordausführen und würde dann zu ähnlichen Verhältnis- nung eines synchronen Stromrichtermotors mit sen kommen wie bei der Gleichstromwicklung, nur Gleichstromankerwicklung im Ständer dargestellt, ist ihre Ausführung schwierig. ■ ■' . ' Man kann einen solchen Motor, ohne die Zahl·der
Die Verwendung eines Stelltransformators in einer 45 Wechselrichterventile zu vermehren, mit jeder belie-Anördnung zur Drehzahlregelung ist bekannt, bei- bigen Polpaarzahl bauen, indem man die Ventilspielsweise aus der Zeitschrift »E. und M.«, 1939, paare mit allen zugehörigen Wicklungsanschlüssen S. 581 bis 591. Auch die Steuerung der Ventile in gleichen Potentials parallel verbindet wie die gleich-Abhangigkeit von der Stellung des Polrades ist be- namigen Bürsten einer Gleichstrommaschine. Im vorkannt aus der deutschen Patentschrift 953 639, die 50 liegenden Beispiel ist angenommen, daß es sich um einen Stromrichtermotor mit einer Drehströmanker- einen Motor einer einphasigen Wechselstromwicklung betrifft. Zwischen den Strömen der Anker- lokomotive handelt. Der besseren Übersichtlichkeit leiter besteht bei einem solchen Motor eine Phasen- halber sind alle Einrichtungen, soweit sie nicht für verschiebung. Dagegen sind diese Ströme bei einer das grundsätzliche Verständnis erforderlich sind, Gleichstromankerwicklung gleichphasig. 55 weggelassen. Der Stelltransformator T, dessen Sekun-Stromrichtermotoren mit geschlossener Gleich- därspannung mittels des Fahrschalters gesteuert wird, Stromankerwicklung sind ebenfalls bekannt. Nach führt dem Gleichstromkreis über den Gleichrichter G der USÄ.-Patentschrift 1915 790 ist bei einem der- die gewünschte Gleichspannung zu. Diese Gleichartigen Motor eine symmetrische Steuerung vor- spannung wird im Wechselrichter W in rechteckgesehen. Es werden immer gleichzeitig zwei sich an 60 förmige Wechselspannung »zerhackt« und der Ständer Wicklung diametral gegenüberliegende Ventile derwicklung des Motors zu- bzw. von ihr zurückgezündet. Das Feld der Ankerströme springt somit geleitet. Die dieser Wechselspannung folgenden bei jeder Zündung stets um den gesamten Winkel Wechselströme bilden das Drehfeld des Ankers, das zwischen zwei benachbarten Wicklungsanschlüssen dem Magnetfeld des Polrades in der Drehrichtung weiter. Ein Nachteil, der mit der Erfindung vermieden 65 um eine halbe Polteilung voranläuft. Dieses Ankerwerden kann, drehfeld hat Dreieckform und dadurch kleinere Demgemäß betrifft die Erfindung einen drehzahl- Oberwellen als das trapez- und füüfeckförmige gesteuerten Stromrichtermotor mit Gleichstrom- Feld der Mehrphasenwechselstromwicklung. Nach
Fig. 1 wird der Erdleiter der negativen Sammelschiene· des Gleichstromkreises für die Erregung der Polradmagnete verwendet. Dieser Motor ist also ein Reihenschlußmotor. Die Ventilgitter des Wechselrichters werden mittels des Steuergerätes S gesteuert, dessen Antriebet mit der Polradwelle so gekuppelt ist, daß die erforderliche Voreilung des Ankerfeldes von 90° elektrisch vor der Magnetfeldachse eingehalten wird.
Die Stromwenderanschlüsse der Ständerwicklung sind mit den Nummern der mit ihnen verbundenen Ventile bezeichnet. Die Gleichstromwicklung des Ständers ist rechtsgängig angenommen. Der Polarität der Pole entsprechend, ergibt sich dann für den Rechtslauf die Reihenfolge der Ventilzündungen: 1-8, 3-8, 3-10, 5-10, 5-12, 7-12, 7-2 usw. Für den Linkslauf ist die Reihenfolge: 1-8, 1-6, 11-6, 11-4, 9-4, 9-2 usw. Die Umstellung der Drehrichtung kann entweder am Steuergerät oder durch Umpolen der Erregung bewerkstelligt werden. Bei größerer Polpaarzahl wiederholt sich wegen der Parallel- -anschlüsse die Nummernbezeichnung der Anschlußpunkte für jedes Polpaar.
In Fig. 2 ist ein asynchroner Stromrichterinduktionsmotor grundsätzlich dargestellt, der in diesem Fall an ein Drehstromnetz angeschlossen ist. Der ferngesteuerte Stelltransformator T speist über Gleichrichter G den Gleichstromzwischenkreis, der über den gittergesteuerten Wechselrichter W der Ständerwicklung des Motors rechteckförmigen Wechselstrom zuführt. Auch hier erscheint es zweckmäßig, den Ständer mit einer Gleichstromankerwicklung zu bewickeln, die den Rechteckstrom unverändert aufnimmt. Wie schon erläutert, muß das Steuergerät S fremdgesteuert werden, wobei die Frequenz der Steuergitterimpulse verhältnisgleich zur Höhe der Gleichspannung eingeregelt werden muß, was beispielsweise hier mittels eines mit Dauermagneten erregten kleinen Gleichstrommotors A geschieht, dessen Anker an die Sammelschienen des Gleichstromzwischenkreises angeschlossen ist und der das Steuergeräts betätigt. Die auf diese Weise erzwungene Proportionalität zwischen Ankerspannung und Gitterfrequenz ergibt für alle Drehzahlen des Motors den gleichen Fluß und damit das gleiche Kreisdiagramm und das gleiche Verhältnis von Drehmoment1 zum Schlupf des Motors. Der Läufer des Motors wird zweckmäßig als Kurzschlußläufer ausgeführt. Zur Aufbringung der Blindleistung sind Kondensatoren parallel zur Ständerwicklung angebracht. Selbstverständlich kann dieser Motor auch als Lokomotivmotor verwendet werden, wobei noch der Vorteil in Rechnung zu setzen ist, daß der Läufer keine Schleifringe benötigt.
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Claims (5)

Patentansprüche:
1. Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor mit Gleichstromankerwicklung, angeschlossen an ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz über " einen Stelltransformator, einen Gleichrichter, einen Gleichstromzwischenkreis und einen Wechselrichter mit zwei gittergesteuerten Ventilen in Antiparallelschaltung zur Stromzu- und Stromableitung für jeweils einen Stromwenderanschluß der Ankerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerfeld beim zeitlichen Fortschreiten der Gittersteuerung der steuerbaren Ventile um je den halben Winkel zwischen benachbarten Stromwenderanschlüssen in Drehrichtung weiterspringt, indem abwechselnd das in Drehrichtung folgende stromzuleitende oder stromableitende Ventil die Stromführung übernimmt und abwechselnd zwei oder drei Ventile geöffnet sind.
2. Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor nach Anspruch 1 mit Polrad, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der jeweiligen Lage des Polrades abgeleitete Steuerung abwechselnd die Zündung von zwei oder drei Ventilen in der Weise bewirkt, daß die Achse der in Drehrichtung weiterspringenden Ankerdurchflutung um eine halbe Polteilung vor der Polachse vorausläuft.
3. Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor nach Anspruch 1 mit Kurzschluß- oder Schleifringläufer, dadurch gekennzeichnet, daß ein unmittelbar von der Spannung des Gleichstromzwischenkreises mit einer zur Höhe dieser Spannung verhältnisgleichen Frequenz betätigtes Steuergerät die abwechselnde Zündung von zwei oder drei Ventilen des Wechselrichters erzwingt.
4. Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen sämtliche Stromwenderanschlüsse parallel zur Ankerwicklung Kondensatoren geschaltet sind, welche die Löschung der gesperrten Ventile beschleunigen und Blindleistung erzeugen.
; -
5. Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor mit geschlossener Gleichstromankerwicklung, die über einen Wechselrichter mit zwei gittergesteuerten Ventilen in Antiparallelschaltung zur Stromzu- und Stromableitung für jeweils einen Stromwenderanschluß der Ankerwicklung an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei größerer Polpaarzahl der Ankerwicklung die potentialgleiche Stromwenderanschlüsse aufweisenden Wicklungsabschnitte der Polpaare zu Wicklungsgruppen parallel geschaltet sind, die jeweils über eine Antiparallelschaltung der Ventile an die Gleichstromquelle angeschlossen sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 953 639;
österreichische Patentschrift Nr. 183 485;
USA.-Patentschriften Nr. 1 915 790, 2 231271;
Humburg, »Die synchrone Maschine«, Sammlung Göschen, Bd. 1146, Berlin 1942, S. 29,100,101; E. u. M., 1939, S. 581 bis 591;
E. u. M., 1943, S. 221 bis 228;
ETZ-A, 1958, S. 15 bis 17.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 649/148 9. 67 © Bundesdruckerei Berlin
DEU8601A Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor Pending DE1250919B (de)

Publications (1)

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DE1250919B true DE1250919B (de) 1967-09-28

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ID=604447

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DEU8601A Pending DE1250919B (de) Drehzahlgesteuerter Stromrichtermotor

Country Status (1)

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DE (1) DE1250919B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1301854C2 (de) * 1965-04-22 1974-03-28 Georg Dr Ing Gleichstrommaschine mit elektronisch gesteuerter Kommutierung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1301854C2 (de) * 1965-04-22 1974-03-28 Georg Dr Ing Gleichstrommaschine mit elektronisch gesteuerter Kommutierung

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