DE646984C - Schaltung fuer an ein Wechselstromnetz angeschlossene Kommutatormaschinen - Google Patents

Description

Zur Herstellung eines konstanten Stromes in Wechselstromverbraucherkreisen, ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der der Mittelpunkt einer Transformatorprimärwicklung oder der Verbindungspunkt zweier hintereinandergeschalteter gleicher Transformatorprimärwicklungen an den einen Pol des Netzes unmittelbar angeschlossen ist, während der andere Pol des Netzes über einen kapazitiven Blindwiderstand mit dem einen Ende und über einen der Kapazität an Widerstandswert gleichen induktiven Blindwiderstand mit dem anderen Ende der Transformatorprimärwicklung bzw. der Transformatorprimärwicklungen verbunden ist. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist an den Wechselstromverbraucher angeschlossen.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer derartigen Konstantstromanordnung für an ein Wechselstromnetz angeschlossene Kommutatormaschinen. Erfindungsgemäß wird dem Ankerstromkreis einer oder mehrerer Kommutatormaschinen mittels einer Konstantstromanordnung ein Strom zugeführt, der die einmal eingestellte Größe und Phasenlage bei allen Drehzahlen im wesentlichen beibehalt, während das Feld der Kommutatormaschine entweder konstant oder in irgendeiner Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Spannung im Ankerstromkreis gehalten wird. Gegenüber der geschilderten bekannten Anordnung, die ausschließlich dazu dient, veränderliche Verbrauchswiderstände, wie Bogenlampen, Schmelzöfen, mit einem konstanten Strom zu speisen, offenbart die Erfindung ein neues Prinzip zum Betrieb von Kommutatormaschinen. Dadurch, daß man dem Anker einen Strom vorgeschriebener Größe und Phasenlage zuführt, während das Feld beispielsweise konstant gehalten wird, bekommt man eine Maschine, an der Drehzahl und Drehmoment · voneinander unabhängig sind. Derartige Maschinen sind zwar als Asynchronmaschinen mit Kommutatorhintermaschine bereits bekannt. Die dabei verwendeten Schaltungen zur Erreichung der Unabhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment sind aber sehr kompliziert und nicht zuverlässig. Demgegenüber beruht die Unabhängigkeit des Drehmomentes von der Drehzahl bei der Erfindung darauf, daß man den Ankerstrom durch die vorgeschaltete Konstantstromanordnung gleichbleibend erhält. Der Widerstandswert dieser Konstantstromanordnung ist gegenüber dem Widerstand des Anker- * Stromkreises derart groß, daß etwaige Änderungen des Widerstandes im Anker, die durch Drehzahländerungen herbeigeführt werden,

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.

auf die Größe des Stromes ohne wesentlichen Einfluß sind, so daß sich im Gegensatz zu bekannten Anordnungen Störungen infolge des Einflusses von Ohmschen oder induktiven Spannungsabfällen bezüglich der Koiistanz des Ankerstromes nicht auswirken können. Die Erfindung ermöglicht ferner, das Drehmoment in bestimmte gewollte Abhängigkeit zu bringen, und zwar in Abhängigkeiten, die an sich mit den gewöhnlichen Kommutatormotoren nicht oder nur schwer zu erzielen sind. Es ist dazu bloß erforderlich, das Feld der Kommutatormaschine in eine bestimmte Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Spannung im Ankerstromkreis zu bringen.

Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken näher erläutern.

In Fig. ι bezeichnet 1 die Drosselspule, 2 den Kondensator und 3 den Stromtransformator der Konstantstromanordnung. 4 und 5 stellen zwei ständergespeiste Drehstromkommutatormotoren, sog. Winter-Eichberg-Motoren, dar mit Ständerkompensationswicklung 6 bzw. 7 und Ständererregerwicklung 8 bzw. 9. Die Kommutatorwicklungen sind über Zwischentransformatoren 10 bzw. 11 mit den Kompensationswicklungen in Reihe geschaltet. Die Erregerwicklungen 8 und 9 sollen an der konstanten Netzspannung liegen, so daß das Feld in den Maschinen konstant ist. Der Stromtransformator 3 treibt nun durch den Ankerstromkreis beider Maschinen einen konstanten Strom. Infolge des konstanten Feldes entwickeln beide ein konstantes Drehmoment, unter dessen Einwirkung, wenn sie motorisch arbeiten, sie sich in Bewegung setzen. Sie beschleunigen sich so lange, bis ihr Moment gleich dem Lastmoment ist. Die mit wachsender Drehzahl zunehmende Klemmenspannung (gleiche Summe der Spannungen an Anker und Kompensationswicklung) wird vom Stromtransformator 3 selbsttätig geliefert, weil er infolge der vorgeschalteten Stromverbraucher 1 und 2 seinen Strom aufrechtzuerhalten bestrebt ist. Man erhält auf diese Weise Motoren, die ein reihenschlußähnliches Verhalten aufweisen. Sie gehen ebenfalls bei Entlastung durch, weisen jedoch im Gegensatz zu Reihenschlußmotoren bei allen Drehzahlen das gleiche Moment auf. Es gibt eine Reihe von Arbeitsmaschinen, wie Umroller, Spinnmaschinen, Papiermaschinen usw., die ein solches Moment erfordern, z. B. zur Einstellung eines konstanten Zuges, der sich mit den normalen Maschinen nur mit Hilfe besonderer Regler herstellen läßt.

Es läßt sich auf diese Weise ein Mehrmotorenantrieb herstellen, dessen Motoren chne besondere Regelorgane auf das Arbeitswut stets den gleichen Zug ausüben und ohne Leitwellen, Differentiale usw. selbsttätig der Geschwindigkeit eines Leitmotors folgen.

An Stelle . des Winter-Eichberg-Motors kann auch der normale Drehstromreihenschlußmotor verwendet werden, wie in Fig. 2 dargestellt ist. 1, 2, 3 bezeichnet wieder dasselbe wie in Fig. 1. 12 und 13 sind jedoch zwei Drehstromreihenschlußmotoren normaler Bauart mit Zwischentransformatoren 14 und 15. Die Maschinen liegen in Reihe an der Sekundärwicklung des Stromtransformators. Bei Verwendung von Reihenschlußmotoren ergibt sich der Vorteil, daß das Feld in einfacher Weise durch Bürstenverschiebung geregelt werden kann. Bei konstantem Strom in Ständer und Läufer, wie er durch die vorliegende Schaltung bewirkt wird, ist der für die Feldbildung maßgebende Erregerstrombelag und damit das Drehmoment lediglich vom Bürstenwinkel abhängig. Das Anfahren vollzieht sich sowohl in dieser Schaltung als auch in der nach Fig. 1 vollkommen stetig und stoßfrei ohne besondere Anlaßgeräte und ohne daß Leistungssprünge im Netz auftreten.

Iu Fig. 3 ist der Erfmdungsgedanke auf Gleichstrommotoren angewendet. Der vom Stromtransformator 3 gelieferte konstante Wechselstrom wird im Gleichrichter 16 erst in Gleichstrom umgeformt und dem Ankerstromkreis der beiden Motoren 17 und 18 zugeführt. Die Erregerwicklung der Motoren kann ebenfalls unmittelbar in Reihe mit dem Anker geschaltet sein. Zweckmäßiger ist es jedoch, sie in geeigneter Weise fremd zu erregen, z. B. mit einer Hilfsspannung, die dem . Transformator 19 entnommen und ebenfalls im Gleichrichter 16 gleichgerichtet wird. Man kann dann das Drehmoment der Motoren regeln. Man kann auch die Motoren mit einer zweiten Erregerwicklung versehen, die man parallel an den Anker legt. Je nachdem man diese Wicklung gleichsinnig oder gegensinnig mit der ersten Wicklung schaltet, kann man das Drehmoment mit der Drehzahl zunehmen oder abnehmen lassen. Dies ist auch mit nur einer Wicklung möglich.

In Fig. 4 bezeichnet 17 den Motor der An-Ordnung nach Fig. 3, der von der Sekundärwicklung des Stromtransformators 3 über den Gleichrichter 16 mit konstantem Strom gespeist wird. Der Erregerkreis liegt parallel zum Anker. Jedoch ist in den Erregerkreis eine geeignete Gleichstromquelle 20 eingeschaltet, die, allein vorhanden, dem Motor ein konstantes Moment geben würde. Unter der Einwirkung der am Anker auftretenden Spannung kommt die obengenannte Beein- iao flussung des Drehmomentes zustande. Man kann diese zusätzliche Beeinflussung des

Drehmomentes auch auf die Motoren der Anordnung nach Fig. ι anwenden.

Fig. 5 zeigt dies an einem Motor, i, 2, 3 haben wieder die gleiche Bedeutung wie in den vorhergehenden Figuren. Der Motor 21 besitzt eine Kompensationswicklung 22 und eine besondere Erregerwicklung 23. Diese ist in der gezeichneten Weise an die Klemmen 25 der Maschine angeschlossen. Bei Stillstand liegt lediglich die Netzspannung an der Erregerwicklung und bestimmt das Feld in der Maschine. Mit zunehmender Drehzahl fügt sich die Klemmenspannung im einen oder anderen Sinne hinzu und ver-

' 15 ändert das Feld in der Maschine. Man kann auch die Erregerwicklung statt an die Klemmen 25 nur an den Anker legen._ Die Ankerspannung wirkt dann untersynchron! im gleichen Sinne wie die Netzspannung auf die Erregerwicklung entgegengesetzt oder umgekehrt wirkt. Um von dem Sekundärstrom des Stromtransformators nicht zu viel nach der Erregerwicklung abzuzweigen, ist es zweckmäßig, den Erregerstrom durch Kondensatoren 24 parallel zur Erregerwicklung zu kompensieren.

An Stelle des einen Stromtransformatorskönnen natürlich auch zwei Stromtransformatoren treten.

Der Vorteil der Anordnung liegt außer in der Möglichkeit, Motoren mit konstantem Moment bei allen Drehzahlen zu betreiben, vor allem darin, daß eine Regelung im Ankerstromkreis nicht erfolgt. Eine gegebenenfalls erforderliche Regelung beschränkt sich lediglich auf den Erregerkreis, die sich im allgemeinen leicht bewerkstelligen läßt, weil es sich hierbei um kleine Leistungen handelt. Spannungsabfälle Ohmscher oder induktiver Art, die sonst das Verhalten von Motoren, die mit konstanten Spannungen gespeist werden, so ungünstig beeinflussen, spielen hier keine Rolle, weil sie vom Stromtransformator jeweils selbsttätig gedeckt werden. Es ist dies ein grundsätzlicher Unterschied gegenüber der üblichen Speisung mit konstanter Spannung.

Statt motorisch können die Maschinen auch 'generatorisch betrieben werden, wodurch sie sich in besonderem Maße für alle Kraftmaschinen eignen, die mit schwankender Drehzahl (Wasserturbinen) oder schwankendem Moment (Kolbenmaschinen) betrieben werden. In letzterem Falle verhindert man z. B., daß Leistungsschwankungen entsprechend der Änderung des Tangentialdruckdiagrammes ins Netz gelangen. Da die Kommutatormaschine nur ein konstantes Moment aufnehmen kann, muß das Überschußmoment der Antriebsmaschine in die Schwungmassen gehen, die es wieder abgeben, wenn das Antriebsmoment kleiner ist als das Moment der Kommutatormaschine. Die Drehzahl bleibt hierbei, von den kleinen Änderungen zur Ladung und Entladung der Schwungmassen abgesehen, praktisch konstant, so daß auch die ins Netz gelieferte -Leistung konstant bleibt, ohne daß dafür ein besonderes Regelorgan erforderlich ist. Ist die Kommutatormaschine hierbei eine Gleichstrommaschine wie in Fig. 3 beispielsweise, so muß der Gleichrichter natürlich mit Gittern gesteuert werden, wenn 'nicht ein umlaufender Einankerumformer an seine Stelle tritt. Selbstverständlich kann man zur Konstanthaltung des Stromes an Stelle einer aus Drosselspule, Kondensator und Stromtransformator bestehenden Einrichtung auch gleichwertige andere Einrichtungen vorsehen, beispielsweise eine solche, bei der der konstante Strom allein durch eine Drosselspule vorgeschrieben wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltung für an ein Wechselstromnetz angeschlossene Kommutatormaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ankerstromkreis einer oder mehrerer Kommutatormaschinen mittels einer an sich bekannten Konstantstromanordnung ein Strom zugeführt wird, der die einmal eingestellte Größe und Phasenlage bei allen Drehzahlen im wesentlichen beibehält, während das Feld der Kommutatormaschine entweder konstant oder in irgendeiner Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Spannung im Ankerstromkreis gehalten wird.

2. Schaltung für Gleichstrommaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Anker der Gleichstrommaschine ein L^Tmformer (Gleichrichter, Einankerumformer) geschaltet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatormaschine ein Gleichstromreihenschlußmotor oder ein Mehrphasenreihenschlußmotor ist, dessen Feld durch Bürstenverschiebung geregelt wird.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatormaschine ein ständergespeister Winter-Eichberg-Motor ist, dessen Erregerwicklung von der gegebenenfalls regelbaren Netzspannung gespeist wird.

5. Schaltung für Gleichstrommaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung parallel zum Anker liegt oder fremderregt ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erreger-

wicklung außer von einer fremden Spannung, z. B. der Netzspannung, noch von einer in Reihe geschalteten Spannung im Ankerstromkreis (Klemmenspannung oder Ankerspannung) gespeist wird, wobei der Erregerwicklung bei Wechselstrommaschinen Kondensatoren parallel geschaltet sein können.

7. Schaltung für Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, die generatorisch arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß hinter die Gleichstrommaschinen regelbare gittergesteuerte Umrichter geschaltet sind, die den Gleichstrom in Wechselstrom umformen.

8. Die Anwendung von gemäß Anspruch ι oder folgenden geschalteten Kommutatormaschinen in Generatoranlagen, in denen die Generatoren von Kraftmaschinen mit pulsierendem Dreh- ao moment oder pulsierender Drehzahl angetrieben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen