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Anordnung zum Betrieb von Mischstrommotoren Als Mischstrommotoren
bezeichnet man Gleichstrommotoren, z. B. Bahnmotoren, die über Gleichrichter mit
einem stark oberwellenhaltigen Gleichstrom gespeist werden. Die wesentliche Aufgabe
besteht hierbei darin, das Feld des Motors möglichst oberwellenfrei zu machen, damit
in den von den Bürsten kurzgeschlossenen Ankerwindungen keine Flußwechselspannungen
erzeugt werden, die Anlaß zu Bürstenfeuer geben. Im Idealfall ist bei einem solchen
Motor das Hauptfeld vollkommen geglättet, während das Wendefeld ganz ungedämpft,
d. h. entdämpft ist und daher bei beliebiger Kurvenform des Stromes stets
die Stromwendespannung aufheben kann.
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Ein bekanntes Mittel, um eine sehr weitgehende Glättung des Hauptfeldes
zu erzielen, besteht darin, um den Hauptpol eine Kurzschlußwicklung oder Windung
zu legen, in der zu jedem Wechselstromanteil des Erregerstromes eine entsprechende
Gegendurchflutung erzeugt wird, so daß schließlich ein sehr stark geglättetes Gleichfeld
übrigbleibt. Dieses Gleichfeld hat zu Folge, daß an den Ankerklemmen des Motors
nahezu eine Gleichspannung auftritt. Die vom Gleichrichter gleichgerichtete Wechselspannung
weist dagegen ebenso wie der Strom starke Oberwellen auf. Es ist üblich, dem Gleichrichter
Glättungsdrosselspulen nachzuschalten, die diesen Oberwellengehalt weitgehend beseitigen.
Nun werden aber diese Glättungsdrosselspulen recht aufwendig, da sie außer dem die
Glättung bewirkenden Wechselfluß auch den dem Gleichstromanteil des Stromes entsprechenden
Gleichfluß führen müssen, der die Abmessungen der Drosselspule in unerwünschter
Weise vergrößert, ohne zur Glättung beizutragen.
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Durch die Erfindung kann man diesen Nachteil beseitigen, indem bei
Mischstrommotoren, bei denen durch besondere Mittel (z. B. Kurzschlußwindungen auf
den Hauptpolen) das Erregerfeld weitgehend geglättet a und gedämpft und das Wendefeld
entdämpft ist, die Glättungsdrosselspule im Gleichstromkreis ganz weggelassen und
dafür eine Drosselspule im Wechselstromkreis des Gleichrichters vorgesehen wird.
Diese Drosselspule im Wechselstromkreis nimmt den Unterschied zwischen der sinusförmiaen
Netzspannung und der nahezu geglätteten Gleichspannung des Motors auf, so daß auf
der Wechselstromseite des Gleichrichters eine nahezu rechteckige Wechselspannung
auftritt, wie sie für den vorliegenden Fall erwünscht ist. Bei Mischstromniot ren
mit oder ohne Glättungsdrossel im Gleichstromkreis sind zwar auf Grund der normalerweise
vorhandenen Speisetransformatoren bzw. auf Grund zusätzlicher Schalttransduktoren
an sich bereits induktive Widerstände ün Wechselstromkreis der Gleichrichter vorhanden.
Diese Induktivitäten reichen aber nicht aus, um den Energieinhalt zu speichern,
den die Drosselspule im vorliegenden Fall aufnehmen muß, um die Wellenunterschiede
auszugleichen.
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Die Drossel im Wechselstromkreis hat noch den besonderen Vorteil,
daß sie von beiden Halbwellen des Stromes und der Spannung ausgenutzt wird und kein
Gleichstromglied enthält, so daß sie gegenüber der Drossel ün Gleichstromkreis wesentlich
kleinere Abmessungen erhält.
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An Hand der Zeichnungen soll das Wesen der Erfindung näher erläutert
werden.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Nfischstrombahnmotor mit
Kompensationswicklung 2, zu dessen Reihenschluß-Erregerwicklung 3 gleichachsig
eine kurzgeschlossene Wicklung 4 angebracht ist. Der Motor wird über den Gleichrichter
5 gespeist, der wechselstromseitig über die Drosselspule 6 an den
mit Anzapfungen und Stufenschaltern versehenen Umspanner 7 angeschlossen
ist, der am Einphasenwechselstromnetz 8 liegt.
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Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Der dem Netz 8 über den
Umspanner 7 entnommene und über die Drosselspule 6 dem Gleichrichter
5 zugeführte Strom.T. ist auch nach der Gleichrichtung noch sehr stark wellig
(vgl. J2 in F i g. 2 a). Der vom Wechselstromanteil in der Reihenschlußerregerwicklung
erzeugte Wechselfluß wird von der Kurzschlußwicklung 4 fast völlig abgedämpft, so
daß sich in der l= im
Erregerwicklung nahezu ein Gleichfluß 0 (F i
g. 2 a) ausbildet.
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Bei Drehung des Ankers in diesem Gleichfeld entsteht eine Gleichspannung
U, die z. B. bei gleichbleibender Drehzahl dem Fluß 0 verhältnisgleich
ist. Daher muß auch der Gleichrichter auf der Gleichstromseite eine ihr entgegengesetzt
gerichtete Spannung aufbringen, die auf der Wechselstromseite des
Gleichrichters
als Wechselspannung U., von Rechteckform auftritt (vgl. F i g. 2
b). Da andererseits vom Umspanner 7 eine sinusförinige Wechselspannung
U
C C
geliefert wird, muß der Spannungsunterschied UD zwischen den beiden
Spannungen von der Drosselspule 6 aufgebracht werden (vgl. F i
g. 2 b und 2 c)
In F i g. 2 c ist diese Spannung UD an
der Drosselspule noch einmal besonders dargestellt. Wie man daraus erkennt, müssen
die positiven und die negativen Spannungs-Zeit-Flächen einander gleich sein, wenn
die Drosselspule ihre Aufgabe als Energiespeicher erfüllen soff. Unter dem Einfluß
dieser von der Sinusforin abweichenden Spannungskurve wird auch der Strom nicht
mehr eine reine Sinusform aufweisen, doch spielt dies für das Feld im Motor selbst
keine Rolle, da die Kurzschlußwicklung 4 stets alle Oberwellen des Stromes abdämpft,
so daß im Motor fast nur ein Gleichfeld besteht. Damit erreicht man aber eine gute
Ausnutzung des Motors. Da der Strom der Integralkurve der Spannung entspricht, sind
außerdem die Abweichungen des Stromes von der Sinusform wesentlich geringer als
bei der Spannungskurve. Aus F i g. 2 d kann man erkennen, wie wenig
die Kurvenform des Stromes J, und damit auch des Stromes J2 trotz des verzerrten
Spannungsabfalles UD an der Drosselspule von der Sinusform abweicht. Man kann wie
bei Gleichstrom mit einem zeitlich gleichbleibenden Fluß or, rechnen, der dem Höchstwert
0, bei Wechselstrom enstpricht. Geht man zunächst von der Sinusform des Stromes
J2 aus, die auch in Wirklichkeit nicht sehr stark davon abweicht, so ist
für das Drehmoment nur sein Mittelwert J2 . - 2/7v wirksam. Man erhält daher
für das Drehmoment md == Oci - 12.-2/7r-Nun ist der Effektivwert von J, J2eff
# f2./Y2 (2) oder 12 - = J2 -11
Da f2"ff dem Strom fc, bei reinem Gleichstrombetrieb
gleich sein muß, erhält man für das Drehmoment Md '»G.f2-ff-V2-2/n OC.
-0,9
, Jlg'0,9 = MdC, (3)
Man erreicht demnach
auf diese Weise 90%, der Ausnutzung eines mit reinem Gleichstrom gespeisten Motors.
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Die Welligkeit des Stromes J2 ist für die Stromwendung in keiner Weise
nachteilig, weil der Wendepolkreis in bekannter Weise, z. B. durch Blechung der
magnetischen Kreise, völlig ungedämpft ist und stets das für die Stromwendung erforderliche
Wendefeld bereitstellt. Eine zusätzliche Beanspruchung der Bürsten durch Flußwechselspannungen
kann nicht auftreten, weil dies durch die Kurzschlußwicklung 4 verhindert wird.
Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1
ist die Maschine mit einer Kompensationswicklung
2 ausgeführt, die ein Ankerfeld in der Querachse verhindert. Man kann natürlich
auch die Kompensationswicklung weglassen, weil auch dann die Kurzschlußwicklung
4 dafür sorgt, daß sich in der Längsachse kein nennenswertes Wechselfeld ausbilden
kann. Zweckmäßig ist es, den ganzen magnetischen Kreis der Maschine zu blechen,
einmal mit Rücksicht auf die Forderung nach einem völlig ungedämpften Wendepolkreis,
ferner aber auch deswegen, damit sich der für die Erzeugung der Spannungsabfälle
in der Kurzschlußwicklung 4 erforderliche kleine Wechselfluß ungehindert ausbilden
kann.
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Eine, wenn auch nicht so weitgehende Glättung des Erregerfeldes
- wie durch die Kurzschlußwicklung 4 - erhält man in bekannter Weise
durch einen der Reihenschlußerregerwicklung parallelgeschalteten Ohmschen Widerstand.
Ferner ist es möglich, die Maschine in bekannter Weise mit Gleichstrom fremd zu
erregen und sie auch als Generator zu betreiben; jedoch müssen hierbei die Gleichrichter
als gesteuerte Gleichrichter (z. B. als Stromtore) ausgeführt sein. Stets sorgt
die Drosselspule 6 dafür, daß auf der Wechselstromseite des Gleichrichters
eine fast rechteckförmige Spannung zur Verfügung steht, die ein nahezu reines Gleichfeld
in der Maschine zuläßt.
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Die Drosselspule im Wechselstromkreis des Gleichrichters hat noch
den weiteren Vorteil, daß durch sie bei kurzzeitiger Unterbrechung der Stromzuführung
aus dem Wechselstromnetz, z. B. beim sogenannten Bügelspringen einer Wechselstromlokomotive,
der wiederkehrende Strom in seiner Größe begrenzt wird, falls das Feld in
der Maschine, das ja von der Kurzschlußwicklung eine Weile gehalten wird, zu weit
abgesunken sein sollte.
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Werden mehrere Motoren in Parallel- oder in Reihenschaltung gefahren,
so kann eine für alle Motoren gemeinsame Drosselspule im Wechselstromkreis verwendet
werden. Trotzdem kann dabei jedem Motor, wie das meistens üblich ist, sein eigener
Gleichrichter zugeordnet werden. In F i g. 1 ist eine derartige Anordnung
mit zwei parallelbetriebenen Motoren angedeutet. Mit la bis Sa sind der zweite Motor
und sein Gleichrichter bezeichnet. Bei Reihenschaltung sind die Wechselstromanschlüsse
der beiden Gleichrichter hintereinandergeschaltet. Durch die gemeinsame Drosselspule
kann erheblich an Gewicht gespart werden, ohne daß sich an der Wirkungsweise etwas
ändert. Bei Glättung im Gleichstromkreis muß jedem Motor und seinem Gleichrichter
eine Glättungsdrosselspule zugeordnet werden. Die Anordnung kann sowohl bei einphasigem
als auch bei mehrphasigem Wechselstrom angewendet werden. Unter Umständen kann es
auch vorteilhaft sein, die Drosselspule, z. B. mit Hilfe von Anzapfungen, steuerbar
zu machen, um eine günstigste Anpassung an die einzelnen Betriebszustände zu erreichen.
Man kann ihr z. B. bei kleineren Strömen größere Blindwiderstandswerte geben als
bei größeren.