DE216771C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d. GRUPPE

Die bisher bekannt gewordenen Drehstrom-Kollektormaschinen mit Serienschaltung zeigen bei Regelung der Drehzahl durch Bürstenverschiebung mehrere erhebliche Nachteile, wie sich mit Hilfe des Diagrammes in Fig. ι er-' kennen läßt. In dem Diagramme bedeutet ο p die magnetomotorische Kraft . des Stators, ο r die des Rotors, ο q die aus beiden resultierende M. M. K., die maßgebend für das

ίο Drehfeld der Maschine ist. Mit α ist der elektrische Verschiebungswinkel der Bürsten am Rotor bezeichnet. Das Drehfeld erzeugt in den durch die Bürsten jeweilig kurzgeschlossenen Rotorspulen Spannungen, die um so größer sind, je mehr die Drehzahl des Rotors vom Synchronismus abweicht. Zweck der erwähnten Regelung ist aber gerade, solche Abweichungen vom Synchronismus herzustellen. Man wird daher immer die Kurzschlußspannungen in Kauf nehmen müssen, andererseits ihren Betrag so klein als möglich zu halten suchen. In dieser Hinsicht ist aber die bisherige Form des Drehstrom-Kollektormotors ungünstig. Denn wenn das Diagramm (Fig. 1) für einen Motor im Synchronismus gilt, so muß, wenn der Motor untersynchron laufen soll, 0 r durch Vergrößerung des Winkels α so gedreht werden, daß 0 q, also das Drehfeld, zunimmt. Die Kurzschlußspannung wächst demnach bei gleichem Drehmomente infolge der Abweichungen vom Synchronismus und infolge der Feldverstärkung.

Ein weiterer Nachteil der bisherigen Form der Drehstrom-Kollektonnaschine besteht in der Schwierigkeit der Bürsteneinstellung beim Regeln der Drehzahl, da schon eine geringe Bürstenverschiebung beträchtliche Änderungen des Feldes und damit der Drehzahl zur Folge hat. Ein sehr feines Einstellen der Drehzahl ist dahgr schwer, zumal auch schon Änderungen in der Auflagefläche der Bürsten von wesentlichem Einfluß sein können.

Die genannten Nachteile zu beseitigen, ist der Zweck der nachfolgend beschriebenen neuen Form von Drehstrom^Kollektormaschinen.

In Fig. 2 ist des Vergleiches wegen schematisch ein gewöhnlicher Drehstrom-Kollektormotor mit Serienschaltung dargestellt, wobei abc die Kollektorbürsten bedeuten. Die Kollektorbürsten werden über die hinter ihnen angedeuteten Statorwicklungen gespeist. Die neue Form der Maschine ist in Fig. 3 dargestellt; sie unterscheidet sich von der nach Fig. 2 durch die Anwendung von Doppelbürsten α α¹, b b¹, c c¹ an Stelle der einfachen Kollektorbürsten. Die Bürsten jedes Paares sind durch Ohmsche oder induktive Widerstände ν miteinander verbunden; die Zuleitung . der Ströme erfolgt an zweckdienlicher Stelle dieser Widerstände. Die Bürsten jedes Paares können ferner unabhängig gegeneinander verschiebbar angeordnet sein; in vielen Fällen kann aber auf eine so weit gehende Regelbarkeit verzichtet werden, und es wird genügen, etwa nur die drei Bürsten abc verschiebbar einzurichten.

Der Motor nach Fig. 3 bildet ersichtlich in seiner Wirkungsweise die Verbindung eines

Serienmotors mit einem Induktionsmotor. Stehen die Bürsten jedes Paares dicht beieinander, fällt also α mit a¹, b mit δ¹, c mit c¹ zusammen, so hat man einen reinen Serienmotor. Werden die Bürsten der Paare so weit auseinandergerückt, daß sie mit den benachbarten Bürsten der anderen Paare zusammenkommen, fällt also a¹ mit b, b¹ mit c, c¹ mit a zusammen, so arbeitet der Motor als Induktionsmotor mit im Dreieck über Widerstände geschalteten Bürsten. In den Zwischenlagen der Bürsten arbeitet der Motor teils als Serienmo.tor, teils als Induktionsmotor; letzteres nämlich mit den durch die beiden Bürsten jedes Paares geschlossenen Wicklungsteilen. Der in einer so geschlossenen Wicklungsabteilung induzierte Strom ist in den folgenden Figuren mit J]₁ bezeichnet. Daraus geht schon hervor, daß man in der beschriebenen Weise dem Motor ganz verschiedene Charakteristiken ' geben kann. Die nähere Begründung folgt weiterhin. Zunächst sei noch über die Verbindungen υ der Bürsten jedes Paares unter sich folgendes bemerkt. In Fig. 4 sind die

zusammengehörenden Bürsten durch einen Ohmschen Widerstand w verbunden. Diese einfachste Schaltung hat natürlich außer dem Verluste durch den Strom /;_v- einen unerwünschten Verlust durch die Stromwärme des zugeleiteten Stromes / zur Folge. Will man diesen umgehen, ohne die durch Anwendung des Widerstandes bedingten Eigenschaften des Motors aufzugeben, so kann man nach Fig. 5 den Widerstand w in den Sekundärkreis eines Transformators t legen, wobei der Strom in der Mitte "der Primärwicklung zugeführt wird. Dann wird nur noch der Strom Jk in den Sekundärkreis übertragen. Durch unbeschränktes Zunehmen des Widerstandes w gelangt man zu der Anordnung Fig. 6, wo die beiden Bürsten einfach durch eine Drosselspule verbunden sind. Damit ist schon angedeutet, wie die Verbindungen ν gleichzeitig von Ohmschen und von induktiven Widerständen gebildet werden können. Im Grenzfalle kann der Widerstand der Verbindungen ν ganz verschwinden. Dann ist für die Größe von /;,· nur der innere Widerstand der geschlossenen Wicklungsabteilungen maßgebend.

Im folgenden sollen die Wicklungen des Stators a]s System I bezeichnet werden, die des Rotors, soweit sie nicht durch die Verbindungen ν geschlossen sind, als System II, und die in dieser Weise geschlossenen Wicklungsteile des Rotors als System III. Die Systeme I und II sind in Reihe geschaltet und führen dieselben Ströme; System III ist aber von diesen Strömen unabhängig. Ähnlich wie bei der bekannten Anordnung, für die das Diagramm Fig. 1 gilt, ergeben die Systeme I und Il nach dem Diagramme Fig. 7 magnetomotorische Kräfte 0 p und 0 r mit der Resultierenden 0 q. Diese ist aber jetzt nicht mehr allein bestimmend für das Feld, außer bei Synchronismus; vielmehr tritt bei j eder vom Synchronismus abweichenden Drehzahl im Systeme III ebenfalls eine M. M. K. auf, die bei Untersynchronismus von 0 q geometrisch abzuziehen, bei Übersynchronismus geometrisch zu addieren ist. Sind die Verbindungen ν des Systems III nach Fig. 6 rein induktiv, so ist die Subtraktion und Addition zu 0 q algebraisch. Das Diagramm Fig. 7 gilt für reinen Ohmschen Widerstand der Verbindungen ν und Untersynchronismus. Die M. M. K. des Systems III ist hier gleich q d, und es verbleibt 0 d als resultierende feldbestimmende M. M. K. übrig. Wie das Diagramm zeigt, kann das Feld je nach der Größe von q d, also je nach der Größe der Widerstände im System III, beliebig klein gemacht werden, womit der im Eingange angegebene Zweck des Vermeidens zu starker Felder mit Rücksicht auf die Kurzschlußspannung erreicht wird. Im allgemeinen wird man danach streben, für ein gegebenes Drehmoment die Feldstärke so einzurichten, daß der Gesamtstrom bei Bürstenverschiebung konstant bleibt oder wächst, im Gegensatze zu Fig. 1, wo bei konstantem Momente wegen des Anwachsens des Feldes der .Strom mit zunehmender Bürstenverschiebung abnimmt.

Wie auch der fernere Zweck der neuen Einrichtung erreicht wird, nämlich einer bestimm- * ten Änderung der Drehzahl eine größere Bürstenverschiebung entsprechen zu lassen, erhellt am besten aus der Betrachtung des Grenzfalles, wo die Bürste α¹ um 120 ° (elektrisch) verschoben wird und b erreicht, ähnlich bei allen drei Bürstenpaaren. Dann ist der Stator in Stern geschaltet und der Rotor über Widerstände bzw. . Drosselspulen in sich geschlossen, wie schon oben erwähnt. Damit hat der Motor die Wirkung eines gewöhnlichen Induktionsmotors. Bei diesem ändert sich aber bekanntlich die Drehzahl sehr wenig, während sie umgekehrt bei einem Drehstrom-Serienmotor nach Fig. 2 mit der Belastung stark veränderlich ist. Um dem Motor die beiden Grenzeigenschaften oder dazwischenliegende zu geben, ist also immer eine große Bürstenverstellung erforderlich.

Die Ausnutzung des beschriebenen Motors hängt bei den verschiedenen Schaltungen von den Verhältnissen der M. M. K. des Systems II zu der des Systems I ab, weil dieses Verhältnis bestimmend ist für den Winkel zwischen 0 d und or in Fig. 7; denn es ändert sich damit der Zeitwinkel zwischen 0 d und 0 r, also auch das Drehmoment der 0 r entsprechenden Rotorströme. Während bei Einschälten von [ Widerständen in das System III 0 d stets

mit q d ein günstiges Drehmoment gibt, verkleinert sich das Drehmoment von ο d mit ο r (System III) um so mehr, je kleiner der Winkel rod ist. Durch passende Wahl der Verhältnisse op zu or muß deshalb für die gute Ausnutzung des Rotors gesorgt werden.

Wenn es sich nur um einen bestimmten Betriebszustand handelt, So können natürlich auch sämtliche Bürsten der Maschine feststehen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :
   Drehstrom-Kollektormaschine mit Serienschaltung, gekennzeichnet durch Doppelbürsten statt der einfachen Bürsten, wobei die nach Befinden verstellbaren Bürsten· jedes Paares über Ohmsche oder induktive Widerstände verbunden sind, zu dem Zwecke, ein von der Serienschaltung unabhängiges dreiphasiges, nach Befinden regelbares Stromsystem zu erzielen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.