DE257083C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 257083 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. August 1910 ab.

Drehfeldinduktionsmotoren können in der Geschwindigkeit geregelt werden durch Kaskadenschaltung mit Kollektormaschinen, deren Spannung, Drehzahl oder Periodenzahl geregelt wird. Damit diese Kollektormaschinen zur Aufnahme und Abgabe von Mehrphasenströmen geeignet sind, führt man sie stets als ■ Drehfeldmaschinen aus, deren magnetischer Widerstand allseitig gleich groß ist, so daß

ίο ihr Magnetfeld sich ohne Störung entsprechend der gerade vorhandenen Wechselstromfrequenz , drehen kann.

Um den Synchronismus der Hauptmotoreh durchschreiten zu können, ist es erforderlich, ihren Rotorstromkreisen von der Kollektormaschine aus Gleichstrom aufzudrücken, da sonst im Synchronismus keine Rotorströme und daher kein Drehmoment vorhanden wäre. Eine Drehfeldkollektormaschine mit Selbsterregung kann aber nur unter ganz besonderen Umständen Gleichstrom abgeben. Diese Umstände herzustellen und zum Durchschreiten des Synchronismus anzuwenden, bildet den Gegenstand vorliegender Erfindung.

Fig. ι zeigt das Schema einer Drehfeldkollektormaschine, wobei ti die Statorwicklung bedeutet, r die Rotorwicklung nebst Kollektor und Bürsten. Das Schema ist dreiphasig gezeichnet, es kann aber jede beliebige Phasenzahl verwendet werden. Die besondere Schaltung der Mehrphasenkollektormaschine ist gleichgültig, es kann für die folgende Betrachtung Serienschaltung, Nebenschlußschal-40

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tung oder irgendeine beliebige Kombination angenommen werden. Auch die Anordnung der Statorwicklung und der Rotorwicklung nebst Bürsten ist an sich gleichgültig, es können auf beiden Teilen beliebig viele Stromsysteme übereinander gelagert werden — z. B. durch mehrere Wicklungen oder Doppelbürsten —, stets soll im folgenden nur das resultierende Stromsystem des Stators und des Rotors in Betracht gezogen werden.

Diese beiden Stromsysteme, die, wie üblich, sinusförmig verlaufend angenommen werden, sind in Fig. 2 in ihrer räumlichen Lage für das zweipolige Ersatzschema der Kollektormaschine dargestellt. Die wirksame Amperewindungszahl des Stators sei i_st, die des Rotors ι,-, die Stromsysteme schließen den räumliehen Winkel α miteinander ein. Verwendet man beispielsweise Serienschaltung von Stator und Rotor, so stimmt der räumliche Phasenwinkel α stets mit dem Bürstenwinkel der Fig. ι überein. Der Phasenwinkel ist von der Kurzschlußlage aus gerechnet, in der sich Stator- und Rotorströme genau entgegenwirken.

Um die Bedingung für Gleichstromerregung in der Drehfeldmaschine mit Selbsterregung zu gewinnen, muß auf den Zusammenhang zwischen Strömen, Feldern und Spannungen eingegangen werden. Fig. 3 stellt die Stromverteilung der Fig. 2 in Vektorform dar. Die geometrische Summe der Stromsysteme im Stator und Rotor liefert das magnetisierende Stromsystem i_e, das seinerseits das Haupt-

feld Φ erzeugt. Dieses Feld steht räumlich senkrecht auf dem erzeugenden Stromsystem und ruft durch seine Bewegung im Stator wie im Rotor elektromotorische Kräfte E hervor, die in Richtung des Feldes liegen. Die Größe dieser Spannungen ist natürlich abhängig von der Relativgeschwindigkeit des Drehfeldes gegen die Stator- und Rotorleiter.

Es soll angenommen werden, daß das Feld Φ

ίο zunächst im Raum stillsteht, was bereits der erwünschten Gleichstromerzeugung in der Kollektormaschine entspricht. Es soll dann untersucht werden, unter welchen Umständen Gleichgewicht in der Maschine vorhanden ist.

Das stillstehende Feld erzeugt nur in der' Rotorwicklung eine mit ihm phasengleiche elektromotorische Kraft E_r. Da deren Periodenzahl im Außenkreise Null ist, da es also eine Gleichstrom-Ε. M. K. ist, so kann sie nur ein Rotorstromsystem in ihrer eigenen Phase erzeugen. Das vorhandene Stromsystem i_r muß sich also in der Richtung von E,- drehen, um dasselbe Maß dreht sich aber dann auch das Statorstromsystem i_st mit, das ja nur vom Rotor aus durch irgendeine vorhandene Phasendrehung der Bürsten oder der Wicklung erhalten wird.

Unter Zugrundelegung eines Vektordiagrammes für die Stromsysteme wie in Fig. 3 würde also auch der Magnetisierungstrom und daher auch das Feld und die elektromotorische Kraft ihre Phase dauernd ändern, es wäre kein Gleichgewicht vorhanden, sondern das Feld Φ würde dauernd im Raum rotieren, ebenso natürlich auch die Stromsysteme und die elektromotorische Kraft. Wirkliches Gleichgewicht kann nur dann vorhanden sein, wenn die elektromotorische Kraft E_r des Rotors von vornherein genau in die Richtung des Rotorstromsystemes i_r fällt, das sie erzeugen und aufrechterhalten soll. Diese Lage ist in Fig. 4 dargestellt. Das magnetisierende Stromsystem muß senkrecht auf dem Rotorstromsystem stehen, damit das Feld eine dem Strom gleichgerichtete Spannung erzeugen kann.

An jeder Drehfeldkollektormaschine stehen zwei Größen willkürlich zur Wahl, der Phasenwinkel α zwischen Stator- und Rotorstromsystem, der beispielsweise durch Burst enverdrehung geregelt werden kann, und das Verhältnis der wirksamen Amperewindungszahlen von Rotor und Stator, kurz die Stromübersetzung genannt, die durch Transformatoren, Stromabzweigungen, doppelte Bürstensätze und ähnliche Mittel geregelt werden kann. Um nun die Drehfeldmaschine mit Selbsterregung zur Erzeugung von Gleichstrom geeignet zu machen, sollen diese beiden Größen gemäß der Erfindung so geregelt werden, daß während des Durchschreitens des Synchronismus die Stromübersetzung gleich dem Kosinus des Phasenwinkels ist, denn dann ist die eben aus den Diagrammen hergeleitete Bedingung für elektrisches Gleichgewicht erfüllt.

Die Berechnung der Stromübersetzung und des Phasenwinkels kann an vorliegenden Maschinen nach den üblichen Regeln über Stromverzweigung in Gleichstromnetzen geschehen und bietet daher keine Schwierigkeiten. Die Bedingung für Gleichstromerregung ist selbstverständlich nicht mathematisch genau zu verstehen, da die Diagramme wegen der Abweichung aller Größen von der Sinusform, wegen der Hysteresis, Wirbel- und Kurzschlußströme nur in der üblichen Weise angenähert gelten.

Vorteilhaft verwendet man Kollektormaschinen, die mit zwei Bürstensätzen für die Phase ausgerüstet sind, deren Abstand auf einfachste Weise die Übersetzung zu regeln gestattet, ohne daß regelbare Transformatoren in die Stromkreise eingeschaltet zu werden brauchen. Nähert man die beweglichen Bürsten beim Durchschreiten des Synchronismus sehr, dann hat man den weiteren Vorteil, daß ein starkes Feld zur Erzielung einer erheblichen elektromotorischen Kraft notwendig ist, so daß die Maschine ihre normale Eisensättigung beibehält und daher stabil arbeitet.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Durchschreiten des Synchronismus von Drehfeldinduktionsmotoren, an deren Schleifringe mehrphasige Kollektormaschinen mit Selbsterregung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beim Synchronismus das Verhältnis der wirksamen Ampere win düngen von Rotor und Stator der Kollektormaschine ganz oder nahezu mit dem Kosinus des Phasenwinkeis der Rotor- und Statorstromsysteme übereinstimmend gemacht wird.

2. Kollektormaschine zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gegeneinander bewegliche Bürsten-Sätze am Kollektor.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.