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Verfahren zum schnellen Entregen gleichstromerregter Maschinen. Es
ist bekannt, gleichstromerregte Maschinen dadurch zu entregen, daß man ihre Feldwicklung
unter Abschaltung von der Erregerstromquelle über einen Widerstand schließt. Wenn
sich auch mit diesem Verfahren die Spannungssteigerungen, die mit einem plötzlichen
Abschalten der Feldwicklung verbunden sind, vermeiden lassen, so ist doch für viele
Fälle die Zeitdauer der Entregung zu lang.
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Es ist ferner bekannt, die Feldwicklung von Gleichstrommaschinen in
mehrere voneinander unabhängige Teile zu zerlegen und diese Teile je nach Bedarf
in gleichsinniger oder ungleichsinniger Schaltung an eine Erregerstromquelle anzuschließen.
Für die gleichsinnige Schaltung kommt dabei sowohl Hintereinander- als auch Parallelschaltung
der Feldwicklungsteile in Betracht.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum schnellen Entregen
gleichstromerregter Maschinen, beidem zwei für die Erregung gleichsinnig an eine
Stromquelle angeschlossene Feldwicklungsteile zwecks Entregung der Maschine gegeneinandergeschaltet
werden. Die Erfindung bezweckt, eine erheblich kürzere Entregungsdauer zu erzielen,
als es mit dem eingangs erwähnten Verfahren möglich ist. Dieser Zweck wird gemäß
der Erfindung dadurch erreicht, daß die mit ungleicher @Vindungszahl versehenen
Feldwicklungsteile bei der Gegeneinanderschaltung von der Erregerstromquelle getrennt
werden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele zur Verwirklichung
der Erfindung schematisch veranschaulicht. In Abb. i ist die Feldwicklung in zwei
Teile ungleicher Windungszahl i und a unterteilt, die mittels eines ohne Stromunterbrechung
schaltenden Umschalters 3 entweder zwecks Erregung über einen Regler 4 mit einer
Gleichstromquelle 5 verbunden oder zwecks Entregung in Gegeneinanderschaltung über
einen Widerstand 6 geschlossen werden können. Durch die Gegenschaltung der beiden
ungleichen Feldwicklungsteile wird bewirkt, daß sich ihre magnetomotorischen Kräfte
teilweise aufheben, so daß nur noch die Differenz der Windungszahlen für die Magnetisierung
in Betracht kommt. Dies bedeutet eine entsprechende Vergrößerung der in der Feldwicklung
fließenden Stromstärke im Vergleich zur normalen Erregerstromstärke. Würde nämlich
die Stromstärke ihren bisherigen Wert beibehalten, so müßte das- Magnetfeld durch
einen Bruchteil der bisherigen Amperewindungen aufrechterhalten werden, was offenbar
nicht möglich ist. Die Stromstärke erhöht sich vielmehr im ersten Augenblick der
Entregung in demselben Verhältnis, wie die wirksame Windungszahl infolge der Gegenschaltung
der beiden Feldwicklungsteile verkleinert
worden ist. Da nun die
Stromwärmeverluste sich mit dem Quadrat der Stromstärke ändern, tritt ein sehr erhebliches
Anwachsen der in Stromwärme umgewandelten Energie ein. Diesem Vorgange entspricht
eine beschleunigte Aufzehrung der in der Feldwicklung aufgespeicherten magnetischen
Energie. Die Entregungsdauer wird daher etwa im umgelehrten Verhältnis der Vergrößerung
der Stromwärme herabgesetzt, also stark verkürzt.
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Man kann sich den Vorgang auch noch auf eine andere Weise deutlich
machen. Die Gegeneinanderschaltung der beiden ungleichen Feldwicklungsteile i und
2 ist praktisch gleichbedeutend mit einer bifilaren Wicklung, die aus ebenso vielen
Windungen wie der kleinere Feldwicklungsteil besteht. Es bleibt also nur eine dem
Unterschiede der Windungszahlen der beiden Wicklungsteile entsprechende Windungszahl
wirksam. Es sei angenommen, daß die bei der Entregung noch wirksame Windungszahl
1-/3 der gesamten ZVindungszahl der Feldwicklung betrage. Der Widerstand w der Wicklung
behält dabei seinen Wert, während sich ihr Selbstinduktionskoeffizient L auf 1/9
des für die ganze normal geschaltete Wicklung gültigen Wertes verringert. Das bedeutet
aber, daß die Zeitkonstante To der Wicklung, die ein Maß für die Schnelligkeit der
Entregung bildet und durch den Quotienten
dargestellt wird, sich, wenn man vom Dämpfungswiderstand 6 absieht, auf 1/9 desjenigen
Wertes vermindert hat, der für die normale Schaltung der Feldwicklung gilt.
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Man kann die Unterteilung der Feldwicklung so durchführen, daß die
Wicklung jedes einzelnen Magnetpoles sich aus einem größeren und einem kleineren
Wicklungsteil zusammensetzt. Es werden dann einerseits sämtliche Wicklungsteile
kleinerer Windungszahl und andererseits sämtliche Wicklungsteile größerer Windungszahl
für sich in Reihen-oder Parallelschaltung zusammen- und für die Entregung als Ganzes
gegeneinandergeschaltet. Will man die bei der Entregung infolge der Stromrichttingsumkehr
auftretende Streuung, die durch die Anordnung je eines größeren und kleineren
Wicklungsteiles auf jedem Magnetpol an sich schon beträchtlich verringert ist, noch
weiter vermindern, so kann man dies dadurch erreichen, daß man die zu jedem einzelnen
Magnetpol gehörigen Wicklungselemente eine gemischte VGTicklung (z. B. nach Art
e'i'ner Transformatorwickl.ung) bilden läßt.
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Bei dem durch Abb.2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel, das sich
auf eine vierpolige Maschine bezieht, sind die Wicklungen der einzelnen Magnetpole
so geschaltet, daß bei der Entregung eine Magnetpolwicklung 7 den in Reihe liegenden
drei übrigen Magnetpolwicklungen 8 bis io entgegengeschaltet werden kann. Hierdurch
wird bewirkt, daß die magnetomotorischen Kräfte im ganzen Magnetgestell auf die
Hälfte des normalen Betrages zurückgehen, ohne daß sich die Feldverteilung wesentlich
ändert.
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Die Einrichtung nach Abb.3 gilt für eine sechspolige Maschine und
unterscheidet sich von der vorhergehenden nur dadurch, daß bei der Entregung zwei
in Reihe geschaltete Wicklungen i i und 12 ungleichnamiger Pole den übrigen vier
unter sich ebenfalls in Reihe geschalteten Magnetpolwicklungen 13 bis 16 entgegengeschaltet
sind. Die wirksame Windungszahl verringert sich in diesem Falle auf 1/3 der normalen.
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Bei sechs- und mehrpoligen Maschinen ist zu beachten, daß für den
kleineren Feldwicklungsteil nur die Wicklungen solcher Pole miteinander verbunden
werden dürfen, die durch mindestens einen der übrigen Pole voneinander getrennt
sind. Wird hierauf Rücksicht genommen, so ist eine gleichmäßige Ausbildung des Magnetfeldes
durch die nach der Gegenschaltung noch wirksamen Polwicklungen gesichert.
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Um bei den Einrichtungen nach den. Abb.2 und 3, bei denen sich eine
Unterteilung der einzelnen Polwicklungen und darum die Ausbildung dieser Wicklungen
als gemischte Wicklung nicht durchführen lä.ßt, die infolge der Stromrichtungsumkehr
oder der Zunahme der Stromstärke auftretende Streuung zu vermindern, wird zweckmäßig
jeder Magnetpol noch mit einer in sich kurzgeschlossenen Wicklung von nicht zu kleinem
Widerstande versehen. In vielen Fällen wird es genügen, diese Kurzschlußwicklung
nur auf denjenigen Polen anzuordnen, in deren Hauptwicklung sich bei der Entregung
die Stromrichtung umkehrt.
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Man kann die Entregungsdauer noch weiter verkürzen, wenn man an Stelle
des Widerstandes 6 oder in Parallelschaltung mit diesem eine sogenannte Polarisationsbatterie
17 (s. Abb.3) in den Stromkreis .der gegeneinandergeschalteten Feldwicklungsteile
einschaltet. Eine derartige Batterie, deren Zellen beispielsweise aus Bleielektroden
in verdünnter Schwefelsäure bestehen, hat die Wirkung, daß sich an ihren Klemmen,
infolge des Stromdurchganges, rasch eine Polarisationsgegenspannung bildet, so daß
sich ein Teil der magnetischen Energie der Feldwicklung zunächst in der Batterie
aufspeichert und die Spannung an den Klemmen der Feldwicklung noch längere Zeit
in ihrer vollen Höhe aufrechterhalten wird. Zweckmäßig wählt man den Wert des zur
Polarisationsbatterie
17 parallel geschalteten Ohmschen
Widerstandes 6 so, daß die Klemmenspannung der Batterie bei gegebener Zellenzahl
mindestens so lange aufrechterhalten bleibt, bis die Stromstärke in der Feldwicklung
auf Null zurückgegangen ist. Bleibt die Klemmenspannung der Batterie noch etwas
länger bestehen, so hat dies den weiteren Vorteil, daß die Feldwicklung nach Beendigung
der eigentlichen Entregung von einem entgegengesetzt gerichteten Strome durchflossen
wird, der nunmehr auch die Aufhebung der Remanenz bewirkt.
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Die beschriebenen Entregungseinrichtungen lassen sich mit gleichem
Vorteil bei allen mit Gleichstrom erregten Gleich- oder Wechselstrommaschinen verwenden.