DE587211C - Anordnung zur Speisung kommutatorloser Maschinen mittels gittergesteuerter Entladungsgefaesse aus einem Wechselstromnetz - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 31. OKTOBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d² GRUPPE

A 643x3 VIIIb^icP

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. Dezember 1931 ab

Es sind, bereits verschiedene Anordnungen zur Speisung kommutatorloser Maschinen vorgeschlagen worden, die aus einem Wechselstromnetz über gittergesteuerte Entladungsgefäße vorzugsweise mit Dampf- oder Gasfüllung gespeist werden. Diese Anordnungen haben im allgemeinen den Nachteil, daß die Entladungsgefäße und die einzelnen Teilwicklungen der Maschine schlecht ausgenutzt werden. Vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung hinsichtlich der Ausnutzung der Entladungsgefäße und der Teilwicklungen der Maschine. Erfindungsgemäß sind die die einzelnen Teilwicklungen der gesteuerten Mais schine speisenden Entladungsgefäße und Entladungsstromkreise nach dem Reihenschaltungsprinzip miteinander verkettet. Hier-•durch wird einerseits ein Parallelarbeiten mehrerer Entladungsgefäße ttnd damit auch. eine bessere Ausnutzung der Motorwicklungen erzielt, andererseits auch eine Erleichterung 'des Kommutierungsvorganges, d. h. des Überganges der Entladung von einem Entladungsweg auf einen anderen, ermöglicht, so daß besondere Kommutierungsdrosseln oder -transformatoren nicht mehr erforderlich sind.

Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem besonders Wert auf die Verwendung eines einzigen mehranodigen Entlastungsgefäßes, "beispielsweise eines normalen Eisengleichrichters, gelegt ist. Die Abb. 2 und 3 geben Anordnungen mit einanodigen Gefäßen wieder. Eine weitere Vereinfachung und Verbilligung der Transformatoren 10 ist schließlieh in den beiden letzten Abb. 4 und 5 angegeben.

In Abb. ι sind 10 drei Einphasentransformatoren, deren Primärwicklungen 1, 2 und 3 untereinander in Reihe geschaltet und vom Wechselstromnetz gespeist' werden. Jeder Transformatorkern trägt außerdem zwei Sekundärwicklungen 4, 5 bzw. 6, 7 bzw. 8, 9, die jeweils mit besonderer Mittelanzapfung ausgeführt sind. Die Enden der Sekundärwicklungen führen zu den Anoden 11... 22' des gemeinsamen Gleichrichtergefäßes 23. Mit 30 ist der Motor bezeichnet, der aus der Feldwicklung 31 und dem Anker 32 besteht. Es ist angenommen, daß die Feldwicklung umläuft, weshalb ihr der Strom über Schleifringe zugeführt wird. Der Anker besteht aus den sechs Wicklungen 24... 29, von denen jeweils immer drei Strom führen. Jede Ankerwicklung arbeitet nur während einer halben Umdrehung des Motors (bzw. bei mehrpoliger Anordnung während einer Motorhalbwelle). Dementsprechend führt

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

Max Stöhr in Berlin-Tegel.

auch jeweils nur eine Sekundärwicklung jedes Einphasentransformators Strom.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Es sei angenommen, daß in dem betrachteten Augenblick die Transformatorwicklungen 5, 6 und 8 und entsprechend die Motorwicklungen 25, 26 und 28 zur Stromführung freigegeben sind, indem den zu den Anoden 13 bzw. 14, 15 bzw. 16 und 19 bzw. 20 gehörigen Gittern ein positives Potential aufgedrückt wird. Für die Größe des Stromes ist maßgebend, daß die Summe der Gegenspannungen von 25, 26 und 28 entsprechend den Verlusten um einen bestimmten Betrag kleiner ist als die den Primärwicklungen 1, 2 und 3 zusammen zugeführte Netzspannung. Die Motorgegenspannung ist aber ihrerseits im wesentlichen wieder abhängig von der Drehzahl und dem von 31 erzeugten Feld, das im vorliegenden Fall der Reihenschaltung durch den Motorstrom selber erzeugt wird. Außerdem ist sie in jeder der drei in Betracht kommenden Wicklungen 25, 26 und 28 verschieden, je nach ihrer Stellung gegenüber den Polen. Daraus folgt aber notwendig, daß auch die Spannung an den Transformatorprimär- und -Sekundärwicklungen verschieden ist. Die Netzspannung ist also nicht gleichmäßig auf die Wicklungen 1, 2 und 3 verteilt, wie dies im Leerlauf der Transformatoren der Fall ist, sondern es ändert sich der Spannungsanteil jeder Wicklung mit der Motorstellung. Befindet sich beispielsweise die Wicklung 25 in der neutralen Zone, in der ihre Gegenspannung Null ist, so· ist auch der Spannungsanteil der Wicklung 1 bzw. 5 Null, und die gesamte Netzspannung wird von den beiden anderen Transformatoren übernommen. Der erste Transformator ist sekundärseitig 4.0 kurzgeschlossen, und es kann sich dementsprechend kein magnetischer Fluß in ihm bilden.

Durch die Reihenschaltung der Primärwicklungen ι bis 3 wird weiterhin erreicht, daß die Ströme in den arbeitenden Wicklungen des Motors, z.B. 25, 26 und 28, trotz der verschiedenen Gegenspannungen gleich sind, da anderenfalls das Amperewindungsgleichgewicht der Transformatoren gestört wäre.

Der Kommutierungsvorgang, der von den Entladungsgefäßen an. Stelle des Kommutators übernommen werden soll, gestaltet sich folgendermaßen: Kurz bevor beispielsweise die Wicklung 25 ihre neutrale Lage erreicht, werden die Anoden 11 und 12, die bisher gesperrt gehalten wurden, freigegeben und schicken einen Strom durch die Ankerwicklung 24 in umgekehrter Richtung wie der Strom durch 25. Während der Strom in 4 und 24 zunimmt, muß er in 5 und 25 abnehmen, da die Summe der Ströme von 4 und 5 gleich sein muß dem in def Wicklung 1 fließenden Strom. Die Gitter der Anoden 13 und 14 werden negativ gemacht, damit der Strom der Wicklung 25 gesperrt bleibt, sobald er infolge der magnetischen Verkettung von 4 und S zu Null geworden ist. Dabei ist wie bei Wechselrichterschaltungen darauf zu achten, daß der Kommutierungsvorgang beendet ist, bevor die betreffende Wicklung die neutrale Lage ganz erreicht hat, da anderenfalls ein Löschen der Anoden 13 und 14 nicht mehr möglich ist. Nach erfolgter Kommutierung des Stromes von 25 auf 24 arbeiten die Wicklungen 24, 26 und 28, bis im Lauf der Motordrehung die nächste Wicklung, z. B. 26, in die Nähe ihrer neutralen Zone kommt und der Strom von 26 auf 27 kommutiert wird. So wiederholt sich das Spiel im Takte der Motordrehzahl, und es ist ohne weiteres ersichtlich, daß es gleichgültig ist, ob der Motor in bezug auf die Frequenz des speisenden Wechselstromes unter- oder übersynchron betrieben wird.

In der Abb. 2 ist im wesentlichen dieselbe 85 ' Anordnung dargestellt, mit dem Unterschied, daß jetzt einanodige Gefäße verwendet werden, von denen jeweils zwei, 11 und 13, 12 und 14, 15 und 17 usw., zu einer Gruppe mit gemeinsamer Kathode zusammengeschlossen go werden. Außerdem sind die Anoden der Röhren 11 und 12 bzw. 13 und 14 bzw. 15 und 16 usw. miteinander verbunden, wodurch es möglich ist, eine der beiden Sekundärwicklungen jedes Transformators zu sparen und auf diese Weise eine bessere Ausnutzung zu erzielen. Die Wirkungsweise ist im übrigen dieselbe wie in Abb. 1, und auch der Motor hat dieselbe Anzahl Wicklungen, von denen wieder drei gleichzeitig Strom führen. Während in der Abb. 1 ein gemeinsames Kathodenpotential vorhanden ist, haben in der Anordnung nach Abb. 2 die Mittelanzapfungen der Wicklungen 4, 6 und 8 dasselbe Potential. Die Kommutierung erfolgt wieder von einer Motorwicklung auf die um 180 elektrische Grade versetzte, also von 24 auf 25 bzw. 26 auf 27 bzw. 28 auf 29, und umgekehrt.

Eine weitere Vereinfachung zeigt die Abb. 3, bei welcher die Röhren gegensinnig parallel geschaltet sind. Es wird jeweils eine Gruppe gegensinnig parallel geschalteter Röhren, also z.B. 11, 12 bzw. 15, 16 bzw. 19,20, freigegeben, während die anderen Gefäße gesperrt sind. Zu Beginn der Kommutierung wird dann beispielsweise die Gruppe 13, 14 leitend gemacht, während der Gruppe 11, 12 ein negatives Gitterpotential aufgedrückt wird. Der bisher über 11 oder 12 fließende Strom der iao Motorwicklung 24 kehrt alsbald seine Richtung um und fließt durch 14 oder 13, wäh-

rend gleichzeitig 11 oder 12 gelöscht und beide, 11 und 12, durch ein negatives Gitterpotential gesperrt gehalten werden. Es fließt somit in der Wicklung 24 dauernd Strom, während dies bei den Anordnungen nach Abb. ι und 2 nur während einer Halbwelle der Fall war. Dasselbe gilt auch für die Wicklungen 26 und 28. Der Motor ist somit wesentlich besser .ausgenutzt als in den früheren Beispielen. Außerdem besitzen auch die Transformatoren jeweils nur eine Sekundärwicklung wie in Abb. 2. Dagegen muß aber jetzt das Feld 31 entweder unmittelbar oder, wie gezeichnet, über einen Stromwandler 33 an die Speiseleitung angeschlossen werden. Motor- und Feldwicklungen führen nicht mehr wie in Abb. 1 und 2 einen gleichgerichteten Strom, sondern Wechselstrom von annähernd sinusförmiger Kurvenform.

Die drei Einphasentransformatoren können zweckmäßig zu einem gemeinsamen Transformator vereinigt werden, indem man sie in geeigneter Weise miteinander magnetisch verkettet. Die Abb. 4 und 5 zeigen beispielsweise Anordnungen, durch die eine bessere Materialausmitzung erreicht wird als mit drei Einzeltransformatoren.

Die bisher behandelten Schaltungen sind zwar für Einphasenspeisung näher beschrieben worden, doch können sie sinngemäß auch für Drehstrom verwendet werden. Außerdem ist es grundsätzlich gleichgültig, ob der Motor für Reihen-- oder Nebenschlußverhalten bzw. eine Vereinigung von beiden vorgesehen wird.

Durch die Reihenschaltung der der Phasenzahl des Motors entsprechenden Anzahl von Primärwicklungen ist es somit möglich geworden, den Speisetransformator mit der notwendigen Einrichtung für die Kommutierung (dem Kommutierungstransformator) zu vereinigen und dadurch eine bedeutende Materialersparnis zu erzielen, die sich sowohl preislich als auch hinsichtlich des Gewichtes und Raumbedarfes günstig auswirkt, was besonders auf Fahrzeugen von großer Bedeutung ist.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Speisung kommutatorloser Maschinen mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße, vorzugsweise mit Dampf- oder Gasfüllung, aus einem Wechselstromnetz, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Teilwicklungen der gesteuerten Maschinen speisenden, die Entladungsgefäße enthaltenden Stromkreise nach dem Reihenschaltungsprinzip miteinander verkettet sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch' leine ' der Phasenzahl des Motors entsprechende Anzahl von Einzeltransformatoren, deren Primärwicklungen sämtlich in Reihe geschaltet sind, während die voneinander unabhängigen Sekundärwicklungen- über Entladungsgefäße die verschiedenen Motorwicklungen speisen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die die Entladungsgefäße speisenden Transformatoren zwei bzw. je zwei Sekundärwicklungen besitzen, welche einander ablösende Motorströme liefern und welche induktiv miteinander verkettet sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung eines mehranodigen Entladungsgefäßes mit einer Kathode.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einanodige Entladungsgefäße gleichsinnig an jedes freie Ende einer Transformatorphasenwicklung angeschlossen sind und zwei um i8o° versetzte Motorwicklungen speisen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen zu je zwei gegensinnig parallel go geschalteten Entladungsgefäßen zwischen jedes freie Ende einer Transformatorphasenwicklung und die entsprechenden Motorwicklungen geschaltet sind.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (31) des Motors von allen Entladungsströmen in der gleichen Richtung durchflossen wird.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, insbesondere zur Erzielung eines Reihenschlußiverhaltens, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (31) eine Spanmungskomponente erhält, die von dem dem Primärnetz !entnommenen Wechselstrom abhängig ist (Abb. 3).
9. 9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeltransformatoren auf gemeinsamem Kern angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen