DE697578C

DE697578C - Einrichtung zur Aufhebung der Transformatorspannung bei Wechselstromkommutator-maschinen, insbesondere Einphasenreihenschlussmotoren

Info

Publication number: DE697578C
Application number: DE1937S0127393
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Stier
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1937-05-30
Filing date: 1937-05-30
Publication date: 1940-10-17

Description

Bei WediselstromkommutatormascMnen größerer Leistung·, insbesondere bei einphasigen Bahnmotoren, wird im aUgemeinen zu der Wendepolwicklung ein Ohmscher Widerstand parallel geschaltet. Dieser Widerstand bewirkt 'eine Nacheilung des Stromes in der Wendepolwicklung gegenüber dem Maechinenstrom. Dies hat zur Folge, daß in den Wemdepolen eine Feldkomponente hervorgerufen wird, die die von dem Hauptfeld in den kurzgeschlossenen Windungen induzierte Trarisformatorspannung für 'eine einzige bestimmte Drehzahl aufhebt. Ein großer Nachteil dieser häufig verwendeten Schaltung· liegt darin, daß bei lallen übrigen Drehzahlen die Transformatorspannung nur teilweise aufgehoben wird.

Infolgedessen tritt bei diesen Drehzahlen eine Verschlechterung der Kommutierung· auf.

Es ist -auch bereits bekanntgeworden, dadurch 'eine Verbesserung der Kommutierung über 'einen größeren Teil des Drehzahlbereiches zu erzielen, daß ,als Widerstand im Nebenschlußkreis zu der Wendepolwicklung 'feine Hilfsmasehine mit belastungsabhängiger Erregung·, ζ. B. 'eine Einphasenreibenschlußmaschine, verwendet wird, deren Drehzahl proportional der Drehzahl des Hauptmotors verändert wird. Beispielsweise ist diese Maschine über 'ein Vorgelege mit der Welle der Hauptantriebsmaschine gekuppelt. Die Erfin- 30· dung bezweckt eine weitere Verbesserung· derartiger Anordnungen an WechselstromkomrnutatormascHnen zur, Verbesserung der Kommutierung. Die Erfindung· besteht darin, 'daß ■ mit der· im Nebenschlußkreis zur Wendepolwicklung angeordneten Hilfsrnaschinie eine Kapazität von solcher Größe in Reihe geschaltet ist, daß. der gesamte Blindwiderstand des Nebenschlußzweiges kapazitiv wird und gleich oder größer ist als die Gesamtneaktanz

der Wendepolwicklung. Eine derartige Anordnung ergibt eine wiesentliche Vierbesserung sowohl hinsichtlich der Unterdrückung der. Transformatorspannung wie der Stromwender spannung.

Der aus der Hilfsmaschine und dem Kondensator bestehende Parallelstromkreis kannstatt zu der Wendepolwicklung allein auch parallel zu der Erregerwicklung und Wendepolwicklunggeschaltet werden. Die Anordnung kann derart ausgeführt werden, daß die Hilfsmaschine von dem Wendepolstrom, erregt wird, während der Anker in Reihenschaltung mit dem Kondensator in den Parallelstromkreis zur Wendepolwicklung eingeschaltet ist. Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. ι zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel, bei dem der Kondensator direkt in den 7.0 die Hilfsreihenschlußmaschine enthaltenden Parallelstromkreis zur Wendepolwicklung eingeschaltet ist. α bedeutet den Anker oner einphasigen Wechselstromreihenschlußmas chine, die beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeuges dient. Zur Erregung dient die FeIdwicldung /. c bedeutet die Kompensationswicklung und w die Wendepolwicklung-. Parallel zu der Wendepolwicklung w ist eine einphasige Reihenschlußmaschine /z geschaltet, deren Erregerwicklung· mit e bezeichnet ist. Die Hilf smaschine A wird von dem Anker« des Motors angetrieben. Durch die Änderung der Drehzahl der Hilf smaschine h ändert sich deren Rotationsspannung proportional der Drehzahl. Dies bedeutet aber praktisch .eine Änderung des Ohmschen Widerstandes des Parallelstromkreises zur Wendepolwicklung. In dem Parallelstrornkxeis ist ferner ein Kondensator k eingeschaltet, der so bemessen ist, daß der gesamte Blindwiderstand des Nebenschlußkreises kapazitiv und gleich oder größer ist als die-jGesamtreaktanz der Wendepolwicklung. Mit gestrichelten Linien ist noch ein Widerstand/· angedeutet, der zu der FeIdwicklung e der Hilfsmaschine h zur Beeinflussung der Induktivität parallel geschaltet ist. Gegebenenfalls kann dieser Widerstand ' veränderlich ausgeführt werden.

In Fig. 2 der Zeichnung sind vergleichsweise die Diagramme für die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung mit einem Kondensator im Parallelstromkreis zur Wendepolwicklung und für die bekannte Schaltung ohne einen Kondensator wiedergegeben. In dem Diagramm.

ist mit gestrichelten Linien zunächst der Fall berücksichtigt, daß zu der Wendepolwicklung allein eine Hilf smaschine parallel geschaltet ist.

J_a bedeutet in dem Diagramm den Vektor

des Ankerstromes, /„,' ist der Vektor des die Wendepolwicklung durchfließenden Stromes und J_n' der Vektor des Stromes in dem Neben-Schluß Stromkreis, welcher die Hilfsmaschine h enthält. Die Lage der beiden Vektoren/,/ . .,und /„' ist durch den Kreisbogen um den '. .:;%ffittelpunkt ο bestimmt. Je nach der Geif.ehwindigkeit des Motors ändern sich die ΐ-Beiden Vektoren /,/ und /„'. In dem Diagramm sind für zwei verschiedene Drehzahlen /Z₀ und /Z₁ die verschiedenen Vektoren J_xJ und /„' eingetragen. Die Drehzahl /Z₁ 7« soll dabei größer als die Drehzahl/Z₀ sein. Es ergibt sich aus dem Diagramm ohne weiteres, daß sich zwar für die Aufhebung der Transformatorspannung mit kleiner werdender Drehzahl eine Vergrößerung der zur Auf-■hebung der Transformatorspannung dienenden Erreg er Stromkomponente ergibt, was erwünscht ist. Jedoch nimmt mit abnehmender Drehzahl die zur Aufhebung der Stromwendespannung dienende Ankerstromkomponmte ab. Wird nun, wie bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung, mit der Hilfsmaschine im Parallelstromkreis 'eine Kapazität ausreichender Bemessung in Reihe geschaltet, so ändert sich der geometrische Ort für die »5-Lage des Scheitelpunktes der Vektoren /,„ und /„. Der geometrische Ort liegt nunmehr auf dem verstärkt ausgezogenen Kreisbogen um den' Mittelpunktm. Dies hat zur Folge, daß mit abnehmender Drehzahl gleichzeitig¹ 9» sowohl die Erregerstromkomponente zur Aufhebung der Transformatorspannung- wie der Stromwendespannung zunimmt, wodurch sich wesentlich günstigere Kommutierungsbedingungen ergeben, als sie allein bei Parallel- *>s schaltung einer Hilfsmaschine zur Wendepolwicklung erreicht werden. Die Vektoren Jw und /„ für /Z₀ und W₁ sind mit ausgezogenen Linien in dem Diagramm eingetragen.

Eine Steigerung der zur Aufhebung der Stromwendespannung dienenden Erregerstromkomponente ist bekanntlich bei abnehmenden Drehzahlen im Hinblick auf Änderungen der Induktivität sowie den Bürstenübergangswiderstand erwünscht. Durch geeignete Bemessung des Kondensators kann es auch erreicht werden, daß praktisch die zur Aufhebung der Stromwendespannung dienende Erregerstromkomponente nahezu konstant bleibt.

Fig: 3 zeigt eine verbesserte Schaltung, die sich dadurch auszeichnet, daß der Parallelstromkreis aus Hilfsreihenschlußmaschine und Kondensator k nicht direkt zu der Wendepolwicklung w parallel geschaltet ist, sondern durch einen Zwischentransformator t an den Wendepolstromkreis angekoppelt ist. Die Primärwicklung des Transformators ist dabei zu der Wendepolwicklung w parallel geschaltet, während an die Sekundärwicklung in Reihenschaltung der Kondensator k und die Hilfs- iao reihenschlußmaschine // angeschlossen sind. Voraussetzung für die Schaltung nach Fig. 3

ist, daß. die Wendepolwicklung gerade für die Stromwendung ausreicht und nicht mehr Windungen vorhanden sind, als dies häufig· ■der Fall ist. Andernfalls kann die erforderliehe. Ausgleichung durch eine zusätzliche Drosselspule erzielt werden, die zu der Wiendepolwicklung parallel geschaltet ist. Mit gestrichelten Linien ist diese Drosselspule Λ? in der Fig. 3 angedeutet. Die Schaltung gemäß to Fig. 3 hat den großen Vorteil, daß der Anker der Hilfsmaschine Ii und der Kondensator k für höhere Spannungen und !entsprechend kleinere Ströme ausgelegt werden können.

Fig. 4 zeigt 'eine andere vorteilhafte Abänderung. Bei der Schaltung gemäß. Fig. 4 ist der Kondensator-^ lediglieh mit der Erregerwicklung e der HilfsreihenscMußmasehine in Reihe geschaltet und. induktiv über einen Zwischentransformator ^ mit dem Stromkreis «0 gekoppelt, welcher den Anker der Hilfsreihenschlußmaschine h enthält und zu der Wendepolwicklung iv parallel geschaltet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, den Kondensator k und die Erregerwicklung e der Hilf smaschine '25 für besonders hohe Spannungen auszulegen, wodurch sich die Abmessung des Kondensators k weiter verringert, was mit Rücksicht sauf den Umstand besonders erwünscht ist, daß das Gewicht und der Raumbedarf der Hilfseinrichtung zur Verbesserung der Kommutierung so klein wie möglich bleiben muß. Ein grundsätzlicher Vorteil der Schaltung nach Fig. 4 liegt auch darin, daß, der den Kondensator k ■ enthaltende Schwingnngskrieis von dem Anker Stromkreis der Hilf smaschine h getrennt ist. Im Hinblick auf die Möglichkeit des Auftretens störender Oberwiellen ist dies von erheblicher Bedeutung.

Eine andere Schaltung zeigt Fig. 5. Bei - 40 dieser Schaltung ist auf dem Wendepol selbst koaxial noch eine Transformatufwicklung a vorgesehen, die mit dem Wendefeld verkettet ist. An diese TransformatorwicklungiO sind in Reihenschaltung der Kondensator k und die Hilf smaschine h angeschlossen. Die vom Hauptstrom durehflossene Wendepolwicklung wird dabei im wesentlichen, für 'die Aufhebung der Stromwendespannung bemessen. Der Kondensator besitzt solche Abmessungen, daß für die Grundfrequenz der Blindwiderstand des Hilfskreises gleich.Null oder kapazitiv wird. Auch in diesem Falle ist die Wicklung >o mit einer größeren Windungszahl ausgeführt, um in dem Stromkreis der Hilfsmaschine eine möglichst hohe Spannung zu erhalten.

In Fig. 6 ist eine andere Schaltung¹ dargestellt, die sich dadurch auszeichnet, daß die" ,Feldwicklung e über leinen Kopplungstransformator ρ von dem Wendepolstromkreis abhängig· gemacht ist. Der Anker - der Hilfsmaschine h ist dabei zu der Wendepolwicklung und - der damit in Reihe liegenden Primärwicklung des Kopplungstransformators ρ parallel geschaltet, k bedeutet wieder den im Parallelstromkreis liegenden Kondensator.

Die Schaltung nach Fig'. 6 " kann, wie in Fig. 7 angedeutet ist, auch in- der. Weise abgeändert werden, daß die Primärwicklung des Kopplungstransformators ρ nur teilweise im Wendepolstromkreis, teilweise im Ankerstromkreis liegt. Der Anschlußpunk't des Pärallelstromkreises der Maschine Ii kann vorteilhafterweise dabei verschiebbar sein. Die Schaltung nach Fig. 7 hat den Vorteil, daß es möglich ist, die Phasenlage des Erregerfeides der Hilfsreihenschlußmaschine genau einzustellen..

Eine noch vollkommenere Anordnung zeigt Fig. 8. Die Primärwicklung des, Kopplungstransformators ρ besteht bei dieser Schaltung aus¹ drei Teilen, I₃ II und III. Der TeilI ist vom Strom des Ankers a, Teil II vom Strom der Wendepolwicklung W und Teil III von dem Strom der Hilfsmaschine h durchflossen. Diese Schaltung ermöglicht unter Umständen in besonders vorteilhafter Weise die Erregung· der Hilfsmaschine h hinsichtlich der Phasenlage zu beeinflussen. Es kann dabei die S,chaltung so ausgebildet Werden,, daß die Wirkung der drei Wicklungsteile I bis III in beliebiger Wieise geregelt werden kann. Unter Umständen können auch für diesen Zweck Parallelwider- stände zu den Wicklungsteilen vorgesehen sein, wie bei der Wicklung I gestrichelt angedeutet ist. '

Bei Schaltungen, die mit mehreren Motoren arbeiten, wird" die Anordnung nach der Erfindung vorteilhafterweise so angewendet, daß der Parallelstrornkreis mit der Hilfsmaschine zu der Wendepolwicklung mehrerer Motoren 1°° gemeinsam ist.

Claims

Patentansprüche:

ι . Einrichtung zur Aufhebung der Txansformatorspannung bei Wechselstromkommutatormaschinen, insbesondere Einphasenreihenschlußmotoren, mit einer im Nebenschlußkreis zu der Wendepolwicklung angeordneten Hilfsmaschine mit belastungsabhängiger Erregung, z. B. Einphasen- 1ι ο reihenschlußmaschine, deren Drehzahl in einem gesetzmäßigen. Zusammenhang mit der Drehzahl' der Hauptmaschine¹ steht, dadurch gekennzeichnet, daß mit. der Hilfs- . maschine im Parallelstromkreis eine Kapazität von solcher Größe in Reihe geschaltet ist, daß der gesamte Blindwiderstand des Nebenschlußzweiges kapazitiv wird und ■ gleich oder größer ist als die Gesamt-• reaktanz der Wendepolwicklung. 1?-"
2. Einrichtung nach Anspruch 1, da-. durch gekennzeichnet, daß die Erreger-

wicklung der Hilfsmaschine für eine höhere Spannung ausgeführt ist und in Reihe mit dem Kondensator über einen Aufwärtstransformator in den Parallelstromkreis eingeschaltet ist, während der Ankerstromkreis unmittelbar zur Wendepolwicklung parallel geschaltet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität der im Parallelstrqmkreis liegenden Hilfsmaschine beispielsweise durch einen gegebenenfalls veränderlichen Parallelwiderstand zur Feldwicklung abhängig von der Drehzahl veränderlich ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schaltungen mit mehreren Motoren zu zu den Wendepolwieklungen mehrerer Motoren ein gemeinsamer Parallelstromkreis vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Kondensator in Reihe geschaltete Anker der Hilfsmaschine im, Nebenschlußkreis liegt, während die Erregerwicklung über einen Hilfstransformator teilweise mit dem Stromkreis der Wendepolwicklung * und teilweise mit dem Ankerstromkreis verkettet ist, wobei der Grad der Verkettung regelbar ist. '
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung der Hilfsmaschine über einen Kopplungstransformator sowohl in Abhängigkeit von dem Ankerstrom, dem Strom der Wendepolwicklung und dem Strom durch die Hilfsmaschine erregt wird, wobei das Verhältnis der einzelnen Komponenten des Erregerstromes für die Hilfsmas cihine vorzugsweise veränderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen