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Einanker-Umformer mit Nebenschlusserregung.
Wie bekannt, ist die sekundäre Gleichstromspannung bei den üblichen Einanker-Umformern mit Nebenschlusserregung nur in sehr engen Grenzen und unter Zuhilfenahme von Drosselspulen möglich.
Vorliegende Erfindung erlaubt die sekundäre Spannung eines solchen Umformers ohne Drosselspule dadurch in ziemlich weiten Grenzen regelbar zu machen, dass eine zweite Feldwicklung vorgesehen ist, welche das Umformer-Gleichstromankerfeld grundsätzlich unterstützt und welche von einem einstellbaren Erregerstrom einer beliebigen Gleichstromquelle gespeist wird. Somit stehen die magnetischen Achsen beider Erregerwicklungen im zweipoligen Schema, wie Fig. 1. ein solches für den Erfindungsgegenstand darstellt, aufeinander senkrecht.
Die Nebenschlusswicklung E bleibt unmittelbar an den sekunderen Gleichstrombürsten angeschlossen, während die zweite Feldwicklung F in solchem Sinne erregt wird, dass sie das sekundäre Umformer-Gleichstromankerfeld verstärkt, also gerade im entgegengesetzten Sinne als eine etwa vorhandene Wendepolwicklung wirkt.
Es sei in Fig. 2 der sich im Sinne des Pfeiles synchron drehende Umformeranker mit den Bürsten a, b herausgezeichnet. Um die Felder von E und F geometrisch zusammensetzen zu können, seien sie sinusförmig über die Polteilung verteilt gedacht, u. zw. so, dass die magnetische Achse des Feldes E in die X-Aehse, die des Feldes F in die Y-Achse fällt. Vorerst sei das Feld F nicht vorhanden ;
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geliefert wird ; der Leistungsfaktor des primär aufgenommenen Wechselstromes wird demnach stets gleich eins sein, welche sekundäre Belastung auch vorliegt. Das sekundäre Gleichstromankerfeld fällt
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erregt und erzeuge ein Feld von der Stärke 03.
Das Umformer-Leerlaufsfeld erleidet hiedurch eine Verdrehung um den Winkel zu von 01 auf 04, die sekundäre Gleichstromspannung sinkt und mit ihr die Feldstärke von E von 01 auf ? + M x cos < x. Die Feldstärken ? und ? geometrisch zusammengesetzt ergeben wieder ein Feld von der Stärke 04 gleich der nötigen Umformer-Leerlaufsfeldstärke. Die Wicklungen E undF liefern daher zusammen immer genau das Umformer-Leerlaufsfeld, wie stark auch F erregt wird, wenn nur ssj M bleibt (bei Berücksichtigung der Reibungs- und Eisenverluste besteht diese Beschränkung nicht mehr).
Das primäre und das sekundäre Umformerankerfeld müssen einander somit wieder gegenseitig vollständig aufheben und die gesamten Umformerkupferverluste fallen stets so gering aus, als ob der Umformer mit dem Leistungsfaktor cors 1 betrieben werden würde. Da das Feld F im gleichen Sinne wie das sekundire Gleichstromankerfeld magnetisiert, ersteres aber eine Teilkomponente des Umformer-Leerlaufsfeldes liefert, so unterstützt auch das sekundäre Gleichstromankerfeld das Umformer-Leerlaufsfeld. Diese Wirkung kann primär nur durch eine kapazitive Stromaufnahme wieder ausgeglichen werden (ähnlich wie bei einem übererregten Synchrommotor).
Würde die Stromrichtung in der Wicklung F umgekehrt werden (also der Polarität einer Wendepolwicklung entsprechen), so würde eine Teilkomponente des sekundären Feldes das Leerlaufsdrehfeld zu schwächen trachten und primär eine induktive Stromaufnahme bedingen.
Nach diesen Erläuterungen entspricht einer Verstärkung der Quererregung F eine Verminderung der sekundären Gleichstromspannung, u. zw. fällt die sekundäre Spannung nach dem Cosinusgesetz, wenn die Erregung von F nach dem Sinusgesetz gesteigert wird. Dies gilt allerdings nurgen au bei Ver-
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nachlässigung sämtlicher Verluste und bei Vorhandensein sinusförmiger Erregerfelder. Die tatsächlichen Verhältnisse werden sich daher obiger Beziehung nur grob nähern, doch wird auf alle Fälle eine sekundäre Spannungsregelung möglich sein.
In den Fig. 3,4 und 5 sind verschiedene Sehaltmoglichkeiten wiedergegeben. So ist in Fig. 3 die zweite Erregerwicklung H vom Nutzstrom oder einem Teil desselben durchflossen, welcher Anteil sich durch den regulierbare Parallelwiderstand P einstellen lässt. Diese Schaltung ergibt sekundär eine mehr oder minder mit der Belastung abfallende Spannungscharakteristik, wie sie für bestimmte Zwecke (Lichtbogenschweissung, Bogenlampenspeisung) sehr erwünscht ist. In Fig. 4 ist die zweite Wicklung F über einen Regulierwiderstand R in Nebenschluss zu den sekundären Umformerbürsten a ngeschlossen und erlaubt beliebige Einstellung auf konstante Spannung auch bei veränderlicher sekundärer Belastung.
Fig. 5 zeigt eine Kombination beider Schaltungen, u. zw. wird durch den Widerstand R wiede r die Spannung eingestellt und durch den Parallelwiderstand P die Charakteristik geändert. Letztere kann je nach der vorgesehenen Stromrichtung in der nun als Kompoundwieklung wirkenden Wicklung H mit der Belastung fallend oder ansteigend sein. Die Summenerregung von F und H unterstützt das sekundäre Gleiehstromankerfeld auch dann, wenn H für sich allein zwecks Erreichung einer mit der Belastung ansteigenden Spannungscharakteristik der Wicklung F entgegenwirkt.
Fig. 6 stellt eine Anordnung beider Erregerfelder für einen zweipoligenWendepoI-Einankerumformer dar. Die Nebenschlusserregung E ist als konzentrierte Wicklung, die zweite Erregung F ist als verteilte Wicklung ausgebildet, u. zw. derart, dass sie die Umformerwendepole w nicht umschlingt. Für die durch den Pfeil angedeutete Drehrichtung des Umformerankers sind die magnetischen Pole und Stromrichtungen in der üblichen Weise eingezeichnet. Bei kleinen Ausführungen wird man aber beide Wicklungen konzentriert ausführen.
Am Wesen der Erfindung ändert sich nichts, wenn die Achse der zweiten Erregerwicklung um einen kleinen Winkel verdreht wird, so dass sie auf der Achse der ersten Windung nicht mehr genau elektrisch senkrecht steht, denn auch dann wird das sekundäre Gleichstromankerfeld unterstützt und eine kapazitive primäre Stromaufnahme bewirkt. In allen Abbildungen wurden der Einfachheit halber nur zweipolige und dreiphasige Umformeranker dargestellt. Der Erfindungsgegenstand lässt sich aber auch auf jede beliebige Phasen-und Polzahl sowie auch auf Einphasen-Einankerumformer anwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einankerumformer mit Nebenschlusserregung, dadurch gekennzeichnet, dass zur sekundären Spannungsregelung ausserdem noch eine oder mehrere das sekundäre Gleichstromankerfeld in ihrer Gesamtheit grundsätzlich unterstützende Zusatzfeldwicklungen (H, F) vorgesehen sind.