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Umformeranorduung.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Betrieb elektrischer Verbrauchsvorrichtungen, wie Elektromotoren für Zagförderung, Hebezeuge, Fördermaschinen, Walzwerke u. dgl. von einem Netz mit konstanter Spannung V. Durch diese Einrichtung sollen Energieverluste in Anlass-und Bremswiderständen vermieden werden, wogegen beim Bremsen und Senken Strom rüekgewonnen wird.
Bisher wurde, um Gebrauchsmotoren von einem Netz konstanter Spannung V aus mit einer zwischen 0 und V veränderlichen Spannung zu speisen, ein Motorgenerator verwendet, dessen beide Anker (der Motor und der Generatoranker) wie aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich, in Serie an die Spannung V geschaltet sind. Der Generatoranker 2 liefert hiebei eine Spannung e2, die sich von O-V ändert, während der Motoranker 1 eine Spannung er verzehrt, welche sich von V-O ändert, wobei e1 + e2 immer gleich V ist. Man könnte, von dieser Schaltung ausgehend, eine Abänderung in der Weise treffen, dass man sich (nach der in Fig. 2 angegebenen Art) durch symmetrische Aufteilung des Motorankers 1 nach Fig. 1 eines zusammengesetzten Umformers bedient, so dass nunmehr zwei Anker 1 und 3 vorhanden
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arbeitet.
Bei einer solchen, unmittelbar von der bekannten Schaltung nach Fig. 1 abgeleiteten Anordnung ist es jedoch unmöglich dem Gebrauchsmotor M Strom zuzuführen, ohne dass er vorher die Motoranker 1 und 3 des Umformers verlustbringend durchfliesst.
Die Erfindung bezieht sich auf eine sowohl der Wirkungsweise als auch den Verbindungen nach symmetrische Umformeranordnung, die dadurch wirtschaftlicher ist, dass ein Teil der Energie direkt von den Verteilungsleitungen zu den Gebranchsmotoren geführt wird, was dadurch erreicht wird, dass man die Gebrauchsmotoren in zwei gleiche Gruppen teilt (Fig. 3) (entweder durch Verwendung getrennter Motoren oder solcher mit getrennten Kollektoren), wobei ausserdem nach Art der Fig. 2 eine in drei Teile unterteilte Umformeranordnung bzw. ein Umformer mit einem in drei Teile A", A.., A, unterteilten Anker vorgesehen wird.
Hiebei sind Einrichtungen vorgesehen, die gestatten, jede Motorengruppe Mi oder Mg zuerst in Nebenschluss zu einem der bezüglichen äusseren Teile Al oder A3 zu legen, alsdann in Nebenschluss zu
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Generatoren mit demselben Verbindungsanschluss zum Umformer arbeiten lässt, ein Teil des Stromes direkt von den Motoren Mi, Mg zum Netz, ohne die Teile A1 bzw. A3 des Umformers zu durchfliessen.
Wie sich durch Rechnung leicht feststellen lässt, arbeitet eine derartige Einrichtung unter wesentlich ökonomischerenBedingangen als die Anordnung nach Fig. 2, indem bei der erfindungsgemässen Anordnung nach Fig. 3 die Leistung der Gebrauchsmotoren Mi, Mg je die Hälfte, hingegen ihr Ohmscher Verlust nur ein Viertel der entsprechenden Werte bei der Schaltung nach Fig. 2 beträgt.
Um durch die Gebrauchsmotoren beim Senken und Bremsen Energie zurückzugewinnen, werden die Motoren in an sich bekannter Weise durch eine Erregermaschine, von tunlichst konstanter Geschwindigkeit fremd erregt. Erfindungsgemäss wird die ganze Umformermaschine so ausgebildet, dass sie, der konstanten Spannung des Netzes unterworfen, mit konstanter Geschwindigkeit arbeitet, um selbst zum Antrieb der unabhängigen Erregermaschine zu dienen.
Die einzelnen Maschinen des Umformers können unter Umständen auch zu einer einzigen Maschine vereinigt werden, um wirtschaftlichere Ausführungsformen von geringen Abmessungen zu erhalten.
Die Zeichnung gibt beispielsweise Ausführungen der Erfindung wieder. Fig. 4 ist ein Schema der allgemeinen Anordnung. Fig. 5-8, 9-13 und 14-18 zeigen drei Arten der konstruktiven Durchführung von Maschinen gemäss der Erfindung. Fig. 19 zeigt so wie Fig. 4 eine vollständige Anlage mit Serienmotoren, jedoch mit einer unabhängigen Erregermaschine zum Zwecke der Stromrückgewinnung, Fig. 20 zeigt eine Schaltung zur Ladung von Akkumulatoren.
Bei dem in Fig. 4 der Zeichnung dargestellten Schaltungsschema ist dei mittlere Anker A3 der Maschine oder der mittlere Teil A, des Ankers in zwei Teile j4', 21 getrennt. Auf einer gemeinsamen Welle sind vier Anker A1, A'2, A''2, A3 angeordnet, welche in direkter Serienschaltung verbunden sind (so dass sich alle elektromotorischen Kräfte summieren) ; das Ganze steht unter der als konstant anzunehmender Netzspannung V.
Die Feldwicklungen i und/g der Anker A, und A, sind hintereinander geschaltet und hinsichtlich der wirksamen Windungszahl durch verschiebliche Kontakte 5 und 6 symmetrisch einstellbar gemacht.
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kann seinerseits durch Relais kontrolliert werden, die während des Anlassens in Wirksamkeit treten, wenn die von den Motoren verzehrten Ströme unter eine bestimmte Grenze sinken, und während der Bremsung, wenn die von den Motoren gelieferten Ströme unter eine andere Grenze sinken :
Der Umformer kann erfindungsgemäss selbst als Antrieb für eine unabhängige Erregermaschine
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Anker von M1, M3 sind direkt mit den Punkten 10 und 14 verbunden. An diese Anker schliessen sich Erregerwicklungen 81 und 8a an, welche dauernd mit ihrem Anker verbunden bleiben. An diese Wicklungen können Erregerwicklungen h2 und ha in Serie angeschlossen werden, zu welchem Zwecke Schalter r1. r3 vorgesehen sind, die entweder diese letzteren Wicklungen mit den Wicklungen si, si verbinden und hiebei die Erregermaschine E abschalten oder sie an diese Erregermaschine E anschliessen, deren Stromkreis durch einen Taster l geschlossen werden kann.
Um die Wicklungen hl ! h3 auf die beiden angegebenen Arten schalten zu können, müssen an Stelle der vier Hauptleiter t1 bis t4, wie sie bei der Anordnung nach Fig. 4 verwendet werden, deren acht vorgesehen werden. Zwei von diesen Leitern t1, t2 verbinden so wie bei der Anordnung nach Fig. 4 die Anker der Motoren Mi, Mg dauernd mit den Punkten 10 bzw. 14, während zu den beiden Leitungen t3 und t4, die nach Fig. 4 zum Anschluss der Motoren Mi, Mg an die verschiedenen Ankerteile des Umformers genügen, noch die Leitungen t5 bis t6 hinzugefüht werden, um für die genannten Schaltungen zu genügen.
Der Anschluss der Wicklungen 711 und Ag in Serie an die Wicklungen 81 und s3 wird während des Anlassens und des normalen Ganges aufrechterhalten ; hiebei sind die Wicklungen h und s von dem gleichen magnetisierenden Strom durchflossen. Die Verbindung von : i und ? 3 mit der unabhängigen Erregermaschine E bei geschlossenem Tasterkontakt l besteht während der Bremsung, während welcher die Wicklungen h1 und h3 von einem dem früheren entgegengesetzt gerichteten Strom durchflossen sind, der von der von dem Umformer angetriebenen Erregermaschine geliefert wird.
Die bei der beschriebenen Anordnung zur Verwendung kommenden fünf Kontakte oder Schalter k1,
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batterie verwendet werden soferne bei dieser, gleichwie es bei den Gebrauchsmotoren Mi, dz beschrieben . wurde, eine Unterteilung in zwei gleiche Teile vorgenommen wird. Wie aus Fig. 20 ersichtlich, werden die äusseren Klemmen der beiden Halbbatterien b', b"fest mit den äusseren Klemmen 10 und 14 der Maschine verbunden, während die mittleren Klemmen veränderlich, d. h. einmal mit geraden und einmal mit gekreuzten Verbindungen an die mittleren Klemmen 11 und 13 der Maschine angeschlossen werden können.
Die gekreuzten Verbindungen gelten für die Ladung, wobei die Regelung der Kraftflüsse der vier Anker A1, A'3, A''2, A3 in solcher Weise erfolgt, dass jede der beiden Halbbatterien einer stufenweise von ¸ V bis V anwachsenden Spannung unterworfen ist. Bei der Entladung (gerade Verbindungen) wird durch entsprechende Regelung der Kraftflüsse jede Halbbatterie einer stufenweise von ¸ V bis Null abnehmenden Spannung unterworfen.
Wie eingangs erwähnt, kann erfindungsgemäss der Umformer als eine einzige Maschine ausgebildet sein. Es seien im nachstehenden zwei Hauptausführungsformen beschrieben, die sich durch geringes Gewicht und kleine Abmessungen auszeichnen. Bei diesen Ausführungen sind die beiden mittleren Ankerteile A2', A''2, die entweder vereinigt oder getrennt sind, Teile desselben Ankers J.
Die eine Ausführungsform ist eine Maschine mit einem einzigen Anker mit einer einzigen Ankerwicklung und einem einzigen Kollektor (Fig. 5). Der konstanke Kraftfluss # geht zum Anker durch drei magnetische Zweige passender Abmessung, d h durch einen Feldmagneten mit zwei Hauptpolen, deren jeder in drei Teile Pl, P2, P3 bzw. Q1, Q2, Q3 unterteilt ist. Der Querschnitt der mittleren Teilpole ist
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welche dem Punkt 11 sowie zwei äquipotentielle m", n", welche dem Punkt 13 entsprechen, und eine äussere n, die dem Punkt 14 entspricht. Man kann in bekannter Weise feste (oder leicht einstellbare) Hilfspole p, p', q", q, q', p'' hinzufügen.
Für die Erzeugung der drei veränderlichen Kraftflüsse kann man (Fig. 5) sechs Wicklungen ver-
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Eine besondere Lösung dieser Art erhält man (Fig. 6 und 7), wenn man einen flachen Ringanker wählt und die beiden Feldmagnetpole P1, B1, Q1 und P3, B3, Q3 (mit den vier Hilfspolen p", p', g', a")
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falls auf der äusseren zylindrischen Fläche des flachen Ringes angeordnet werden, welche in an sich bekannter Weise als Kollektor ausgebildet ist.
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wechsel ändert.
Die Erzeugung einer bestimmten Zahl "von zwischen Null und einem bestimmten Wert veränderlichen Kraftflüssen, aber immer in demselben Sinn, kann auch noch durch die Erzeugung einer gewissen Zahl von Kraftflüssen konstanten Wertes und konstanter Richtung und einer gewissen Zahl von veränderlichen Kraftflüssen, welche abwechselnd ihre Richtung ändern, erreicht werden.
Bei der Maschine mit in drei Teile unterteilten Polen (Fig. 5) erzeugt man zwei Krafiflüsse kon-
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zwei veränderliche wechselnde Kraftflüsse entweder durch vier Wicklungen auf den Jochen Bt x Y B2 und Bg x Y B2rechts und links (s. auch Fig. 8, linke Seite), oder durch zwei Wicklungen auf den Schenkeln B2 P2 und Q2, B2 (s. auch Fig. 8 rechte Seite). Unter diesen Umständen ist es aber nötig zu verhindern, dass sich die veränderlichen Kraftflüsse von rechts und links schliessen, indem sie durch den oberen und unteren magnetischen Kreis gehen, ohne durch den Anker zu gehen. Man muss deshalb vier genügende Luft-
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mindern.
Die Verbindungsbolzen, welche die einzelnen Feldmagnetteile an diesen Stellen verbinden, sind daher zweckmässig von dem wirksamen Eisen magnetisch zu isolieren. Die radialen Luftzwischen- räume s, welche die Teilpole zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bürsten voneinander trennen, haben die Wirkung, einen Teil der Ankerrückwirkung aufzuheben.
Die zweite Ausführungsform ist eine Maschine mit einem einzigen Anker, aber mit zwei Ankerwicklungen und zwei Kollektoren (Fig. 9). Der konstante Kraftfluss wird dem Anker durch zwei magne-
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Teile des Kraftflusses ändern sich in entgegengesetztem Sinne. Die beiden Ankerwicklungen müssen hintereinander geschaltet und im entgegengesetzten Sinn gewickelt sein (Fig. 10). Jeder Kollektor trägt vier Bürsten (Fig. 9) : auf einem der Kollektoren entspricht eine Bürste dem Punkt 10 (Fig. 4) zwei
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Für die Erzeugung der beiden veränderlichen Kraftflüsse kann man vier radiale, sternförmig angeordnete Wicklungen verwenden, welche auf den Schenkeln LP, QM, NP2, Q20 (Fig. 11) angeordnet sind.
Die Erzeugung der beiden veränderlichen Kraftflüsse kann auch mit Hilfe von vier Wicklungen
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Null ist. Die magnetomotorische Kraft der beiden zuletzt genannten Wicklungen ist also wechselnd.
Man kann noch zu gemischten Systemen greifen, z. B. solchen, die aus vier radialen Wicklungenwie oben-und zwei peripherischen Zwischenwicklungen zusammengesetzt sind, die in jedem Augenblick
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Neben der Ausbildung des Umformers als eine einzige Maschine lässt sich das Erfindungsprinzip a. uch in einer Umformergruppe verwirklichen, welche zwei Anker besitzt, von denen jeder zwei Wicklungen
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Wicklung des ersten Ankers, erste Wicklung des zweiten Ankers, zweite Wicklung des zweiten, zweite Wicklung des ersten so zwar, dass die vier elektromotorischen Kräfte stets in direkter Hintereinanderschaltung liegen.
Jeder Kollektor trägt zwei Bürsten : m des ersten Kollektors der ersten Maschine entspricht dem Punkt 10 (Fig. 4), m'dieses Kollektors und ? n" des ersten Kollektors der zweiten Maschine entsprechen dem Punkt 11; m''' dieses letzteron Kollektors und modes zweiten Kollektors der zweiten Maschine entsprechen dem Punkt 12 ; ive'diesels Kollektors und n'des zweiten Kollektors der ersten Maschine entsprechen dem Punkt 13 und schliesslich n dem Punkt 14.
Man kann auch die früher beschriebenen Ausführungsformen. des zu einer einzigen Maschine vereinigten Umformers der zuletzt angegebenen Ausführung in folgender Weise nähern : Bei der Maschine nach Fig. 12 durch Anordnung einer Gruppe magnetisch derart verbundener Feldmagnete, wie Fig. 15 zeigt. Die von den normalen Feldmagneten erzeugten Kraftflüsse sind einfach veränderlich, die von den gemeinsamen Feldmagneten HK und IJ erzeugten, welche mit den vorigen verbunden sind, sind ver- änderlieh und wechselnd, wie dies im Schema Fig. 16 angedeutet ist. Bei der Maschine mit vier radialen Wicklungen und zwei peripherischen Wicklungen durch Anordnung einer Gruppe, die entsprechend derjenigen der Fig. 15 ist, wobei die normalen Feldmagnete zwei radialeWicklungen an Stelle der beiden peripherischen Wicklungen erhalten.
Bei der Maschine nach Fig. 13 durch Anordnung einer Gruppe von Feldmagneten, wie sie Fig. 17 zeigt. Die von den normalen Feldmagneten erzeugten Kraftflüsse sind konstant, die von den gemeinsamen Feldmagneten HK und IJ, die von den vorigen isoliert sind, erzeugten, sind veränderlich und wechselnd (Schema Fig. 18).
Eine besondere Lösung kann man auch hier erhalten, indem man zwei Flaschringanker wählt und die beiden Feldmagnete HK und IJ zwischen den beiden Ringen, und zwei Feldmagnete PL M Q und P2 N 0 Q2gegen die äusseren Flächen gerichtet, anordnet, wobei die Pole P, Q gegenüber den Polen R, J und die Pole P2, Q2 gegenüber den Polen II, I liegen. Diese Ausführungsform ist nicht besonders dargestellt.
Alle diese Gruppen, so wie auch die vorher beschriebenen Maschinen, können mehr als zwei Hauptpole besitzen, aber die Maschinen und Gruppen haben nicht mehr als zwei Pole nötig, um für Motorgruppen zu dienen, welche schon eine genügend hohe Leistungsfähigkeit besitzen.
Während die verhältnismässig kurzen Maschinen einen verhältnismässig grossen Durchmesser haben, trifft das Umgekehrte für die Gruppen zu. Durch Verbindung beider kann man also irgendwelchen Anforderungen in bezug auf Raumausnützung Genüge tun.
PATENT-ANSPRÜCHE : '1. Umformeranordnung mit vier von regelbaren Feldern beaufschlagten Ankern oder Ankerteilen, die in Hintereinanderschaltung an einem Gleichstromnetz konstanter Spannung liegen und mit in zwei Gruppen unterteilten Elektromotoren so verbunden werden können, dass jede Motorgruppe zunächst an den äusseren Anker oder Ankerteil, alsdann an die Gesamtheit dieses äusseren Teiles und der beiden mittleren Teile des Umformers zu liegen kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Anker oder Ankerteile (AJ und Aa) des Umformers einerseits und die mittleren Anker oder Ankerteile (Aj, " des Umformers (die zu einem einzigen Anker oder Ankerteil (J vereinigt sein können)
anderseits paarweise gleich und symmetrisch auf gemeinsamer Welle angeordnet sind und unter dem Einfluss von paarweise veränderlichen Kraftflüssen als Motoren oder als Generatoren arbeiten.