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Gleiebstrommaschine.
Gegenstand der Erfindung ist eine Gleichstrommaschine, die als Stromerzeuger benutzt, mehrere untereinander verschiedene Spannungen abgeben kann, und als Gleichstrom-Gleichstromeinankerumformer Gleichstrom von bestimmter Spannung in solchen anderer konstanter oder stetig regelbarer Spannung in einem einzigen Anker bzw. in einer einzigen Ankerwicklung umformt.
Dies geschieht bei den bekannten Anordnungen dadurch, dass die einzelnen Pole ungleich stark erregt werden (beispielsweise Spaltpole, wobei je nach der Erregung sämtlicher Pole jeder von den vorhandenen Polen die Rolle des ungespaltenen Poles übernehmen kann). Die Regelung der Erregerkreise der einzelnen Pole erfolgt hiebei durch unabhängig voneinander regelbare Widerstände. Infolge dieser Unabhängigkeit der Regelwiderstände voneinander kann jedoch der stetige Verlauf der geregelten Spannung empfindlich gestört werden, weil zur stetigen Spannungsänderung die Einhaltung eines ganz bestimmten Regelgesetzes notwendig ist.
Gemäss der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass zwecks Veränderung der Spannungen die zur Verdrehung des magnetischen Feldes zwischen den einzelnen Kollektorabschnitten erforderlichen Regelwiderstände zur Änderung der Erregung der einzelnen Haupt-und Spaltpole voneinander abhängig verstellbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 der Zeichnung an einer zweipoligen Gleichstrom-Spaltpolmaschine mit Wendepolen und Verbundwicklung dargestellt. Arbeitet die Maschine als Stromerzeuger, so können infolge der verschiedenen Kraftflüsse in den Polen von den drei Bürstenbolzen 50, 51 und 32 verschiedene Spannungen abgenommen werden. Wird die Maschine als Umformer benutzt (Fig. 2,3 und 4) und wird beispielsweise an die Bürsten 50 und 52 eine Spannung E angelegt, so kann zwischen den Bürsten 5ss,'M bzw.. ?, eine Spannung von Null bis E-Volt bzw. E-bis Null-Volt abgenommen werden. Die Strom- und Spannungsverteilung am Umformerkollektor ist für die Spannungen Null, EI ?, und E aus diesen Figuren ebenfalls ersichtlich. Aus den Fig. 5, 6 und 7 ist die entsprechende Feldverteilung zu ersehen.
Die Fig. 9 und 10 stellen eine Anwendung der Erfindung für einen Doppelumformer dar.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind 1-6 Nebenschlusswicklungen der Maschine. Jeder Pol 10, 20 und 30 trägt zwei geteilte Nebenschlusswicklungen. Einzelne Wicklungsteile führen konstanten Erregerstrom, andere sind regelbar. Beispielsweise sind eine Teilwicklung 2 des Poles 10 und eine Teilwieklung 5 des Poles. ! 0 in Reihe ohne Vorschaltwiderstand an die Bürsten 50 und 51 angeschlossen.
Die übrigen Teilwicklungen 1 und 4 bzw.- 3 und 6 sind über einen Widerstand 41 bzw. 42 in Reihe an die Bürsten 50 und 52 angeschlossen. Zur einfacheren Bedienung sind diese beiden Widerstände miteinander mechanisch derart gekuppelt, dass bei vollständiger Ausschaltung eines Teilwiderstandes, z. B. 41, der andere Teilwiderstand 42 vollständig eingeschaltet ist.
Gleichgültig, ob die Maschine als Stromerzeuger oder Gleichstrom-Gleichstromumformer verwendet wird, wird durch Verstellen des Feldreglers 40, also durch Veränderung der Widerstände 41 und 42, die Feldstärke der drei Pole 10, 20 und.' ? und dadurch die magnetische Durchflutung der von den Polen bedeckten Ankerzonen und folglich die elektromotorische Kraft geändert, die zwischen den Bürsten. 50 und 51 einerseits und 51 und 52 anderseits abgenommen werden kann. Die Spannung zwischen den Bürsten 50 und 52 soll hiebei konstant bleiben.
Läuft die Maschine beispielsweise als Umformer, derart, dass eine konstante Spannung E an die Bürsten JO und. 52 angeschlossen ist. so kann an den Bürsten 50
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Feldverteilungen für drei Stellungen des Reglers 40 dargestellt, u. zw. in Fig. 5 für die gezeichnete Reglerstellung, in Fig. 6 für die Mittelstellung und in Fig. 7 für die zweite Endstellung des Reglers.
Hiebei
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während des ganzen Regelvorganges konstant erregt und es wird daher während aller drei Regelstellungen hindurch in den Polen 10 und 20 ein gleichbleibender Teilkraftfluss F2 und F5 hervorgerufen. Die Teilwieklungen 1 und 4 sind in Reihe über den volleingeschalteten Widerstand 41 an die Spannung J ? gelegt und ihr Erregerstrom und der von ihnen erzeugte Kraftfluss ist daher fast gleich Null (s. den in Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten Kraftfluss F1 und F4).
Die Teilwicklungen. 3 und 6 sind über den kurzgeschlossenen Widerstand 42 an die Spannung E gelegt und erhalten daher vollen Erregerstrom und
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TeilkraftflÜsse F2 und F 3 in Richtung der Achsen der Pole 10 und 20 auf und die an den Bürsten. 30 und. 37 abgenommene Spannung wird gleich Null.
Wird der Regler in die Mittelstellung geführt, so wachsen die Teilkraftflüsse Fl und P4 auf den
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den Bürsten 50 und 51 befindlichen Lamellen angeschlossenen Leitern der Oberschicht induziert wird.
Es wird daher die Spannung E/2 an diesen Bürsten abgenommen werden können. In der zweiten Endstellung des Reglers, also bei ausgeschaltetem Widerstand 41 und bei volleingesehaltetem Widerstand 42 ergibt sich infolge der vollen Erregung der Teilwicklungen 1 und 4 und der infolge des volleingesehalteten Widerstandes 42 fast ausgeschalteten Erregung der Teilwieklungen J und 6 die in Fig. 7 dargestellte
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gegen hat die zwischen den Bürsten 50 und 52 induzierte Gegenspannung der Maschine während dieses Regelvorganges stets gleiche Grösse, wie sieh aus dem resultierenden magnetischen Kraftfeld der Pole 10 und. 30 ergibt. Hiebei ist die volle Erregung einer Teilwieklung durch einen langen Pfeil ausgedruckt.
Man sieht daher aus den Fig. 5-7, dass innerhalb der Polbedeckungszone der Pole 10 und 30 die Summe der Feldstärke in allen drei oben beschriebenen Regelbereiehen konstant ist und somit auch die in den Leitern dieser Zone induzierte elektromotorische Kraft. Daher kann, wenn die Maschine als Umformer eine konstant bleibende Spannung eines Netzes in eine veränderliche Spannung umformen soll. diese konstante Spannung E nur an Bürstenbolzen angeschlossen werden, an denen während des Regelvorganges
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und 52).
Die Wendepolwicklungen 11-16 und Verbundwieklungen 21-26 müssen aus Gründen der elektrischen Symmetrie in den einzelnen um 120 versetzten Polbedeckungszonen in ebenso viele Teilwicklungen wie die Haupterregerwieklungen 1-6 zerlegt sein. Es wird nämlich wegen des verschiedenen Stromes in den Aussenleitungen (Bürstenströme) der Strom in der Unter-und Oberschicht in der Anker- wieklung nicht gleich gross sein. Da aber die Spannung zwischen zwei Lamellen proportional dem Strombelag in Unter-und Oberschicht ist, muss jeder Wendepol von den Strömen zweier Bürsten beeinflusst werden. Hiebei wird beispielsweise der von einer Bürste 50 (Fig. 1) abgenommene Strom über eine Er-
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Eine besonders vorteilhafte Schaltung von zwei Spaltpolmasehinen gemäss der Erfindung ab Doppelumformer, bei dem z. B. die anzutreibenden Motoren oder Motorgruppen in Reihenparallelschaltung liegen sollen, zeigen Fig. 9 und 10. Das. was in einer bekannten Anordnung (Fig. 8) nur mit drei Umformer-
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masehinen 100, 101 erreicht werden. Auf jeden Umformer entfällt hiebei bei einer Netzspannung E zwischen den Bürsten 50 und 52 die Spannung E/2. Die Teilerregungen der Maschine 100 und 101 in Fig. 9 werden hiebei so geschaltet, dass bei Einschaltung der zu betreibenden Motoren oder Motorgruppen 60 und 61 diesen gerade soviel Spannung aufgedrückt wird, dass sie ohne Vorsehaltwiderstand ihre erlaubte Anlaufstromstärke erhalten.
Die Regelung findet nun genau so statt wie bei der Maschine nach Fi ! ! ". 1 und die Spannung zwischen den Bürstenbolzen 50 und 51 der Maschine 100 und zwischen den Bürsten-
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bolzen 51 und 52 der Maschine 707 steigt von Null bis E/2. Nach Erreichen der halben Spannung pro Motor oder Motorgruppe erfolgt der Übergang auf die Schaltung nach Fig. 10, wobei dieser ohne Stromunterbrechung der Stromzufuhr zu den Motoren 60. 61 erfolgt, da für den Augenblick des Überganges beide Motoren 60, 61 (oder Motorgruppen) kurzzeitig durch Verbinden der in diesem Zeitpunkt gleiches Potential besitzenden Bürstenbolzen 51 beider Umformermaschinen 100, 101 in Reihe geschaltet werden können.
Die Spannungsverteilung auf die Motoren und die Bürstenbolzen der Umformermaschine bei Beginn der weiteren Anlassperioden, wobei jeder Motor oder jede Motorgruppe von der Spannung E/2
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Einzelne Anwendungsgebiete des Umformers, beispielsweise auf Gldohstromtriebfahrzeugen zur Ermöglichung verlustlosen Anfahrens und Ermsens mit Energierückgewinnung, bedingen einen Energiefluss durch den Umformer in beiden Richtungen. In diesen Fällen ist notwendig, die Rückwirkung der Ankeramperewindungen auf das Hauptfeld aufzuheben : da dieselben bei derartigen Umformern gleich- achsig mit den Magnetamperewindungen verlaufen, genügt hiezu erfindungsgemäss die Anordnung einer Verbundwicklung auf den Hauptpolen. Eine vertpilte Kompensationswicklung ist hiebei nicht erforderlich. Wird ein Rückarbeiten nicht verlangt, so kann die Verbundwieklung entfallen. Man legt die Ma-
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stützen.
Ist, wie bei Gleichstromtriebfahrzeugen, die Anfahr-und Bremsperiode nur ein Bruchteil jener Zeit, während welcher die Motoren unter Strom stehen, dann sind zweckmässig die Triebmotoren während der eigentlichen Fahrperiode direkt an die Spannung zu legen und vom Umformer zu trennen. Zur Vermeidung von Stromunterbrechungen beim Schaltungsiibergang muss der eine Kollektorabschnitt dabei kurzzeitig kurzgeschlossen werden. Dasselbe tritt ein. wenn man bei Stillstand des Fahrzeuges die Triehmotoren zunächst kurzschliesst und dann abschaltet, es wird dann der andere Umformerabschnitt kurz- zeitig überbrückt. Auch bei der Schaltung nach den Fig. 9 und 10 ist beim Übergang von Serien-auf Parallelschaltung mit einem Kurzschliessen einzelner Umformerabsehnitte zu rechnen.
Hiebei sind grössere Stromstösse erfindungsgemäss durch passende Abstufung der Windungszahlen der Verbundwicklung auf den einzelnen Teilpolen zu vermeiden. Es wird nämlich, je nachdem ob der Umformerabschnitt 50-51 oder-M-. ? beim Umschalten kurzgeschlossen wird, entweder die Erregung der vom Hauptstrom durchflossenen Teilweicklungen 23 oder 24 dem Hauptfeld entgegenwirken. Durch entsprechende Erhöhung der Windnngszahlen dieser Teilwicklungen wird nun ein Anwachsen der Kurzsehlussstromstärke über einen erlaubten Wert vermieden. Die nur kurzzeitige Beanspruchung des Umformers erlaubt dann eine noch weitergehende Herabsetzung seines Gewichtes und seiner Abmessungen.
Zur weiteren Ersparnis an aktivem Gewicht können die einzelnen Spulen der Haupt-und Wende- polwicklungen ihrer jeweiligen Beanspruchung entsprechend verschieden bemessen werden, so dass sich trotz ungleicher Strombelastung ungefähr gleiche Erwärmungen der Wicklungen ergeben. Hiebei werden zweckmässig die an die konstante Spannung angeschlossenen Erregerwicklungen 2 und 5 stärker bemessen
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Die Zu-und Abführung des Stromes konstanter und veränderlicher Spannung kann sowohl durch einen einzigen Kollektor als auch durch verschiedene Kollektoren oder Kollektorabschnitte erfolgen.
Die Kollektoren können dann entweder auf der gleichen Seite oder zu beiden Seiten des Ankers angeordnet sein.
Das Anlassen des leerlaufenden Umformers erfolgt in der Ausgangsstellung des Erregerreglers durch Einschalten der Erregung und langsames Kurzschliessen eines Anlasswiderstandes bei abgeschalteten Verbrauchern. Der Anlasswiderstand kann knapp bemessen sein. da nur die Masse des Umformers zu beschleunigen ist, der Anlaufstrom also in geringen Grenzen bleibt. In geeigneten Fällen ist Grobschaltung anwendbar, wenn nötig mit gleichzeitigem Vorgehalten einer Drosselspule zur Verringerung des Stromstosses.
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schlussmotoren oder mit Fremderregung auszuführen. Letztere Ausführungsform bedarf einer zweckmässig von der Umformerwelle angetriebenen Erregermasehine.
ermöglicht dann aber. z. B. beim Umbau bestehender Fahrzeugausrüstungen. vorhandene Triebmotoren mit Reihenschlusswicklung. die dann fallweise fremderregt wird, beizubehalten. In die Erregermaschine kann auch eine Verbundwicklung hineingelegt werden, die Triebmotoren arbeiten dann in an sich bekannter Weise mit indirekter Verbund- erregung oder mit indirekter Reihensehlusserregung.
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