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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.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung hinsichtlich der Ausnutzung der Entladungsgefässe und der Teilwicklungen der Maschine. Erfindungsgemäss sind die die einzelnen Teilwicklungen der gesteuerten Maschine speisenden Entladungsgefässe und Entladungsstromkreise nach dem Reihenschaltungsprinzip miteinander verkettet. Hiedurch wird einerseits ein Parallelarbeiten mehrerer Entladungsgefässe und damit auch eine bessere Ausnutzung der Motorwicklungen erzielt, anderseits auch eine Erleichterung des Kommutierungsvorganges, d. h. des Überganges der Entladung von einem Entladungsweg auf einen andern, ermöglicht, so dass besondere Kommutierungsdrosseln oder-transformatoren nicht mehr erforderlich sind.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem besonders Wert auf die Verwendung eines einzigen mehranodigen Entladungsgefässes, beispielsweise eines normalen Eisengleichrichters, gelegt ist. Die Fig. 2 und 3 geben Anordnungen mit einanodigen Gefässen wieder. Weitere Vereinfachungen und Verbilligungen sind in den Fig. 4-7 angegeben.
In Fig. 1 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 das Feld rotiert, weshalb der Strom der Feldwieklung 31 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 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 Transformator-, Primär-und Sekundärwicklungen verschieden ist... Die Netzspannung ist also nicht
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gleichmässig auf die Wicklungen 1, 2 und 3 verteilt, wie dies im Leerlauf der Transformatoren der Fall ist, sondern es variiert 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 Spannunganteil der Wicklung 1 bzw. 5 Null, und die gesamte Netzspannung wird von den beiden andern Transformatoren übernommen.
Der erste Transformator ist sekundärseitig kurzgeschlossen, und es kann sich dementsprechend kein magnetischer Fluss in ihm bilden.
Durch die Reihenschaltung der Primärwicklungen 1-3 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 andernfalls 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 der 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 magnetsehen Verkettung von 4 und 5 zu Null geworden ist. Dabei ist wie bei Wechselriohterschaltungen darauf zu achten, dass der Kommutierungsvorgang beendet ist, bevor die betreffende Wicklung die neutrale Lage ganz erreicht hat, da andernfalls 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 Fig. 2 ist prinzipiell dieselbe Anordnung dargestellt, mit dem Unterschied, dass jetzt ein- anodige-Gefässe verwendet werden, von'denen jeweils zwei (11 und 13, 12 und 14, 15 und 17 usw. ) zu einer Gruppe mit gemeinsamer Kathode zusammengeschlossen 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 Fig. 1, und auch der Motor hat dieselbe Anzahl Wicklungen, von denen wieder drei gleichzeitig Strom führen.
Während in der Fig. 1 ein gemeinsames Kathodenpotential vorhanden ist, haben in der Anordnung nach Fig. 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 2'1 bzw. 28 auf 29 und umgekehrt.
Eine weitere Vereinfachung zeigt die Fig. 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-andern 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 Motorwicklung 24 kehrt alsbald seine Richtung um und fliesst durch 14 (oder 13), während 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 Fig. 1 und 2 nur während einer Motorhalbwelle 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 Fig. 2. Dagegen muss aber jetzt das Feld 31 entweder direkt an die Speiseleitung oder, wie gezeichnet, über einen Stromwandler 33 angeschlossen werden. Motorund Feldwicklungen führen nicht mehr wie Fig. 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 Fig. 4 und 5 zeigen beispielsweise Anordnungen, durch die eine bessere Materialausnutzung 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 prinzipiell gleichgültig, ob der Motor für Reihen- oder Nebenschlusscharakteristik bzw. eine Kombination von beiden vorgesehen wird.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen besitzen die Arbeitswicklungen des Motors einen gemeinsamen Sternpunkt, in welchem der Motorstrom allen Wicklungen zugeführt wird. Zur Verbesserung der Kupferausnutzung kann man nun auch die Sekundärwicklungen des Haupttransformators mit je zwei Entladungsgefässen und den Arbeitswicklungen des Motors derart zusammenschalten, dass jede Motorwicklung während beider Weehselstromhalbperioden Strom führt.
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In Fig. 6 bedeuten wieder 1-3 die Primärwicklungen dreier Einphasentransformatoren, die unter sich in Reihe geschaltet sind. Mit 4-9 sind wie bei Fig. 1 ihre Sekundärwicklungen bezeichnet.
Jeder Transformator besitzt zwei voneinander unabhängige Sekundärwicklungen. An den äusseren Klemmen jeder dieser Wicklungen liegt die Anode je eines Entladungsgefässes 11-22, während die Kathoden zweier zu derselben Sekundärwicklung gehörigen Gefässe, wie die Zeichnung erkennen lässt, untereinander und mit dem einen Endpunkt einer Arbeitswicklung verbunden sind. So sind beispielsweise die Kathoden der Entladungsgefässe 11 und 12 mit dem einen Endpunkt der Wicklung 24,25 zusammengeschaltet, während der andere Endpunkt dieser Wicklung an der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 4 liegt. Strom entgegengesetzter Richtung wird der Wicklung 24,25 durch die Transformatorwicklung 5 und die Entladungsgefässe 13 und 14 zugeführt.
Die Feldwicklung 31 des Motors wird seitens eines Transformators 33, der mit den Primärwicklungen 1-3 der Einphasentransformatoren in Reihe
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strom versorgt. Die Feldwicklung 31 ist bei diesem Motor als rotierend vorausgesetzt, der Erregerstrom wird demgemäss der Feldwicklung über Schleifringe zugeführt. Die Arbeitswicklung 32 des Motors 30 ist räumlich feststehend gedacht.
Die Herstellung der für die Steuergitter der Entladungsgefässe notwendigen Spannungen kann mit Hilfe an sich bekannter Apparate geschehen und erfolgt in der Weise, dass für jede Motorwicklung beim Durchlaufen der neutralen Zone die für entgegengesetzte Stromrichtung bestimmten Entladungs-
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Augenblick durch die Entladungsgefässe 11, 12 Strom geliefert werden, welcher in die Sekundärwicklung 4 an ihrer Mittelanzapfung zurückfliesst. Die Stromrichtung in der Arbeitswicklung ist demnach die Richtung 24, 25. Während dieser Zeit erhalten die Ventile 13, 14 eine negative Gitterspannung und sind infolgedessen undurchlässig. Bei Überschreitung der neutralen Zone wird die positive Gitterspannung der Gefässe 11, 12 in eine negative, die negative der Gefässe 13, 14 in eine positive verwandelt.
Die Sekundärwicklung 4 wird nun von der Sekundärwicklung 5 abgelöst. Während der Übergangszeit ist die Summe der in den Wicklungen 4 und 5 fliessenden Ströme gleich dem in der Primärwicklung fliessenden, sofern das Übersetzungsverhältnis des Einphasentransformators zu 1 angenommen wird. Nach dem Stromiibergang auf die Gefässe 13, 14 ist die Stromrichtung in der Arbeitswieklung des Motors die Richtung 25,24, also umgekehrt wie vor Überschreitung der neutralen Zone.
Die in Fig. 7 dargestellte Schaltungsanordnung stimmt hinsichtlich der Anordnung und Wirkungweise der Einphasentransformatoren, der Entladungsgefässe und deren Steuergitter vollkommen mit der an Hand der Fig. 6 beschriebenen Schaltungsanordnung überein. Die Schaltung und Wirkungsweise der Erregerwicklung 31 deckt sich ebenfalls mit derjenigen nach Fig. 6. Der Motor 30 besitzt jedoch im Gegensatz zu Fig. 6 nicht mehrere in Stern geschaltete Arbeitswicklungen, sondern eine einzige geschlossene Wicklung 32, von welcher je zwei einander gegenüberliegende Punkte mit den Entladunggefässen und den Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen ebenso verbunden sind, wie dies an Hand der Fig. 6 für den Anfangs-und den Endpunkt je einer durchlaufenden Arbeitswicklung beschrieben ist.
So sind beispielsweise die Kathoden der Gefässe 11, 12 mit dem Punkt 24 der geschlossenen Wicklung, die Mittelanzapfung der zugehörigen Sekundärwicklung 4 mit dem gegenüberliegenden Punkt 25 verbunden. Gleichfalls wie in Fig. 6 sind die Kathoden je zweier zu der einen Sekundärwicklung gehörigen Entladungsgefässe mit der Mittelanzapfung der jeweils benachbarten zweiten Sekundärwicklung verbunden. Die Sperrung der Gefässe 11, 12 und die Freigabe der Gefässe 13, 14 erfolgt wieder beim Durchlaufen der neutralen Zone.
Die Entladungsgefässe 34, 35, welche den Erregerstrom für die Feldwicklung 31 liefern, werden vorzugsweise ohne Steuergitter ausgeführt werden, so dass die Feldwicklung einen pulsierenden Gleichstrom erhält, dessen Wechselstromkomponenten, sofern dies notwendig ist, noch durch der Feldwicklung parallel geschaltete Kondensatoren oder ähnliche Hilfsmittel beseitigt werden können. Diese Entladungsgefässe können aber auch mit einer Gittersteuerung ausgerüstet werden, wenn der Erregerstrom noch unabhängig von der Steuerung der Gefässe 11-22 geregelt werden soll. Diese Gittersteuerung kann nach irgendeiner der bekannten Methoden erfolgen.
Durch die Anwendung des Erfindungsgedankens ermöglicht man eine günstige Ausnutzung der Entladungsgefässe und des Motors und damit auch eine Materialersparnis, die sich sowohl hinsichtlich des Preises als auch hinsichtlich des Gewichts und Raumbedarfes gÜnstig auswirkt, was besonders bei Tjiebfahrzeugen von grosser Bedeutung ist.
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