<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von
Wechselstrom-Kommutator-Maschinen
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
bei rein induktiven Widerständen ausschliesslich die Stromwendekomponente beeinflusst. Dies lässt sich durch eine Änderung der Wendepolwindungszahl zwar ausgleichen, stört dann aber die Stromwendung bei den im Nebenschlusskreis benötigten Schalthandlungen. Ausserdem sind ohmsche Abfälle unvermeidlich, da auch bei noch so reichlich dimensionierten Zusatzgliedern der Motor ungeändert bleibt. Durch diese Spannungsabfälle tritt eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Stromkomponenten im Wendepol auf, die eine ausreichende Kompensation verhindert.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von vorzugsweise fremderregten Wechselstrom-Kommutator-Maschinen, bei denen der vom Ankerstrom durchflossenen Wendepolwicklung zur Kompensation der transformatorischenKurzschlussspannung eine zusätzlichestrom- komponente im Nebenschluss aufgedrückt wird. Die oben erwähnten Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass im Nebenschlusskreis die Sekundärwicklung eines Transformators angeordnet ist, dessen Primärwicklung vom Ankerstrom durchflossen ist, und dass die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zur Kompensation des durch den Ankerstrom in der Wendepolwicklung bewirkten Spannungsabfalles dient, um den Einfluss des Ankerstromes auf die zusätzliche Stromkomponente auszuschalten.
Die Ausschaltung dieses Einflusses ist unter den praktisch gegebenen Verhältnissen eine wesentliche Voraussetzung für eine exakte Kompensation der transformatorischen Kurzschlussspanaang durch eine der Wendepolwicklung aufgedrückte Stromkomponente, die durch eine geeignete Spannung hervorgerufen wird.
EMI2.1
einstellbare Schwächung des Hauptfeldes vorgesehen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass man ohne Gefährdung des Motors beliebig langsam anfahren kann. Das Drehmoment kann trotz der Feldschwächung durch einen entsprechend höheren Ankerstrom aufrecht erhalten werden. Die durch diesen entstehende thermische Überlastung des Motors ist auf jeden Fall wesentlich geringer als die Infolge der sonst auire- tendenKurzschlussströme.
Schwächt man beispielsweise das Hauptfeld des Motors auf 2/3 und steigert man denAnkerstrom auf den 1,5fachen Wert, so bleibt das Drehmoment gleich, die Verluste im Anker steigen aber nur auf das l, 52 = 2, 25fache gegenüber dem etwa 6fachen Wert infolge der Kurzschlussströme oder gar den in einem durchgerechneten Beispiel sich ergebenden 72fachen Wert in der betroffenen Spule bei Stillstand ohne Feldschwächung.
Am Nebenschlusskreis der Wendepolwicklung liegt vorteilhaft die Spannungsdifferenz zwischen einer festen Spannung und der Motorspannung oder die Motorspannung selbst, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Transformators. Die Spannungsdifferenz bietet den Vorteil, dass sie der Drehzahl etwa verkehrt proportional ist und damit in ihrem Verhalten der gestellten Aufgabe entgegenkommt. Die Motorspannung selbst wäre bei Vernachlässigung der Spannungsabfälle infolge ihrer Phasenlage am besten geeignet, ihr Betrag sinkt jedoch gerade bei den kleinsten Drehzahlen stark ab, wodurch unbedingt Regeleinrichtungen erforderlich sind. Für eine exakte Kompensation der transformatorischen Kurzschlussspannung ist auch beim Anlegen der oben genannten Spannungsdifferenz eine Regelung des dem Nebenschlusskreis der Wendepolwicklung aufgedrückten Stromes vorteilhaft.
Mechanische Regelungen sind infolge ihrer Einfachheit günstig, doch sind kontaktlose Regler ohne mechanische Verstellungen vorzuziehen, da bei diesen jede Abnützung entfällt. Vorteilhaft wird in einem kontaktlosen Regler die transfonnatorische Kurzschlussspannung ET mit dem Produkt aus Motordrehzahl n und der zur Kompensation dienenden Zusatzstromkompo- nente JE verglichen, wobei allfällige Abweichungen eine Veränderung der Induktivität im Nebenschlusskreis bewirken. Die genannte Produktbildung erfolgt vorzugsweise durch einen Hallgenerator, doch wäre die Verwendung magnetischer oder elektronischer Verstärker sowie von Zenerdioden gleichfalls denkbar.
Zur Erzielung einer exakten Kompensation ist es günstig, zusätzlich noch den primär vomAnkerstrom durchflossenen Transformator regelbar auszuführen, vorzugsweise mechanisch durch Veränderung eines Luftspaltes oder elektrisch durch Gleichstromvormagnetisierung. Die Regelung erfolgt auch hier vorteilhaft durch einen kontaktlosen Regler, der zur Regelung der Phasenlage des Kompsnsationsstromes JE dient.
Dieser Strom ist gegen das Motorhauptfeld um 900 phasenverschoben. Zur Kontrolle dieser Phasenverschiebung dient vorzugsweise ein Multiplikator, insbesondere ein Hallgenerator, Zenerdioden, ein magnetischer oder ein elektronischer Verstärker, der das Vektorprodukt aus der Zeigerdifferenz und dem Motorhauptfeld bzw. der Feldspannung bildet.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung sowie die zugehörigen Zeigerdiagramme sind In den Figuren der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur ausreichenden Komnensa-
EMI2.2
schinen 1 mit sehr geringem Aufwand. Von der Niederspannungs. wicklung 2 des Regeltransformators wird vom Schaltwerk 3 die Fahrmotorspannung U abgenommen. Die Motoren 1 werden über Schalter 4 ange-
<Desc/Clms Page number 3>
speist. Der Ankerstrom J fliesst jeweils über die Wendepolwicklung 5 und gemäss der Erfindung über die Primärwicklung des Transformators 6 zur Erde. Die Erregerwicklung 7 jedes Motors 1 ist vom Erregerstrom i durchflossen.
Zur Kompensation der transformatorischen Kurzschlussspannung ET ist die Einbringung einer zusätzlichen StromkomponenteJT Wendepolwicklung 5 erforderlich, die der Drehzahl verkehrt proportional sein soll. Zur Ersparung einer besonderen Regelung ist es daher vorteilhaft, dem Nebenschlusskreis der Wendepolwicklung 5 die Differenzspannung zwischen einer konstanten Spannung, beispielsweise der Heizspannung UH, und der beim fremderregten Motor etwa der Drehzahl proportionalen Motorspannung U zuzuführen. Die Zuführung der Differenzspannung UH - U erfolgt vorzugsweise über einen Transformator 8, der mit einem einstellbaren Streupfad zur optimalen Anpassung an die Motoren 1 versehen ist.
Fig. 2 zeigt für die erfindungsgemässe Schaltung nach Fig. 1 das Zeigerdiagramm bei Fahrbetrieb, Fig. 3 das bei Bremsbetrieb. Aus den beiden Figuren geht hervor, dass der dem Nebenschlusskreis jedes Wendepoles vom Transformator 8 aufgedruckte Strom IT. der nur im Leerlauf senkrecht zur Spannung U
EMI3.1
nung ET erforderlichenKomponente Jg noch eine beträchtliche Komponente etwa in der Richtung des An - kerstromes J aufweist, deren TeilJw= < xj im Wendepol für die Stromwendung nach eine : entsprechenden Verminderung der Wendepolwindungszahl verwendet werden kann, während der restliche Teil IRest die Restspannung verantwortlich ist.
Im Spannungsdiagramm zeigt sich, dass der induktive Spannungsabfall JXW am WendepolS erfindungsgemäss durch die Spannung JM des Transformators 6 kompensiert ist, Nicht aufgehoben ist allerdings der ohmsche Spannungsabfall JRW am Wendepol, der beträchtliche Abweichungen zwischen Fahren und Bremsen sowie auch bei Phasenänderungen des AnkerstromesJ verursacht. Dieser unerwünschte Einfluss liesse sich zwar durch Wahl einer höheren Sekundärspannung des Transformators 8 oder durch die Parallelschaltung eines Widerstandes zur Primärwicklung des Transformators 6 verbessern oder sogar ganz eliminieren, beides erfordert aber zusätzlich Platz und Gewicht und verursacht Verluste, was unter den vorliegenden Verhältnissen durchaus vermeidbar erscheint.
Ohne Kompensation des Spannung- abfaIlesJX am Wendepol wäre der störende Einfluss der Phasenlage desAnkerstromesJ unerträglich gross.
Eine erfindungsgemässe Einrichtung zur genauerenKompensation der transformatorischen Kurzschlussspannung ET mit Hilfe einer mechanischen Steuerung des Transformators 8 ist in Fig. 4 der Zeichnung dargestellt. Die beiden fremderregten Wechselstrom-Kommutator-Motoren 1 werden über die Schalter 4 vom Haupttransformator 9 angespeist, der hier beispielsweise mit einer Hochspannungssteuerung versehen ist. Bezüglich der Phasenlage ist die Ankerspannung selbst zur Einführung in den Wendepolkreis am besten geeignet, sie ist jedoch gerade bei kleinen Drehzahlen sehr klein, wo der dem Nebenschlusskreis aufgedrückte Strom JT am grössten sein sollte. S ie ist daher nur dann verwendbar, wenn die Induktivität im Ne- benschlusskreis sehr stark verändert werden kann.
Eine magnetische Regelung in dem nötigen weiten Bereich erfordert eine zusätzliche Drossel und einen so grossen Aufwand, dass sie praktisch kaum vertretbar erscheint. Am besten erfolgt die Regelung der Induktivität durch einen veränderbarenStreupfad im Transformator 8. Der Streupfad kann beispielsweise als drehbarer Ring mit magnetisch leitenden Sektoren ausgebildet sein, der vom Transformatorschaltwerk 10, also spannungsabhängig, oder besser, wenn auch komplizierter, durch einen Servomotor in Abhängigkeit von Drehzahl und Ankerstrom über einen besonderen Regler verdreht wird.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 ist aus der Fig. 5 ersichtlich. Danach ist die Kompensation des induktiven Spannungsabfalles JXW durch die Spannung IM des Transformators 6 nur so weit getrieben, dass die Abfälle im Anker einschliesslich der Wendepol-und Kompensationswicklung mit einbe-
EMI3.2
der Einfluss der ohmschen Spannungsabfälle im Nebenschlusskreis annähernd eliminiert werden. Im oberen Drehzahlbereich bleiben nur kleine Restspannungen übrig, während bei kleinen Drehzahlen wegen der dort niedrigen Ankerspannung und unvermeidlichen Streuungen des Strom JT klein und damit die Kompen- sation der transformatorischen Kurzschlussspannung ET relativ schlecht ist, wenn sie auch in den zulässigen Grenzen verbleibt.
Bei der praktischen Ausführung dieser Einrichtung ist es vorteilhaft, den Transformator 8 zur mechanischen Vereinfachung mit dem Haupttransformator 9 zusammenzubauen. Zur Vermeidung eines zusätz-
EMI3.3
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
ist der prinzipielle Aufbau eines kontaktlosen Transistorreglers 12 dargestellt, der die Regeldrossel 11 und den Transformator 6 mit Gleichstrom vormagnetisiert. Beide sind daher als Doppelterntypen mit je-
EMI4.2
bekannte elektrische produktbildende Einrichtungen verwendet werden können, das Produkt des Stromes JE = IT-Iw* (lw = ctj), wobei die beiden letzteren Ströme über die Stromwandler 14 und 15 den Feldwicklungen 16 und 17 zugeführt werden, und der Drehzahl n, die über den Tachometerdynamo 18 oder
EMI4.3
verglichenMultiplikator 20, hier z.
B. gleichfalls ein Hallgenerator bildet das äussere Produkt der Spannung ET und der Grösse nJe n (JT-Jw). das für exakte Kompensation Null sein soll (Phasenbedingung). Die Abwei- chung beeinflusst über den Transistor 21 die Steuerwicldung des Transformators 6. Für die erfindnngsgemässe Einrichtung wäre auch eine mechanische Regelung, vorzugsweise durch Verstellung eines Luftspaltes des Transformators 6 unter Einfluss eines entsprechenden Reglers möglich.
Bei der praktischen Ausführung sind für beide Steuerwicklungen noch Transistorverstärker zweckmä- ssig, um die relativ grosse Leistung leichter aufzubringen..
Als Spannungsquelle für den Regler 12 dient vorteilhaft die gleichgerichtete Feldspannung EF, da diese in ihrem Verhalten dem Regelbedarf entgegenkommt. Es wäre aber auch die Anwendung einer andern, beispielsweise der Hilfsbetriebsspannung, denkbar.
Fig. 7 zeigt die Spannungs- und Stromverhältnisse bei dieser Schaltung. Die Kompensation des Spannungsabfalles IXw durch den Transformator 6 wird zweckmässig nur so weit getrieben, dass mit einem kleineren Regelbereich, vorzugsweise etwa 2 : 1, das Auslangen zu finden ist und negative Werte der dem Nebenschlusskreis aufgedrückten Spannung JM nicht auftreten. Damit ergibt sich einestromkomponente Jw von etwa 0. l J, weshalb die Wendepolwindungszahl um etwa 100/0 verringert werden muss.
Der Aufwand bei dieser Schaltung ist grösser als bei den beiden vorhergehenden, dafür ist die Kompensation über fast den ganzen Drehzahlbereich vollkommen exakt und im Anfahrbereich hinreichend.
Diese Lösung erscheint daher dann am günstigsten, wenn höchste Ansprüche an das Anfahrverhalten und an die Motoren gestellt werden, wie beispielsweise im Schnellbahnverkehr.
Bei der praktischen A usführung kann es bei allen erfindungsgemässen Schaltungen vorteilhaft sein, die beiden Transformatoren 6 und 8 an Stelle des bei fremderregtenMotOTsnvermeidbaren Fahrtwenders im Drehgestell anzuordnen, wodurch sich dis kürzesten Kabelverbindungen ergeben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von vorzugsweise fremderregten WechselstromKommutator-Maschinen, bei denen der vom Ankerstrom durchflossenen Wendepolwicklung zur Kompensation der transformatorischen Kurzschlussspannung eine zusätzliche Stromkomponente im Nebenschluss aufgedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Nebenschlusskceis die Sekundärwicklung eines Transformators (6) angeordnet ist, dessen Primärwicklung vom Ankerstrom durchflossen ist, und dass die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zur Kompensation des durch denAnkerstrom in der Wendepolwicklung (5) bewirkten Spannungsabfalles dient. um den Einfluss des Ankerstromes auf die zusätzliche Stromkomponente auszuschalten.