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Schaltungsweise für Wechselstromkollektormotoren.
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Motoren auftretenden Geschwindigkeitsänderungen bequem und verlässlich entsprechend ge- 6ebenen Betriebsbedingungen regeln zu können.
Die Zeichnungen stellen in Fig. 1 bis H schematisch verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Der Anker des Motors ist mit 1, seine Feldwickelung mit 2 bezeichnet ; der Motor erhält Strom von einem Transformator, dessen wirksame Windungs- zahl durch einen Schalter 4 geregelt werden kann.
Hei Einphasen-Kollektormotoren mit Reihenschaltung ist die Kraftliniendichte im Feldmagnet gewöhnlich gering und die Amperewindungszahl der Fctdwickelung ist gleichfalls gering gegenüber jener der Ankerwickelung, namentlich, wenn man die korrespondierenden Worte bei Gleichstrommotoren in Vergleich zieht. Da ein grosser Teil der Ampere- windungen der Foldwicketung dazu dient die Reluktanz des Luftzwischenraumes zwischen Feldmagnet und Anker zu überwinden, so läuft der Anker in einem verhältnismässig
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was unter gewissen Bedingungen recht wünschenswert ist.
Ist aber der Motor so bemesesen, dass ein von ihm getriebener Wagen bei hoher Belastung mässig schnell lauft, so kann er übermässig schnell laufen, wenn der Wagen nur wenig betastet ist. Unter solchen Betriebsbedingungen ist es natürlich wünschenswert, dass die Ucschwindigkeitscharakteristik etwas flach ist, d. h. dass sich die geschwindigkeit bei Belastungsänderungen nicht allzusehr ändert.
Um bei einem solchen Motor bei geringen Hptastungen kleinere Geschwindigkeiten zu erzielen, sollte das Feld starker sein, als gewöhnlich. Dem steht kein Einwand
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für hohe Belastungen kann aber die Heaktanz der Feldwirkeiung übermässig gross werden. so dass der Motor einen niedrigen Leistungsfaktor hat und auch die Bedingungen für das Anlassen ungünstig sind.
Man kann einem Motor eine Geschwindigkeitscharakteristik solcher Art geben, dass er bei starker Belastung mit hoher Geschwindigkeit läuft und bei geringer Belastung eine vorbestimmte Geschwindigkeitsgrenze nicht überschreitet, wenn der Motor so gebaut ist, dass ein Teil seiner magnetischen Schliessung bei hoher Belastung stark gesättigt, bei geringer Belastung dagegen ungesättigt oder schwach gesättigt ist. Ist der Motor in der eben angegebenen Weise gebaut, so kann die Kraftliniendichte nicht proportional der lie-
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Sättigungen voneinander abweichen können, so dass Motoren derselben Grösse bei starker Belastung in der Geschwindigkeit beträchtlich voneinander abweichen können.
Nach vorliegender Erfindung wird die -gewünschte Geschwindigkeitscharakteristik dadurch erhalten, dass man eine Drosselspule oder Impedanzvorrichtung im Nebenschluss zur Feldwickelung des Motors anordnet und sie so bemisst, dass, wenn der Motor wenig belastet ist, der Kern derselben noch nicht oder eben erst gesättigt ist und bloss ein schwacher Strom durch den Nebenschluss der Feldwickelung geht. Bei wachsender Belastung nimmt auch der Spannungsabfall in der Feldwickelung zu und es geht dann ein viel stärkerer Strom durch den Nebenschluss, weil der Kern der Impedanzvorrichtung sich viel rascher sättigt als die Magnete des Motors.
Die wesentliche Bedingung ist die, dass die Ströme in der Feldwicklung und im Anker sich bei Änderungen der Belastung nicht proportional zueinander ändern, da sonst keine Vorteile durch die Einrichtung erreicht werden. Wenn beispielsweise der Ankerstrom des stark belasteten Motors dreimal so stark ist, wie der des wenig belasteten, so hätte die Impedanzvorrichtung praktisch genommen, keine Wirkung auf die Ergehnisse, wenn der durch sie gehende Strom proportional zum Ankerstrom und Feldwickelungsstrom wüchse. Wenn dagegen der Strom in der Impedanzvorrichtung rascher wiichst als der Strom in der Anker- und Feldwiclielung,
so ist die Wirkung auf die Arbeitsweise des Motors gleichwertig mit einer Verringerung der Windungszahl der Feldwickelung bei zunehmender Belastung. Der Motor arbeitet dann so, als ob seine magnetische Schliessung bei geringer Belastung ungesättigt und bei starker Belastung stark gesättigt wäre ; d. h. die Geschwindigkeitscharakteristik des Motors kann ähnlich gemacht werden derjenigen eines Motors, der bei starker Belastung ein stark gesättigtes magnetisches Feld hat. Die Verwendung der Impedanzvorrichtung gestattet den Motor auch für geringe Sättigung oder Kraftliniondichton und kleine elektrische Verluste einzurichten.
Ein weiterer
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ihrer Bewickelung oder der Abmessungen und der Beschaffenheit ihrer magnetischen Schliessung die Gestalt der Geschwindigkeitscharakteristik des Motors geändert und so ein und derselbe Motor leicht verschiedenen Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Selbstverständlich werden in der Impedanzvorrichtung elektrische Verluste auftreten, aber sie sind bei weitem nicht so gross als jene, die sich aus der Sättigung einzelner Teile der magnetischen Schliessung des stark belasteten Motors ergeben. Die von diesen elektrischen Verlusten herrührende Wärme kann von der Impedanzvorrichtung leichter abgeleitet werden,
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Eintauchen in Öl) besser geeignet sein kann.
Ein weiterer durch die Anwendung der Impedanzvorrichtung gegenüber einem Motor, von dessen magnetischer Schliessung ein Teil gesättigt worden ist, erzielbarer Vorteil ist der, dass die Impedanzvorrichtung einen beträchtlichen Teil des Stromes von der Feld- wickelung ableitet, wenn der Motor stark belastet ist ; es kann somit in der Feldwickelung ein schwächerer Draht benützt werden und das Kupfergewicht kann bei gegebener Windungszahl verringert werden. Man kann so der Feldmagnetwickelung eine verhältnismässig grosse Windungszahl geben, um boi geringen Belastungen die gewünschte Feldstärke zu erzielen und bei starken Belastungen leitet die Impedanzvorrichtung hinreichend viel Strom von der der Feldwickelung ab, um eine Überhitzung hintanzuhalten.
Man erkennt natürlich, dass, wenn ein Wagen von zwei oder mehr dauernd in Reihe geschalteten Motoren getrieben wird. die Feldwicklungen der Motoren untereinander verbunden sein können und eine einzige Impedanzvorrichtung im Nebenschluss wu ihnen angeordnet sein kann. Die Schaltungen können offenbar auch ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, geänder worden', wenn mehr als ein Motor benutzt wird.
In Fig. 2 und 3 sind Einrichtungen dargestellt, bei weichen die Stromstärke bei der
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Massgabe des die Maschine durchüiessenden Stromes. Dadurch wird die ausgleichende Wirkung der Impedanzvorrichtung auf die Erregung der Maschine erhöht, indem bei wachsendem Maschinenstrom die magnetische Sättigung des Kernes der Impedanzvorrichtung viel rascher erreicht wird als durch einfache Wahl der Abmessungen der Impedanzvorrichtung mög- lich ist.
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und durch einen Stromschlussarm 19, der über Stromschlussstücke in diesen Zuleitungsdrähten schleift, kann ein6 grössere oder geringere Zahl Windungen der Wickelung 11 an die Feldmagnetwickelung 6 angeschlossen werden.
Der Stromschlussarm 19 wird durch
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ist. Eine Verstärkung dos Maschincnstromos ruft somit eine Verringernung der zur Fold- magnetwiekelung 6 parallel geschaltoton Windungszahl der Bewickelung 11 horvor, wodurch mehr Strom von der Feldmagnetwickelung abgelenkt und so die Erregung der Maschine angenähert konstant erhalten wird. In Fig. 3 ist eine Abänderung dargestellt, bei weicr die Änderung des Stromes in der Bewickelung der Impedanzvorrichtung durch Änderung der Reluktanz der magnetischen Schliessung des Kernes 12 hervorgebracht wird.
Es wird nämlich ein Luftzwischenraum 21 in dieser Schliessung durch ein Brückenstuck 20 mehr oder weniger geschlossen, das durch eine elektromagnetische Vorrichtung 23 nach Mass- gabe der Änderungen des Maschinenstromes betätigt wird. Eine Zunahme dieses Stromes
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsweise für Wechselstromkellektormotoren mit Reihenschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass im Nebenschluss zur Feldwickelung eine Impedanzvorrichtung angeordnet ist, deren Kern so bemessen ist, dass er rascher gesättigt wird als der Feld-
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schwindigkoitscharakteristik des Motors den Betriebsbedingungen desselben anzupassen.
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Switching mode for AC collector motors.
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To be able to control speed changes occurring in motors comfortably and reliably according to level operating conditions.
The drawings show schematically various embodiments of the present invention in FIGS. 1 to H. The armature of the motor is designated with 1, its field winding with 2; the motor receives current from a transformer, the effective number of turns can be regulated by a switch 4.
In single-phase commutator motors with a series connection, the density of lines of force in the field magnet is usually low and the number of ampere-turns of the core winding is also low compared to that of the armature winding, especially if one compares the corresponding words for DC motors. Since a large part of the ampere turns of the folded winding serves to overcome the reluctance of the air gap between the field magnet and the armature, the armature runs in a proportionate manner
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which is quite desirable under certain conditions.
If, however, the motor is dimensioned so that a car driven by it runs moderately fast under high loads, it can run excessively fast if the car is only touched a little. Under such operating conditions it is of course desirable that the velocity characteristic be somewhat flat, i.e. H. that the speed does not change too much when the load changes.
In order to achieve lower speeds with such a motor at low loads, the field should be stronger than usual. There is no objection to this
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for high loads, however, the reactance of the field effect can become excessively large. so that the engine has a low power factor and the starting conditions are also unfavorable.
A motor can be given a speed characteristic such that it runs at high speed under heavy load and does not exceed a predetermined speed limit under low load, if the motor is constructed in such a way that part of its magnetic closure is strongly saturated under high load, and at low load On the other hand, exposure is unsaturated or weakly saturated. If the engine is built in the manner just given, the density of the lines of force cannot be proportional to the
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Saturations can vary, so that motors of the same size can vary considerably in speed under heavy loads.
According to the present invention, the desired speed characteristic is obtained by arranging a choke coil or impedance device in the shunt to the field winding of the motor and dimensioning it in such a way that, when the motor is little loaded, the core of the same is not yet saturated or is only just saturated a weak current goes through the shunt of the field winding. As the load increases, so does the voltage drop in the field winding and a much stronger current then goes through the shunt because the core of the impedance device saturates much more quickly than the magnets of the motor.
The essential condition is that the currents in the field winding and in the armature do not change proportionally to one another when the load changes, since otherwise no advantages are achieved by the device. If, for example, the armature current of the heavily loaded motor is three times as strong as that of the less loaded motor, the impedance device would have practically had no effect on the results if the current passing through it increased proportionally to the armature current and field winding current. If, on the other hand, the current in the impedance device grows faster than the current in the armature and field winding,
the effect on the mode of operation of the motor is equivalent to a reduction in the number of turns of the field winding with increasing load. The motor then works as if its magnetic closure were unsaturated with low loads and strongly saturated with heavy loads; d. H. the speed characteristic of the motor can be made similar to that of a motor which has a strongly saturated magnetic field under heavy load. The use of the impedance device also allows the motor to be set up for low saturation or linear density and low electrical losses.
Another
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their winding or the dimensions and the nature of their magnetic closure, the shape of the speed characteristic of the motor changed and so one and the same motor can easily be adapted to different operating conditions. Of course, electrical losses will occur in the impedance device, but they are nowhere near as great as those which result from the saturation of individual parts of the magnetic closure of the heavily loaded motor. The heat from these electrical losses can be more easily dissipated by the impedance device,
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Immersion in oil) may be more suitable.
Another advantage that can be achieved by using the impedance device in relation to a motor whose magnetic closure has partially saturated is that the impedance device diverts a considerable part of the current from the field winding when the motor is heavily loaded; a weaker wire can thus be used in the field winding and the copper weight can be reduced for a given number of turns. In this way, the field magnet winding can be given a relatively large number of turns in order to achieve the desired field strength with low loads, and with heavy loads the impedance device derives a sufficient amount of current from the field winding to prevent overheating.
You can see, of course, that when a car is driven by two or more motors continuously connected in series. the field windings of the motors can be interconnected and a single impedance device can be shunted to them. Obviously, the circuits can be "changed" without departing from the essence of the invention if more than one motor is used.
In Fig. 2 and 3 devices are shown in which the current intensity in the soft
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Determination of the current flowing through the machine. This increases the compensating effect of the impedance device on the excitation of the machine, in that as the machine current increases, the magnetic saturation of the core of the impedance device is achieved much more quickly than is possible by simply choosing the dimensions of the impedance device.
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and by means of a current connection arm 19 which slides over current connection pieces in these lead wires, a greater or lesser number of turns of the winding 11 can be connected to the field magnet winding 6.
The power supply arm 19 is through
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is. An amplification of the Maschincnstromos thus causes a reduction in the number of turns of the winding 11, connected parallel to the Fold magnet winding 6, whereby more current is diverted from the field magnet winding and thus the excitation of the machine is kept approximately constant. In FIG. 3, a modification is shown in which the change in the current in the winding of the impedance device is brought about by changing the reluctance of the magnetic closure of the core 12.
This is because an air gap 21 in this closure is more or less closed by a bridge piece 20 which is actuated by an electromagnetic device 23 in accordance with the changes in the machine current. An increase in this current
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PATENT CLAIMS:
1. Switching method for AC electric motors with series connection, characterized in that an impedance device is arranged in the shunt to the field winding, the core of which is dimensioned so that it is saturated more quickly than the field
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Schwindigkoitscharakteristik the engine to adapt the operating conditions of the same.