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Im Stammpatent Nr. 36482 ist eine Schaltungsweise für Einphasenstrom-Kollektormotoren beschrieben, bei welcher, wenn die Motoren als Generatoren laufen sollen, um Arbeit an die Speiseleitung zurückzugeben, die Feldmagnetwickelungen der als Generatoren laufenden Motoren Strom von einer HilfserregermÅaschine erhalten, deren Feldwickelung unmittelbar oder durch einen Transformator an die Speiseleitung angeschlossen ist. Dienen die Motoren zum Antrieb eines Wagens, so wird zweckmässig einer dieser Motoren als Erregermaschine für die übrigen Motoren verwendet.
Wie im Stammpatent angegeben, hat die hohe Induktanz der Feldbewickelung des Erregers zur Folge, dass die Phase der durch denselben erzeugten elektromotorischen Kraft um nahe 90 hinter der der Spannung der Speiseleitung zurückbleibt. Da nun diese elektromotorische Kraft auf die Feldmagnetwickelungen der als Generatoren laufenden Motoren wirkt, so bleibt die Phase des Feldes der letzteren um nahezu 900 hinter der Phase der elektromotorischen Kraft der Erregermaschine zurück und der Phasenunterschied zwischen der von den als Generatoren laufenden Motoren erzeugten elektromotorischen Kraft und der Spannung der Speiseleitung beträgt nahezu 1800,
so dass durch Umkehrung der Verbindungen der Motoren mit der Speiseleitung angenähert Phasengleichheit zwischen Speiseleitungsspannung und der von den Motoren
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Spannungen hängt aber natürlich von den Induktanzen, den Feldmagnet-und Ankerbewickelungen und von der Belastung der Motoren ab.
Nach vorliegender Erfindung wird zwischen dem an die Speiseleitung abgegebenen Strom und der Speiseleitungsspannung Phasengleichheit oder irgend ein gewünschter Phasemmterschied dadurch erhalten, dass man die Phase der Fcldmagnetwickelungen der Generatoren mit Bezug auf die elektromotorische Kraft der Speiseleitung regelt. Die Regelung wird durch Einschalten eines Ohm'schen Widerstandes entweder in die Feldmagnetwickelung der Erregermaschine oder in deren Ankerleitung erreicht.
Das gleiche Ergebnis kann nach der vorliegenden Erfindung auch dadurch erhalten werden, dass man auf die Feldwickelung des Generators eine elektromotorische Kraft wirken lässt, welche die Resultierende der im Erregeranker erzeugten und einer nicht in Phase damit befindlichen, verhältnismässig geringen elektromotorischen Kraft ist, die etwa von der Speiseleitung oder vom Haupttransformator abgeleitet werden kann.
Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Schaltungsschema beim Betrieb der Maschinen als Motoren, Fig. 2 ist ein Schaltungsschema beim Betrieb der Maschinen als Generatoren. Fig. 3 und 4 sind Vektordiagramme der Phasenbeziehungen der Ströme und elektromotorischen Kräfte beim Betrieb der Maschinen als Generatoren ; Fig. 5 zeigt eine andere Schaltung beim Betrieb der Maschinen als Generatoren, Fig. 6 ist das zugehörige Vektordiagramm. Fig. 7, 8,10 und 11 sind den Fig. 2 und 5 ähnliche Abänderungen veranschaulichende Schemata. Fig. 9 ist das der Fig. 7 zugehörige Vektordiagramm.
In Fig. 1 sind zwei Kollektormaschinen mit Feld Wickelungen. Z, , Ankern J, 4 und Kompensationswickelungen 5,6 (die in Reihe mit den Ankerwickelungen geschaltet und in der Nähe derselben angeordnet sind) in Parallelschaltung an geeignete Punkte einer Transformator- wickelung 7 angeschlossen, die zwischen Speiseleitern 8, 9 liegt. Die Feld-und Ankerwickelungen jeder Maschine sind beim Betrieb als Motor in Reihe geschaltet und die Ganggeschwindigkeit
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kann durch Änderung der wirksamen Windungszahl des Transformators 7 geändert werden, welche mit den Motoren durch geeignete Mittel verbunden ist.
Nach der Zeichnung dienen die Motoren zum Antrieb eines Wagens 14, wobei der Transformator 7 im Wagen angeordnet ist, 8 die Oberleitung und 9 die Fahrschiene der Bahn sind, doch ist die Erfindung auch bei anderen als Eisenbahnanlagen anwendbar.
Damit die Maschinen beim Anhalten oder Bergabfahren als Generatoren laufen und so das Bremsen unterstützen können, wobei die lebendige Kraft des Wagens in elektrische Energie umgewandelt und an die Speiseleitung abgegeben wird, wird die Feldwickelung 1 (Fig. 2) mit der Transformatorwickelung 7 verbunden, von der sie Erregerstrom erhält, während die Ankerwickelung 3 Erregerstrom an die Feldmagnetwickelung 2 der anderen Maschine abgibt, deren Anker 4 an geeignete Punkte der Tränsfurmatorwicklung angeschlossen ist und Strom an dipselbssn abgibt.
Bei dieser Schaltung wird die im Anker 4 hervorgerufene elektromotorische Kraft nahezu phasengleich sein mit der elektromotorischen Kraft der Transformatorwicklunge 7 ; da die jeder der Feldwicklungen zugeführte elektromotorische Kraft gegen die in dem zugehörigen Anker erzeugte elektromotorische Kraft eine'Phasenverschiebung von nahezu 900 aufweist, so wird der Strom im Anker 4, d. i. der durch Vermittlung des Transformators an die Linie abgegebene Strom eine erhebliche Phasenverschiebung gegenüber der elektromotorischen Kraft des Transformators aufweisen, u. zw. wegen der Induktanz des Ankers. Dies ist aus dem Vektordiagramm Fig. 3 leicht zu erkennen.
In Fig. 3. und in den folgenden Vektordiagrammen stellt E : nach Phase und Grösse die elektromotorische Kraft der Transformatorwickelung zwischen den Klemmen des Ankers 4 dar, u. zw. für die Schaltung nach Fig. 2 beim Betrieb der Maschinen als Generatoren. Elf ist die auf die Feldmagnetwickelung 1 wirkende elektromotorische Kraft, welche mit Et phasengleich ist, wenn in der Schliessung der Feldmagnetwickelung keine Impedanz oder Widerstand eingeschaltet ist. I, f stellt den Strom in der Feldwickelung 1 des Generators dar, der der Phase nach um nahezu 900 hinter Eel zurückbleibt, weil bei der gebräuchlichen Bauart solcher Maschinen der Ohm'sche Widerstand der Feldwickelung gegenüber deren induktiven Widerstand vernachlässigt werden kann.
lef stellt auch die Feldstärke der Erregermaschine dar. Ee gibt die im Erregeranker 3 hervorgerufene elektromotorische Kraft an, die mit dem Feld phasengleich ist, sie ist in Fig. 3 gegen I, nur deshalb um 180 verschoben, weil die Ankerverbindungen als umgekehrt anzusehen sind. Eea ist die Komponente der erzeugten elektromotorischen Kraft Ee, die zur Überwindung der Impedanz des Erregerankers 3 dient ; Ego ist die Komponente von Ee. die auf die Feldwickelung 2 des Generators wirkt, der Strom an die Linie abgibt. lf ist der Strom in der Feldwickelung 2 und zugleich das dadurch erzeugte Feld ;
seihe Phase bleibt hinter jener von E". f um nahezu 90"zurück, da der Ohm'sche Widerstand der Feldwickelung gering, der induktive dagegen gross ist. Eg ist die im Anker 4 erzeugte elektromotorische Kraft, sie ist phasengleich mit dem Feldstrom If. zist der Impedanzabfall in der Schliessung des Ankers 4. I ist der Strom in der Ankerschliessung, der an die Linie abgegeben wird.
Der Phasenunterschied zwischen I und Eo wird durch das Verhältnis des Ohm'schen und des induktiven Widerstandes der Ankerschliessung bestimmt, und infolge des letzteren Widerstandes bleibt I der Phase nach hinter Eo zurück und weist auch einen beträchtlichen Phasenunterschied gegenüber Et der elektromotorischen Kraft des Transformators auf ; da die in die Speiseleitung zurückgegebene Energiemenge gleich ist der Komponente des Stromes, die mit der elektromotorischen Kraft des Transformators phasengleich ist mal dieser elektromotorischen Kraft, so ergibt sich, dass für einen gegebenen Strom die grösste Energiemenge an die Speiseleitung abgegeben wird, wenn I und Et phasengleich sind.
Um diese Phasengleichheit herbeizuführen, wird ein Widerstand 10 der Feldwickelung 1 des Erregers vorgeschaltet, um die Phase der auf die Feldwickelung 2 wirkenden elektromotorischen Kraft gegenüber jener von Et u verschieben. Die Wirkung der Vorschaltung des Widerstandes 10 ergibt sich aus dem Vektordiagramm Fig. 4. Er ist die auf den Widerstand 10 wirkende elektromotorische Kraft, die phasengleich ist mit dem Strom I in dieser Leitung. Die auf die Feldwickelung 1 wirkende elektromotorische Kraft Eef ist daher nicht mehr phasengleich mit der elektromotorischen Kraft Et des Transformators, wie Fig. 3 zeigt, sondern Et ist die Resultierende von Eef und. Er ; der Rest des Diagrammes Fig. 4 wird ebenso konstruiert wie das Diagramm Fig. 3, wobei die gleichen Bezugszeichen Verwendung finden.
Die auf die Feldwickelung 2 wirkende elektromotorische Kraft Egf und somit auch der Feldstrom Igf und die im Anker erzeugte elektromotorische Kraft Eg sind der Phase nach gegenüber der elektromotorischen Kraft Et des Transformators derart verschoben, dass der Strom I der Ankerleitung 4 mit Et phasengleich ist. Während dies gewöhnlich die günstigste Bedingung für die Abgabe von Energie an die Speiseleitung ist, kann es in manchen Fällen wünschenswert sein, den Strom I gegenüber der elektromotorischen Kraft Et des Transformators voreilen oder auch zurückbleiben zu lassen.
Das lässt sich durch eine Änderung des Widerstandes 10 erreichen, wie sich aus den Diagrammen
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Kraft gegenüber der der im Erregeranker 3 erzeugten "Be verschoben werden. Dies führt seinerseits eine Verschiebung der Phase der elektromotorischen Kraft Eg des Ankers 4 herbei und dadurch wird der Strom I phasengleich mit der elektromotorischen Kraft Et des Transformators, oder kann durch entsprechende Regelung des Widerstandes 11 in andere Phasenbeziehungen hierzu treten.
Nach Fig. 7 wird eine kleine direkt vom Transformator 7 abgeleitete elektromotorische Kraft mit der im Anker 3 erregten kombiniert, so dass auf die Feldwickelung 2 eine elektromotorische Kraft von solcher Phase wirkt, dass der Strom im Anker 4 angenähert phasengleich mit jenem in der Transformatorwicklunge 7 ist, oder mit jenem in der Leitung, an welche der Transformator angeschlossen ist. Dies wird dadurch erzielt, dass man einen kleinen Teil 12 der Transformatorwickelung 7 mit dem Anker 3 und der Feldwickelung in Reihe verbindet.
Aus Fig. 9 ersieht man, dass die auf die Generatorfeldwickelung 2 wirkende elektromotorische Kraft Egf der Phase nach gegenüber der elektromotorischen Kraft Et des Transformators verschoben ist, so dass der Strom I mit Eef phasengleich wird. Durch Regelung der Windungszahl des Teiles 12 der Transformatorwickelung kann man natürlich auch andere Phasenbeziehungen zwischen I und Et erzielen, wobei der Wert von Et geändert wird.
Nach Fig. 8 wird die auf die Erregerankerleitung wirkende elektromotorische Hilfskraft von einer Transformatorwickelung 13 abgeleitet, auf welche eine elektromotorische Kraft wirkt, die phasengleich ist mit jener in der Leitung, an welche die Transformatorwickelung 7 angeschlossen ist, dabei ist ein Teil der Wicklung 13 mit dem Anker 3 und der Feldwickelung 2 in Reihe verbunden.
In Fig. 10 ist der Erregeranker 3 mit einer Transformatorwickelung 15 verbunden und die Feldwickelung 2 liegt zwischen einem geeigneten Punkt der Wickelung 15 und einem geeigneten Punkt der Haupttransformatorwickelung.
Das gewünschte Resultat kann auch dadurch erzielt werden, dass man die Phase der auf die Erregerfeldwickelung wirkenden elektromotorischen Kraft ändert, wie beispielsweise in Fig. 11 gezeigt, wobei eine elektromotorische Hilfskraft, die phasengleich ist mit der vom Erreger erzeugten, auf die Schliessung des Erregerankers wirken gelassen wird, u. zw. durch einen
Transformator. 16.
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ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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