<Desc/Clms Page number 1>
Mehrphasen-Kollektormaschine mit in Reihe geschalteten Arbeitswicklungen des Ständers und des Läufers.
EMI1.1
der Erregerwicklung und der Bürsten und durch die Grösse und Phase des Erregerstromes bestimmt wurde. Sollte ein derartiger Motor als Reibenschlussmotor betrieben werden, dann musste zur Erzeugung des Feldes entweder eine Verschiebung der Bürsten aus der Achse der Ständer- wicklung erfolgen, wodurch die Verwendung von Wendepolen erschwert wurde, oder es musste einebesondereum90 gegendieStänderarbeitswicklungversetzteErregerwicklungaufgebracht werden, wodurch die Herstellung der Ständerbewicklung komplizierter wurde, und da die kompensierende Ständerarbeitswicklung am oberen Teil der Nutenr, also nahe dem Anker, verlegt werden musste,
blieb fir die Feldwicklung nur der Nutengrund übrig. Damit ist aber eine
EMI1.2
und so die Phase der Erregerspannung mit Hilfe dieses Transformators den Jeweiligen Bedürfmssen des Motors anzupassen. Ferner ist die Phasenzahl. mit welcher der Erregerstrom zugeführt wurde, von der Zahl der Bürstenstifte bzw. der Zahl der Motorphasen abhängig, so dass kein vollkommenes Drehfeld zustande kam.
Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung. bei einer Mehrphasen-Kollektormaschine nnt in Reihe geschalteten Arbeitswicklungen des Ständers und des Läufers das Aufbringen einer
EMI1.3
nach Grösse und Phase durch die Einstellung bzw. Regelung der den Erregerstrom von der Schlüpfungsfrequenz liefernden bzw. führenden Teile erfolgt. Hiebei lässt sich gleichzeitig in einfacher Weise die Zahl der Phasen für den Erregerstrom beliebig erhöhen und ein vollkommenes Diehfelderzielen.
EMI1.4
verteilten Punkten anzapft und diese Anzapfungen direkt oder über Schleifringe mit Regelungswiderständen, Drosselspulen oder Kapazitäten verbindet.
In Fig. 1 bedeutet D eine in den Motor
EMI1.5
phasen-Kollektormotors, welche über die Bürsten b1, b2, b2 mit der Rotorwicklung in Reihe geschaltet sind. Für den Fall nun, dass die beiden Arbeitswicklungen des Ständers und des Läufers
EMI1.6
an diese angeschlossenen Widerstände gar keinen Wattstrom abgeben, sondern nur Magnetisierungsstrom und dieser Magnetisierungsstrom erzeugt in der Kollektormaschine das Feld und bestimmt ihre Tourenzahl als Motor. Dieses so entstehende Drehfeld ist um so vollkommener, an je mehr Punkten der Läufer angezapft wird, da. bekai-nt. ich die Intensitätsschwankung des Drehfeldes mit der Zunahme der Phasenzahl abnimmt. Durch die Grösse der Widerstände, Drosselspulen usw.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Wie bei einem mit Kollektor versehenen Periodenumformer die Spannung nach Grösse und Phase legate werden kann, darf als bekannt vorausgesetzt werden, es sei bloss auf die Ver- wendung eines regelbaren vorgeschalteten Transformators und auf die Bürstenverstellung ver- wiesen.
Schaltet man gemäss Fig. 2 einen mit Kollektor C. versehenen Periodenumformer P auf den Läufer des Kollektormotors K, so entsprechen die vom Periodenumformer vom Netz aufgenommenen Voltampère nur dem Betrage der Erregerleistung der Kollektormaschine K, reduziert im Verhältnis der Schlüpfperiodenzahl zmr Netzperiodenzahl. In Fig. 2 bedeutet ferner N das Primärnetz, C1 den Kollektor der Maschine K und T einen regelbaren Transformator. Wie man aus der Fig. 2 ersieht, sind die Bürsten des Kollektors 01 mit der Ständerwicklung von K in Reihe geschaltet, während die Erregerströme dem Läufer von K über Schleifringe vom Periodenumformer P mit der Frequenz der Schlüpf ung zugeführt werden.
Der Transformator dient dazu, die Erregerspannung in ihrer Grösse einzustellen und zu regeln.
Will man beim Periodenumformer den Kollektor vermeiden, dann kann man hiefür auch eine gewöhnliche Induktionsmaschine verwenden, deren einer Teil (z. B. Ständer) gegebenenfalls über einen regelbaren Transformator oder dgl. an das Netz, deren anderer Teil (Läufer) mehr-oder vielphasig an den Läufer der Kollektormaschine angeschlossen wird. In diesem Falle entspricht die Zahl der vom Induktionsmotor aufgenommenen Voltampere der vollen Erregerleistung der Kollektormaschine.
Wir wollen zunächst auch noch weiter voraussetzen, dass die effektiven Windungszahlen der Ständer-und Läuferwicklung der Mehrphasenkollektormaschine einander gleich sind, so dass also kein Wattstrom vom Läufer in den Perioden umformer abfliessen kann. Die Induktionsmaschine kann hiebei freilaufend betrieben werden und eine erheblich kleinere Polzahl als die Kollektormaschine erhalten, so dass sie schneller läuft, und relativ billiger wird. Sie kann aber auch mechanisch angetrieben oder gemäss Fig. 3 und 4 direkt gekuppelt sein. Die Regelung ihrer Läuferspannung kann durch Regelung der Ständerspannung, z.
B. mit Hilfe des Transformators T
EMI2.2
die Spannung am Ständer, welche die Erregerspannung für den Kollektormotor ist, auch durch Ab-und Zu-oder durch Umschalten der Ständerwicklung erfolgen. Der Ständer kann feststehen oder auch drehbar angeordnet sein, um die Phase oder Erregerspannung einstellen zu können.
Die Feldstärke der Kollektormaschine wird durch die Grösse des von der Induktionsmaschine dem Läufer zugeführten Magnetisierungsstroms bestimmt, dieser Magnetisierungsstrom ist aber wieder eine Funktion der Sekundärspannung der Induktionsmaschine, und diese Sekundär- spannung ist eine Funktion des Feldes und der Schlüpfung der Induktionsmaschine. So hängt also indirekt die Feldstärke der Kollektormaschine von der Feldstärke der Induktionsmaschine ab.
Ist E die den in Reihe geschalteten Arbeitswicklungen der Kollektormaschine zugeführte Spannung, so wird diese Spannung durch das Vorhandensein eines Drehfeldes in zwei Spannungen Cl und e2 zerlegt, wobei el die durch das Drehfeld in der Ständerarbeitswicklung induzierte
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
beim späteren Betrieb die Bmstenachse mit der Ständerwicklungsachse gleiche Richtung haben kann. Wenn eine Abweichung während des Betriebes bestehen bleibt, so hat das in erster Linie Einfluss auf die Phasenverschiebung der Kollektormaschine, wenn sie als Nebenschlussmotor betrieben wird.
Es erfolgt hiebei also ein Anlassen und Einstellen der Phase durch ein einziges Regelungsmanöver. Ein Anlauf mit geringerem Drehmoment kann aber auch so bewirkt werden, dass man die erregende Induktionsmaschine als Anwurfsmotcr benutzt, indem man sie eventuell unter völliger Abschaltung des Kollektormotors in gewöhnlicher Weise durch einen Anlasswiderstand zum Anlauf bringt.
Wenn nun auch die Induktionsmaschine im wesentlichen zur Erregung der Mehrphasen- Kollektormaschine dient, so ist es jedoch auch möglich, sie gleichzeitig im beschränkten Masse zur Arbeitsleistung mit heranzuziehen. Sie darf zu diesem Zwecke nicht mehr freilaufend sein, sondern ein mechanischer Antrieb oder direkte Kupplung ist zur Arbeitsleistung unbedingt erforderlich-Ist nämlich die effektive Windungszahl der Ständerarbeitswicklung beim Kollektormotor kleiner als die dfs Läufers, so muss im Ständer wegen der Neutralisierung der Läuferampere- windungen ein Arbeitsstrom grösserer Stärke als im Läufer thessen. Wegen der Reihenschawltungen der Wicklungen ist dieses aber nur möglich, wenn die Differenz beider Ströme abgeführt werden kann.
Bei dem Gegenstand vorliegender Erfindung ist aber dieses Abfliessen der Differenz beider Ströme möglich. Der differenzstrom fliesst als Wattstiom in den Sekundärteil der Induktionsmaschine, welche nunmehr auch primare Leistung dem Netz entnimmt und die so aufgenommene elektrische Energie in mechanische Arbeit umsetzt. Die Eigenschaften der Induktionsmaschine als Erregelmaschine bleiben hiedurch im wesentlichen unberührt.
Ihre Leistung als Motor hängt von dem Verhältnis der Windungszahlen der Kollektormaschme ab, und kann gegebenenfalls die Leistung der Kollektotmaschuie erhebhch übertreffen.
EMI3.5
kann aber ganz allgemein sagen, dass das Einrichtung zur Regelung der beschriebenen MehrphasenKollektormaBchine darauf beruht, die dem Läufer zugeführte Erregerspannung von der Frequenz der Sehiüpfung nach Ghösse und Phase zu regeln. Diese Regelung kann von Hand oder auch
EMI3.6
gewollte Kompoundierung erzielt wird.
Als Hilfsmittel zur Regelung können in bekannter Weise Serien- oder Paralleltransformatoren, Potentialregler, Bürstenverstellvorrichtung, Widerstande, Drosselspulen, EMK usw. verwendet werden, und als neues Mittel käme speriell bei Verwendung einer Induktionsmaschine als Erregermaschine die Verschiebung und Drehung des Ständers dieser Induktionsmaschine hinzu.
In dem Beispiel der Fig. 4 ist die erregende Spannung eine von der Belastung unabhängige Spannung. Es bedeutet A die mit der Kollektormaschine K direkt gekuppelte Induktionsmaschine, welche als Periodenumformer dem Läufer von K die Erregerströme durch die Verbindungsleitungen L liefert. Die Zahl der Verbindungsleitungen L kann beliebig gross gemacht werden und sie allein bestimmt die Phasen zahl der Erregerströme. Der Transformator T dient dazu, die unabhängige Erregerspannung der Grösse nach einzustellen. In diesem Falle arbeitet der Mehrphasen-Kollektormotor als reiner Nebenschlussmotor und der geometrische Ort seines Stromes ist ein Kreis. Die Lage dieses Kreises ist von der Grösse und Phase der Erregerspannung abhängig und es lässt sich erreichen, dass der Kollektormotor vollständig kompensiert arbeitet.
Ist bei einer gegebenen Tourenzahl die Phase der Erregerspannung auf Kompensation des Kollektormotors eingestellt, so muss dieses Einstellung bei geänderter Tourenzahl ebenfalls geändert werden, da jeder Tourenzahl ein anderer Diagrammkreis des KolMttormotors entspricht.
Es lässt sich natürlich eine Einrichtung treffen, welche die zu jeder Tourenzahl erforderliche Einstellung der Phase der Erregerspannung bewirkt, Bo dass die Regelung der Tourenzahl und der Phasenverschiebung des Kollektormotors gleichzeitig und in Abhängigkeit voneinander derart erfolgt, dass für den ganzen Regelungsbereich ein Minimum an Phasenverschiebung er-
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
Charakter eines Reibenschlussmotors dadurch geben, dass man den Strom der primären (induzierenden)Wicklung der erregenden Induktionsmaschine mit dem Strom derArbeitswicklungen der Kollektormaschine gegebenenfallr, duh direkte oder indirekte R ihenschaltung gleichsinnig veränderlich macht.
Die Tourenzahl dieses Reihenschlussmotors kann durch Bürstenverstellung am Kollektormotor oder durch Verdrehung des Ständers der Induktionsmaschine geregelt werden, während die Phasenverschiebung durch Einstellung oder Regelung der Grösse der erregenden Spannung oder durch das Verhältnis der effektiven Kollektormaschine Windungszahlen des Ständers und Läufers der effektive eingestellt oder geregelt wird. Bei übersynchronem Betrieb wird eine Phasenverbesserung erreicht, wenn die maschine A Windungszahl des Ständers kleiner, als die des Läufers ist, dagegen wird das maximale Drehmoment beim Anlauf erreicht, wenn das Verhältnis umgekehrt ist. Das Verhältnis der Windungszahlen könnte auch im Hinblick hierauf regelbar gemacht werden.
In Fig. 3 ist ein Reihenscblussmotor dieser Art dargestellt und es ist die Bezeichnungsweise die gleiche wie in Fig. 4. In Fig. 3 ist nun die Ständerwicklung der Induktions- Kollektormaschine mit der Ständerwicklung der Motor Reihenschlusscharakter verliehen. auch K in Reihe geschaltet und dadurch dem Kollektormaschine zu erörtern. hier ist clie Zahl der Verbindungsteitungen und demnach die Zahl der Erregerphasen beliebig wählbar.
EMI4.2
und für die Regelung der Spannung und Frequenz sind die Verhältnisse sinngemäss zu übertragen.
Die Regelung der Frequenz erfordert im wesentlichen die gleichen Mittel, wie die der Tourenzahl beim Motor, die Regelung der Spannung im wesentlichen die gleichen Mittel, wie die Regelung der Phasenverschiebung beim Motor.
Es bleibt nun noch übrig, die Frage der Kommutierung bei der beschriebenen Mehrpasen- an, die Erregerströme Nimmt man werden von einem Perioden- umformer geliefeit, dann sind Wendepole bei der Kollektormaschine wohl anwendbar, unabhängig davon, ob die Maschine als Nebenschluss- oder Hauptstrommaschine läuft : denn wie oben beschrieben, ist ja ein Betrieb als Hauptstrommotor bei fester Bürstenstellung möglich.
Ist der Periodenumformer eine direkt gekuppelte Induktionsmaschine ohne Kollektor, dann kann die Phasen zahl der Erregerströme gleich der Lamellenzahl der Kollektormaschine gemacht werden, indem jede Kollektorverbindung auch mit einem entsprechendenPunkte derLäufer-
EMI4.3
Wattstrom liefeit. Trotzdem also beide Läufer parallel an den Kollektor angeschlossen sin < ), fühlt nur der Läufer der Kollektotmaschine den kommutierten Bürstenstrom.
Betrachtet man nun die durch die Kollektorbursten kurzgeschlossenen Ankerspulen der beiden Läufer, so befindet sich mit jeder Spule des einen Läufers jeweils auch eine entsprechende Spule des anderen Läufers im Kurzschluss. Der diese beiden Ankerspulen durchfliessende Erreger-
EMI4.4
beider Spulen in bezug auf die Bürste im entgegengesetzten Sinne fliessen.
Andeis ist es aber mit dem die Ankerspule der Kollektormaschine allein durchthessenden
EMI4.5
lässt sich : dutch Wendepote auf beiden Maschinen unterdrücken. Gibt man nur einer Maschine Wendepole, so sind diese so stark zu erregen, dass ein Überschuss an EMK in der Kurzschlussspule induziert wird, welcher den Kurzschlussstrom der parallelen Spule von der Bürste absaugt und durch die erste Kurzschlussspule leitet.
Man ist auch imstande, die Funkenbildung in der Weise zu unterdrücken, dass man die
EMI4.6
<Desc/Clms Page number 5>
dass für alle Betriebszustände die Bürsten von schädlichen Kmzschlussströmen freibleiben. Die mögliche Zahl der Wendepole ist im allgemeinen pro Maschine = 2. p. m., wobei n die Phasen-
EMI5.1