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Umformer mit Zusatzmaschine.
Vorliegende Erfindung betrifft Umformer mit Zusatzmaschine und bezweckt eine einfache wirksame und im wesentlichen genaue Kompensierung zu schaffen und gute Kommutierungsbedingungen zu schaffen.
Ein Umformer mit Zusatzsynchronmaschine ist eine aus einem Umformer und einer damit mechanisch gekuppelten Wechselstromzusatzmaschine (booster) bestehende Maschine, wobei die Läufer der beiden in Reihenschaltung verbunden sind. Bei der meist gebräuchlichen Ausführungsform sitzen der Umformer und die Zusatzmaschine auf derselben Welle und die Feldmagnete der beiden sind auf einer gemeinsamen Bodenplatte angeordnet ; die Verbindung der Läufer in Reihe ist eine dauernde ; am eigentlichen Umformer sind keine Schleifringe vorhanden.
Die gesamte Ankerreaktion eines Umformers, nämlich die beim Betrieb auftretende resultierende Reaktion, die durch Summierung der Reaktion der Gleichstrom-und der Weichselstromseite über den ganzen Umfang des Ankers erhalten wird, ist für gewöhnlich die eines Motors, d. h. die Wechselstromreaktion überwiegt. Betrachtet man aber die Wendezonen für sich, d. h. die unmittelbar unter den Bürsten liegenden Spulen, die für die Kommutierung allein in Betracht kommen, so zeigen Versuche und Rechnung, dass die normale Reaktion in diesen Zonen, die eines Generators ist, d. h. die Gleichstromreaktion überwiegt.
Der Umformer mit Zusatzmaschine unterscheidet sich wesentlich von einem einfachen Umformer, insbesondere hinsichtlich der Ankerreaktion ; beim Betrieb des Aggregats kann die Erregung der Feldmagneten der Zusatzmaschine umgekehrt werden, wodurch die erzeugte Spannung die dem Kollektor aufgedrückte Spannung erhöhen oder verringern kann. Wenn das Feld so erregt wird, dass die erzeugte Spannung der aufgedrückten Spannung entgegenwirkt, so läuft die Zusatzmaschine als Motor. Ist das Feld jedoch so erregt, dass die erzeugte Spannung die aufgedrückte steigert, so läuft die Zusatzmaschine als Generator.
Im ersteren Falle, wo der Umformer auch von der Zusatzmaschine Antrieb erhält, gibt er etwas zusätzlichen Gleichstrom als Generator ab. Die hierdurch hervorgerufene Reaktion der Wendezonen addiert sich sonach zur Ankerreaktion des einfachen Umformers. Andrerseits wird, falls die Zusatzmaschine als Generator läuft und vom Umformer getrieben wird, der somit als Motor wirkt, die Motorwirkung des einfachen Umformers entsprechend vergrössert und die zusätzliche Motor-oder Wechselstromreaktion der Wendezonen wirkt der oberwähnten Reaktion der Wendezonen des-einfachen Umformers entgegen oder subtrahiert sich hiervon.
Aus den vorstehenden theoretischen Erwägungen ergibt sich, dass die Stärke des Kommutierungsfeldes zwei Anforderungen genügen muss, um eine gute Kommutierung zu sichern.
Erstens muss die Kommutierungsfeldstärke sich mit der Belastung des eigentlichen Umformers ändern und zweitens muss sie sich nach der zusätzlichen Ankerreaktion richten, die durch die Zusatzmaschine eingeführt wird und wie oben dargelegt, negativ oder positiv sein kann.
Bisher hat man die ersterwähnte Anforderung erkannt und ihr durch eine an die Hauptleitung angeschlossene Reihenfeldwicklung entsprochen, so stets dass ein der Belastung entsprechender Strom durch die Wicklung floss. Die zweite Anforderung hat jedoch beträchtliche Schwierigkeiten verursacht und die Versuche, ihr zu genügen, waren weniger erfolgreich.
Vorliegende Erfindung bietet ein Mittel, beiden Anforderungen zu genügen. Eine Reihen-
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entsprechenden Stromes und eine Hilfsfeldwicklung die mit der Feldwicklung der zusätzlichen Maschine in Reihenschaltung verbunden ist, dient zur Änderung der Stärke des Kommutierungsfeldes nach Massgabe der zusätzlichen Ankerreaktion, die von den oberwähnten Umständen bedingt wird. Diese zusätzliche Ankerreaktion ist proportional dem zusätzlichen Gleichoder Wechselstrom im Umformeranker, der bei Erregung der Zusatzmaschine entsteht und daher steht die erörterte Reaktion in einer leicht zu ermittelnden Beziehung zum Feldstrom der Zusatzmaschine.
In der Zeichnung ist Fig. i eine schematische Darstellung eines Umformers und der damit
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In Fig. I ist ein Umformer 1 mit einer zusätzlichen Wechselstrommaschine 2 dadurch gekuppelt, dass beide auf einer gemeinsamen Welle 3 sitzen und die nicht gezeichneten Läuferwicklungen der beiden Maschinen, wie vorstehend erwähnt, in Reihenschaltung verbunden sind.
Die Leitungen 4 verbinden die Zusatzmaschine 2 mit irgendeiner geeigneten, nicht gezeichneten Wechselstromspeiseleitung.
Eine Hauptfeldwicklung J des Umformers 1 ist auf eine Anzahl von Hauptpolen 6 gewickelt und unter Vorschaltung eines regelbaren Widerstandes : 7 an die Gleichstrombürsten 8 des Umformers angeschlossen. Eine'Reihenkommutierungswicklung 9 ist auf eine Anzahl von Zwischenpolen 10 gewickelt und mit der Gleichstromseite des Umformerankers 11 in Reihenschaltung verbunden, so dass stets der volle Arbeitsstrom durch sie fliesst. Die zusätzliche Kommutierungsfeldwicklung 12, die nach der Erfindung mit der Feldwicklung 13 auf den Polen 14 der Zusatzmaschine in Reihenschaltung verbunden ist, ist ebenfalls auf die Zwischenpole des Umformers gewickelt und ein Umschalter 15 ist zwischen diese Feldwicklungen und die Gleichstromleitung 16 geschaltet.
Dieser Umschalter kann von Hand oder anderweitig betätigt werden, um die Stärke und Richtung des Feldstromes der Zusatzmaschine zu regeln, wenn sich die Belastung des Umformers ändert.
Beim Betrieb des Aggregats ändert sich das Kommutierungsfeld des Umformers nicht nur nach Massgabe des an die Gleichstrornleitung abgegebenen Arbeitsstromes, sondern auch nach Massgabe des Feldstromes der Zusatzmaschine, wenn diese die dem Umformeranker aufgedrückte Spannung ändert.
Die Zusatzmaschine ist zweckmässig so einzurichten, dass sie nur eine geringe Regelungwirkung äussert, d. h. sie soll eine grosse Steigerung des Feldstromes für eine kleine Steigerung der Belastung bei konstanter Spannung erfordern. Sie soll daher im Anker eine Ampere windungszahl aufweisen, die gegenüber der Amperewindungszahl des Feldes verhältnismässig gross ist. Die Wirkung einer Änderung des Arbeitsstromes auf das Kommutierungsfeld wird dadurch vergrössert, dass die Änderung des Stromes in der Kommutierungsfeldwicklung, die mit der Feldwicklung der Zusatzmaschine in Reihe geschaltet ist, gross ausfällt und es wird daher selbst eine geringe Änderung der Ankerreaktion des Umformers gut kompensiert.
In Fig. 2 sind zwei Diagramme eines Generators dargestellt, der sich als Zusatzmaschine für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders eignet. Die Kurve A ist die gewöhnliche Charakteristik, wobei die Ordinaten die Spannungen nach der linksseitigen Skala und die Abszissen die Stromstärken nach der unteren Skala angeben. Man sieht, dass die Kurve jener eines gewöhnlichen Reihensch1ussgenerators ähnlich ist. Die Kurve B zeigt die Änderung des Feldstromes desselben Generators bei einer Steigerung der Belastung, wobei die Spannung bei etwa 13 Volt normal ist ; der Strom in den Feldspulen ist auf der unteren Skala in Ampere angegeben, während die Belastung in Prozenten der Vollbelastung auf der rechtsseitigen Skala angegeben ist. Diese Kurve zeigt deutlich, dass der Generator ein geringes Regelungsvermögen aufweist.
Die Wirkung des Aggregats kann dadurch unterstützt werden, dass man einen Umformer verwendet, der von Haus aus günstige Kommutierungsverhältnisse aufweist. Bekanntlich kann man einer Dynamomaschine derartige Eigenschaften durch Benutzung von Hifslmitteln, wie eines grossen Luftspaltes unter den Kommutierungspolen und Sehnenwicklung und auf andere Weise erteilen.