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Schaltungseinrichtung für eine Einphasenkommutatormaschine, die als Generator (Nutzbremsung) oder als Motor betrieben wird.
Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Schaltungseinrichtung für eine Einphasenkommutatormaschine, deren Ankerstromkreis von einem Wechselstromnetz (direkt oder mit Zwischenschaltung eines Transformators) gespeist wild (als Motor oder Generator) mit besonderer Charakteristik zu betreiben. Dabei wird das Hauptmagnetfeld der Maschine, dessen Achse angenähert senkrecht zu der Bürstenachse steht, von einer der Netzspannung wenigstens annähernd phasengleichen Spannung erregt (indem z. B. die Hauptmagnetwicklung direkt oder über einen Zwischentransformator an die Netzspannung angeschlossen wird), so dass die Phase des Magnetfeldes um angenähert 900 der Netzspannung nacheilt.
Gleichzeitig wird der Stromkreis des Ankers ebenfalls von einer der Netzspannung phasengleichen Anschlussspannung (direkt oder mittels eines Transformators in beliebiger Abstufung)
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Generatorbetrieb eine Selbstinduktion gegeben, deren Reaktanzwert stets mindestens gleich ist dem Quotienten aus der Resultierenden der Anschlussnetzspannung des Ankerstromkreises und der durch die Rotation des Ankers in dem Hauptmagnetfeld induzierten Rotationsspannung, geteilt durch die zulässige Betriebsstromstärke des Ankers.
Die Generatorwirkung kommt im Wesen folgendermassen zu Stande. Die Stromstärke in dem Ankerstromkreis erhält durch die Einfügung einer hinreichenden bedeutenden Reaktanz eine Phasenverschiebung von nahezu gol gegenüber der resultierenden Spannung in diesem Stromkreis. Diese resultierende Spannung setzt sich zusammen aus der aufgedrückten Klemmenspannung und der durch die Rotation im Anker induzierten elektromotorischen Kraft. Da diese beiden Spannungen um ungefähr 900 voneinander abweichen, ist offensichtlich, dass die Stromstärke selbst eine Wattkomponente in Phase mit der aufgedrückten Spannung erhalten muss, welche die Generatorleistung bestimmt.
Hierfür diene noch folgende einfache theoretische Überlegung :
Wir bezeichnen die Anschlussspannung des Ankerstromkreises (in der Fig. 2 die Spannung an den Transformatolanzapfungen) mit el, die Rotationsspannung mit e21 die Stromstärke des Ankers mit i und die Reaktanz des Ankerstromkreises mit R, neben welcher der Ohmsche Widerstand aus bekannten Gründen der Ökonomie verschwinden soll, ferner den magnetischen Flux mit F, der proportional der Spannung < ; g der Magnetwicklung ist die Energieleistung der Maschine mit A und das Drehmoment mit D.
Es ist ersichtlich, dass e2 gegen ei ungefähr 900 Phasenverschiebung besitzt, und zwar je nach der Dreh, richtung vor-oder nacheilend ; weiter ergibt sich dann angenähert :
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äusserem Antrieb die Geschwindigkeit durch Variation einer dieser Grössen regeln, wodurch eine Eigentümlichkeit der Maschine hervortritt, indem das Drehmoment der Maschine ganz unabhängig von der Geschwindigkeit und Belastung bleibt. Wenn die vorhandene Selbstinduktion des Ankers zusammen mit den allfällig vorhandenen Kompensationswicklungen für die maximalen Werte von CI und c nicht ausreichen, so kann hierfür eine besondere Reaktanzspule angeordnet werden.
Um die Selbstinduktion des Ankers selbst zu erhöhen, kann es nützlich sein, die Kompensationswicklung, welche für bekannte Wechselstrommaschinen, z. B. Seriemotoren, zur Unterdrückung der Selbstinduktion des Ankers dient, durch Abschaltung ausser Wirkung zu setzen oder durch Umschaltung zur Vermehrung der Selbstinduktion heranzuziehen, Es ist selbstverständlich, dass bei Anwendung der neuen Schaltungseinrichtung alle jene bekannten Regeln in Anwendung gebracht werden können, welche die Kommutation erleichtern und verbessern, Bei Anwendung von Hilfspolen oder Querwicklungen ist dabei besonders auf die Intensität und Phasenverschiebung der elektromotorischen Kräfte Rücksicht zu nehmen,
welche in den von den Kollektorbürsten kurzgeschlossenen Ankerwindungen einerseits durch die Oszillation des Hauptmagnetfeldes und andrerseits durch die Rotation in dem Felde der Anker-und Kompensationswindungen induziert werden.
Die neue Schaltungseinrichtung findet vorzugsweise Anwendung auf elektrische Fahrzeuge, welche mit Hauptschlussmotoren (einfache Seriemotoren, kompensierte Seriemotoren, doppelgespeiste Seriemotoren u. dgl. ) betrieben werden und auf Gefällen oder beim Anhalten durch Nutzbremsung Energie in das Netz zurückliefern sollen. Für den normalen Betrieb (Motorbetrieb) kann dabei jede bekannte Methode der Steuerung und Geschwindigkeitsregelung benutzt werden.
In Fig. i der Zeichnung ist beispielsweise für den normalen Motorbetrieb eines Fahrzeuges angenommen, dass der Anker 1 eines kompensierten Hauptschlussmotors in Reihe mit einer passenden Hilfspolerregung 2, einer Kompensationswicklung 3 und der Hauptfeldwicklung 4 an eine der Spannungsstufen 5 des Haupttransformators 6 angeschlossen sei.
Für die Nutzbremsung wird nun die neue Schaltungseinrichtung angewendet, indem nach Fig. 2 die Magnetwicklung 4 an eine besondere Spannungsstufe 7, die ausser-und innerhalb des Stufenbereiches 5 gelegen sein mag, angelegt wird. Der Ankerstromkreis 1, 2 und 3 wird in Reihe mit der zusätzlichen Drosselspule 8 an passende Stufen des Haupttransformers 6 angeschlossen. Die Erregung der Hilfspole 2 wird nun im allgemeinen eine andere Einstellung erfordern als im normalen Betriebe (Motorbetrieb), welche durch einen besonderen Umschalter beim Übergang von dem einen zum anderen Betrieb bewirkt werden kann ; Wenn z. B. für den Motorbetrieb ein induktionsloser Nebenschluss zu den Hilfspolen nützlich ist, so kann für den neuen Betrieb ein induktiver Nebenschluss günstiger sein.
Für die Umschaltung von Fig. 2 auf Fig. i kann es bequem erscheinen, bei dem Motorbetrieb die Drosselspule 8 kurzzuschliessen. In der. Schaltung nach Fig. 2 vermag nach dem Gesagten die Wechselstrommaschine'nicht nur als Generator, sondern je nach der Drehrichtung und dem Sinne der Stromrichtung in der Magnetwicklung auch als Motor zu arbeiten. Immerhin wird der normale Motorbetrieb nach Schaltung der Fig. I sich bedeutend ökonomischer gestalten.
Gegenüber anderen bekannten Anordnungen für Nutzbremsung von Motoren mit Seriecharakteristik zeichnet sich die neue Schaltungseinrichtung besonders auch dadurch aus, dass zwischen der Magnetwicklung und dem Ankerstromkreise keinerlei magnetische und elektrische Verkettungen zu bestehen haben, welche eine Selbsterregung herbeiführen können.
Die Regelung der Zugkraft kann bei Anwendung der Schaltungseinrichtung mit dem gleichen Stufenschalter bewirkt werden, wie für den Motorbetrieb ; es kann aber auch eine Regelung der Erregung oder der Drosselspule vorgesehen werden. Die Magnetwicklung kann nach bekannten Fachregeln direkt oder mit Zwischentransformator, nötigenfalls auch mit induktivem Vorschaltwiderstand an die Netzspannung angeschlossen und durch die zugefühl te Spannung oder durch den Vorschaltwiderstand abgestuft werden.
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