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die den Anforderungen schwerer Regelbertriebe, wie Förderanlagen, Reversierwalzwerke u. dgl., in bezug auf Kommutierung und Leistungsfaktor genügen. Bei WeehseIstrom-Gleichstrom-Einankerumformern gewöhnlicher Bauart beträgt der heute praktisch erreichbare Regelbereich 15 der mittleren Bürstenspannung, ein Bereich, der für schwere Regelbetriebe vollkommen unzureichend ist, wenn auch diese Maschinen in bezug'auf Überlastbarkeit und in bezug auf den Leistungsfaktor entsprechen würden.
Andere Regelumformer, wie die Spaltpolumforl1ler. sind zwar in der Spannung in 'hr weiten Grenzen regelbar, weisen aber auch bei Vorhandensein von Wendepolen schechte Kommutierung auf, u. zw. besonders dann, wenn der Leistungsfaktor nahe an eins liegt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf mit Wendepolen versehene ein-oder mehrphasige Einankerumformer, an denen das Verhältnis zwischen Wechsel-und Gleichspannung wie bei gewissen bekannten Spaltpolumformern in der Weise geregelt wird, dass der Winkel zwischen der Achsenrichtung des resultierenden Maschinenfeldes und der Kollektorbürstenachse geändert wird. Die Erfindung besteht in einer Ausgestaltung des eben genannten Regelverfahrens, dahingehend, dass die Gegenamperewindungen des Ankers unterdrückt oder kompensiert werden. Im folgenden wird dieses Verfahren theoretisch begründet, wobei die nachstehenden Ableitungen auf die ohmsehen und induktiven Widerstände keine Rücksicht nehmen.
In Fig. 1 ist das Vektordiagramm der Amperewindungen des zu besprechenden Regelumformers dargestellt. In der Maschine entstehen folgende Gruppen von Amperewindungen (AW.)
1. Die die Hauptpole umschlingenden Erreger-AW., deren Achse in Fig. 1 mit l'bezeichnet ist.
Sie sind beim Spaltpolumformer die Resultierende ans den Teilerregungen der Spaltpole.
2. Die durch den im Anker fliessenden Gleichstrom hervorgebrachten \ W. Diese GIeichstrol1l- Anker-AW. sind in Fig. 1 durch den Vektorq dagestellt.
3. Die durch den im Anker fliessenden Wechselstrom erzeugten AW. Diese Wechselstrom-Anker-AW sind in Fig. 1 durch den Vektor d dargestellt.
Die Anker-AW. des Gleichstroms und jene des Wechselstroms lassen sich in je zwei Komponenten zerlegen, u. zw. in Richtung der Achse der Erreger-AW. und senkrecht dazu. Die mit den Erreger-AW. gleichachsigen Komponenten werden als Gleichstrom-Gegen-AW. (Gg) und als Wechselstrom-Gegen-AW.
(dg) bezeichnet ; sie wirken magnetisierend oder entmagnetisierend auf das Hauptfeld ein. Die senkrecht zur Achse der Erreger-AW. stehenden Komponenten werden als Gleichstrom-Quer-AW. (gq) und als Wechselstrom-Quer-AW. (dq) benannt.
Die Wirkungsweise der Wendepole wird durch die Erreger-AW. nicht beeinflusst, da das Wendefeld von diesen nicht umschlungen wird. Dagegen ist das Wendefeld mit den Anker-AW. verkettet. In jedem Einankerumformer heben sich die Anker-Quer-AW. des Gleichstroms und jene des Wechselstroms gegenseitig auf. Es verbleiben also nur die Gegen-AW. des Gleichstroms und des Wechselstroms, die einander im allgemeinen nicht aufheben. Im gewöhnlichen Einankerumformer stehen diese Gegen-AU'. immer senkrecht zur Bürstenachse, können hier also ein vorhandenes Wendefeld nicht beeinflussen, da die Bürstenachse zugleich die Achse des Wendefeldes ist.
Bei einem Umformer aber, dessen Feldaehse gegen die Bürstenachse geneigt ist-und dies ist bei den Umformern, auf die sieh die Erfindung bezieht, bei herabgeregelter Gleichspannung der Fall-ergeben die Gegen-AW. im allgemeinen eine Komponente in der Richtung der Wendefeldachse.
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Die Erfindung beruht nun auf der eben begründeten Erkenntnis, dass die Kommutierungsschwieng- keiten, die sich bei durch Feldverdrehung geregelten Einankerumformern trotz der Verwendung von Wendepolen einstellen, ihre wesentliche Ursache in den Gegen-AW. des Ankers haben, besonders aber in jener Komponente der Gegen-AW., die in dieWendefeldachse fällt. Gutes Wendefeld muss bei Gh'ich-
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des Wendepolluftraumes und der Wendepolwindungszahl die erwähnte Proportionalität zwischen Wendc- feld und zu kommutierendem Strom noch nicht zu erzielen, denn sie wird durch die dem letztgenannten Strom nicht proportionalen Gegen-AW. des Ankers gestört.
Die Erfindung besteht darin, dass die Gegen-AW. des Ankers zur Gänze oder wenigstens im Bereiche der Wendepole unterdrückt werden. Es sind zwar Mittel zur Unterdrückung schädlicher Ankr-AW.
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in Frage stehende Komponente der Ankerreaktion noch nicht angewendet worden.
Die gänzliche Unterdrickung derGegen-AW. des Ankers ist beispielsweise in folgender Art durchführbar : Es gibt für jeden Winkel zwischen Kollektor-Bürstenachse und Feldachse eine ganz bestimmte. rechnungsmässig festlegbare Erregung, bei der die Wechselstrom-Anker-AW. die Gleichstrom-Anker-AW. vollständig aufheben. Bei dieser Erregung werden nicht nur die Wechstrom-Quer-AW. durch die GIeichstrom-Quer-AW., sondern auch die Wechselstrom-Gegen-AW. durch die Gleichstrom-Gegen-AW. kompensiert. Erfindungsgemäss wird die Erregung des Umformers in jedem Betriebszustande oder bei den wichtigsten Betriebszuständen auf jenen Wert eingeregelt. Dieser ergibt sich aus der nachstehenden Betrachtung.
Die Klemmenspannung auf der Wechselstromseite erfordert ein ganz bestim te"resul-
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Erregung weder unter- noch übererregt. In Fig. 2a ist für diesen Fall das Vektordiagramm der Anker-AW. dargestellt. Der Vektor der gesamten Wechselstrom-Ankr-AW. d schliesst mit der Achse der Wechselstrom-Quer-AW. einen Winnkel dq ein. der mit dem Phasenverschiebungswinket der Wechselstromseite identisch ist. Dieser Winkel ist als Normalwinkel gleich jenem Winkel, den die Feldachse f gegen ihre
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z. B., dass dessen Leistungsfaktor kapazitiv ist, wenn die Herabregelung der Gleichspannung durch eine Feldverdrehung im Sinne der Ankerdrehrichtung erfolgt und wenn hiebei die Gleiehstromseite genera- torisch belastet ist.
Die Maschine wirkt dann in einem durch die übrigen Verbraucher induktiv belasteten Netz als Phasenverbesserer, trotzdem sie für sich allein einen kleinen Leistungsfaktor aufweist. Die bekannten Spaltpolumformer wurden dadurch geregelt, dass man das Verhältnis der Er-
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schien zulässig, da das zu regelnde Verhältnis zwischen Wechsel-und Gleichspannung durch den absoluten Betrag der resultierenden Erregung nicht beeinflusst wird. Wie schon bewiesen wurde. gibt es aber bei jeder Feldlage, also bei jedem Verhältnis der Teilerregungen einen günstigsten Wert der resul-
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apparate von an sich bekannter Anordnung derart zu bemessen, dass die jeweils resultierende Erregung jenen gÜnstigsten Wert besitzt.
Es ist dies jener Wert der Erregung, der für sich allein gerade das von
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Es wurde schon hervorgehoben, dass ein nach dem erläuterten Verfahren geregelter Umformer auch hinsichtlich des Leistungsfaktors unter geeigneten Bedingungen vorteilhaft arbeitet. Soll aber eine solche Umformeranlage grundsätzlich mit dem Leistungsfaktor 1 arbeiten, so bedarf es der Vereinigung zweier Umformer oder Umformergruppen.
Erfindungsgemäss wird bei Vorhandensein zweier Umformer oder Umformergruppen die Verbesserung des Leistungsfaktors dadurch erzielt, dass die Annäherung der Hauptfeldachse an die Kollektorbürstenachse in einem Umformer oder in einer Umformergruppe entgegen dem Sinne der Ankerdrehung (VektordiagTamm Fig. 2a) und in einem zweiten Umformer oder einer
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Winkel zwischen Feldachse und Kollektor-Bürstenachse vorhanden ist, unabhängig vom Vorzeichen dieses Winkels.
Dagegen ist nach Fig. 2b der Voreilungssinn zwischen den Wechselstromquer-AW. dq und den gesamten Wechselstrom-Anker-AW. d gegenüber Fig. 2a entgegengesetzt ; das heisst, wenn bei der Regel-
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lastung (Fig. 9fi) und durch den zweiten Umformer eine kapazitive Belastung (Fig. 2 !)). Die Spannungsverhältnisse und die Belastungen sind an beiden Umformern gleich, daher sind die wattlosen Wechsel-
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Einzelverbraueher.
Bei Parallelschaltung der beiden Kollektoren und auch der Schleifringe gleichen sich die wattlosen Stromkomponenten entweder unmittelbar über die Schleifringe aus. oder bei Parallelschaltung
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Parallelschaltung der Schleifringe der genannte unmittelbare elektrische Ausgleich und bei Trennung der Schleifringe der genannte mittelbare magnetische Ausgleich der wattlosen Stromkomponenten ein.
Werden die beiden Umformer über getrennte Transformatoren gespeist, so heben sich sowohl bei Reihenschaltung als bei Parallelschaltung als auch bei vollkommener Trennung der Kollektoren die wattlosen
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Es kann also bei jeder Ausführungsart der erfindungsgemässen Vereinigung der beiden Umformer ein guter Netzleistungsfaktor erzielt werden. Die Gleichheit der Verhältnisse zwischen Wechsel-und Gleichspannung und die Gleichheit der Belastungen der beiden Umformer ist nur ein besonders günstiger Fall, aber nicht unerlässlich Bedingung fiir die gute Wirkung des neuen Umformers.
Im allgemeinen wird
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zweier vorhandener Regelumformer nicht bei glichem, sondern entgegengesetztem Feldverdrehungssinne vorgenommen wird.
Besteht die Umformeranlage aus mehr als zwei Umformern, so gilt alles für zwei Umformer Gesagte
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aber auch diese Maschinen mit einander auf irgend eine Art lösbar oder unlösbar mechanisch kuppeln. Falls die mechanische Kupplung unlösbar und starr ist, muss gleichzeitig mit der magnetischen Feldverdrehung eine mechanische Verdrehung der Ständer samt den Bürstenbrücken vorgenommen werden.
Dies kann z. B. bei einem Doppelumformer mit gemeinsamer Welle für die beiden Umformer in folgender Weise erfolgen.
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Kollektorbürstenachse in beiden Umformern gleichzeitig und im entgegengesetzten Sinne der Haupt- feldachse zu nähern.
Dem Übelstande eines schlechten Leistungsfaktors könnte auch bei Vorhandensein von nur einer Maschine bzw. an jeder einzelnen Maschine gesondert abgeholfen werden, indem man, wie bei gewöhnlichen Einankerumformern allgemein üblich, die Stärke der Erregung ändert. Bei einer solchen Erregungs-
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