Einrichtung zur Regelung der Kommutierung von Wechselstromkommutatormaschinen. In meinem amerikanischen Patent Nr. 889401 vom 17. Juni 1904 habe ich verschie dene Arten der Erzeugung und Erregung von Hilfsfeldern beschrieben, mittelst wel cher das Bürstenfeuer eines in Bewegung be findlichen Wechselstrommotors vollständig unterdrückt werden kann.
Ich habe dort gezeigt, dass jener Teil des Hilfsfeldes, welcher zur Unterdrückung der unter der Bürste kurzgeschlossenen und durch das Hauptfeld induzierten elektromotorischen Kraft dient, in Abhängigkeit von der Ge schwindigkeit des Wechselstrommotors ge regelt werden muss, will man vollkommene Kommutierung erreichen. Da die Schwierig keiten des Anlaufes die induzierte Segment spannung auf einen geringen Wert begrenz ten, so genügten die dort angegebenen ein fachen Regelungsverfahren, um eine theo retisch wohl nicht vollkommene, prak tisch aber befriedigende Kommutierung si cherzustellen.
In meinem Patent Nr. 117689 vom 11. September 1925 habe ich nun ein Ver fahren zur Regelung von Wechselstrom motoren beschrieben, welches gestattet, den Wert der induzierten Segmentspannung so gross zu wählen, dass die bis jetzt übliche Regelung des kommutierenden Hilfsfeldes den Ansprüchen an funkenfreien Lauf nicht mehr genügt.
Vorliegende Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zur Selbstregelung des Kommu tierungsfeldes von Wechselstrom-Kommuta tormaschinen, welche denselben eine zufrie denstellende Kommutierung auch in dem Falle sichert, wenn die induzierte Segment spannung viel höher, als heute üblich, ge wählt wird.
Diese Einrichtung besteht aus einem Hilfsgenerator, welcher mit der Wechsel strom-Kommutatormaschine, deren Kommu tierungsfeld geregelt werden soll, mittelbar oder unmittelbar gekuppelt ist, ferner aus einer Stromquelle, aus welcher die Erreger wicklung obgenannten Hilfsgenerators erregt wird, und aus einer selbsttätigen Regelungs vorrichtung, welche unter der Einwirkung einerseits der Spannung des genannten Hilfs- generators und anderseits der- Spannung der erregenden Stromquelle den Erreger strom des obgenannten Hilfsgenerators in der Weise regelt, dass das Verhältnis dieser zwei Spannungen von einer gewissen Mindest geschwindigkeit des Hilfsgenerators ange fangen bis zu den Höchstgeschwindigkeiten unverändert bleibt,
wobei der so betätigte Regler des Erregerstromes des Hilfsgenera- tors (kurz: ,Hilfsgeneratorregler") mit der Regelvorrichtung des Kommutierungsfeldes der zu beeinflussenden Kommutatormaschine (kurz: ,,Kommutierfeldregler") zwangsläufig so verbunden ist, dass jede Stellung des Hilfs generatorreglers zugleich eine zugehörige Stellung des Kommutierfeldreglers bestimmt.
Als erregende Stromquelle kann jede be liebige Stromquelle, also im Falle, wo das Kommutierungsfeld eines Kommutatormotors geregelt werden soll, zum Beispiel auch die Stromquelle des zu regelnden Kommutator motors selbst verwendet werden, doch emp fiehlt es sich, hierfür eine unabhängige Stromquelle (zum Beispiel eine Akkumula torbatterie, oder eine mit der zu beeinflussen den Kommutatormaschine gekuppelte Dy namomaschine) zu verwenden, um die jedes mal richtige Einstellung des Kommutierfeld- reglers unabhängig von der Haupstrom- quelle zu gewährleisten.
Zur Betätigung des Hilfsgeneratorreglers können zum Beispiel zwei Magnetspulen kerne dienen, welche mittelst Hebelarmes verbunden sind, deren eine Spule von der Spannung der erregenden Stromquelle, deren andere Spule aber von der Spannung des Hilfsgenerators erregt wird, und welche je nach Überwiegen der einen oder der andern Spannung über das vorgeschriebene Verhält nis den Antriebsmotor des Hilfsgenerator reglers und des ihm zwangsverbundenen Kommutierfeldreglers in dem einen oder im entgegengesetzten Sinne steuern.
Das Verhältnis der zwei Spannungen wird aber am zweckmässigsten mit 1 : 1 fest gesetzt werden, also die selbsttätige Einstel lung des Hilfsgeneratorreglers so erfolgen, dass die zwei Spannungen von einer Mindest geschwindigkeit der Kommutatormaschine angefangen, einander immer gleich sind. In diesem Falle kann der Antriebsmotor des Hilfsgeneratorreglers ohne besondere Relais unmittelbar durch die Spannungsdifferenz bezw. durch den Ausgleichsstrom der einan der gegengeschalteten Spannungen des Hilfs- generators und seiner Erregerstromquelle be tätigt werden.
Als Kommutierfeldregler kann jede be kannte Regelungsvorrichtung des Kommu tierungsfeldes benützt werden, so zum Bei spiel die Regelung des doppeltgespeisten Mo tors, wie ich dieselbe in meinem amerikani schen Patent Nr. 832741 vom 30. April 1904 beschrieben habe, oder eine regelbare Kom bination von Ohmschen und induktiven Wi derständen, welche den Hilfspolspulen der zu beeinflussenden Wechselstrom-Kommutator maschine parallelgeschaltet wird, oder eine be sondere Wechselstrom-Kommutatormaschine, welche vom Erregerstrom der zu beeinflus senden Wechselstrom-Kommutatormaschine er regt und deren Erregerstrom durch geeignete Vorrichtungen (zum Beispiel durch eine der Erregerwicklung parallelgeschaltete, regel bare Drosselspule) geregelt, bezw. durch die Stellung des Hilfsgeneratorreglers bestimmt wird.
Die Figur zeigt eine beispielsweise Aus führungsform meiner Erfindung. Der vom Fahrdraht 1 erregte Transformator 2 speist die in Reihe geschaltete Erregerwicklung 3, Ankerwicklung 4 und Kompensationswick lung 5 des zu beeinflussenden Wechselstrom motors, dessen Hilfspolwicklung 6 aus einem Stromkreis erregt wird, dessen Spannung einesteils der der Erregerwicklung 3 paral lelgeschaltete und zur Unterdrückung der Kommutierungsreaktanz dienende Hilfstrans formator 7, andernteils die Kommutierfeld- maschine 8 liefern, welch letztere als Wech selstrom - Kommutatormaschine ausgebildet ist, deren Ankerwicklung 8 mit deren Kom pensationswicklung 9 in Reihe geschaltet die zur Unterdrückung der induzierten Seg mentspannung dienende Spannung liefert,
während deren Erregerwicklung 1(1 und der Nebensehlusswiderstand 11. der Kommutier- wieklunm 12 vom Erregerstrom der Erreger wicklung 3 des Hauptmotors durchflossen werden. Der in der Figur nicht gezeichnete Antrieb der Kommutierfeldmaschine 8, 9, 10, 12 kann durch einen beliebigen Motor möglichst unveränderlicher Geschwindigkeit, am zweckmässigsten durch den Repulsions- Induktionsmotor erfolgen, wie ich denselben in meinem Vortrag vor dem American In stitute of Electrical Engineers am 28. Mai 1906 beschrieben habe.
Auch wird auf die Welle der Kommutierfeldmaschine 8, 9, 10, 12 zweckmässig ein Zentrifugalschalter auf gesetzt werden, welcher den Stromkreis des Hauptmotors 3, 4, 5, 6 unterbricht, wenn die Geschwindigkeit der Kommutierfeldmaschine unter einen gewissen Mindestwert sinkt, und über demselben den Stromkreis des Haupt motors wieder schliesst. Mit dem zu beein flussenden Wechsel strommotor 3, 4, 5, 6 un mittelbar gekuppelt ist der Gleichstrom- Hilfsgenerator 15, 16, dessen Erregerwick lung 16 über den Ohmschen Regelwiderstand (,Hilfsgeneratorregler") 17 aus dem als Er regerstromquelle dienenden und durch seine Erregerwicklung 14 selbsterregten Gleich stromgenerator 13, 14 erregt wird.
Erreger stromgenerator 13, 14 ist beispielsweise eben falls mit dem zu beeinflussenden Hauptmotor 3, 4, 5, 6 gekuppelt. Erregerwicklung 14 und 16 werden mittelst des Umschalters 18 gleichzeitig mit dem Fahrtwender des Haupt motors 3, 4, 5, 6 umgeschaltet. Ankerwick lung 13 bezw. 15 der Erregerstromquelle bezw. des Hilfsgenerators sind einander über die Ankerwicklung 19 eines Antriebsmotors entgegengeschaltet, dessen Erregerwicklung 20 ebenfalls aus der Erregerstromquelle 13 erregt wird.
Sind nun die Spannungen der Erregerstromquelle 13 und des Hilfsgenera- tors 15 verschieden, so erzeugt ihre Span nungsdifferenz einen Ausgleichsstrom im Anker 19 des Antriebsmotors, der mittelst des Zahnradgetriebes 21 das Kontaktstück des Hilfsgeneratorreglers 17 und des mit dem selben zwangsläufig verbundenen Ankers 22 der Drosselspule 23 in Bewegung setzt und den Widerstand des Hilfsgeneratorreglers 17 so lange ändert, bis die Spannungsdifferenz zwischen der Erregerstromquelle 13 und dem Hilfsgenerator 15 verschwunden ist. Der neuen Stellung des Hilfsgeneratorreglers 17 entspricht so eine neue Stellung des Drossel spulenankers 22, also eine andere Erregung des Kommutierfeldreglers 8, 9, 10, 12, dessen Erregerwicklung 10 die veränderliche Dros selspule 23 parallelgeschaltet ist.
Jeder Stel lung bezw. jedem Werte des Widerstandes des Hilfsgeneratorreglers 17 entspricht aber eine bestimmte Geschwindigkeit des Hilfs- generators 15 bezw. des mit ihm gekuppel- ten Hauptmotors 3, 4, 5, 6, wie aus folgen dem ersichtlich ist. Es bedeute: E1 die Spannung des Hilfsgenerators 15, E2 die Spannung der Erregerstrom quelle 13, R den Wert des Widerstandes des Hilfs generatorreglers 17, nachdem der Antriebs motor 19 zum Stillstand gekommen, also E1=E2 geworden ist, V die Geschwindigkeit des Hilfsgenera- tors 15 bezw. des Hauptmotors 3, 4, 5, 6, C eine unveränderliche Konstante, I den Erregerstrom des Hilfsgenerators 15.
Dann bestehen für Werte des Erreger stromes I, welche unterhalb, der Sättigungs stromstärke liegen, die folgenden Bezie hungen:
EMI0003.0012
Da der Antriebsmotor 19 auf das Ver schwinden der Spannungsdifferenz zwischen E1 und E2 regelt, so ist ebenfalls die
EMI0003.0013
Der Wert von R, also die Stellung des Kontaktstückes des Hilfsgeneratorreglers 17 hängt also nur von der Geschwindigkeit des Wechselstrommotors 3, 4, 5, 6 ab.
Da die Stellung des Ankers 22, also die richtige Einstellung der Erregung des Kommutier- reglers 8, 9, 10, 12 ebenhalls nur von der Ge schwindigkeit V des Wechselstrommotors 3, 4, 5, 6 abhängt, so wird offenbar eine ent sprechende Abstufung des Widerstandes 17 gewünschte Erregung der Hilfspolwick- lung 6 des Wechselstrommotors 3, 4, 5, 6 zur Folge haben.
Unterhalb einer gewissen Mindestge schwindigkeit des Wechselstrommotors 3, 4, 5, 6 wird die Spannung des Erregergenera- tors 13 so klein, dass dann der Antriebsstrom zur Betätigung des Reglers 17 zu schwach wird. Der Regler wird dann aber schon eine selche Stellung erreicht haben, dass eine wei tere Bewegung desselben wegen der dann schon eingetretenen Sättigung des Kommu tierungsfeldes des Hauptmotors 3, 4, 5, 6 zwecklos, also unnötig geworden wird.
Im merhin wird es vorteilhaft sein, bei geringen Geschwindigkeiten oder vor dem Anlassen des Hauptmotors den Regelungsstromkreis mittelst des Ausschalters 24 zu unterbrechen und denselben erst zu schliessen, nachdem der Hauptmotor eine gewisse Mindestgeschwin digkeit erreicht hat, da sonst eine sichere Er regung des Erregerstromgenerators 13 nicht gewährleistet wäre. Der Schalter 24 wird zweckmässig zwangsweise mit dem Alterna tivschalter des Hauptmotors verbunden wer den, welcher den Hauptmotor 3, 4, 5, 6 vor dem Anfahren von der Wechselstromquelle auf die anlassende Gleichstromquelle um schaltet.
Statt den Generator 13, 14 durch den Hauptmotor anzutreiben, kann derselbe auch von dem Motor angetrieben werden, der zu gleich die Kommutierfeldmaschine 8, 9, 10, 12 antreibt. Auch kann statt des Generators 13, 14 eine Akkumulatorbatterie verwendet werden. In beiden letzteren Fällen wird es zweckmässig sein, den in diesem Falle unab hängigen Schalter 24 von einem Zentrifugal regler betätigen zu lassen, welcher densel ben unter einer gewissen Mindestgeschwin digkeit des Hauptmotors 3, 4, 5, 6 ausschal tet, nach Erreichung derselben aber ein schaltet.
Es ist klar, dass ein Regelungsaggregat teilweise oder auch ganz auch zur Regelung des Kommutierfeldes mehrerer, mechanisch miteinander (zum Beispiel über die Trieb räder einer Lokomotive) gekuppelter Haupt motoren verwendet werden kann.