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Anordnung zur zusätzlichen Wendefelderregung für elektrische Gleichstrommotoren
großer Leistung, insbesondere Walzmotoren, deren Drehrichtung durch Umkehren des
Motorerregerfeldes umsteuerbar ist Die Erfindung befaßt sich mit der zusätzlichen
Wendefelderregung von elektrischen Gleichstrommotoren mit veränderlicher Geschwindigkeit
und großer Leistung, deren Drehrichtung durch Umkehrung des Erregerfeldes umsteuerbar
ist. Bei diesen Motoren bereitet die Kommutierung erhebliche Schwierigkeiten. Es
genügt nicht, lediglich eine vom Ankerstrom durchflossene Wendepolwicklung vorzusehen.,
die ein dem Ankerstrom proportionales Wendefeld erzeugt; vielmehr muß durch Überlagern
einer zusätzlichen Wendefeldkomponente die Charakteristik des resultierenden Wendefeldes
in Abhängigkeit von der Belastung und der Drehzahl individuell für jeden solchen
Motor eingestellt werden.
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Für durchlaufende elektrische Gleichstrommotoren großer Leistung sind
Schaltungen bekannt, die es gestatten, vor der Abnahme eines solchen Motors im Werk
die Charakteristik des Wendefeldes in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Belastung
des Motors zu berichtigen, indem eine zusätzliche Wendefeldkomponente dem dem Ankerstrom
proportionalen Wendefeld überlagert wird. Diese zusätzliche Wendefeldkomponente
verstärkt bzw. schwächt in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand des Motors
das dem Ankerstrom proportionale Wendefeld desselben. Keine dieser bekannten Schaltungen
läßt sich aber für Umkehrmotoren, wie sie beispielsweise in Walzwerken benötigt
werden, anwenden, da die Schaltung für die Steuerung der Kommutierung bei jedem
Wechsel der Polarität der Erregerfeldwicklung umgekehrt werden müßte.
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Die Schwierigkeit, derartige die Charakteristik des Wendefeldes berichtigende
Schaltungen bei durch Umkehren des Erregerfeldes umsteuerbaren Motoren anzuwenden,
beruht insbesondere auf der Tatsache, daß aus anderen Gründen verlangt werden muß,
bei Umkehren des Erregerfeldes den Rest der Motoranschlüsse unberührt zu lassen.
Die Schwierigkeiten werden weiterhin dadurch vermehrt, daß die umzuschaltenden Leitungen
Ströme von beträchtlicher Größe führen, so daß die benötigten Umschalter bzw. Schütze
eine beachtliche Größe aufweisen müßten. Überdies bringen die großen Zeitkonstanten
der in Rede stehenden Motoren insofern Schwierigkeiten mit sich, als sich weder
der Erregerstrom noch das Maschinenfeld bei Umkehr der an die Erregerwicklung angelegten
Erregerspannung sofort umkehren.
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Durch die Erfindung wird eine Anordnung zur zusätzlichen Wendefelderregung
für Gleichstrommotoren großer Leistung geschaffen, die die Schwierigkeiten überwindet,
die sich bei den bekannten Anordnungen ergeben, wenn diese bei Motoren mit im Betrieb
umkehrbarer Drehrichtung angewendet werden sollen. Gemäß der Erfindung sind in dem
die Größe der zusätzlichen Wendefeldkomponente steuernden Kreis, der von der Erregerspannungsquelle
gespeist wird, Gleichrichter derart eingeschaltet, daß die Richtung der zusätzlichen
Wendefeldkomponente unabhängig von der Drehrichtung des Motors ist. Die zusätzliche
Wendefeldkomponente kann dabei in an sich bekannter Weise von der Drehzahl des Motors
allein oder von der Drehzahl und der Belastung des Motors abhängen. Diese verschiedenen
Abhängigkeiten können, wie ebenfalls bekannt, durch Verwendung einer besonderen
Hilfswicklung oder aber durch Vorsehen eines Nebenschlußkreises zu der vom Ankerstrom
durchflossenen Wendepolwicklung erhalten werden.
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In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben,
denen weitere Einzelheiten der Erfindung entnommen werden können.
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In den Fig. 1 und 2 werden Schaltungen gezeigt, bei denen die zusätzliche
Wendefeldkomponente von der Drehzahl des Motors allein abhängt und in einer besonderen
Hilfswicklung erzeugt wird. In den Fig. 3 und 4 sind Schaltungen wiedergegeben,
bei denen die zusätzliche Wendefeldkomponente von der Drehzahl und der Belastung
des Motors abhängt und durch
einen zur Wendepolwicklung des Motors
parallel geschalteten Nebenschlußkreis erzeugt wird.
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In der Fig. 1 wird der Stromkreis des Ankers M des umkehrbaren Walzmotors
aus einer an die Klemmen +, - angelegten, nicht dargestellten Gleichstromquelle
gespeist. In Reihe mit dem Anker 31 sind die Wendepolwicklung 3 und die Kompensationswicklung
2 geschaltet. Die Erregerwicklung 1 des Motors wird aus .einer nach Größe und Polarität
veränderbaren Gleichstromquelle gespeist, welche in der Figur schematisch durch
die Erregermaschine E dargestellt ist. Eine Umkehr der Polarität der Spannungsquelle
E bewirkt, da die Schaltung des Ankerstromkreises unverändert bleibt, eine Umkehr
der Drehrichtung des Motors. Durch Regeln der Größe der Spannungsquelle E kann in
bekannter Weise die Drehzahl des Motors eingestellt werden.
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Die vom Ankerstrom durchflossene Wendepolwicklung 3 erzeugt in bekannter
Weise ein Wendefeld, welches dem Ankerstrom und damit der Belastung proportional
ist.
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Um bei einem Motor großer Leistung eine befriedigende Kommutierung
zu erzielen, wird in der auf einem Wendepol angeordneten Hilfswicklung 5 eine zusätzliche
Wendefeldkomponente in Abhängigkeit vom Erregerstrom und damit von der Drehzahl
erzeugt. Die Hilfswicklung 5 wird dabei derart erregt, daß ihr Feld als zusätzliche
Wendefeldkomponente das von der Wendepolwicklung 3 hervorgerufene Wendefeld verstärkt.
Wenn der die Erregerwicklung 1 durchfließende Erregerstrom absinkt, also bei hohen
Drehzahlen des Motors, ist die Durchflutung der Hilfswicklung 5 verhältnismäßig
klein, so daß das Wendefeld im wesentlichen durch die Durchflutung der Wendepolwicklung
3 bestimmt wird. Bei geringerer Drehzahl, also bei größerem Erregerstrom, wirkt
sich hingegen die Durchflutung der Hilfswicklung 5 verstärkend auf die Durchflutung
der Wendepolwicklung 3 aus, so daß das resultierende Wendefeld aus dem Wendefeld
der Wendepolwicklung 3 und der zusätzlichen Wendefeldkomponente der Hilfswicklung
5 zusammengesetzt ist.
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Um diese von der Drehzahl des Motors abhängige Charakteristik des
Wendefeldes, welche durch die Verwendung der Hilfswicklung 5 erreicht wird, bei
Umkehr der Polarität der Erregerspannungsquelle E beizubehalten, ist die Hilfswicklung
5 mit einer Mittelanzapfung an das eine Ende der Erregerwicklung 1, deren anderes
Ende an den einen Pol der Erregerspannungsquelle E angeschlossen ist, verbunden,
während die beiden Enden der Hilfswicklung 5 über die eine entgegengesetzte Polarität
aufweisenden Gleichrichter 11 und 12 mit dem anderen Pol der Erregerspannungsquelle
E verbunden sind. Entsprechend der Polarität der Erregerspannungsquelle E wird also
entweder die linke oder die rechte Hälfte der Hilfswicklung 5 vom Erregerstrom derart
durchflossen, daß in beiden Fällen die Richtung der Durchflutung der Hilfswicklung
5 die gleiche ist. Durch die Verwendung der eine entgegengesetzte Polarität aufweisenden
Gleichrichter 11 und 12 wird also erreicht, daß die Richtung der durch die Hilfswicklung
5 hervorgerufenen zusätzlichen Wendefeldkomponente unabhängig von der Richtung des
Erregerstromes ist. Parallel zu den beiden Hälften der Hilfswicklung 5 sind die
regelbaren Widerstände R1 und R2 angeordnet, mit deren Hilfe vor der Abnahme des
Motors die Charakteristik des Wendefeldes in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors
in quantitativer Hinsicht eingestellt werden kann. Das in der Fig. 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel der Erfindung weicht vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 insofern
ab, als hierbei statt der mit Mittelanzapfung versehenen Hilfswicklung 5 die Hilfswicklung
6 verwendet wird, welche an die Gleichstromseite der in Graetzschaltung betriebenen
Gleichrichter 13 angeschlossen ist, welche wechselstromseitig in Reihe mit der Erregerwicklung
1 von der Erregerspannungsquelle E gespeist werden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung
entspricht vollkommen derjenigen der Fig. 1. Vorteilhaft ist hierbei, daß die Hilfswicklung
6 nur halb so groß wie die Hilfswicklung 5 zu sein braucht, da sie in ihrer ganzen
Länge von der Graetzschaltung unabhängig von der Richtung des Erregerstromes stets
von einem Strom gleicher Richtung gespeist wird. Ferner wird an Stelle von zwei
für die quantitative Einstellung erforderlichen regelbaren Widerständen nur einer
benötigt.
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Die in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 beschriebene, von
der Drehzahl des Motors abhängige Korrektur des Wendefeldes reicht vielfach nicht
aus, um einen funkenfreien Lauf des Motors zu erzielen. So können bei Leerlauf oder
Teilbelastung des Motors Schwierigkeiten in der Kommutierung auftreten. Eine Ausführungsform
der Erfindung, welche diese Schwierigkeiten überwindet, ist schaltungsmäßig in der
Fig. 3 wiedergegeben. In diesem Ausführungsbeispiel, ist die die Korrektur des Wendefeldes
bewirkende zusätzliche Wendefeldkomponente von der Drehzahl und der Belastung des
Motors abhängig. Der aus dem Anker M, der Kompensationswicklung 2 und der Wendepolwicklung
3 bestehende Ankerstromkreis wird, wie in den Fig. 1 und 2, aus einer an die Klemmen
+, - angelegten, nicht gezeigten Gleichstromquelle gespeist. Parallel zur Wendepolwicklung
3 und zu der mit dieser in Reihe geschalteten Kompensationswicklung 2 ist der regelbare
Nebenschlußwiderstand R3 geschaltet, welcher an die Gleichstromseite der in Graetzschaltung
betriebenen Gleichrichter 13 angeschlossen ist. Die Wechselstromseite der Gleichrichter
13 wird, wie in der Fig. 2, in Reihe mit der Erregerwicklung 1 von der Erregenspannungsquelle
E gespeist. In die Verbindungsleitung zwischen Kompensationswicklung 2 und Nebenschlußwiderstand
R3 ist der regelbare Widerstand R4 eingeschaltet.
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Wenn der Spannungsabfall am Widerstand R3, welcher durch den von den
Gleichrichtern 13 gelieferten Strom hervorgerufen wird, dem Spannungsabfall des
Ankerstromes an der Wendepolwicklung 3 und der Kompensationswicklung 2 entspricht,
ist der Widerstand R4 stromlos. Dieser Zustand kann durch Einregeln des Widerstandes
R3 für einen beliebigen Betriebszustand des Motors, beispielsweise für Volllast
und Grundgeschwindigkeit, eingestellt werden. Wird jetzt die Drehzahl des Motors
durch Verringern des Erregerstromes gesteigert, so wird der Spannungsabfall am Widerstand
R3 kleiner, und ein Teil des Ankerstromes fließt im Nebenschluß über die Widerstände
R4 und R3. Auf diese Weise wird das an sich vorhandene Wendefeld um eine zusätzliche
Wendefeldkomponente geschwächt, deren Größe durch den über den Widerstand R4 fließenden
Strom bestimmt wird. Ähnlich wie bei den Schaltungen der Fig. 1 und 2 erfährt also
das resultierende Wendefeld mit steigender Drehzahl eine Schwächung bzw. mit sinkender
Drehzahl eine Stärkung.
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Wird bei Grunddrehzahl der Motor mit Überlast betrieben, so überwiegt
ebenfalls der Spannungsabfall
an der Wendepolwicklung 3 und der
Kompensationswicklung 2 den Spannungsabfall am Widerstand R3, und es wird, wie im
eben geschilderten Fall, ein Teil des Ankerstromes im Nebenschluß über die Widerstände
R4 und R3 fließen. Wird hingegen der Motor mit Teillast oder im Leerlauf betrieben,
so überwiegt der Spannungsabfall am Widerstand R3, und ein Teil des von den Gleichrichtern
13 gelieferten Stromes fließt über Widerstand R4, Kompensationswicklung 2 und Wendepolwicklung
3, so daß das an sich vorhandene Wendefeld durch eine zusätzliche Wendefeldkomponente,
deren Größe dem durch den Widerstand R4 fließenden Strom entspricht, verstärkt wird.
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Die durch die zusätzliche Wendefeldkomponente bedingte Korrektur des
Wendefeldes schwächt bzw. verstärkt also in Abhängigkeit von der Drehzahl und der
Belastung das durch den Ankerstrom an sich gegebene Wendefeld. Die individuelle
Größe dieser Korrektur kann bei jedem einzelnen Motor durch die Einstellung des
Widerstandes R4 festgelegt werden, während die Einstellung des Widerstandes R3 denjenigen
Betriebszustand des Motors festlegt, bei welchem die zusätzliche Wendefeldkomponente
Null ist.
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Durch die Verwendung der Gleichrichter 13 wird erreicht, daß die eingestellte
Wendefeldcharakteristik, welche im wesentlichen darauf beruht, daß der Nebenschlußwiderstand
R3 von einer dem Erregerstrom proportionalen Spannung gespeist wird, unabhängig
von der Richtung des Erregerstromes und damit unabhängig von der Drehrichtung des
Motors ist.
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In den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen wurde die Steuerung
der Größe der zusätzlichen Wendefeldkomponente im wesentlichen durch den durch die
Erregerwicklung 1 fließenden Strom bewirkt. Diese Steuerung kann auch mit der an
der Erregerwicklung 1 angelegten Erregerspannung durchgeführt werden, indem beispielsweise
die Gleichrichter 13 wechselstromseitig parallel zur Erregerwicklung 1 geschaltet
werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in. der Fig. 4 wiedergegeben. Bei diesem
Ausführungsbeispiel, dessen Schaltung im übrigen der Schaltung der Fig. 3 entspricht,
ist der Gleichrichter 13 parallel zur Erregerwicklung 1 geschaltet.