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Einphasen-Wechselstrom-Kollektormaschine mit Nebenschlußverhalten
Es sind bereits zahlreiche Vorschläge zur Drehzahlregelung von Wechselstrommaschinen
gemacht worden. Keiner dieser Vorschläge hat sich jedoch in größerem Umfang in der
Praxis durchsetzen können, weil entweder der Kennlinienverlauf, insbesondere bei
höheren Leistungen, nicht befriedigte oder weil der Aufbau und die Hilfseinrichtungen
der Maschine zu kompliziert waren.
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Zu diesen zahlreichen, seit langem bekannten Kollektorinaschinen mit
Nebenschlußverhalten gehört auch eine Maschine mit im Stator angeordneter Erreger-
und Kompensationswicklung, bei der im Feldstromkreis eine Impedanz mit festem Ohmschein
Widerstand zusammen mit einem Kondensator in Reihe geschaltet ist. Die Kompensationswicklung
liegt in Reihe mit dem Anker, wird also vom Ankerstrom durchflossen.
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Erfindungsgemäß ist nun die Kompensationswicklung nicht vom Ankerstrom
durchflossen, sondern parallel zur Erregerwicklung an die Stromquelle geschaltet,
während der Kollektor über die Bürsten direkt kurzgeschlossen ist.
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Zwar ist der Kurzschluß der Bürsten bei den Repulsionsmotoren bekannt,
diese zeigen im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand aber grundsätzlich Hauptschlußverhalten
und besitzen weder eine zur Erregerwicklung parallel geschaltete Kompensationswicklung
noch einen Kondensator in Reihe mit einem Widerstand im Feldstromkreis. Sie sind
also mit der erfindungsgemäßen' Maschine nicht vergleichbar. Bei dieser wird die
elektrische Leistung hauptsächlich über die Kompensationswicklung zugeführt, während
die Erregerwicklung nur zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes dient.
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Es kann entweder ein Bürstenpaar vorgesehen sein, dessen Achse mit
der Achse der Kompensationswicklung zusammenfällt, oder beiderseits der Achse der
Kompensationswicklung liegt je ein in sich kurzgeschlossenes Bürstenpaar.
In beiden Fällen beeinflussen die Induktivität der Erregerwicklung und der Kondensator
die Phase des Erregerstroms in entgegengesetzter Richtung, so daß seine Nacheilung
gegen die Spannung an der Kompensationswicklung bis zu 201 betragen kann.
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Obwohl die Kompensationswicklung der erfindungsgemäßen Maschine nur
einen geringen magnetischen Fluß erzeugt, da der Anker ein kräftiges Gegenfeld induziert,
läßt sich durch Veränderung der Klemmenspannung der Kompensationswicklung eine lineare
Drehzahlregelung bei konstantem Lastmoment erreichen. Wird dagegen die Spannung
konstant gehalten, so ist die Abnahmedes Lastmomentes unmittelbar proportional zur
Drehzahl.
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Die Drehzahl des Motors ist im Gegensatz zu sämtlichen bekannten Kollektormaschinen
in einem sehr großen Drehzahlbereich von Null bis zu einer Drehzahl, die nur durch
die an die Kompensationswicklung gelegte Spannung begrenzt ist, proportional zu
dieser Spannung. Das konstante Drehmoment wird in diesem gesamten Drehzahlbereich
abgegeben. Ferner ist die Motordrehrichtung leicht umkehrbar.
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Der Motor ist z. B. für die Steuerung der Elektroden eines Lichtbogenofens
geeignet. Während hierzu bisher üblicherweise ein aus drei Maschinen bestehenderWard-Leonard-Satz
benutzt wurde, kann man nun mit einer einzigen Maschine auskommen, und es wird auch
ein weit rascheres Ansprechvermögen der Maschine erreicht.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung
näher beschrieben.
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F i g. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel
einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
für die Schaltung der in F i g. 1 dargestellten Maschine; F i g. 3
zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung;
F
i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung der in F i
g. 3 dargestellten Maschine.
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In F i g. 1, die ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt, ist
ein Einphasen-Wechselstrom-Kollektormotor mit einem Ständer 1 und einem Läufer
2 dargestellt. Der Ständer 1 weist zwei getrennte elektrische Wicklungen
DF und GH auf, die in üblicher Weise in Ständernuten verteilt und
so angeordnet sind, daß ihre Achsen aufeinander senkrecht stehen. Der Läufer 2 ist
mit einer Anzahl von Spulen aa, bb und cc bewickelt, die bestimmte Winkel
miteinander einschließen sowie in Serie geschaltet sind und über ein Bürstenpaar
yy in bekannter Weise kommutiert werden.
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Die Verbindungslinie der Bürsten yy verläuft senkrecht zur Achse der
Statorwicklung G-g-g-h-h-H, die
die Erreger- oder Feldwicklung F (F i
g. 2) darstellt, und somit parallel zu der Achse der anderen Wickhing D-d-d-e-e-f-f-F,
die der Kompensationswicklung bei einer gewöhnlichen Kollektormaschine entspricht
und daher im folgenden ebenfalls als Kompensationswicklung M bezeichnet wird.
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Die Kollektorbürsten y, y sind erfindungsgemäß miteinander
verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Kompensationswicklung M für
alle praktisch auftretenden Spannungen gewickelt werden kann, ohne daß Schwierigkeiten
durch das Problem der Isolation der Kollektorsegmente auftreten, da dem Läufer nicht
wie sonst hohe Stromstärken zugeführt werden müssen.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung des Einphasen-Wechselstrom-Kollektormotors
der beschriebenen Bauart ist in F i g. 2 dargestellt. Die Feldwicklung F
und die Kompensationswicklung M liegen parallel an derWechselspannungsquelle. Die
Kompensationswicklung M wird über einen einstellbaren Spartransformator erregt,
so daß die Drehzahl des Motors gesteuert werden kann; ein Widerstand R, und ein
Kondensator C sind mit der Feldwicklung F in Reihe geschaltet, um die Phasenlage
des Stroms in dieser Wicklung gegenüber derjenigen der Spannung an der Kompensationswicklung
M in das vorgesehene Verhältnis zu bringen, so daß sich das geforderte Drehmoment
einstellt.
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Der Motor kann dadurch reversiert werden, daß die Feldwicklung F oder
die Kompensationswicklung M umgepolt oder der Stromfluß in einer Wicklung umgekehrt
wird.
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Bei der in F i g. 3 dargestellten abgeänderten Ausführungsform
ist gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 jede der Bürsten
y durch ein Bürstenpaar yz ersetzt worden, wobei die Bürsten y oder
z eines Paares mit der entsprechenden Bürste y bzw. z des anderen Paares
so verbunden sind, daß die Verbindungslinien der kurzgeschlossenen Bürstenpaare
mehr oder weniger parallel zu der Achse der Kompensationswicklung M angeordnet sind.
Auf diese Weise wird über die Bögen y-y und z< zwischen benachbarten kurzgeschlossenen
Bürsten durch die gemeinsame Wirkung der Läufer- und der Ständerwindungen innerhalb
dieser Bögen eine Kompensation erreicht. Wie das Schaltungsbeispiel nach F i
g. 4 zeigt, sind die FeldwicklungF und die KompensationswicklungM wie bei
dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel parallel geschaltet.
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Obwohl in der vorangegangenen Beschreibung zweipolige Maschinen beschrieben
wurden, kann die Erfindung auch bei mehrpoligen Maschinen angewendet werden, und
an Stelle der beschriebenen einphasigen Wechselstrommaschinen können in Anwendung
der Erfindung auch mehrphasige Maschinen gebaut werden.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Maschinen können auch in elektrischen-
Regel- oder Steuerkreisen verwendet werden.
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Wie erwähnt, sind ein Widerstand Ri und ein Kondensator
C in Reihe in den Feldkreis eingeschaltet, um die Phase des Stroms in dem
Feldkreis der Phase der Kompensationswicklung M hinreichend zu nähern. In der Praxis
kann eine Phasendifferenz von 20' und in vielen Fällen noch mehr zugelassen werden.
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Erforderlichenfalls kann auch in Reihe mit der Kompensationswicklung
M ein Kondensator eingeschaltet werden, um die restliche Induktivität dieser Wicklung
zu kompensieren.