-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transduktor, der aus zwei induktiv
voneinander getrennten, mit mehreren Wicklungen versehenen und in sich geschlossenen
Kernen besteht, die mittels Gleichstrom durchflossener Wicklungen vormagnetisierbar
sind.
-
Der Transduktor oder auch magnetischer Verstärker genannt hat in letzter
Zeit als besonders betriebssicheres Steuer- und Regelelement bei der Automation
von Arbeitsabläufen ein verhältnismäßig großes Anwendungsgebiet gefunden. Das Grundelement
eines Transduktors ist eine Gleichstromvormagnetisierte Wechselstromspule mit Ferritkernen.
-
Die Nichtlinearität der Magnetisierungskennlinien von Eisenkernen
kann ausgenutzt werden, um einen Transduktor als magnetisches Verstärkerelement
zu verwenden. Jede Spule mit Ferritkernen nimmt bei kleiner Wechselspannung einen
nur kleinen Wechselstrom auf, der jedoch dann sehr schnell anwächst, wenn die Spule
in den Bereich der magnetischen Sättigung gelangt. Der Verlauf der das Verhältnis
zwischen Induktion und magnetischer Feldstärke darstellenden Magnetisierungskennlinie
zwischen dem nichtgesättigten und gesättigten Gebiet des Kernes hängt von den Eigenschaften
des verwendeten Kernmaterials wie auch von der Kernform ab. Läßt man durch eine
auf den Eisenkern zusätzlich angebrachte Steuerwicklung einen Gleichstrom fließen,
so kann damit der Eisenkern in geeigneter Weise vormagnetisiert werden und folglich
auch der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie entsprechend festgelegt werden.
Schließt man eine ebenfalls auf dem Kern befindliche Drosselspule in Reihe mit einem
Verbraucher, so kann man dessen Stromaufnahme durch Änderung der Induktivität des
Transduktors mittels Gleichstrom-Vormagnetisierung verändern.
-
Es ist bereits bekannt, den Transduktor aus zwei Wicklungen zusammenzusetzen
und die Steuerwicklungen gegeneinanderzuschalten, um so zu verhindern, daß dieselben
durch die Induktionswirkung von der Wechselspannung der Arbeitswicklung beeinflußt
werden. Neben dieser sogenannten elektrischen Entkopplung der Steuerwicklung ist
auch noch die magnetische Entkopplung bekannt, bei welcher man zwei Kerne mit einer
gemeinsamen Steuerwicklung versieht, so daß sich die Wechselflüsse der Arbeitswicklungen
in bezug auf die Steuerwicklung aufheben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Steuereinrichtung
in Form eines verbesserten Transduktors zu schaffen, die einem Verbraucher vorschaltbar
ist, wobei bisher auftretende Nachteile durch relativ hohe Anfangsimpedanzwerte
im unerregten Zustand eines induktiven Verbrauchers sowie niedrige Impedanzwerte
im erregten Zustand desselben vermieden bzw. eine derartige Arbeitskennlinie ermöglicht
werden kann. Mittels der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung soll also für hochinduktive
Verbraucher, beispielsweise für Kurzschlußläufermotoren, eine für deren Anlauf erforderliche
starke Rückkopplungsstromspitze verfügbar gemacht werden, wobei deren Wert von der
jeweiligen Größe der Abgleichspannung abhängig ist, welche zwischen verwendeten
Wicklungsgruppen verfügbar ist, wobei nach dem Start, nachdem die Beschleunigungsstromspitze
abgeklungen ist, die Rückkopplungserregung so zu steuern ist, daß sie automatisch
mit dem Verbraucherstrom abnimmt. Bekanntlich liegt bei Käfigläufermotoren der Anlaßstrom
um ein Mehrfaches über seinem Vollastwert. Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
wird dadurch erreicht, daß die vom Verbraucherstrom durchflossene, auf die beiden
Kerne aufgebrachte Hauptwicklungsanordnung in jeweils gleiche Halbwicklungen aufgeteilt
ist, die auf den Schenkeln jedes Kernes jeweils mit entgegengesetztem Wicklungssinn
in Parallelschaltung zueinander liegen, wobei gleichzeitig jeweils die Halbwicklungen
auf dem einen Kern zu den entsprechenden Halbwicklungen auf dem anderen Kern in
Reihe geschaltet sind, und daß zwischen der Verbindungsleitung der Halbwicklungen
mit dem einen Wicklungssinn und der Verbindungsleitung der Halbwicklungen mit dem
umgekehrten Wicklungssinn ein Gleichrichter vorgesehen ist.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß eine zusätzliche
Steuerwicklungsanordnung vorgesehen ist, deren eines Paar Halbwicklungen mit den
zugehörigen anderen beiden Halbwicklungen jeweils im umgekehrten Drehsinn auf die
beiden Schenkel der Kerne aufgeteilt sind, wobei die in Reihe liegenden Halbwicklungen
zueinander parallel geschaltet sind und zwischen der Verbindungsleitung der Halbwicklungen
mit dem einen Wicklungssinn sowie der Verbindungsleitung der Halbwicklungen mit
dem dazu entgegengesetzten Wicklungssinn ein Gleichrichter vorgesehen ist.
-
Es ist für die Erfindung auch von Bedeutung, daß die mit Gleichstrom
beaufschlagbare Erregerwicklungsanordnung aus je zwei gleichen, in jedem Kern gleichlaufende
Magnetflüsse erzeugenden Halbwicklungspaaren besteht.
-
Weitere Kennzeichen und Merkmale der erfindungsgemäßen elektrischen
Steuereinrichtung mit einem dem Verbraucher vorgeschalteten Transduktor gehen aus
der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor.
-
Aus der erfindungsgemäßen elektrischen Steuereinrichtung ergeben sich
folgende Vorteile: Beim Anlassen des Kurzschluß-Käfigläufermotors wird durch den
erfindungsgemäß ausgebildeten Transduktor ein ausreichender Rückkopplungsstrom verfügbar,
dessen Größe von der Spannungsdifferenz abhängt, welche zwischen den Verbindungsleitungen
der beiden Halbwicklungsanoränungen auf den beiden Kernen abhängt, wobei die Differenz
der Augenblicksspannungen zwischen den Halbwicklungen in den beiden örtlichen Stromkreisen
durch die Höhe der Ergänzungserregung in den mit Gleichstrom beaufschlagten Erregerwicklungsanordnungen
sowie von den Eigenwerten des Gleichrichters abhängig ist. Wenn der Kurzschluß-Käfigläufermotor
seine normale Geschwindigkeit erreicht hat, nimmt die Rückkopplungserregung automatisch
mit dem durch die Hauptwicklungen fließenden Strom ab, wobei die Impedanzhöhe des
Transduktors in einem verhältnismäßig großen Belastungsbereich des Verbrauchers
konstant gehalten wird und durch die Erregerwicklungen bzw. den durch diese hindurchgeschickten
Gleichstrom vorwählbar ist. Mittels der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist
der Maximalwert der Rückkopplung ohne die bisher auftretende schädliche Unstabilität
verwirklichbar, wie sie bei der bisher angewandten sogenannten überdimensionierten
Rückkopplungserregung in Erscheinung trat. Die Impedanz des Transduktors ist im
Erregungszustand des Verbrauchers auf einen wesentlich niedrigeren Wert herabsetzbar,
als es bei herkömmlichen bisherigen Einrichtungen möglich gewesen ist. Die erfindungsgemäß
mögliche
Herabsetzung des Wertes der Dauerimpedanz des Transduktors erweist sich als sehr
vorteilhaft, wobei auch die physikalischen Abmessungen der Einrichtung in sehr kleinen
Grenzen gehalten werden kann.
-
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
elektrischen Steuereinrichtung, und es bedeutet F i g. 1 die schematische Darstellung
eines einem einphasigen Kurzschlußläufermotor vorgeschalteten Transduktors, F i
g. 1 a ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsmöglichkeit einer zusätzlichen Steuerwicklung,
F i g. 2 eine schematische Darstellung der Flußverhältnisse in der Hauptwicklung
während der positiven Halbwelle des Wechselstromes, F i g. 3 eine Darstellung gemäß
F i g. 2 während der negativen Wechselstromhalbwelle, F i g. 4 eine entsprechende
Darstellung für die Steuerwicklung während der positiven Halbwelle, F i g. 5 eine
Darstellung gemäß F i g. 4 während der negativen Halbwelle, F i g. 6 den über den
Gleichrichter T 1 bzw. T 2
abfallenden Spannungsverlauf in Bezug zu
dem Spannungsverlauf des Netzes, F i g. 7 und 8 eine schematische Darstellung der
innerhalb der Steuerwicklungen induzierten Ströme während der positiven bzw. negativen
Halbwelle des Wechselstromes, F i g. 9 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung für den Betrieb eines Dreiphasenmotors, F i g. 10 ein schematisches
Diagramm von wahlweise verwendbaren Erregerwicklungsanordnungen und F i g. 11 eine
abgewandelte Schaltungsanordnung von F i g. 2.
-
In den Zeichnungen der F i g. 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische
Steuereinrichtung mit einem dem Verbraucher M vorgeschalteten Transduktor dargestellt.
Der Verbraucher M besteht aus einem Einphasenwechselstrom-Kurzschlußläufermotor,
wobei die Stromspeisende Leitung mit L 1 und L 2 bezeichnet ist. Der Transduktor
besteht aus zwei vollkommen gleichartig aufgebauten in sich geschlossenen Kernen
A und B aus hochpermeablem magnetischem Material, beispielsweise einer
Silizium-Eisen- oder einer Nickel-Eisen-Legierung. Die vom Verbraucherstrom durchflossenen
Hauptwicklungen PA und PB sind je zur Hälfte auf je einem Schenkel A 1 und
A 2
des Kernes A sowie den Schenkeln B 1 und B 2 des
Kernes B aufgebracht. Über die Leitungen 16 und 17 sind die Halbwicklungen Pa
1 und PA 2 bzw. PB 1
und PB 2 in Reihe geschaltet, wobei
andererseits die Halbwicklungen PA 1, PB 1 zu den Halbwicklungen PB
2, PA 2 parallel liegen. Über die Leitung 18 ist die Hauptwicklungsanordnung
mit dem einphasigen Netz L 1 verbunden, und die Leitung 19 verbindet andererseits
die Hauptwicklungsanordnung mit dem Kurzschlußläufermotor M. Über den Leitungsabschnitt
L 2 wird der Stromkreis geschlossen. Galvanisch vollständig von den Hauptwicklungen
entkoppelt ist auf den Kernen A, B des weiteren eine Erregerwicklungsanordnung
vorgesehen, welche sich aus den Halbwicklungen NB 1 und NB 2 auf dem
Kern B und NA 1 und NA 2 auf dem Kern A zu-
sammensetzt.
Die Erregerwicklungsanordnung ist an eine Gleichstromquelle x, y angeschlossen,
wobei folgender Stromverlauf angezeigt ist: Der negative Pol y ist über die Leitung
24 mit der Halbwicklung NA 1
verbunden, die ihrerseits über die Leitung 20
an die Halbwicklung NA 2 angeschlossen ist. Die Leitung 21 überbrückt den
Ausgang der Halbwicklung NA 2
mit dem Eingang der Halbwicklung NB 1,
welche ausgangsseitig über die Leitung 22 mit der Halbwicklung NB 2 in Verbindung
steht. Schließlich wird über die Leitung 23 sowie einen Steuerschalter K der Stromkreis
zum positiven Pol x der Gleichstromquelle geschlossen. Vorteilhafterweise kann in
den Gleichstromkreis eine Drossel N eingebracht werden.
-
Solange der Steuerschalter K innerhalb des Erregungskreises geöffnet
ist, fließt durch die Hauptwicklungsanordnung PA, PB ein Strom, der dem kleinen
Betrag des Magnetisierungsstromes des Transduktors, dessen Impedanz sehr groß ist,
entspricht. Die über den Motor M abfallende Spannung ist annähernd Null zu setzen.
Durch die entsprechende Vorwahl des Wicklungssinnes der Halbwicklungen der Hauptwicklungsanordnung
hat der augenblickliche magnetische Fluß innerhalb der Kerne während der positiven
Halbperiode des Wechselstromes den in der ersten Zeichnung von F i g. 1 durch die
Teile p angegebene Richtung. Während dieser Halbperiode fließt also innerhalb des
Kernes A der Fluß entgegen dem Uhrzeigersinn, während er im Kern B in Uhrzeigerrichtung
umläuft.
-
Mit dem Schließen des Steuerschalters K der Erregerwicklungsanordnung
NA, NB wird innerhalb der in sich geschlossenen Kerne ein zusätzlicher Fluß
geschaffen, welcher in beiden Kernen in Uhrzeigerrichtung umläuft. Der zusätzliche
Fluß ist schematisch in der Zeichnung in den mit Pfeilen versehenen, gestrichelt
dargestellten Linien e dargestellt. Aus der Zeichnung ist des weiteren ersichtlich,
daß beim Anlegen einer Gleichspannung an die Erregerwicklung NA, NB der magnetische
Gesamtfluß innerhalb des Kernes A herabgesetzt wird, während der Fluß im Kern B
eine Verstärkung erfährt.
-
In F i g. 2 sind diese sich überlagernden Flüsse nochmals schematisch
dargestellt, wobei die sich in Überlagerung verstärkenden Magnetflüsse mit H und
die sich gegenseitig teilweise auslöschenden bzw. schwächenden Flüsse mit L bezeichnet
sind. Die Darstellung in F i g. 2 bezieht sich dabei wieder auf eine Augenblicksaufnahme,
während der positiven Halbwelle des Wechselstroms. Die Stromrichtung innerhalb der
Hauptwicklungen ist durch Pfeile neben den Halbwicklungen dargestellt. Die dazu
analogen Verhältnisse während der negativen Halbwelle des angelegten Wechselstromes
sind in F i g. 3 abgebildet. Gemäß den Magnetflußverhältnissen innerhalb der Kerne
sowie der gegenseitigen Kopplung der Halbwicklungen entsteht zwischen den beiden
Leitungsabschnitten 16 und 17 ein ständig wechselndes Spannungspotential, welches
gleich der Difserenz ist, die sich aus den hohen und niedrigen Augenblickspotentialen
der Halbwicklungen der Hauptwicklungsanordnung ergibt. Der so zwischen den Leitungen
16 und 17 entstehende Wechselstrom, der das unmittelbare Resultat des relativen
magnetischen Ungleichgewichts zwischen beiden Kernen ist, kann an den beiden Mittelpunkten
W 1, W 2 abgegriffen werden. Erfindungsgemäß ist zwischen den Punkten W 1 und W
2 ein Gleichrichter T 1 vorgesehen.
-
Durch die Überbrückung der Leitungspunkte W 1, W 2 mittels
des Gleichrichters T 1 entstehen nunmehr
zwei selbständige
Stromkreise, und die zwischen beiden Leitungspunkten entstehende Wechselspannung
kann zu Zwecken der Rückkopplung Verwendung finden. Die durch die Gleichrichterüberbrückung
gebildeten örtlichen beiden Stromkreise umfassen einmal die halben Hauptwicklungen
PA 1 und PB 2 sowie den Gleichrichter T 1 und zum anderen die Hauptwicklungshälften
PB 1 und PA 2 sowie wiederum den Gleichrichter T 1. Wie in F i g.
2 angegeben, wird nach dem Obengesagten während der positiven Halbwelle des Wechselstromes
des Netzes ein zirkulierender Strom von der Wicklungshälfte PB 2, über welche
eine hohe Spannung abfällt, im Uhrzeigersinn über die Wicklungshälfte PA
1 sowie den Gleichrichter T 1 fließen. In diesem Augenblick fällt über die
Wicklungshälfte PA 1 die mit L bezeichnete niedrige Spannung ab. Gleichzeitig
fließt in dem rechten Stromkreis über die Wicklungshälfte PB 1 mit großem
Spannungsabfall ein Strom gleichfalls im Uhrzeigersinn durch die Wicklungshälfte
PA 2 mit niedrigem Spannungsabfall ebenfalls über den Gleichrichter T 1.
Diese gleichzeitig durch den Gleichrichter T 1 fließenden beiden Ströme bewirken
eine Rückkopplungserregung, wie sie in F i g. 2 mit der gestrichelten Kreisbahn
f dargestellt ist. Beide Stromkreise werden durch den Gleichstromfluß innerhalb
der Erregerwicklungshälften NA, NB überlagert, deren Fluß durch die gleichfalls
gestrichelt dargestellten Kreisbahnen e wiedergegeben ist. Die Erregungsmagnetisierung
läuft in beiden Kreisen in Richtung der Uhrzeigerbewegung. Das die Flußrichtungen
in den schematischen Darstellungen von F i g. 2 bis 7 und in F i g. 8 umgekehrte
Richtungen innerhalb der beiden Stromkreise anzeigen, liegt daran, daß diese Darstellungen
die beiden Kerne A und B als flach in der Papierebene liegend betrachten,
wobei der Kern A von oben gesehen von der Vorderseite, hingegen der Kern B bezüglich
F i g. 1 als um 180° gedreht, also von hinten gesehen, veranschaulicht ist.
-
In F i g. 3 sind die verschiedenen, sich überlagernden Flüsse während
der negativen Halbwelle des Wechselstromes dargestellt. Die Pfeilrichtungen p gemäß
F i g. 1 drehen sich hierbei um, während die Richtung der Ergänzungserregung beibehalten
wird. Während der positiven Halbwelle entstand zwischen den Punkten W 1 und W 2
ein harmonisch wechselndes Spannungspotential mit gegenüber der Speisespannungsfrequenz
verdoppelter Schwankungshäufigkeit. Mit umgekehrten Vorzeichen liegen die Verhältnisse
während der negativen Halbwelle des Wechselstromes dazu vollkommen analog. In F
i g. 3 sind die Halbwicklungen, über welche das hohe Spannungspotential abfällt,
wiederum mit H und diejenigen, über welche das kleinere Potential abfällt, mit L
bezeichnet. Die zirkulierenden Rückkopplungsströme in beiden örtlichen Stromkreisen
fließen somit gleichzeitig im Uhrzeigersinn durch die beiden Hauptwicklungen, und
zwar während der positiven und der negativen Halbperiode, wie durch die Kreisbahnen
e und f veranschaulicht. Dadurch, daß die in eine Richtung gebrachten zirkulierenden
Ströme eine Rückkopplungserregung in den zugehörigen Halbwicklungen der Hauptwicklungsanordnung
schaffen, deren Richtung gleich mit derjenigen der Ergänzungserregung durch die
Erregerwicklungsanordnung NA, NB ist, wird beim Anlassen des zum Transduktor
in Reihe liegenden Kurzschlußläufermotors ein kräftiger Rückkopplungsstrom verfügbar,
dessen Größe von der Ungleichheit der Spannungen abhängt, die zwischen den Punkten
W 1, W 2 der beiden Wicklungsgruppen PA 1, PB 2 und PB 1, PA
2 anliegt. Diese wiederum bestimmt sich aus der Größe der angelegten Ergänzungserregung
und aus der Impedanz der Halbwicklungen sowie des Gleichrichters. Wenn der Kurzschlußläufermotor
M nach der Anlaufspitze den normalen Betriebszustand erreicht hat, fällt seine Stromaufnahme
um ein Mehrfaches ab, wobei die Rückkopplungserregung automatisch mit abnimmt.
-
Obwohl nach dem Obengesagten der Rückkopplungseffekt innerhalb der
Hauptwicklungsanordnung PA, PB vollständig realisierbar ist, ist es in manchen Fällen
erwünscht, getrennte Rückkopplungswicklungen vorzusehen. Von der Hauptwicklungsanordnung
getrennte Rückkopplungswicklungsanordnungen sind beispielsweise dann erforderlich,
wenn Hochspannung verwendet werden soll oder auch wenn bei niedrigen Spannungen
ein Verbraucher mit sehr hoher Stromaufnahme anzuschließen ist. Mittels getrennter
Rückkopplungswicklungen kann der Transduktor als Stromwandler Verwendung finden.
-
In F i g. 1 sind solche getrennt von der Hauptwicklungsanordnung vorgesehene
Rückkopplungswicklungen in Form von einer Steuerwicklungsanordnung SA 1,
SA 2, SB 1, SB 2 dargestellt. Die Steuerwicklungsanordnung ist in gleicher
Weise wie die Hauptwicklungsanordnung auf die beiden Schenkel jedes Kernes
A, B aufgebracht. Die Kopplung zwischen der Hauptwicklungsanordnung und der
Steuerwicklungsanordnung ist rein induktiv. Die Halbwicklungen SA 1 und SA
2 sind auf dem Kern A
aufgewickelt, während sich die entsprechenden Halbwicklungen
SB 1 und SB 2 auf dem Kern B befinden. Die Halbwicklungen SA
1, SB 1 zeigen gegenüber den Halbwicklungen SB 2, SA 2 umgekehrten
Wicklungssinn, wobei sie parallel zueinander liegen. Zwischen der Verbindungsleitung
25 der Halbwicklungen SA 1,
SB 1 und der Verbindungsleitung 26 der Halbwicklungen
SB 2 und SA 2 .ist ein Gleichrichter T 2 zwischengeschaltet. Durch
das Anbringen des Gleichrichters T 2 an den Kontaktpunkten W 3 und
W 4 werden hier wie bei der Hauptwicklungsanordnung zwei getrennte Stromkreise hergestellt,
deren einer die Halbwicklungen SA 1 und SB 2 sowie den Gleichrichter
T 2 und der andere die Halbwicklungen SA 2,
SB 1 sowie ebenfalls den
Gleichrichter T 2 umfassen. In F i g. 4 ist die Schaltanordnung zwar schematisch,
aber übersichtlich bzw. übersichtlicher als in F i g. 1 dargestellt. Die Flußrichtung
während der positiven Halbwelle des Wechselstromes ist durch die neben den Halbwicklungen
abgebildeten Pfeile in dieser Figur verdeutlicht. Wenn auf den Transduktor die Erregungsspannung
wirkt, welche eine magnetische bzw. ein magnetisches Ungleichgewicht im Kern erzeugt,
bildet sich ein induziertes harmonisches Wechselstrompotential von der doppelten
Einspeisungsfrequenz zwischen den Punkten W 3 und W 4,
wie es für die
Hauptwicklungen PA, PB bereits beschrieben worden ist. In den beiden rechten und
linken Stromkreisen fließen gleichzeitig zirkulierende Ströme, und zwar von der
Halbwicklung SB 1 mit hohem Spannungsabfall während der positiven Halbperiode im
entgegengesetzten Uhrzeigersinn, durch die Halbwicklung SA 2 mit geringem Spannungsabfall
und durch den Gleichrichter T 2 einerseits sowie durch die Halbwicklung SB 2, den
Gleichrichter T 2 und die Halbwicklung SA 1 mit niedrigem Spannungsabfall
andererseits.
Damit fließen die beiden zirkulierenden Ströme wechselseitig in der gleichen Richtung
durch die Wicklungen und erzeugen somit eine Rückkopplungserregung, wobei die positive
bzw. negative Überlagerung wiederum durch die gestrichelten Kreisbahnen e und f
dargestellt sind. Die dazu analogen Verhältnisse in den beiden örtlichen Rückkopplungsstromkreisen
während der negativen Halbperiode des Wechselstromes sind in F i g. 5 veranschaulicht.
Nach dem Obengesagten ist es dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres möglich, sich
die entsprechenden Verhältnisse während dieser Halbperiode an Hand der Zeichnung
klarzumachen.
-
Eine weitere Schaltanordnungsmöglichkeit für die Steuerwicklung SA,
SB ist in F i g. 1 a dargestellt. Hier sind die Verbindungsanschlüsse der
Leitungen 25 und 27 der Halbwicklung SA 1 bzw. der Leitungen 26 und 28 der
Halbwicklung SA 2 gegeneinander vertauscht. In der in F i g. 1 gezeigten
analogen Anordnung ist das Potential zwischen den Punkten W 3 und W 4 der
Steuerwicklungsanordnung SA, SB
gleich Null im unerregten Zustand und gleich
dem Maximum im erregten Zustand, während das zwischen den Punkten Z 3 und Z 4 gemäß
F i g. 1 a gleich dem Maximum im unerregten und gleich Null im erregten Zustand
ist. Wie jedoch weiter aus den F i g. 7 und 8 erkennbar ist, sind die erzielbaren
Ergebnisse in den Anordnungen gemäß F i g. 1 bzw. 1 a die gleichen, was aus der
Richtung des Spannungspotentials, welches an den Wicklungshälften anliegt, sowie
aus den zirkulierenden Rückkopplungsströmen innerhalb der örtlichen Stromkreise
während der positiven bzw. der negativen Halbperiode deutlich erkennbar ist. F i
g. 7 zeigt die Spannungs- bzw. Flußverhältnisse während der positiven Halbperiode
der Speisungsspannung während F ig. 8 die entsprechenden Zustandsangaben während
der negativen Halbperiode veranschaulicht. Die Halbwicklungen mit dem hoben Spannungsanteil
sind wiederum mit H und diejenigen mit dem geringen Spannungsabfall mit L bezeichnet.
Es gilt hier das für die Hauptwicklungen bereits Gesagte entsprechend.
-
In F i g. 6 ist die Wellenform der Wechselspannung wiedergegeben,
wobei mit 12 die Wechselspannung aus dem Versorgungsnetz gemeint ist, während die
mit 13 bezeichnete Wechselspannung diejenige ist, welche zwischen den Punkten
W 1 und W 2 bzw. W 3 und W 4 oder auch Z 3 und Z 4 auftritt.
Es ist deutlich erkennbar, daß die über den Gleichrichter T 1 bzw.
T 2 abfallende Wechselspannung die doppelte Frequenz aufweist, wie sie die
Wechselspannung des Netzes hat. Die Periode O 2 der induzierten harmonischen Spannung
ist halb so lang wie die Periode Q 1 der Netzspannung. Die schraffiert dargestellte
negative Halbperiode der zwischen den Punkten W 1 und W 2 auftretenden
Wechselspannung wird durch die Gleichrichterwirkung des Gleichrichters
T 1 bzw. T 2 unterdrückt.
-
Zu F i g. 1 wäre noch nachzutragen, daß die in der Zeichnung der Erregerwicklungsanordnung
vorgesehene Drossel N deshalb vorgesehen ist, weil speziell in Verbindung mit einem
Einphasenstromkreis die induktive Wirkung der doppeltfrequenten harmonischen Spannung
eine überlagerung zu der Ergänzungserregung hervorruft, wobei die vorgesehene Drosselspule
N die doppeltfrequente Spannungskomponente kompensiert und so deren Zirkulation
zurück durch das Erregergleichrichtersystem während der positiven Halbperiode verhindert.
-
Wenn die Gleichstromquelle der Erregerwicklungsanordnung NA,
NB variabel sein soll, kann gemäß F i g. 1 ein Potentiometerregler KR vorgesehen
werden.
-
Während der beschriebene Transduktor hauptsächlich für Einphasenversorgungssysteme
verwendbar ist, kann dieser auch für Dreiphasensysteme Verwendung finden. Dafür
werden drei solcher Einheiten mit dem Motor bzw. dem Verbraucher in Stern- oder
Dreieckschaltung verbunden.
-
F i g. 9 zeigt eine typische Anordnung, bei welcher drei Einphaseneinheiten,
jede gemäß F i g. 1 angeordnet, verwendet werden, wobei aber die getrennten zusätzlichen
Rückkopplungswicklungen bzw. Steuerwicklungen weggelassen sind.
-
Die Anordnungen C 1-C 2 und C 3 sind sterngeschaltet zwischen
der Leitung L 1 und der Klemme 41 des dreiphasigen Kurzschlußläufermotors M, der
Leitung L 2 und der Motorklemme 42 sowie der Leitung L 3 und der Klemme 43. Der
Motor M ist als Dreieckwicklungsmaschine dargestellt, er kann aber ebensogut sterngewickelt
sein. Desgleichen können die Wandler statt für Stern in Dreieck ausgelegt und geschaltet
sein, obgleich die letztgenannte Anordnung unter dem Gesichtspunkt vorzuziehen ist,
daß in unerregtem Zustand der Wandler C 1-C 2 und C 3 die Motorklemmen 41,42
und 43 gemeinsam am Nullpotential liegen.
-
Die Erregungs-Stromversorgungsquelle, wie sie in dem Schemabild dargestellt
ist, ist von dreiphasig gleichgerichteten Stromversorgung abgeleitet, die einen
Dreiphasentransformator R aufweist, dessen Primärwicklung Rp bei L 1, L 2
und L 3 mit dem dreiphasigen Stromversorgungssystem verbunden ist, während
die Sekundärwicklungen Rs und das dreiphasige Vollweggleichrichtersystem T 6 Strom
für die Ergänzungserregung liefert, und zwar von der Plusklemme über den Steuerschalter
K, die Leitung 44 durch das Erregerwicklungssystem C 1, in Reihe parallel geschaltet,
durch die Leitung 45 zu dem Erregerwicklungssystem C 2, in Reihe parallel geschaltet,
durch die Leitung 46, durch das Erregerwicklungssystem am Wandler C 3, ebenfalls
in Reihe geschaltet, und zurück über die Leitung 47 zu der negativen Klemme an dem
Erregungsgleichrichtersystem.
-
In der dargestellten. Anordnung sind die Erregerwicklungen auf den
Kernen im nichtinduktiven Verhältnis zu der Haupt-Wechselstrommagnetisierung in
Reihe geschaltet, wie es bei den Einphasenbeispielen beschrieben ist, wobei die
beiden Gruppen parallel geschaltet sind. Die Erregungswicklungen der Einheiten in
den verschiedenen Phasen sind, wie es noch klarer in F i g. 10 gezeigt ist, miteinander
in Reihe in offener Dreieckschaltung gruppiert. Dadurch heben sich die induktiven
Spannungen von den verschiedenen Phasen, von variablem oder nichtvariablem Charakter,
welche durch die innewohnende Unbalanz der Wechselstromflüsse verursacht werden,
auf Grund der Schaltungsrelation des offenen Dreiecks selbst auf. Dadurch ist die
Summe der einzelnen induktiven Spannungen zwischen den Leitungen 44 und 47 zu allen
Zeiten Null, zwischen denen die Erregungsspeisungsspannung vorzugsweise von einer
gleichgerichteten dreiphasigen Stromquelle geliefert wird, wie sie in F i g. 9 des
näheren als eine Gleichstromquelle dargestellt ist. Wenn eine geeignete
Glättang
vorgesehen werden soll, kann jedoch eine Erregung, bewirkt durch gleichgerichtete
Einphasenstromquellen, zur Anwendung kommen.
-
Das Untereinanderverbinden der Erregungswicklungen der drei Wandler
der F i g. 9 schließt die in F i g. 10 gestrichelten Verbindungen mit ein. Die vollständigste
Neutralisation der induktiven Spannungen wird jedoch erreicht, wenn die in F i g.
10 gestrichelt gezeigten Verbindungen weggelassen werden.
-
Wo Gesamt-Rückkopplungswicklungen angewandt werden, können diese entweder
parallel geschaltet sein, wobei sie zwei örtliche Stromkreise ergeben, oder in Reihe
geschaltet sein, um einen örtlichen Stromkreis zu schaffen, der durch den Gleichrichter
vervollständigt ist, oder die Wicklungen können wechselseitig unverbunden sein und
in jedem Fall einzeln durch einen gesonderten Gleichrichter überbrückt sein.
-
Was die beschriebenen Rückkopplungsanordnungen betreffen, ist hier
angenommen, daß sie eine positive Rückkopplungserregung ergeben, wo aber eine negative
Rückkopplung verlangt wird, kann das, wie in F i g. 11 gezeigt ist, mittels eines
getrennten Gleichrichters T 1 B erreicht werden, der dem positiven Rückkopplungsgleichrichter
entgegengesetzt polarisiert ist und welcher zwischen den Mittenpunkten der Wicklungen
W 1, W 2 (oder W 3, W 4 oder Z 3, Z 4 in den anderen Figuren) in Reihe mit einem
geeigneten Widerstand Rn eingeschaltet ist. So wird erreicht, daß die Rückkopplungserregung
durch die Hauptwicklungen in einer Richtung fließt, welche der Ergänzungserregung
entgegengesetzt ist. Eine solche negative Rückkopplung kann in Verbindung mit gewissen
Schutzanordnungen erforderlich sein.
-
Wie schon erwähnt, sind die zwischen den Mittenpunkten der Hauptwicklungsanordnungen
bestehenden Spannungsschwankungen von der doppelten Einspeisungsfrequenz, und der
Rückkopplungsgleichrichter ermöglicht es im letzten Beispiel der negativen Halbperioden,
durch den Vorspannungswiderstand Rn während jeder Halbperiode der normalen Speisungsspannungsfrequenz
hindurchzugehen. Es wird damit deutlich, daß positive und negative Rückkopplungserregungen
eine wechselseitige Phasenverschiebung von 180° haben.
-
Die positive Rückkopplungserregung wird natürlich durch den Betrag
der hervorgebrachten negativen Rückkopplung reduziert, wie es normalerweise bei
herkömmlichen Geräten der Fall ist.
-
Es wird aber durch Weglassen des negativen Rückkopplungsgleichrichters
TIB und Verwenden des Widerstandes Rn nur zwischen den Mittenpunkten des Wicklungssystems
ein zirkulierender Rückkopplungsstrom fließen, und zwar in der negativen Richtung
während der negativen Halbperioden der Doppelfrequenzspeisung. In der positiven
Richtung wird er ebenso mit 180° in der Doppelfrequenzskala Nacheilung, wobei 90°
Nacheilung der Grundfrequenzskala entsprechen. Dieser Fluß in der positiven Richtung
wird zu der positivenRückkopplung hinzukommen, wobei das Ergebnis dessen sein wird,
daß keine Verminderung der positiven Rückkopplung durch die Koexistenz der negativen
Rückkopplung erzeugt wird.