DE144576C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

in PARIS.

Vorliegende Erfindung hat eine Einrichtung zur Erregung von Wechselstromerzeugermaschinen zum Gegenstande, durch welche diese zu asynchronen Wechselstromerzeugermaschinen werden, ohne daß es dabei nötig ist, den Läufer so zu wickeln, wie die Läufer der Wechselstromerzeugermaschinen mit Kollektor von Goerges und Heyland. Diese Einrichtung ermöp'icht überdies leicht die Kompoundierung solcherWechselstromerzeugermaschinen. Das kennzeichnende Merkmal der vorstehenden Einrichtung ist, daß die Erregerwicklung gewöhnlicher Wechselstromerzeugermaschinen durch eine Wicklung ersetzt ist, welche wie die Wicklung eines Läufers für einen Mehrphasenmotor in Nuten eingelegt ist, und welche an so viel isolierten und auf die Achse aufgesetzten Schleifringen endigt, als die Wicklung Phasen hat.

Man sendet durch diese Schleifringe in die erregende Wicklung Ströme niederer Frequenz, deren Frequenz sogar = ο wird in dem Augenblick, wo die Wechselstromerzeugermaschine mit dem von ihr zu speisenden Netz synchron läuft.

Diese Ströme von niederer Frequenz werden mit Hülfe einer Vorrichtung zur Frequenzumformung erhalten. Damit die niedere Frequenz immer diejenige ist, welche für die mehr oder weniger große Umlaufgeschwindigkeit der WechselstiOmerzeugermaschine sich eignet, ist der Frequenzumformer mit der Wechselstrom erzeugermaschine mechanisch fest verbunden, und die Frequenz der Erregerströme ist durch die Schlüpfung bestimmt, d. h. es ergibt sich die Frequenz aus dem Unterschiede der Geschwindigkeit der Wechselstromerzeugermaschine und derjenigen Geschwindigkeit, welche diese haben muß, um mit dem Netz synchron zu sein.

Die Frequenzumformer zur Brregung derartig gebauter Wechselstromerzeugermaschinen können eine verschiedene Ausbildung erfahren, sie können mit der Wechselstromerzeugermaschine auf gleicher Achse sitzen oder auch durch Zahnradübersetzung mitgenommen werden. Im nachstehenden ist nun ein Frequenzumformer beschrieben, der sich hierzu besonders eignet.

Dieser Umformer wird durch das Netz derart gespeist, daß je nach der Beschaffenheit und Größe der Belastung die Erregung der Wechselstromerzeugermaschine sich verändert und die Spannung an den Klemmen der Maschine unverändert aufrecht erhalten wird.

Die zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens zur Kompoundierung asynchroner Wechselstromerzeugermaschinen dienende Maschine unterscheidet sich durchaus von der von Foerderreuther in der E. T. Z. 1891, S. 267 beschriebenen Maschine, wie auch von dem Heyland'schen Motor, bei welchem der Ständer den Netzstrom von gewöhnlicher Frequenz empfängt und der Läufer im Nebenschluß zum Ständer durch Bürsten und Kollektor gespeist wird. Dagegen wird bei der vorliegenden

Maschine der Läufer mit der Netzspannung gespeist und der Ständer mittels Bürsten durch Ströme geringer Frequenz erregt.

Die Fig. ι und 2 zeigen die Anordnung des Frequenzumformers nach vorliegender Erfindung. Fig. ι zeigt die Längsansicht und Fig. 2 die Seitenansicht von der Kollektorseite aus gesehen nach Entfernung des Lagerbockes.
Der sich drehende Anker oder Läufer R trägt in Nuten eine der Bewicklung einer Gleichstromdynamomaschine ähnliche Bewicklung B₁ , welche an den Kollektor C₁ angeschlossen ist, und eine zweite Bewicklung B₂, welche ähnlich derjenigen einer Wechselstrommaschine für ein- oder mehrphasigen Wechselstrom ist; diese Bewicklung führt zu zwei oder η (der Phasenzahl η entsprechend) auf die Welle aufgesetzten und isolierten Schleifringen D₁ D₂.... Auf dem Kollektor C₁ schleifen drei oder mehrere Bürsten C₃ in gleichen Abständen voneinander, um mehrphasige Wechselströme entnehmen zu können. Diese Bürsten sitzen auf einem gemeinsamen Ring C₂, welcher unter Wahrung ihrer gegenseitigen Stellung eine gemeinsame Verschiebung der Bürsten gestattet.

In dem von dem feststehenden Gehäuse J gehaltenen Ständereisen »S befindet sich eine der Wicklung des Ankers eines asynchronen Motors gleiche Phasenwicklung B₃ und eine Wicklung B_i, die wie die Ständerwicklung eines gewöhnlichen Mehrphasenmotors angeordnet ist und deren Phasenzahl der Phasenzahl der Bürsten C₃ entspricht. Diese Wicklung B_i ist die eigentliche erregende Wicklung, die durch Drei- oder n-Phasenströme gespeist wird, welche mit den Bürsten C₃ abgenommen werden. Die durch die Bürsten an die Wicklung B_i des Ständers gelieferten Ströme erzeugen in diesem ein Drehfeld.

Beim Synchronismus sind, wie oben ausgeführt, die durch die Bürsten an den Ständer abgegebenen Ströme gleichgerichtete Ströme; läuft die Maschine nicht synchron, so werden von den Bürsten Phasenströme sehr geringer Frequenz abgegeben.

Soll die Maschine als gewöhnlicher Frequenzumformer laufen, so braucht man nur die Bürsten C₃ mit dem Stromkreis zu verbinden, in welchem man die von der Speisungsfrequenz verschiedene beliebige Frequenz erhalten will; der Speisungsstrom von gewöhnlicher Frequenz tritt in die Schleifringe des Läufers ein; die Frequenz des von den Bürsten abgegebenen Stromes hängt von der Umlaufsgeschwindigkeit des Läufers ab. Will man Ströme von geringer Frequenz erhalten, so muß der Maschine eine Geschwindigkeit erteilt werden, die in der Nähe des Synchronismus liegt, und man erreicht dies durch entsprechende Abmessung der Wicklungen auf dem Ständer.

Die Kompoundierung einer Wechselstromerzeugermaschine, welche mit Phasenströmen erregt wird, mit Hülfe eines derartigen Frequenzumformers ist in Fig. 3 dargestellt.

Das erregende Feld der Wechselstrommaschine A wird also nicht mehr, wie gewöhnlich, mit Gleichstrom, sondern mit Wechselströmen von niederer Periodenzahl gespeist, die man dem Kollektor der beschriebenen Maschine entnimmt. S¹ ist der Ständer oder Anker und r der Läufer, welcher das erregende Feld liefert. Auf dem Anker S befindet sich eine induzierte Wicklung, wie sie bei Wechselstromerzeugern üblich ist. Dieselbe ist an den Klemmen X₁ X₂ X₃ mit den Leitern G des Netzes verbunden. T₁ T₂ sind Transformatoren, von denen die ersten (T₁) im Nebenschluß, die zweiten (T₂) in Hintereinanderschaltung zu den Netzleitungen liegen. Die sekundären, in Hintereinanderschaltung verbundenen Stromkreise .F₁ F₂ F₃ dieser Transformatoren führen zu den Schreifringen -D₁ D₂D₃ der oben beschriebenen Erregermaschine. Diese Erregermaschine E dreht sich mit der mechanisch mit ihr gekuppelten Wechselstromerzeugermaschine und formt die durch die Ringe D₁ D₂ D₃ aufgenommenen Mehrphasenströme um. Die umgeformten Ströme werden an den Bürsten C₃ des Kollektors C abgenommen.

Der eine Teil dieser Ströme dient zur Erregung der Feldwicklung jB₄ auf dem Ständer S der Erregermaschine, während der andere Teil über die Ringe Cl₁ d₂ d_a dem erregenden Teil r der Wechselstrommaschine A zugeführt wird. Dieser besitzt zwei Wicklungen: eine Wicklung b₃ aus geschlossenen Windungen, welche zum Ausgleiche des Drehfeldes dient, und eine zweite Phasenwicklung b₄, welche an die Schleifringe Ci₁ d₂ d₃ angeschlossen ist.

Die Kompoundierungseinrichtung arbeitet nun wie folgt:

Die Erregermaschine E erzeugt in dem erregenden Feld r der Wechselstrommaschine A erregende Amperewindungen, die zur Spannung der an die Bürsten F₁ F₃ F₃ abgegebenen Wechselströme proportional sind. Man kann also mit dieser bekannten Schaltung der Transformatoren sämtliche Wirkungen der Ankerrückwirkung der Wechselstrommaschine A in der Größe und in der Phase kompoundieren, weil sich die Pole des erregenden Feldes f von selbst gegen dieses verstellen. Die erzielte · Kompoundierung trägt nicht nur der Stärke der von der Wechselstromerzeugermaschine in das Netz abgegebenen Ströme, sondern auch dem veränderlichen Winkel der Phasenverschiebung zwischen diesen Strömen und der elektromotorischen Kraft Rechnung.

Man kann die Erregung ändern, indem man die Bürsten C₃ der Erregermaschine verstellt. Man kann auch in verschiedener Weise den

Wirkungsbereich der Kompoundierung abändern, indem man die Wirkung des Nebenschlußtransformators T₁ oder der erregenden Wicklung B_i der Erregermaschine vermindert. Ferner kann man gegebenenfalls die Wicklung B_s der Erregermaschine in Fig. 2 fortlassen, welche auf die schnellen Veränderungen des Feldes dämpfend wirkt. In einzelnen Fällen kann man auch die kurz geschlossenen Windüngen b_z des erregenden Läufers der Wechselstrommaschine weglassen.

In der Anlage zur Erregung der Wechselstromerzeugermaschine mittels des Frequenzumformers nach vorliegender Erfindung kann der Gang der Wechselstromerzeugermaschine synchron oder asynchron, d. h. unabhängig von der zu erzeugenden Periodenzahl sein. Bei asynchronem Gange sind die von den Bürsten C₈ der mechanisch gekuppelten Erregerrnaschine gelieferten Erregungsströme Wechselströme' mit geringer Frequenz. Die Wechselstrommaschine kann also wie ein übersynchron laufender Asynchronmotor mit anderen Wechselstromerzeugern in Parallelschaltung laufen. Bei asynchronem Gange können die Kurzschlußwicklungen B₃ b_s zur Erzeugung der erregenden Felder beider Maschinen (der Wechselstrom- und ihrer Erregermaschine) beitragen.

Als Abänderung der Anlage kann angeführt werden, daß man als erregenden Teil der Wechselstrommaschine A statt des Läufers den Ständer nehmen kann.

Das beschriebene Verfahren zur Kompoundierung ist hiernach vollständig verschieden von den früheren, bei welchen, wie z. B. nach Patent 106879 ^un^ ⁱ²955²j Wechselstromgleichstromumformer zur Verwendung kommen. Von der Heyland'schen Maschine unterscheidet sich die neue Erregermaschine dadurch, daß man in das erregende Feld der Wechselstrommaschine Ströme von niedriger Frequenz oder gleichgerichtete Ströme schicken kann, während Heyland genötigt ist, mit dem erregenden Feld der Wechselstrommaschine einen Kollektor zu verbinden, der nicht durch Ströme niedriger Frequenz oder gleichgerichtete Ströme, sondern durch Ströme von derselben Frequenz wie die Netzströme gespeist wird.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Kompoundierung asynchroner Wechselstromerzeugermaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß dem eine Phasenwicklung tragenden, erregenden Teil der Erzeugermaschine (A) über Schleifringe Phasenströme niedriger Frequenz zugeführt werden, deren Stärke und Phase von den Netzströmen abhängig gemacht wird.

2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenströme niedriger Frequenz mittels Kollektor und Bürsten dem mit dem Läufer (r) mechanisch gekuppelten umlaufenden Teil einer Erregermaschine (E) entnommen werden, welche ebenfalls von diesen Phasenströmen erregt und nach Art eines Umformerankers an Schleifringen in bekannter Weise über Transformatoren von den Netzströmen gespeist wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.