DE155283C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Für die Zwecke der Reglung des Sekundärstromes, welcher von feldmagnetlosen Gleichstromumformern geliefert wird, versagt die Mehrzahl der bei Gleichstrom- und Wechselstrommaschinen üblichen Mittel. Einfache, in den sekundären Stromkreis eingeschaltete Reglungswiderstände können der großen Energieverluste wegen natürlich nicht in Betracht kommen. Die bei Motordynamos zur Reglung

ίο benutzten Feldmagnete sind hier nicht vorhanden, und die bef Wechselstrom übliche Reglung durch Induktionswiderstände ist im sekundären Kreise nicht ohne weiteres möglich, da dieser wenigstens außerhalb des Umformers nur Gleichstrom führt.

Nach vorliegender Erfindung wird die Reglung des von derartigen Umformern gelieferten Stromes dadurch erreicht, daß man dem eigentlichen Ringinduktor, welcher in Verbindung mit den Kollektoren die Umwandlung des Gleichstromes in durch Induktion umformbare Wechselströme bewirkt und der Rückverwandlung der umgeformten Wechselströme in sekundären Gleichstrom dient, einen zweiten Induktor beigibt; dieser nimmt zwar nicht an der Umwandlung des Gleichstromes in Wechselströme und umgekehrt teil, wohl aber bewirkt er die Umformung dieser Wechselströme in solche gewünschter Spannung neben dem Hauptinduktor, welcher diese Aufgabe in der Hauptsache auch hier zu erfüllen hat. Bei dieser Einrichtung ist es möglich, den durch den Hauptinduktor aus Gleichstrom erzeugten primären Wechselstrom dem Reglungsinduktor so zuzuführen, daß seine Induktionswirkung mit Hilfe geeigneter Reglungsvorrichtungen geändert werden kann. Im Reglungsinduktor wird hierdurch ein kreisendes Feld von regelbarer Stärke oder Induktionswirkung· erzeugt, welches sich mit dem Felde des Hauptinduktors genau synchron dreht und in einer sekundären Wicklung des Reglungsinduktors, die mit dem sekundären Kreis des Hauptinduktors in Serie geschaltet ist und einen Teil der gemeinsamen sekundären Wicklungbildet, elektromotorische Kräfte induziert, die zur Spannung des sekundären Gleichstromes beitragen. Da diese elektromotorischen Kräfte durch Änderung der sie erzeugenden Induktionskraft regelbar sind, kann die Spannung des sekundären Gleichstromes in den durch die Verhältnisse gegebenen Grenzen geregelt werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Reglungseinrichtung ist der Hauptinduktor ι des Gleichstromumformers als ein Doppelringinduktor gedacht, auf dessen äußerem Ringe die primären Wicklungen 2 und die sekundären Wicklungen 3, von denen der Deutlichkeit halber nur je eine Schleife dargestellt ist, nebeneinander angeordnet sind. Die an die Verbindungsleiter 4 der primären Wicklungen 2 angeschlossenen Kollektorabzweigungen 5 führen, wie im unteren Teil der Figur durchgeführt, zu den einzelnen Stegen des primären Kollektors 6, auf welchem die rotierenden Stromzuführungsbürsten 7 schleifen, denen der Strom mittels Schleifringe 8 zugeführt wird. Die sekundären Wicklungen 3

dieses Hauptinduktors sind nicht wie die primären Wicklungen dieses Induktors zu einem für sich geschlossenen Ringe geschaltet, sondern in die Verbindungsleiter 9 dieser sekundären Wicklung ist je eine der entsprechenden sekundären Spulen oder Leiter 10 des Reglungsinduktors 11 eingeschaltet, welcher beispielsweise im Innern des ringförmigen Hauptinduktors ι angeordnet ist. Die sekundären Spulen des Hauptinduktors einerseits und des Reglungsinduktors anderseits sind also sämtlich zu einem einzigen in sich geschlossenen Kreise hintereinander geschaltet, so daß die sekundären Wicklungen 10 des Reglungsinduktors nur einen Teil der gemeinsamen Sekundärwicklung des ganzen Umformers bilden. Die Kollektorableitungen 12 der Sekundärwicklung sind an deren Verbindungsleiter angeschlossen und führen von hier zu den einzelnen Stegen des sekundären Kollektors 13, dessen kreisende Bürsten 14 mit den Bürsten 7 des primären Stromwenders auf einer gemeinsamen Welle 15 sitzen, die durch ein beliebiges Antriebsmittel in Umlauf erhalten wird. Der Sekundärstromkreis kann mittels Schleifringe 16 entnommen werden.

Auf dem Reglungsinduktor ii, der wie der

Hauptinduktor doppelringförmig ist, ist neben den Reg'lung'sspulen 10 der sekundären Wicklung noch eine zweite Wicklung gleicher Teilung angeordnet, und zwar so, daß die Spulen

17 dieser Wicklung auf gemeinsamem Kerneisen mit den Spulen 10, beispielsweise neben diesen angeordnet und unter sich durch Verbindungsleitungen 18 zu einem in sich geschlossenen Ringe verbunden sind. An drei itm 120 Grad versetzte Verbindungsleitungen

18 dieser induzierenden Wicklung des Hilfsinduktors ist je einer der drei Leiter 19, 20, 21 angeschlossen, die unter Zwischenschaltung je einer Drosselspule 22 mit je einem der ihren Abzweigungsstellen gegenüberliegenden Punkte der primären Wicklung 2, 4 des Hauptinduktors verbunden sind.

Wird der primären Wicklung mittels der umlaufenden Bürsten 7 und des Kollektors 6 Gleichstrom zugeführt, so entsteht im Hauptinduktor ι das bekannte kreisende Feld, und durch die drei Leiter 19, 20, 21 wird aus der primären Wicklung Drehstroni entnommen, welcher im Reglungsinduktor 11 ebenfalls ein kreisendes Feld erzeugt, dessen Bewegung naturgemäß mit der des Hauptfeldes vollkommen synchron ist. Durch die Dreileiterverbindung ist somit die induzierende Wicklung 17, 18 des Reglungsinduktors mit der primären Wicklung bei 4 des Hauptinduktors parallel geschaltet, und im. Reglungsinduktor findet die Umsetzung des Stromes genau in gleicher Weise statt wie im Hauptinduktor. Auch die Feldverschiebung wird durch die j sekundäre Wicklung 17, 18 des Reglungsinduktors in diesem in ähnlicher Weise hervorgebracht wie im Hauptinduktor.

Der durch die induzierende Wirkung des Reglungsinduktors zugeführte Dreiistrom läßt sich aber jetzt leicht durch bekannte Mittel, beispielsweise durch Verschiebung der Kerne der drei in die Drehstromleiter 19, 20, 21 eingeschalteten Drosselspulen, verändern. Hierdurch ist es möglich, die Induktionswirkung· des Hilf sin duktors und dadurch die Spannung des sekundären Stromes nach Bedarf zu regeln.

An Stelle der auf der Zeichnung als Reghilfseinrichtung angenommenen Drosselspulen wird man sich in den meisten Fällen vorteilhafter Reguliertransformatoren bedienen, welche es gestatten, ohne wesentliche zeitliche Feldverschiebung durch Abschaltung von Windungen die Spannung des den Reglungsinduktor erregenden Drehstromes nach Bedarf zu ändern.

Die induzierende Wicklung des Reglungsinduktors, welche nach Fig. 1 in Dreieckschaltung angeordnet ist, läßt sich natürlich auch nach Art der Sternschaltung ausbilden. Es ist beispielsweise zu diesem Zwecke nur nötig, die Anschlußverbindungsleitungen 18 an einer Seite der Anschlußstellen der Drähte 19, 20, 21 zu unterbrechen und die freien Enden der mit diesen Drehstromleitern in Verbindung bleibenden Wicklungsabschnitte, wie durch die punktierten Linien 40 angedeutet, zusammenzuführen.

Statt, wie vorstehend vorausgesetzt, die Spannung des dem Reglungsinduktor zugeführten induzierenden Drehstromes zwecks Änderung der Spannung des Drehstromes zu verändern, kann man die Einrichtung auch so treffen, daß man die wirksame Windungszahl der primären Wicklung verändert.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine für diese Regulierungsart ausgebildete Einrichtung. Die zur Zuführung des primären und zur Entnahme des sekundären Gleichstomes dienenden Kollektoreinrichtungen sind hier der Einfachheit halber fortgelassen und von den Kollektorabteilungen des primären Stromes einerseits und der sekundären Wicklung anderseits sind nur die Anschlüsse 5 bezw. 12 angedeutet. Die Einrichtung des Hauptinduktors sowie auch des Nebeninduktors ist bis auf die besondere Einrichtung und Verbindung in allen wesentlichen Punkten die gleiche, wie sie an Hand der Fig. 1 beschrieben worden ist. Auch hier ist die primäre Wicklung des Hauptinduktors 1 für sich als Kreiswicklung ausgebildet, während die sekundäre Wicklung auf dem Reglungsinduktor übergreift, so daß in dem sekundären Kreis die sekundären Spulen 3 des Hauptinduktors und

die sekundären Spulen ίο des Reglungsinduktors abwechselnd hintereinander geschaltet sind.

Die Spulen 17 der induzierenden Wicklung des Reglungsinduktors sind hier in drei getrennten Gruppen durch die drei Leiter 23, 24, 25 einerseits an drei um 120 Grad versetzten Punkten an die primäre Wicklung des Plauptinduktors angeschlossen und das Ende jeder Gruppe dieser Spulen, sowie jede der dazwischen liegenden Verbindungsleitungen 18 ist durch einen Leiter 26 an Stromschlußstücke 27, 28, 29 bezw. 30 einer kreisförmigen Schaltvorrichtung angeschlossen, welche ein mit drei um 120 Grad versetzten Armen versehener Kurzschlußkontakt 31 bestreicht". Durch diesen Kurzschlußkontakt 31 werden somit die drei Spulenreihen 17 der induzierenden Wicklung genau so wie durch die Drähte 40 der Fig. 1 in Sternschaltung verbunden, so daß die Wirkungsweise genau die gleiche ist, wie vorher beschrieben. Dreht man indessen den Kurzschlußkontakt 31 so, daß er drei andere Stromschlußstücke,., beispielsweise die Kontakte 28, verbindet, so sind die beiden letzten Spulen 17 wirkungslos gemacht. Die elektromotorische Kraft des der primären Wicklung 2,4 des Hauptinduktors entnommenen Drehstromes kommt nunmehr nur noch in den beiden ersten der Spulen 17 in jedem Drittel des Reglungsinduktors zur Geltung. Die hierdurch bedingte Verringerung der Amperewinduiigszahl der induzierenden Wicklung des Reglungsinduktors hat zur Folge, daß sich die Kraftliniendichte des Reglungsinduktors entsprechend erhöht, um der unveränderten elektromotorischen Kraft des primären Kreises das Gleichgewicht zu halten. Die Folge der Erhöhung der Kraftliniendichte ist somit eine entsprechende Verstärkung der auf die Sekundärspulen 10 des Reglungsinduktors ausgeübten Induktionswirkung. Da diese Spulen 10 mit den sekundären Spulen 3 des Sekundärkreises in Reihenschaltung angeordnet sind, so erhöht sich dementsprechend die gesamte elektromotorische Kraft des sekundären Kreises und des aus diesem entnommenen sekundären Gleichstromes. Man kann diesen Vorgang auch einfacher erklären, wenn man in Betracht zieht, daß der Regelungsinduktor in derselben Weise stromumsetzend wirkt wie eier Hauptinduktor, und daß sich das Übersetzungsverhältnis zwischen dem zugeführten primären und dem entnommenen Gleichstrom aus dem Verhältnis der gesamten jeweilig wirksamen primären und der sekundären Windungszahl ergibt. Verringert man diese Windungszahl durch Abschalten eines Teiles der erregenden Spulen 17 des Reglungsinduktors, so verschiebt sich demgemäß das Übersetzungsverhältnis in der Weise, daß sich eine Erhöhung der Spannung im sekundären Kreise ergibt. Umgekehrt vermindert sich die Spannung, wenn man die Zahl der eingeschalteten Spulen 17 vergrößert.

Um eine für die Kommutierung nachteilige Verschiebung des Reglungsfeldes gegen das Hauptfeld zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Schaltvorrichtung so einzurichten, daß jeweilig von beiden Enden jeder der drei Wicklungsgruppen 17 gleiche Abschnitte zugleich abgeschaltet bezw. zugeschaltet werden. Außerdem muß natürlich in allen Fällen die Schaltvorrichtung beispielsweise durch Anwendung von Doppelbürsten, welche durch Induktionswiderstände verbunden sind, und mit entsprechenden Zwischenkontakten so ausgestattet werden, daß beim Umschalten die auszuschaltenden Spulen 17 nicht kurzgeschlossen werden, wie dies bei der Ausbildung des Schalters nach Fig. 2 unvermeidlich sein würde.

Mittels einer ähnlichen Schaltvorrichtung läßt sich die Reglung der vom Reglungsschalter im Sekundärkreise erzeugten elektromotorischen Kräfte auch nach einer anderen Methode bewirken, nämlich durch Änderung der elektromotorischen Kraft des aus der primären Wicklung des Hauptinduktors entnommenen und der induzierenden Wicklung des Reglungsinduktors zugeführten Drehstromes. Diese Einrichtung ist in Fig. 3 in einem noch weiter vereinfachten Schema der gesamten Primärwicklung des Haupt- und Reglungsinduktors angedeutet, wobei die sekundäre Wicklung vollständig fortgelassen ist. Von den beiden Enden jeder der drei Gruppen von Erregerspulen 17 dieser Wicklung des Reglungsinduktors ist das eine wie nach Fig\ 2 durch Leiter 23, 24, 25 an drei um 120 Grad, versetzte Punkte der primären Hauptwicklung 2 angeschlossen, während das andere Ende mit je einem Teile eines dreiteiligen Schleifringes 32 verbunden ist. Die Verbindungsstellen der Abschnitte 2 der Hauptwicklung sind durch Leiter 33, 34,35 an je eins der Stromschlußstücke 36 einer der Fig. 2 entsprechenden Schaltvorrichtung angeschlossen; auch die Ableitungen 23,24,25 sind mit je einem dieser Stromschlußstücke verbunden. Die von einem dreiarmigen Schalthebel 38 getragenen drei Kontakte 37 sind um 120 Grad gegeneinander versetzt, aber voneinander isoliert und greifen außer über die Stromschlußstücke 36 auch über die Ringabschnitte 32 hinweg. Durch passende Einstellung der Kontakte 32 kann man nach Belieben eine der Leitungen 33, 34 oder 35 oder auch, wie dargestellt, mit dem Ende je einer Reihe der Spulen 17 des Reglungsinduktors verbinden. Sind zum Beispiel, wie in Fig. 3 angedeutet, die Abteilungen 23, 24, 25 durch die Kontakte

37 mit dem Ringteil 32 verbunden, so sind in jedem Drittel des ganzen Kreises sämtliche Spulen 2 des Hauptinduktors mit den Spulen 17 des entsprechenden Drittels des Reglungsinduktors hintereinander geschaltet, so daß die volle elektromotorische Kraft der primären Hauptinduktorwicklung zur Erregung des Reglungsinduktors dient. Wenn dagegen die drei Kontakte 37 so gedreht werden, daß sie mit drei anderen Lamellen 36 in Berührung kommen, so sind von den Hauptinduktorspulen 2 je eine oder mehrere aus dem Stromkreise jeder der drei Spulenserien 17 ausgeschaltet. Bei der punktiert angedeuteten Stellung der Kontakte sind zum Beispiel nur noch zwei Spulen 2 wirksam, zwei sind ausgeschaltet. Hierdurch wird die dem Reglungsinduktor zugeführte elektromotorische Kraft und demgemäß die elektromotorische Kraft des Sekundärstromes vermindert. Umgekehrt Avird durch Zuschalten weiterer Spulen 2 die elektromotorische Kraft des Sekundärstromes erhöht.

Statt durch Dreiphasenstrom kann man den Reglungsinduktor auch durch Wechselströme von beliebig vielen Phasen erregen. Auch Zweiphasenstrom ist im Prinzip noch zulässig, während Einphasenstrom außer Betracht fallen muß, weil das Feld des Reglungsinduktors synchron zum Hauptfelde kreisen muß. Zweiphasenstrom wird wegen der geringen Gleichförmigkeit seiner Wirkung mit Rücksicht auf die Kommutierung zweckmäßig nicht angewendet werden. Dieselbe Rücksicht wird in manchen Fällen, insbesondere wenn der Reglungsinduktor verhältnismäßig groß ist, die Anwendung einer höheren Phasenzahl als 3 empfehlenswert machen, obwohl hierdurch die Einrichtung der erforderlichen Schaltvorrichtungen oder dergleichen Vorrichtungen entsprechend verwickelter wird.

Die Größe des Reglungsinduktors bestimmt sich in jedem einzelnen Falle nach der Größe des erforderlichen Reglungsbereichs. Wenn die gewünschte Regulierbarkeit zum Beispiel ein Drittel der Gesamtleistung beträgt, so muß der Reglungsinduktor ein Drittel so groß sein wie der Hauptinduktor. An Stelle mit der auf der Zeichnung dargestellten Ringwicklung kann der Hauptinduktor sowohl wie auch der Nebeninduktor mit einer der bei Dynamoankern üblichen Trommelwicklungen versehen sein.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln der Spannung feldmagnetloser Gleichstrom-Gleichstromumformer, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit zwei an je einen Kollektor angeschlossenen Wicklungen verseltenen ring- oder doppelringförmigen Hauptinduktor ein ebenso gestalteter, doppelt bewickelter Reglungsinduktor beigegeben ist, dessen sekundäre Spulen oder Leiter mit den entsprechenden sekundären Wicklungsabschnitten des Hauptinduktors so in Reihe geschaltet sind, daß sie mit diesen eine gemeinsame sekundäre Kreiswicklung bilden, während die primäre Wicklung des Reglungsinduktors durch dem primären Hauptkreise entnommene Mehrphasenströme regelbarer Stärke so erregt wird, daß im Reglungsinduktor ein mit dem Felde des Hauptinduktors syil- ~ chron kreisendes Feld entsteht. .

2. Ausführung der Reglungsvorrichtung bei der Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in die die primäre Wicklung des Hauptinduktors mit der primären Wicklung des Reglungsinduktors verbindenden Mehrphasenleitungen veränderliche Induktionswiderständc (Drosselspulen, Reglungstransformatoren oder dergleichen) geschaltet sind.

3. Ausführung der Reglungseinrichtung bei der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen die ' primäre Wicklung des Reglungsinduktors abteilungsweise ein- oder ausschaltenden Schalter das Verhältnis zwischen den wirksamen Windungszahlen der primären und sekundären Wicklung des Reglungsinduktors geändert wird.

4. Ausführung der Reglungseinrichtung bei der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen die primäre Wicklung des Hauptinduktors abteilungsweise ein- oder ausschaltenden Schalter die Spannung der die primäre Wicklung des Reglungsinduktors erregenden Mehrphasenströme geändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.