DE208802C - - Google Patents

Description

KAIS

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 208802 KLASSE 21 d. GRUPPE

in FRANKFURT a. M.

Wechselstrom - Kollektormaschine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. April 1908 ab.

Die Wechselstrom - Kollektormotoren mit Nebenschlußerregung besitzen bekanntlich den Nachteil, daß sie ein sehr geringes Anlaufdrehmoment besitzen, so daß sie von selbst nicht anlaufen, und daß ihre Tourenzahl im allgemeinen nicht regelbar ist, sondern an Synchronismus gebunden ist. Einen Einblick in die in Betracht kommenden Verhältnisse gibt Fig. ι der Zeichnung, welche einen kompensierten Nebenschlußmotor darstellt, bei welchem die Nebenschlußerregungen mit Hilfe von Erregerbürsten δ δ erfolgt, denen mittels des hier aus der Ständerarbeitswicklung g und

, einer der Wicklung g konachsialen Wicklung h gebildeten Nebenschluß transformator mit praktisch konstanter Spannung gespeist werden. Zunächst ist leicht ersichtlich, daß die konstante Erregerspannung beim laufenden Motor auch ein konstantes Feld und somit konstante Tourenzahl ergibt. Auch durch besondere Hilfsmittel, z. B. eine ' weitere Erregung beispielsweise mittels der Ständererregerwicklung/, läßt sich die Feldstärke und die Tourenzahl nicht ohne weiteres ändern, denn das von jener besonderen Erregerwicklung f erzeugte Feld wird aufgehoben durch den Strom, der in der Ankerwicklung durch Transformation von der Wicklung / aus hervorgerufen wird und im Erreger Stromkreis verläuft. Es bleibt also in jedem Fall im Erregerkreis nur derjenige Strom übrig, welcher vom Nebenschlußtransformator herrührt, also beim laufenden Motor konstant ist.

Aus diesem Grunde ist auch die Kompoundierung eines Wechselstrommotors in wirksamer Weise nicht ohne weiteres möglich.

Auch dadurch läßt sich nur in geringem Maße eine Kompoundierung erreichen, daß in den Erregerstromkreis außer der praktisch konstanten Spannung gemäß Fig. 2 noch eine dem Arbeitsstrom proportionale Spannung eingeschaltet wird, wie dies schon vorgeschlagen worden ist.

Gemäß der Fig. 2 dient zur Zuführung der dem Arbeitsstrom proportionalen Spannung der Serientransformator, dessen Primärwicklung s in Reihe mit der Ständerarbeitswicklung g, deren Sekundärwicklung t dagegen in Reihe mit der Wicklung h und den Erregerbürsten b b geschaltet ist. . Bei dieser Art, den Erreger-Stromkreis zu speisen, wird der Erregerstrom dem Hauptstrom annähernd proportional bleiben, da durch die Verwendung des Serientransformators die Gleichheit der Ströme auf der Primärseite und Sekundärseite desselben erzwungen wird. Nimmt man an, beim Anlauf sei die von der Wicklung h in dem Erregerstromkreis erzeugte Stromstärke gegenüber der vom Serientransformator hineintransformierten Stromstärke zu vernachlässigen, dann wird, das Übersetzungsverhältnis des, Serientransformators gleich ι gesetzt, der Erregerstrom gleich dem Hauptstrom sein. Beim Laufen des Motors unterstützt die zwischen den Bürsten b b entstehende voreilende elektromotorische Kraft die Spannung der Wicklung h, so daß der

Strom im Erregerstromkreis verstärkt werden würde, wenn nicht der Serientransformator eine drosselnde Wirkung in bezug auf die Zunahme des sekundären Stromes hätte. Die kompoundierende Wirkung dieser Anordnung ist demnach keine vollkommene, und ■ es ist zu erwarten, daß der Motor in seinem Verhalten im wesentlichen dem Serienmotor nahekommt. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist der Umstand, daß der beim Anlauf besonders große Erregerstrom den Kollektor durchfließt, was leicht zum Feuern Anlaß geben kann. Außerdem ist der Spulenfaktor einer gleichmäßig verteilten Wicklung für die Erzeugung eines Feldes sehr klein, so daß man verhältnismäßig starke Ströme zulassen muß, um ein genügendes Anlaufsfeld zu erhalten.

Gemäß der Erfindung wird nun eine gut kompoundierte Maschine durch eine neue Art der Erregung erreicht. Und zwar wird wieder wie bei der Schaltung nach Fig. 1 die eine (die konstante) Erregung im wesentlichen mittels des Läufers, die dem Arbeitsstrom proportionale Erregung im wesentlichen mittels des Ständers bewirkt. Dabei wird aber gemäß der Erfindung die durch die Ständererregung im Läufer induzierte Spannung durch eine dem Läufer zugeführte, dem Arbeitsstrom proportionale Spannung ganz oder wenigstens zum Teil aufgehoben. Damit wird dann das Zustandekommen einer kombinierten Wirkung der praktisch konstanten Erregung mit der dem Arbeitsstrom proportionalen Erregung ermöglicht.

Eine Schaltung gemäß der Erfindung zeigt die Fig. 3 als Ausführungsbeispiel.

Zur Erregung wird hier außer den von der Sekundärwicklung h des Nebenschlußtransformators gespeisten Erregerbürsten b b noch eine unmittelbar oder mittelbar mit der Ständerarbeitswicklung g in Reihe geschaltete Ständererregerwicklung f angewendet. Die Aufhebung des von der Wicklung f erzeugten Feldes durch den im Erregerstromkreis des Läufers verlaufenden Strom, dessen Einfluß bei Besprechung der Fig. 1 gezeigt worden ist, wird indessen dadurch vermieden, daß mittels des Serientransformators t in den Erregerkreis eine elektromotorische Kraft geschickt wifd, welche die von der Wicklung f im Erregerkreis hervorgerufene Spannung ganz oder nahezu aufhebt, und zwar bei jeder Belastung, da sie selbst proportional dem die Ständererregerwicklung / durchfließenden Strome ist.

Die Maschine verhält sich im Betrieb folgendermaßen :

Beim Anlauf als Motor fließt der Anlaufstrom durch die Wicklungen g, s und f. Im Erregerstromkreise dagegen wird ein Strom fließen, welcher im wesentlichen nur durch die elektromotorische Kraft der Wicklung h und die ev. noch vorhandene Differenz der beiden elektromotorischen Kräfte hervorgerufen wird, welche von den Wicklungen f und s in den Erregerstromkreis hineintransformiert werden. Dieser im Erregerstromkreis fließende Strom wird demnach nicht die Höhe erreichen können, welche er haben müßte, wenn das Feld nur im Rotor erzeugt wird. Beim Laufen wird nun wieder die voreilende elektromotorische Kraft zwischen den Bürsten b b den von der Wicklung h erzeugten Erregerstrom verstärken. Dieser Zunahme des Erregerstromes setzt nun aber der Serientransformator nicht nur keine gegenelektromotorische Kraft entgegen, sondem es wird sogar der vorher im Serientransformator vorhandene Spannungsabfall durch den Erregerstrom vernichtet. Hat der Erregerstrom eine dem primären Transformatorstrom gleiche Höhe erreicht, dann wird, das Über-Setzungsverhältnis gleich 1 vorausgesetzt, bei streuungslosem Serientransformator der Spannungsabfall gleich Null sein. Wir haben also in diesem Falle beim Anlaufen in dem Erregerstromkreis kleinere Ströme, so daß ein Feuern der Erregerbürsten nahezu vermieden ist. Außerdem aber kann die Wicklung f so ausgeführt werden, daß ihre Windungen eine ganze Polteilung umfassen. Es ist dann die Zahl der Windungen, welche zur Erzielung eines genügenden Anlauffeldes erforderlich sind, bei weitem geringer als im Falle der Fig. 2. Man hat also durch die Anordnung der Fig. 3 eine Maschine erhalten, bei welcher der dem Hauptstrom proportionale Teil des Feldes im wesentlichen im Stator erzeugt wird, während das durch die konstante Spannung der Wicklung h erzeugte Feld nur im Rotor erzeugt wird. Dieser Motor wird, wie auch Versuche gezeigt haben, durchaus den Charakter eines Gleichstrom-Kompoundmotors haben.

Eine Vereinfachung des Motors nach Fig. 3 ergibt sich aus der Anordnung gemäß Fig. 4, da es nämlich weniger auf die Transformierung des Stromes ankommt als darauf, daß in den Erregerstromkreis eine der von f aus induzierten elektromotorischen Kraft entgegenwirkende elektromotorische Kraft hineingebracht wird, ist es möglich, den Serientransformator durch eine Drosselspule d zu ersetzen Auch dadurch wird erreicht, daß das dem Hauptstrom proportionale Feld im wesentlichen im Stator erregt wird, während das durch die Wicklung h erzeugte Nebenschlußfeld vorwiegend im Rotor erregt wird. Wenn man diesem Motor, nachdem er angelaufen ist, den Charakter eines Nebenschlußmotors geben will, so ist es nur nötig, die Drosselspule bzw. den Serientransformator kurzzuschließen.

Um den hohen Anlaufstrom bzw. das übermäßig hohe Anlaufdrehmoment dieser Motoren zu verringern, kann man auch die primäre

Wicklung ' des Serientransformators gemäß Fig. 5 zwischen die Hauptbürsten schalten. Beim Anlaufen ist der den Erregerstromkreis durchfließende Strom wiederum klein, während der die Wicklung s durchfließende Strom der Hauptbürsten ein dem Anlaufstrom proportionaler Strom ist. Der Transformator wird den zwischen den Bürsten α α fließenden Strom stark drosseln und so der Aufnahme eines

ίο allzu hohen Anlauf stromes entgegenwirken. Beim Laufen jedoch wird durch den die Wicklung t durchfließenden Erregerstrom der Spannungsabfall des Serientransformators auf ein Minimum reduziert, so daß ein normales Arbeiten des Motors möglich ist. Diese Schaltungen sind auch anwendbar auf alle Motoren anderer Art, welche einen Betrieb als Nebenschlußmotor gestatten.
Beispielsweise ist in Fig. 6 ein Motor mit Spannungsaufteilung nach Patent 200884 dargestellt, bei welchem die Hauptbürsten α α in Reihe mit der Wicklung g geschaltet sind und wobei zwischen den Hauptbürsten eine Drosselspule d zur Spannungsaufteilung eingeschaltet ist. Wie aus der Fig. 6 ersichtlich, läßt sich auch hier die beschriebene Schaltung anwenden, so daß auch diesem Motor der Charakter eines Kompoundmotors erteilt werden kann. Auch die Motoren, bei welchen sowohl die Statorarbeitswicklung wie auch die Rotorarbeitswicklung an eine konstante bzw. regelbare Spannung angeschlossen sind, können 'mit dieser Schaltung versehen werden. Hierbei kann die Statorfeldwicklung f und die primäre Wicklung s des Serientransformators vom Statorstrom, Rotorstrom oder vom Differenzstrom beider durchflossen werden. Selbstverständlich können alle Wicklungen und Felder der beschriebenen kompoundierten Wechsel-Strommaschine von Hand oder automatisch regelbar gemacht werden unter Verwendung aller der hierfür geeigneten bekannten Mittel, wie z. B. Abschalten von Wicklungsteilen, Parallelschalten von Ohm sehen oder induktiven Widerständen durch Verwendung von Eisenwiderständen und hochgesättigten Drosselspulen usw.

Es kann auch zweckmäßig sein, die Übersetzung des Serientransformators zwischen Anlauf und Vollauf zu ändern. Bei Verwendung einer Drosselspule könnte zwischen Anlauf und Betrieb eine Veränderung ihrer Windungszahl notwendig sein. Über die von selbst erreichte konstante Tourenzahl angetrieben, arbeitet diese Maschine als Generator, so daß sie auch für Kraftrückgewinnung verwendet werden kann. Die Wicklungen g und f können in bekannter Weise zu einer einzigen schräggestellten Wicklung vereinigt werden, und ebenso können die den Bürstengruppen α β und b b entsprechenden Wicklungen durch eine einzige Wicklung dargestellt werden.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Wechselstrom-Kollektormaschine mit je mindestens einer Arbeitswicklung und je einer Erregerwicklung auf dem Ständer und dem Läufer, bei der die Ständererregerwicklung im wesentlichen proportional dem Arbeitsstrom, die Läufererregerwicklung im wesentlichen von konstanter Spannung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck, eine wirksame Kompoundierung zu erzielen, in den Rotorerregerkreis eine der im Rotorerregerkreis durch die Ständererregung induzierten elektromotorischen Kraft entgegenwirkende, dem Arbeitsstrom proportionale elektromotorische Kraft eingeschaltet ist.

2. Wechselstrom-Kollektormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Rotorerregerkreis eingeschaltete elektromotorische Gegenkraft durch einen gegebenenfalls regelbaren Serientransformator dem Ständerstromkreis entnommen wird.

3. Wechselstrom-Kollektormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Erregerkreis eingeschaltete elektromotorische Gegenkraft mittels einer gegebenenfalls regelbaren, vom Arbeitsstrom durchflossenen Drosselspule erreicht wird, welche parallel zu der die konstante Erregerspannung liefernden Stromquelle (Transformatorwicklung) und der Erregerwicklung des Läufers geschaltet ist. .

4. Ausführungsform nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Serientransformator oder die Drosselspule mit einer Kurzschlußvorrichtung versehen ist, zu dem Zwecke, durch Kurzschließen des Transformators oder der Drosselspule die Erregung der Maschine zeitweise unabhängig von der Belastung machen zu können.

5. Wechselstrom - Kollektormotor nach Anspruch 1 oder den Unteransprüchen, gekennzeichnet durch dessen Schaltung nach Patent 200884.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.