DE210684C

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Publication number: DE210684C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

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PATENTSCHRIFT

' -Jifi 210684-KLASSE 21 d. GRUPPE

Reihenschluß-Kommutatormotoren.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. September 1907 ab.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors von Wechselstrom - Reihenschluß-Kommutatormotoren, dergestalt, daß der Leistungsfaktor nach Möglichkeit der Einheit genähert wird oder sagar ein Voreilen des Stromes bewirkt wird.

Der wesentliche Bestandteil dieser Anordnung besteht in einem Ausgleichstransformator, mit dessen Hilfe dem Anker wattlose Energie entzogen wird. Der Transformator muß zu diesem Zweck eine; sehr erhebliche Streuung besitzen, oder es muß eine Drosselspule vorgeschaltet werden.

Anordnungen, den Leistungsfaktor durch eine Phasenverschiebung des Statorstromes gegen den Rotorstrom mittels einer Kombination von Strom- und Spannungstransformatoren zu verbessern, sind bekannt.

Gegenüber diesen Anordnungen bietet die vorliegende vier wesentliche Vorteile:

1. den, daß der Leistungsfaktor in bedeutend höherem Maße verbessert werden kann, weil durch Vermeidung jedes Stromtransformators (Serien-Transformator) die Komponenten des Erregerstromes weit unabhängiger von den Komponenten des Ankerstromes verändert werden können;

2. den, daß der Hilfstransformator vollkommen unabhängig von dem Motor und den übrigen Schalt- und Transformationsapparaten angeordnet werden kann, so daß jeder bereits im Betriebe befindliche Motor in seinen Betriebsverhältnissen durch Hinzuschaltung, des in Frage stehenden Transformators verbessert werden kann;

3. den, · daß der Transformator bedeutend kleiner und dementsprechend billiger ausfällt;

4. den, daß die durch die Einschaltung des Transformators gegebenen Verluste bedeutend verringert werden.

Alle diese Vorteile werden dadurch erzielt, daß der Anker und die Feldwicklung des Motors an besondere Wicklungen angeschlossen sind, die durch einen Eisenkörper magnetisch miteinander verkettet sind,, derart, daß mittels dieser Sonderwicklungen dem Netze vom Anker aus voreilende wattlose Ströme zugeführt werden können. Zu diesem Zweck ist es, wie bereits bemerkt, erforderlich, daß die beiden Sonderwicklungen, die mit ihrem Eisenkörper einen Transformator bilden, eine relativ hohe Spannung besitzen. Eben dieselbe Wirkung kann auch durch streuungsfreie Transformatoren bei Anwendung besonderer induktiver Widerstände erzielt werden.

Die Anordnung ist in den Figuren dargestellt. Fig. ι stellt schematisch die Betriebsverhältnisse eines Wechselstrom-Reihenschluß-Kommutatormotors und Fig. 2 das zugehörige Vektordiagramm der elektromotorischen Kräfte dar, Fig. 3 gibt eine schematische Darstel-

Claims

lung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, während Fig. 4 das zugehörige Vektordiagramm darstellt.

In Fig. ι bedeutet A den Anker, F die Feldwicklung.

Zur Vereinfachung der Beschreibung sind nur die Hauptgrößen berücksichtigt und Ohmsche Widerstände, die Selbstinduktion des Ankers, Hysteresis u. dgl. vernachlässigt worden. Es bedeutet demnach in Fig. 2 der Vektor N den magnetischen Kraftfluß, e_a die durch Rotation im Kraftlinienfelde N erzeugteE. M. K. des Ankers, die natürlich mit N phasengleich ist, ej die E. M. K. der Selbstinduktion in der

Feldwicklung, die 90 ° gegen N verschoben ist. Die Hypothenuse des rechtwinkligen Dreiecks, dessen Katheten e_a und ej sind, bildet die Klemmenspannung E. Die Phase des Stromes / fällt mit der von N zusammen. Die Klemmenspannung E und der Strom / sind um den Winkel Cp₁ gegeneinander verschoben (cos Cp₁ = Leistungsfaktor). Dieser Winkel soll durch die Schaltung nach Fig. 3 verkleinert werden.

In Fig. 3 bedeutet wieder A den Anker und F die Feldwicklung. Die Klemmen von F sind an eine Wicklung PF₂ eines Transformators T, die Ankerklemmen an die Wicklung W₁ desselben Transformators angeschlossen, und zwar unter Einfügung einer Drosselspule D in Reihenschaltung mit W₁. W₁ und T-F₂ sind in gleichem Sinne auf den Eisen körper des Transformators gewickelt.

Im Vektordiagramm Fig. 4 bedeutet dann E die Klemmenspannung, ε_Λ die Spannung am Anker, ej die Spannung an den Feldklemmen und damit zugleich die Spannung an der Wicklung W₂, e₁ die Spannung der Wicklung PF₁, e_d die Spannung der Drosselspule D, / den Gesamtstrom, i_n den Strom im Anker, if den Feldstrom, i₂ den Strom in der Wicklung W₂, i_x den Strom in der Wicklung W₁ und der Drosselspule D.

Im Diagramm Fig. 4 ist wieder N der Kraftlinienfluß des Motors. In Phase mit N ist die E. M. K. e_a des Ankers. Senkrecht zu N steht die E. M. K. der Selbstinduktion des Feldes Cf. e_a und ef haben wie in Fig. 2 die Klemmenspannung E als Resultante. Ebenso ist der Strom in der Feldwicklung if in Phase mit N. if ist aber jetzt nicht mehr Gesamtstrom wie in Fig. 2. Zugleich ist auch <?/■ die Klemmenspannung von PF₂, so daß an der anderen Wicklung PF₁ des Transformators T eine mit ef phasengleiche E. M. K. C₁ entsteht. Hierbei ist von dem bei Verwendung einer besonderen Drosselspule Ό beliebig klein zu haltenden Spannungsabfall in der Transformatorwicklung abgesehen. e_x steht zu ef in demselben Verhältnis wie die .Windungszahlen von W₁ und W₂. Aus e_a und e, resultiert (Fig. 4) die Klemmenspannung der Drosselspule e_d. Der Strom in der Drosselspule i_x eilt der Spannung e_d um 90⁰ nach. Derselbe ■ Strom fließt auch in PF₁. Hat der Transfermator einen eisengeschlossenen Kreis, so sind praktisch die Ströme i_x und i₂ um 180 ° in der Phase verschoben und stehen im umgekehrten Verhältnis der Windungszahlen von FF₁ und PF₂ (gleiche Amperewindungen primär und sekundär, abgesehen von der praktisch sehr klein zu haltenden Magnetisierungskomponente des Transformators). Addiert man vektorisch zu if den Strom i₂, so ergibt sich der Gesamtstrom / (Fig. 4). Von / ist I₁ abzuziehen, um den Ankerstrom i_a zu erhalten.

An Stelle der früheren Phasenverschiebung. Cp₁ zwischen Gesamtstrom und Klemmenspannung, die auch in Fig. 4 angedeutet ist, ergibt sich nun ein kleinerer Winkel φ.

Der ganze Vorgang der Verbesserung des Leistungsfaktors kann so gedeutet werden, daß dem Anker ein wattloser Strom i_x entnommen und nach Transformierung in den Strom i₂ zur Aufbesserung der Phasenverschiebung des Gesamtstromes dem Netz zugeführt wird. Andererseits kann man die Verbesserung des Leistungsfaktors auch einfach darauf zurückführen, daß der Kraftlinienfluß N gegen den Gesamtstrom / zum Nacheilen gebracht wird. Begnügt man sich mit einer Verbesserung des Leistungsfaktors von etwa 0,8 auf 0,93 und verzichtet auf die Einheit des cos φ, so beträgt die Größe des Transformators nur einen geringen Prozentsatz von der Motorgröße, und die Erhöhung der Anker-Kupfer Verluste durch i_x verschwindet gegenüber dem Vorteil der Stromersparnis. Durch die Phasenverschiebung zwischen if und i_a wird des weiteren ein elliptisches rotierendes Feld im Motor erzeugt und dadurch die Kommutierung verbessert.

Die vorliegende Anordnung kann auch dadurch eine Änderung erfahren, daß die Drosselspule D statt in Serie mit der Wicklung W₁ in Serie mit PF₂ geschaltet wird. Ebenso kann auch je eine Drosselspule in Serie mit den Wicklungen W₁ und W₂ des Transformators T verwendet werden. Wenn der letztere eine relativ hohe Streuung besitzt, erübrigt sich natürlich die Anordnung besonderer Drosselspulen.

Ist der Motor mit Kompensationswicklung zur Aufhebung der Ankerrückwirkung versehen, so wird der Hilfstransformator zu dieser und der Ankerwicklung parallel geschaltet.

Pa τ ic ν τ - A ν s ρ r ü c η ε :

i. Verfahren zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselstrom-Reihen-

Schluß-Kommutatormotoren, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker ein wattloser Strom entnommen und nach Transformierung in einem mit Streuung behafteten Hilfstransformator dem Netzstrom zur Verringerung der Phasenverschiebung zugeführt wird.
2. Schaltungsanordnung für das Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Anker und zu der mit ihm in Reihe geschalteten Feldwicklung je eine außerhalb des Motors befindliche Wicklung angeschlossen ist, welche unter Zulassung einer gewissen Streuung magnetisch durch einen Eisenkörper miteinander verkettet sind.
3. Anordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des mit Streuung behafteten Hilfstransformators ein Transformator ohne Streuung und eine Drosselspule benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.