DE211535C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Jig 211535 -KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. April 1907 ab.

Um einer Einphasen-Kollektormaschine mit Nebenschluß- oder Fremderregung, wenn sie als Motor arbeitet, annähernd gleichbleibende Geschwindigkeit zu geben, genügt noch nicht, die Phase der Ankerspannung und die des Feldes in genügende Übereinstimmung zu bringen, da auch dann noch infolge des verhältnismäßig großen induktiven Spannungsabfalles im Anker die Maschine bei verschiedener Belastung große Geschwindigkeitsänderungen erhält. Vielmehr muß eine von der Belastung abhängige bestimmte Phasenverschiebung zwischen Ankerspannung und Feld vorgesehen werden, damit die Maschine entweder nur geringe Geschwindigkeitsänderungen erfährt oder ihre Geschwindigkeit bei wechselnden Belastungen überhaupt nicht ändert.

In dem Patent 211121 ist auch gezeigt, daß bei Änderung der Phasenverschiebung zwischen Netzspannung und Erregerfluß mit der Stärke des Ankerstromes, aber im entgegengesetzten Sinne wie beim Motor, die Maschine Energie ins Netz liefert, ohne daß bei konstanter Erregung die Geschwindigkeit oder bei konstanter Geschwindigkeit die Erregung in weiten Grenzen geändert werden muß.

Die Erregerspannung muß also entsprechend der Belastung in der Phase verschoben werden. In bekannter Weise wird dies dadurch erreicht, daß die Maschine von einem besonderen synchronen Generator erregt wird, den ein im Netz . liegender Synchronmotor antreibt, wobei die Polräder der beiden Synchronmaschinen mit der Belastung gegeneinander um einen angemessenen Winkel verdreht werden. In den besonderen Fällen, wo ein Mehrphasennetz zur Verfügung steht, läßt sich auch durch Verbindung mehrerer Spannungen, deren Amplituden durch Stufentransformatoren geregelt werden, die richtige Phase zwischen Netzspannung und Erregerspannung einstellen.

Die mechanische Verdrehung der Polräder wie auch die Schaltung von Stufentransformatoren, die immer nur in gewissen Sprüngen möglich ist, bringt manche Nachteile mit sich und verlangt, wenn die Phasenregelung selbsttätig erfolgen soll, umständlichere Relais, die der Betriebssicherheit abträglich sind. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun, in den Erregerkreis unmittelbar oder mittelbar selbsttätig eine dem Ankerstrome proportionale Zusatzspannung einzufügen, so daß die Erregerspannung und damit der Erregerfluß für alle Belastungen die richtige Phase erhält.

Der Einfluß einer solchen dem Strome proportionalen Zusatzspannung auf die Betriebsverhältnisse der Maschine ist an dem Diagramme Fig. ι erläutert.. Das Diagramm ist für einen bestimmten Belastungszustand der als Motor arbeitenden Maschine dargestellt, und zwar für den Fall, daß Ankerstrom i und Erregerfluß / in Phase sind. Dabei bedeutet noch k die Netzspannung, e die mit dem Fluß immer phasengleiche elektromotorische Gegenkraft, w i die Ohmsche und w I i die induktive Spannungskomponente des Ankerkreises. Setzt man nun voraus, daß der Erregerfluß in Phase mit der. Erregerspannung ist, was sich auf später

noch anzugebende Weise erreichen läßt, dann muß sich für jeden Belastungszustand Phasengleichheit zwischen Ankerstrom und elektromotorischer Gegenkraft ergeben, wenn man den Erregerkreis an die Spannung ο a (■= e + w i) legt. Denn würde zwischen i und e eine Phasenverschiebung auftreten, wie durch die punktierten Linien in Fig. ι angedeutet ist, dann würde e nicht mehr in die Phase von f fallen,

ίο was unmöglich ist.

Es handelt sich also darum, der Netzspannung k eine dem Spannungsabfall der Maschine proportionale Spannung hinzuzufügen und mit der resultierenden Spannung die Maschine zu erregen, wobei die induktive Spannungskomponente der Erregerwicklung auf irgendeine Weise aufgehoben werden muß. Die Zusatzspannung läßt · sich z. B. durch einen Hilfsgenerator, dessen Erregerstrom genügend nahe proportional dem- Ankerstrom ist, oder durch einen Transformator, dessen Primärwicklung vom Ankerstrome durchflossen ist, erreichen. Auch erhält man. bei entsprechender Überkompensation des Ankers an der Kompensationswicklung der Kollektormaschine die erforderliche Zusatzspannung, also eine Spannung, die annähernd in Phase mit dem induktiven Spannungsabfall wl i und annähernd gleich diesem ist. Die induktive Komponente der Erregerspannung kann z. B. durch Einschalten eines entsprechend bemessenen Kondensators in den Erregerkreis aufgehoben werden, auch läßt sich durch einen vor die Erregerwicklung geschalteten Phasenumformer,

z. B. durch eine synchrone oder asynchrone Maschine, erreichen, daß die Spannung an der Erregerwicklung gegenüber der Spannung oa im Diagramm Fig. 1 um einen konstanten Winkel, entsprechend der Phasendifferenz zwisehen Erregerfluß und Erregerspannung, verschoben wird, so daß der Erregerfluß f und die Spannung ο α immer in Phase sind.

Die Fig. 3, 4, 5, 6, 8 und 9 stellen Ausführungsbeispiele für diese automatische Regelung dar;

Bei der Einrichtung nach Fig. 3 wird die induktive Spannungskomponente der Erregerwicklung d durch den Kondensator s vernichtet. Dem Erregernuß wird außer der Klemmenspannung die Spannung an der Kompensationswicklung c zugeführt, wodurch die Spannung ο α ' im Diagramm Fig. 1 zugänglich wird. Der Widerstand w hat den nebensächlichen Zweck, den Einfluß der unvermeidlichen kleinen.

Schwankungen der Netzfrequenz zu mildern, da nur bei einer bestimmten Frequenz die Kondensatorspannung gleich der induktiven Spannungskomponente der Erregerwicklung ist, wenn man eine Regelung vermeiden will.

In Fig. 4 wird durch den Zusatztransformator t dem Phasenumformer u eine dem Spannungsabfall der Kollektormaschine proportionale ' Spannung zugeführt. Der Phasenumformer u hat im wesentlichen den Zweck, die Spannung an der Erregerwicklung d um einen solchen konstanten Winkel zu verschieben, daß der Erregerfluß annähernd in Phase mit der Spannung p ist, die der Spannung ο α im Diagramm Fig. ι entspricht.

Die Fig. 5 und 6 stellen Übertragungen dar der Schaltungen nach Fig. 3 und 4 für den Fall, daß ein Zweiphasennetz zur Verfügung steht. Hier wird der Kondensator oder der Phasenumformer entbehrlich, weil man durch Vertauschen der Erregerwicklungen der Einzelmotoren die konstante Phasenverschiebung der Erregerspannung erreicht. Die Spannungsverhältnisse sind in dem Diagramm Fig. 7 angedeutet.

Fig. 8 stellt die der Fig. 5 entsprechende Schaltung bei Maschinen nach Art der kompensierten Repulsionsmotoren dar.

Bei Drehstromnetzen müssen die Erregerwicklungen der in den einzelnen Phasen liegenden Maschinen entsprechend verbunden werden, um die konstante Phasenverschiebung der Erregerflüsse zu erreichen. Bei Mehrphasen-Kommutatormaschinen genügt es, die Erregerwicklung örtlich entsprechend anzuordnen.

Die im Patent 205756 erwähnten Einrieb.-tungen zur Vernichtung der induktiven Spannungskomponente des Ankerkreises lassen sich auch in dem vorliegenden Fall anwenden, um dem Erregerkreis unmittelbar oder dem vorgeschalteten Phasenumformer eine Spannung hinzuzufügen, die proportional dem induktiven Spannungsabfall der Maschine ist.

Durch größere Überkompensation der Kollektormaschine oder durch Vergrößerung der eingefügten Zusatzspannung lassen sich Verhältnisse entsprechend dem Diagramm Fig. 2 erreichen, wo konstante Drehzahl bei veränderlicher Belastung.und Stromvoreilung gegenüber der Klemmenspannung angestrebt wird, wie man denn auch bei Unterkompensation oder Verkleinerung der Zusatzspannung im Gegensatz zu Fig. 2 mit Stromnacheilung arbeiten kann, wobei allerdings der Tourenabfall des Motors bei konstanter Erregung noch größer ist als bei den Verhältnissen entsprechend Fig. i. Wesentlich ist nur, daß die Zusatzspannung annähernd proportional dem Spannungsabfall ist und eine annähernd konstante Phasenverschiebung gegenüber dem Anker hat.

Sowohl bei Überkompensierung wie bei Unterkompensierung wird man die Kompensationswicklung so am Ankerumfang verteilen, daß unter den Bürsten kein zum Feuern Veranlassung gebendes Feld entstehen kann, was sich in praktisch vorkommenden Fällen immer erreichen läßt.

Alle vorstehenden Darlegungen gelten für

Wechselstrom-Kollektormaschinen jeder Art, sowohl für Emphasen- wie für Mehrphasenstrom.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zum Regeln von Einphasenoder " Mehrphasen - Kommutatormaschinen mit Nebenschluß- oder Fremderregung, bei

   ίο dem eine dem Spannungsabfall des Ankerkreises (Arbeitskreises) proportionale Zusatzspannung in den Erregerkreis oder in den Primär kreis eines vor. die Erregerwicklung geschalteten Phasenumformers eingefügt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die einzufügende' Spannung selbsttätig ohne Verwendung von Stufenschaltern oder ähnliche Mittel erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an der Kompensationswicklung der Kommutatormaschine als Zusatzspannung benutzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung durch einen Transformator erzeugt wird, dessen Primärwicklung der Ankerstrom durchfließt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung ,durch einen Hilfsgenerator erzeugt wird, dessen Erregung proportional dem Spannungsabfall des Ankerkreises der Kommutatormaschine ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bei Mehrphasennetzen, gekennzeichnet durch Speisen der Erregerwicklungen aus anderen Phasen..

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.