DE232334C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT,

PATENTSCHRIFT

- M 232334 ■-KLASSE 21 d. GRUPPE

in FRANKFURTa. M.

mit Wendepolen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Juli 1909 ab.

Bei Mehrphasen - Kollektormaschinen entstehen Funken am Kollektor im wesentlichen aus zwei Ursachen:

1. durch die Schlüpfung des Läufers gegen das nützliche Drehfeld (unter »nützliches Drehfeld« soll dasjenige Drehfeld verstanden sein, welches mit den Läuferströmen das nützliche Drehmoment liefert);

2. durch die Reaktanzspannung.

to Die Reaktanzspännung^ ist auch bei synchronem Gang vorhanden; da jedoch bei Mehrphaseri-Kollektormaschinen im allgemeinen bei synchronem Lauf gar keine oder nur eine geringe Neigung zum Feuern auftritt, ist anzunehmen, daß das erhebliche Feuern, welches sich auch bei mäßiger Abweichung vom synchronen Gang zeigt, weniger auf die. Reaktanz- ' spannung als auf die unter 1. angeführte Schlüpfungs-E. M. K. in der kurzgeschlossenen j

Ankerspule zurückzuführen ist. Um das Feuern zu vermeiden, ist also in erster Linie die möglichste Unterdrückung der »Schlüpfungs-E. M. K.« anzustellen.

Man hat bisher angenommen, daß diese Schlüpfungs-E. M. K. stets nur der Schlüpfung proportional ist, gleichgültig, ob die Schlüpfung durch eine Belastung, d. h. Entnahme mechanischer oder elektrischer Energie oder durch

Änderung des Verhältnisses-- oder des Verei

hältnisses -?— herbeigeführt wird, wobei e₂ die dem Läufer konduktiv zugeführte Spannung, e, die dem Läufer induktiv zugeführte Spannung bzw. die im Läufer vom Ständer aus induzierte Spannung, Z₁ die Windungszahl des Stators, z₂ die Windungszahl des Rotors bedeutet. .

Man sollte dementsprechend annehmen, daß man die Schlüpfungs-E. M. K. in der kurzgeschlossenen Ankerspule durch eine ebenfalls der Schlüpfung proportionale E. M. K. aufheben kann.

Wenn e_k die Schlüpfungs-E. M. K., η die Tourenzahl der Maschine, n₀ die synchrone Tourenzahl der Maschine, s · n₀ die Schlüpfungstourenzahl der Maschine, B_n, die Kraftlinieninduktion des Wendefeldes und e„, die Erregerspannung für das Wendefeld bedeutet,- dann ist e_w annähernd proportional B_n, und B_n, · η so proportional it, demnach auch e„, proportional

Nun ist aber η = n₀ ±. s · n₀. Wäre nun, wie bisher angenommen wurde, e_k nur proportional der Schlüpfungstourenzahl s · n₀, so könnte man schreiben:

e_w proportional

s-n₀

oder 60

e_w proportional

i±s

Würde man die Wendepole mit einer derartigen Spannung e_iv erregen, so käme man jedoch zu unrichtigen Verhältnissen und fal-

(2. Auflage, ausgegeben am 2/. Aitgust igii.)

sehen Resultaten, da die Größe von <?/_; im allgemeinen nicht proportional der Schlüpfungstpurenzahl s · W₀ ist.

Man kann, wie im nachfolgenden gezeigt werden soll, den Wert s · n₀ in beliebig weiten Grenzen variieren, ohne daß der Wert von eu dadurch beeinflußt wird, so daß also· die Schlüpfungs-E. M. K. im allgemeinen nicht in proportionalem Verhältnis zur Schlüpfuagstourenzahl stehen muß. Nur für den Fall, daß die Schlüpfung durch eine Belastung herbeigeführt oder durch Variation der dem Läufer konduktiv zugeführten Spannung beeinflußt wird, kann von einer Proportionalität zwisehen e_k und s · n₀ gesprochen werden, und nur für diese Fälle gelten die üblichen Anschauungen.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun eine Einrichtung zur Vermeidung der Funkenbildung an Mehrphasen-Kollektormaschinen, nach welchen das Wendefeld stets so erregt wird, daß nicht nur in diesem Fall, sondern überhaupt in jedem Moment und bei jeder Tourenzahl eine der sogenannten Schlüpfungs-E. M. K. e_k annähernd gleichwertige entgegenwirkende E. M. K in der Kurzschlußspule des Läufers durch Rotation im Wendefeld induziert wird. Zu diesem Zwecke sollen nunmehr in möglichst einfacher Weise die obwaltenden Verhältnisse erläutert werden.

Der allgemeinste Fall des Mehrphäsen-Kol-

lektormotors ist der des »doppeltgespeisten« Motors, bei welchem also der Ständerwicklung

. die Spannung e_v den Bürsten des Läufers die Spannung e₂ zugeführt wird. Der Motor geht in den Induktionsmotor über, wenn e₂ = 0 wird, in den Reihenschlußmotor dagegen, wenn e_x == ο wird. Die vom Ständer aus im Läufer induzierte Spannung e,- ist der Spannung e_x proportional bzw. dem Ausdruck e_x · ^J- ■

Tl

Wenn nun von . dem durch den Lauferstrom verursachten Spannungsabfall abgesehen wird, so besteht für den Läufer die Spannungsgleichung

&i _+ e₂ ==■ e_r,

wobei e_r die durch Rotation im (ruhend gedachten) Feld des Motors im Läufer induzierte Spannung bedeutet.
Ferner ist

e,- = It₁F z_% · η = U₁ F Z₂ co -— ·

Da nun aber e,- = k₂F z₂· 00 die im Rotor vom Stator aus induzierte Spannung bedeutet,

ist auch ,

K₁ η

^r Ic₂ '" co » .

A₁ und k_% bedeuten Konstanten und F das

k . Motorfeld. -— kann, wie sich durch Ausrech-

Ar₂ . . . ■

nung der Werte ergibt, ungefähr gleich 1 gesetzt werden, also kann man angenähert schreiben

Hierbei ist Phasengleichheit von e₂ und C₁ angenommen. Da unter η die Tourenfrequenz zu verstehen ist, kann für c\3 auch M₀, die synchrone Tourenzahl gesetzt werden, demnach ist

₀ +

s · n₀.

Die Größe der Schlüpfungs-E. M. K. e^ ergibt sich aus der Gleichung

e_k = Ji₁ · F s

A₁ · F s · 00.

Für s · n₀ — s · cv) kann der Ausdruck

gesetzt werden, und da ferner

ist, so ist

s-oo = η_ϋ ·

e_k = A₁, Fco — = A₁ ·Fco -5-

K₂ Z₂

k₂ F Z₂ · 00

also angenähert

Hieraus geht also hervor, daß e_k abgesehen i°° vom Spannungsabfall durch den Läuferstrom unabhängig von s · n₀ lediglich eine Funktion der konduktiv zugeführten Rotorspannung e₂ und der Läuferwindungszahl z₂ ist. Man muß daher das Wendefeld, von einer Spannung <?₃ oder von einer e₂ proportionalen oder mit ihr gleichsinnig veränderlichen Spannung so erregen, daß annähernd e_w proportional — ^c~—

. f 2'"

ist. Für 5T₂ konstant: e_iv proportional — ·

Wie dies' zu erreichen ist, soll an Hand von Ausführungsbeispielen gezeigt werden.

In Fig. 2 ist die Regelung einer Mehrphasen-Kollektormaschine schematisch für eine einzige Phase dargestellt. Es bedeutet m q die Ständerwicklung, O₁ b₂ die Läuferbürsten, welche mit m q gleichachsig angeordnet sind, 0 p und p η die Wicklungen eines Einspulentransformators und ferner m, η und 0 verschiebbare Kontakte, p und q dagegen feste Anschlußpunkte. In welcher Weise die Regelung der

Tourenzahl, des Mehrphasen-Kollektormotors bewirkt werden kann, ersieht man am besten aus der Gleichung

η = n₀ ι +_ —-

Die Größen Z₁, Z₂, e₃, e₂ können nun z. B. durch Verschiebung der Kontakte m, η, ο und der Bürsten B₁ b₂ jede für' sich oder in Gemeinschaft miteinander geändert werden. Es entspricht nun aber jeder neuen Tourenzahl im allgemeinen auch stets ein anderer Wert für die zur Erregung der Wendepole nötige Span-

nung. Denn es soll e_IV proportional -_->—

sein. Setzt man für η den abgeleiteten Ausdruck ein, so kann man auch schreiben:

e_w proportional

Diese Gleichung ist nun erfüllt, wenn:

—— = e_lv +_ e_H, · ——

^Z2 . ■ ^el *2

und für Z₂ = konstant, wenn:

pv

e = c_v _L α ^a . * .
² '" «1 %

Dieser Gleichung wird durch eine Anordnung Genüge getan, welche in Fig. 1 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 wird die Erregerspannung für die Wendepole einem Hilfstransformator entnommen, welcher in Kombination mit einem zweiten Hilfstransformator an der dem Läufer der Maschine konduktiv zugeführten Spannung liegt, wobei die Hiifstransformatoren mit Regelungseinrichtungen derart versehen sind, daß das Übersetzungsverhältnis des einen dem Verhältnis der dem Läufer und dem Ständer der Maschine zugeführten .Spannungen, das

Übersetzungsverhältnis des anderen dem Verhältnis der Windungszahlen der Ständer- und der Läuferwicklung der Maschine gleich gemacht werden kann.

Es bedeuten: ml q' und q' V die Wicklungen des einen Hilfstransformators, 0' p' und p' n' die Wicklungen des zweiten Hilfstransformators ; V₁ m!', n' und 0' sind verschiebbare Kontakte, q' p' sind feste Anschluß punkte. Wenn die Kontakte V, ml, n' und 0' so eingestellt sind, daß ml q' zu q' V sich verhält wie 3± _Uilcl

0'p' zu p'n' sich verhält wie —,dann ist

■·'■·.'.■■ ■ ^ei

die zwischen q' V herrschende Spannung gleich der erforderlichen Erregerspannung e,„, wenn man an die Kontakte 0' V die dem Läufer konduktiv zugeführte Spannung S₂
denn es ist

anlegt,

d. h. also nichts anderes, als daß die Kontakte m und tri, η und n', 0 und 0' derart miteinander gekuppelt werden müssen, daß ihre Verschiebung gleichzeitig und stets so erfolgt, daß

o'p' _

p' n'

ml q'

ist. Je nachdem nun bei der Regelung der Mehrphasen-Kollektormaschine auf die Veränderlichkeit der einzelnen Größen e₂, e_v Z₂, Z₁ mehr oder meniger verzichtet wird, wenn also z.B. die Zahl der verschiebbaren Kontakte verringert wird, dann können auch die entsprechenden Kontakte der Hiifstransformatoren durch feste Änschlußpunkte ersetzt werden. Falls also die Regelung der Maschine z. B. nur durch Regelung der konduktiv zugeführten Spannungen oder nur durch Regelung des Windungszahlverhältnisses der Ständer- und Läuferwicklung erfolgt, dann kann der eine Hilfstransformator das Übersetzungsverhältnis ι: ι erhalten bzw. durch eine Drosselspule ersetzt werden. Die Veränderung der Windungszahlen kann nun in jeder beliebigen und bekannten Weise erzielt werden, z. B. durch Ab- und Zuschalten oder durch Umschaltung von Wicklungsteilen.

Wird zur Erregung der Wendepole die zwischen q' und V herrschende Spannung verwendet, dann ist also

B proportional — ·

wie es

i±--· —-■ , h Z₂

die Verhältnisse bei konstantem Z₂ °⁵ erfordern. Ist Z₂ ebenfalls veränderlich, etwa durch Zusammenschieben der beiden Bürsten, · dann muß an die Kontakte V und 0' eine

Spannung — ·· angelegt Werden, welche zwei _uo

festen, diametral stehenden Bürsten des Läufers, welche gleiche Achse mit den Hauptbürsten haben, abgenommen werden kann, und dann ist:

-proportional

ι +.

ζ,' η

Fig. 3 zeigt die Gesamtschaltung für die Wendepolerregung, w bedeutet die Wendepolwicklung. Im übrigen ist Fig. 3 die Korn-

bination der in Fig. ι und 2 angegebenen Schaltungen. Fig. 4 zeigt eine andere Gesamtanordnung, welche sich von der der Fig. 3 nur dadurch unterscheidet, daß die Erregung für die Wendepole nicht an den Hauptbürsten, sondern von diametral in der. Arbeitsachse gegenüberliegenden Hilfsbürsten abgenommen wird.

Bei den im vorhergehenden beschriebenen

to Anordnungen ist auf. den Einfluß der Reaktanzspannung und des Spannungsäbfalles keine Rücksicht genommen worden. Selbstverständlich können auf den Wendepolen weitere Erregerwicklungen angebracht sein, welche den Einfluß dieser Größen Rechnung tragen. Diese weiteren Erregerwicklungen können von der mit der Spannung e_w gespeisten Wicklung getrennt oder mit ihr kombiniert ausgeführt sein. Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist anwendbar auf Maschinen mit ausgeprägten wie auch mit nicht ausgeprägten Polen. Auf dem Ständer der Maschine können die den Arbeitsstrom führenden Wicklungen von dem Magnetisierungsstrom führenden Wicklungen getrennt oder mit ihnen zu einer einzigen Wicklung vereinigt sein. Die Hilfstransformatoren können ein- oder mehrspulig ausgeführt werden und auch nach Art von Induktionsreglern gebaut sein.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Einrichtung zur Vermeidung der Funkenbildung bei Mehrp.hasen-Kollektormaschinen mit Wendepolen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspannung für die Wendepole einem Hilfstransformator entnommen wird, der in Kombination mit

   einem zweiten Hilfstransformator an der dem Läufer der Maschine konduktiv zugeführten oder ihr proportionalen oder mit ihr gleichsinnig veränderlichen Spannung liegt, wobei die Hilfstransformatoren mit Regelungseinrichtungen derart versehen sind, daß das Übersetzungsverhältnis des einen dem Verhältnis der dem Läufer und dem Ständer der Maschine konduktiv zugeführten Spannungen, das Übersetzungsverhältnis des anderen dem Verhältnis der Windungszahlen der Ständer- und der Läuferwicklung der Maschine gleichgemacht werden kann.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtungen der Maschine mit denen der Hilfstransformatoren derart verbunden sind, daß bei der Regelung der Maschine die entsprechende Regelung der Hilfstransformatoren selbsttätig erfolgt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet; daß, falls die Regelung der Maschine nur durch Regelung der konduktiv zugeführten Spannungen oder nur durch Regelung des Windungszahlyerhältnisses der Ständer- und Läuferwicklung erfolgt, ein Hilfstransformator das Übersetzungsverhältnis 1:1 besitzt bzw. durch eine Drosselspule ersetzt ist.

   .4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ₍den in kombinierter Schaltung befindlichen Hilfstransformatoren zugeführte Spannung einem besonderen Bürstensatz des Läufers entnommen wird, dessen Achse annähernd mit der Achse der von der gleichen Phase gespeisten Statorwicklung zusammenfällt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.