DE241434C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-M 241434-KLASSE 2\d. GRUPPE

Es ist bekannt, Mehrphasen-Kollektormaschinen mit zwei Ankerwicklungen zu versehen, von denen die eine an einen Kollektor, die andere an Schleifringe angeschlossen ist. Diese Anordnung ist besonders dann zweckmäßig, wenn die M'ehrphasen-Kollektormaschine als Periodenumformer arbeitet. Kompensiert man diese Maschine durch eine auf den Stator aufgebrachte, der Ankerwicklung äquivalente

ίο Wicklung, so braucht ihr außer der mechanischen Antriebsleistung elektrisch nur die Erregerleistung zugeführt zu werden, der die Maschine speisende Transformator (^₁ in Fig. i) verkleinert sich also im Verhältnis der Gesamtleistung des Periodenumformers zu seiner Erregerleistung. Wird die kompensierte Mehrphasen-Kollektormaschine vom Stator aus erregt, so ist die Frequenz ihres Erregerkreises bei jeder beliebigen Tourenzahl immer gleich der des Arbeitskreises. Wenn man dagegen den Erregerstrom dem Rotor durch Schleifringe zuführt, so hängt die abgegebene Periodenzahl V₂ an den Bürsten von der Tourenzahl ab und ist gleich der Differenz.der Periodenzahl V₁, die dem durch den Erregerstrom erzeugten Drehfeldes entspricht, und der der Tourenzahl des Rotors η entsprechenden Frequenz. Es

ist also V₂ = V₁ ί—, worin p die Polpaar-

00 .

zahl bedeutet. Wird die Kollektormaschine z. B. durch einen Asynchronmotor angetrieben, der mit der gleichen Frequenz gespeist wird wie die Erregerwicklung der Kollektormaschine, so wird —■ gleiche oder entsprechende Polzahl vorausgesetzt — der von der Kollektormaschine

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abgegebene Strom die Frequenz der Schlüpfung des Asynchronmotors haben. Die Kollektormaschine dient also hier als Frequenzwandler zur Umwandlung der Netzfrequenz in die Schlupffrequenz. Seine Verwendung für diesen Fall zeigt z. B. Fig. 1. Die Erregerwicklung r des Kollektormotors a, der von einem Netz II mit der Frequenz v₂ gespeist wird, soll beeinflußt werden sowohl von der Klemmenspannung des Motors α als auch von dem Strom, der in einem Netz I mit der Periodenzahl ^₁ fließt. Man hat daher dem aus dem Netz I entnommenen Strom oder einem ihm proportionalen Teil dieses Stromes die Frequenz des Netzes II zu geben und bewerkstelligt dies mit Hilfe der Kollektormaschine j>, die mit einer der Frequenz V₂ proportionalen Tourenzahl angetrieben und von einem der Frequenz ^₁ proportionalen , Strom durch den Anker erregt wird, wie aus der Fig. ι ersichtlich ist. Dabei stellen t_x und t₂ die erforderlichen Transformatoren dar, ^₁ den Stromtransformator mit der Frequenz V₁, t₂ den Spannungstransformator mit der Frequenz V₂.

Wie aus dem vorangehenden hervorgeht, ist die Maschine kein Periodenumformer im eigentliehen Sinne, der elektrische Energie der einen Freqixenz in elektrische Energie der anderen Frequenz umsetzt, sondern arbeitet als Motor oder Generator, d. h. sie setzt elektrische Energie in mechanische um oder umgekehrt.

Eine derartige Maschine ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. A ist der Anker, der mit einer Trommelwicklung ausgeführt gedacht ist. Der

Stator hat ausgeprägte Haupt- und Hilfspole und trägt die Kompensationswicklung K, die in Serie mit der Ankerwicklung an die Bürsten B₁, B₂, B₃ angeschlossen ist; sie ist der Einfachheit halber als Ringwicklung angenommen, könnte aber auch als Trommelwicklung ausgeführt werden. S₁, S₂, S₃ sind die Klemmen für den Arbeitsstrom, während der 'Erregerstrom durch die Bürsten P₁, P₂, P₃ den drei

ίο Schleifringen zugeführt wird, die mit drei Punkten der Ankerwicklung verbunden sind. Die vorliegende Erfindung hat nun eine Vervollkommnung der bekannten kompensierten Mehrphasen-Kollektormaschine mit ausgeprägten Haupt- und Hilfspolen zum Gegenstand, wie sie für die genannten Zwecke besonders geeignet erscheint. Normalerweise wird bei diesen Motoren eine Ankertrommelwicklung verwendet, die mit verkürztem Schritt gleich ²/₃ der Polteilung bei Dreiphasenstrom (Sehnenwicklung) ausgeführt ist.

Diese Wicklung hat gegenüber der Durchmesserwicklung den Vorteil, daß pro Polsatz die Zahl der Kommutationszonen, also auch die Hilfspolzahl, nur gleich der Phasenzahl ist. Der Nachteil dieser Wicklung für den vorliegenden Zweck liegt aber in der stark von der Sinus-, form abweichenden und veränderlichen Feldform der Sehnen wicklung. Fig. 3 zeigt die Formen des Feldes dieser Wicklung für zwei extreme Fälle. Mit α ist der Fall bezeichnet, bei dem in einer Phase der Maximalstrom fließt. Die Feldkurve ist dann unsymmetrisch gegen die Abszissenachse, wobei die maximale Induktion auf einer Seite doppelt so groß ist wie auf der anderen. Mit b ist die Feldkurve bezeichnet, welche entsteht, wenn der Strom in einer Phase gleich Null ist. Sie unterscheidet sich stark von der Kurve a. Man sieht also, daß die Feldkurve größeren zeitlichen Schwankungen unterworfen ist und sich von der Sinusform stark unterscheidet, somit sind die Oberfelder sehr ausgeprägt. Dieses ist aber für die Kommutation der Maschine außerordentlich nachteilig und gibt auch Veranlassung zu hohen Reaktanzabfällen.
Nach der Erfindung soll nun dieser Nachteil vermieden werden. Es werden zu diesem Zwecke zwei getrennte Wicklungen auf dem Rotor angeordnet, wobei die Arbeitswicklung als Sehnenwicklung mit einem verkürzten Schritt (bei Dreiphasenstrom ungefähr gleich ²/₃ der Polteilung) ausgeführt wird, um die oben genannten Vorteile zu erhalten, während die Erregerwicklung eine Durchmesserwicklung mit einem Schritt ungefähr gleich der Polteilung ist. Die Kompensationswicklung wird genau äquivalent der Arbeitswicklung ausgeführt. Weil die Kompensationswicklung ein vollständiges Spiegelbild der Ankerwicklung ist, so können keine Oberfelder des Ankerfeldes auftreten, da diese gleichzeitig mit dem Grundfeld durch die Kompensationswicklung vernichtet werden. Das Arbeitsfeld wird dagegen durch die Durchmesserwicklung erzeugt, welche bekanntlich eine von der Sinusform wenig abweichende Feldform gibt. Die Oberfelder werden somit nur sehr geringe Amplituden und einen verschwindenden Einfluß auf die Kommutation sowie auch auf die Spannungsabfälle haben. Die Anordnung läßt sich selbstverständlich für jede beliebige Phasenzahl ausführen.

Die mit der beschriebenen Wicklung versehene Maschine läßt sich mit Vorteil .außer auf den im Anfang genannten Verwendungsgebieten an Stelle eines normalen Periodenumformers überall dort anwenden, wo es sich darum handelt, eine Spannung von veränderlicher und durch die Tourenzahl zwangsweise gegebener Periodenzahl zu erhalten, wobei die Periodenzahl des Erregerstromes z. B. konstant ist und keine Energieübertragung auf elektrischem Wege notwendig ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch: '

   Kompensierte Mehrphasen-Kollektormaschine mit ausgeprägten Haupt- und Hilfspolen, mit einer Arbeitswicklung mit verkürztem Wicklungsschritt auf dem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfeld durch eine besondere Durchmesserwicklung auf dem Rotor erzeugt wird, welcher der Erregerstrom durch Schleifringe zugeführt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.