DE250369C

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Publication number: DE250369C
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KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

_:---ΛΙ 250369 KLASSE 21 ^ GRUPPE

Zusatz zum Patent 232282 vom 2.. November 1909.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Oktober 1910 ab. Längste Dauer: 1.November 1924.

In dem Hauptpatent ist ein Verfahren angegeben, bei dem es möglich ist, mit Kollektormaschinen Induktionsmotoren in ihrer Phase zu kompensieren dadurch, daß man die KoI-lektormäschinen an die Schleifringe der letzteren anschließt und die Dimension der Neben-. schlußerregung derart wählt, daß -eine Stabilisierung der verschiedenen Spannungen für alle Periodenzahlen so erfolgt, wie es die Phasenkompensation für die verschiedenen Belastungen verlangt.

Die Kompensation bleibt bei dieser Anordnung nur unter der Annahme richtig, daß der Hauptmotor streuungslos ist. Diese Vernachlässigung ist für normale Motoren belanglos, da man trotz dieser Tatsache immer so angenähert kompensieren kann, daß die Kompensation praktisch vollkommen ist. Es wäre nun aber gerade vorteilhaft, das angegebene Verfahren zur Phasenkompensation nicht nur bei normalen Motoren zu verwenden, sondern, auch bei Motoren mit besonders großer Streuung, da man diese Motoren billiger als Motoren mit normaler Streuung bauen kann. Für solche Fälle muß man das im Hauptpatent angegebene Verfahren noch derart erweitern, daß bei höheren Belastungen eine verstärkte Magnetisierungsarbeit an die Schleifringe des Induktionsmotors zugeführt wird. Dies kann man nach der vorliegenden Erfindung dadurch erreichen, daß man außer der Nebenschlußerregung noch eine dem Strom proportionale Erregung benutzt, die die Spannung der Kollektormaschine, die in Richtung des Magne- ■ tisierungsstromes fällt, vergrößert. ■ Man kann die Hauptstromkomponente durch besondere Erregerpole oder aber auch durch die Pole erzeugen, die die Nebenschluß wicklung tragen. Im letzteren Falle hat man dafür zu sorgen, daß die Einwirkung des Nebenschlußerregerfeldes auf das Hauptstromerregerfeld nicht zu groß ist. Diese Beeinflussung der beiden Felder tritt bei höheren Periodenzahlen in steigendem Maße hervor, so daß die Wirkung des Hauptstromes, die man gerade für die steigenden Periodenzahlen und höheren Belastungen braucht, gerade dann abgedämpft wird. Falls man .. also die konstruktiv vereinfachte Anordnung treffen will, bei der Hauptstrom- und Nebenschhiß-Erregerwihdungen auf demselben Pol liegen, so hat man dafür Sorge zu tragen, daß der Nebenschlußerregung ein genügend großer Ohmscher Widerstand vorgeschaltet ist. Dementsprechend muß der Spannungsabfall in der Kollektormaschine relativ klein sein (s. Hauptpatent). Man hat auf die Bemessung des Nebenschlußwiderstandes nicht nur dann Rücksicht zu nehmen, •wenn die Hauptstromerregung auf dem Erregerteil selbst angebracht ist, sondern auch

dann, wenn, wie weiter unten beschrieben, das Kompoundierungsfeld durch den Ankerstrom o. dgl. erzeugt wird.

Gerade bei der Maschine nach dem Haupt patent ist ein demBelastungsstrom proportionales Feld von besonderer Wirkung, indem es den durch die Nebenschlußwicklung erzielten Bereich guter Phasenkompensation noch erheblich erweitert. Das hinzutretende Hauptstromfeld

ίο ist nur als Ergänzungsfeld gedacht, und die von diesem Feld erzeugte E. M. K. wirkt nur modifizierend auf« die im wesentlichen durch die Nebenschlußwicklung bedingte Phasenkompensation.

Es ist nun zunächst durchaus nicht ohne weiteres vorauszusehen, welchen Einfluß dieses Feld auf den Gesamtcharakter der Maschine haben wird und ob sich die Einflüsse beider Felder im günstigen Sinne addieren. Hierüber gibt nur das Diagramm Aufschluß.

Durch Fig. 3 wird der Vorgang erläutert: Wäre nur das Nebenschluß feld nach Patent 232282 vorhanden, dann erhält man ein Spannungs- und Stromdiagramm der Fig. 2 jener Patentschrift, welches in Fig. 3 durch die Spannungsvektoren a 0 ■=. e_x, ab = i₂ W₂, b c = i₂ w_a, 0 c = e_a und 0 b = k und durch die Stromvektoren i₂, i₀ und i_x wiedergegeben ist. Hierbei bedeutet e_a die in der Kollektormaschine induzierte E. M. K., k die Klemmspannung dieser Maschine. Der Winkel y zwischen e_a und k ist durch das Verhältnis des Ohmschen zum induktiven Widerstand des Erregerkreises gegeben.

Das Hinzutreten einer Spannung β/, durch Rotation des Ankers in einem dem Strom proportionalen Feld bedingt nun die Änderung einiger Größen dieses Diagramms.

Wir wollen aber, um den Einfluß der Größe e/j recht klar zu zeigen, eine konstante Leistung und Schlüpfung des Aggregates voraussetzen. Zunächst ist der Winkel zwischen der jetzt vom Nebenschlußfeld induzierten E. M. K. e^' zur Klemmenspannung k' natürlieh wieder gleich γ, da wir konstante Schlüpfungsfrequenz vorausgesetzt haben. Da aber die gesamte E. M. K. ej sich aus e_a" und e/_t geometrisch zusammensetzt, so ist der Winkel zwischen e_a' und k' gleich γ', von y abweichend.

Das Nebenschlußfeld, welches die E. M. K. e_a erzeugt, ist eine Funktion der Klemmenspannung k. Diese Klemmenspannung resultiert aber aus der konstant angenommenen Spannung e_x und dem nicht konstanten Wert des Ohmschen Spannungsabfalles i₂ w₂. Bei konstanter Leistung ist nur die Wattkomponente von i₂ konstant, während die Phase des Stromes i₂ sich aus den übrigen Verhältnissen der Maschine bestimmt. Daher ist i_% W₂ der. Phase und Größe nach zunächst noch unbestimmt und desgleichen k als Erregerspannung keine ein für allemal konstante Größe. Da aber e_a der Größe nach proportional k zu setzen ist, so ist auch e_a zunächst noch nicht eindeutig bestimmt, und ändert sich letzten Endes ebenfalls mit der Phase von i₂.

Für die Gleichgewichtsbedingungen ergeben sich aber bei der zugrunde liegenden Anordnung zwei geometrische Beziehungen, nämlieh es muß stets b c: α b = V ti: α b' = w.\ w₉ sein, d. h. aber der Punkt ti liegt auf der Parallelen c ti zu 0 b. Ferner muß 0 ti': 0 c = 0 V: 0 b = k': k sein, denn die E. M. K. ist proportional dem Erregerfeld bzw. der Erregerspanuung, d. h. aber der Punkt c" liegt auf der Parallelen V ti' zu b c. Damit ist für eine der Richtung nach gegebene E. M. K. e/, der Punkt ti festgelegt, und demnach ist dadurch auch die Größe e_a" k' und schließlich die Phase von i₂ bestimmt. Geht man nun aber von dem Spannungsdreieck a 0 c b α aus und nimmt für i₂ z. B. diejenige Phase an, welche zur gezeichneten Voreilung von i_x erforderlich ist, so kann man, um den Punkt ti zu ermitteln, etwa in folgender Weise verfahren, Man zieht zunächst durch c eine Parallele cc' zu ob und verlängert 0 c über c ' hinaus, desgleichen 0 b über b hinaus. Die Verlängerung von 0 b wird durch die Parallele zu i₂, welche durch den Punkt α gelegt wird, im Punkt b' geschnitten, die Gerade c ti im Punkte ti. Zieht man nun durch b' die Parallele zu b c, welche die Verlängerung von ac im Punkte c" schneidet und verbindet c" mit ti, so stellt ti' ti die zur Erzielung der angenommenen Phase von i₂ notwendige, durch das Hauptstromfeld zu erzeugende Spannung e/, nach Größe und Richtung dar. Für diese gewollte Phase i₂ wird das Gleichgewicht der Spannungen also nur durch diejenige Spannung e/, erreicht, welche sich aus den geometrischen Beziehungen der Figur ergibt. Die Größe von k und e_a ist durchaus keine unveränderliche, sondern eine Funktion der Phase von i₂.

Da nun, wie aus dem Diagramm ohne weiteres hervorgeht, i₂ \\ i₂ w₂ sein muß, so geht der Winkel der sekundären Phasenverschiebung φ in qi' über, d. h. aber i_x geht in i{ über und wird im gezeichneten Falle sogar phasenvoreilend. Das dem Strom proportionale Feld gibt also die Möglichkeit, den ebenfalls dem Strom proportionalen Spannungsabfall der Maschine auszugleichen und damit Phasenkompensation über einen großen Belastungsbereich zu erhalten. Der Vektor en hat, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, auch Einfluß auf die Größe der Klemmenspannung und demnach auch auf die Größe des Nebenschlußfeldes der Kollektormaschine, und es genügt bereits ein relativ geringes Hauptstromfeld,

um eine äußerst wirksame Kompoundierung zu erzielen.

Man kann die Hauptstromerregung bei einer kompensierten Kollektormaschine auch noch in der folgenden, sehr, einfachen Weise vornehmen. Die Fig. ι stellt eine mehrphasige, in diesem Falle eine zweiphasige Kollektormaschine dar, deren Anker und Kompensationswicklung in Reihe geschaltet sind. Legt man

ίο nun zu der Kompensationswicklung einen Widerstand parallel,- so bildet sich ein Ankerfeld aus, da dasselbe durch das zu schwache Kompensationsfeld nicht genügend kompensiert ist. Dieses Ankerfeld steht räumlich senkrecht zu dem Arbeitsfeld der Maschine und erzeugt daher eine Spannung, die gegen die Arbeitsspannung zeitlich um 90 ° verschoben ist, und zwar ist sie voreilend, d. h. sie ist einer auftretenden Reaktanzspannung entgegengerichtet, so daß eine derartige Maschine voreilenden Strom liefert. Eine derartige Erzeugung einer dem Strom proportionalen Komponente des Arbeitsfeldes, die 90 ° gegen den Strom verschoben ist, ist für den vorliegenden Fall möglieh, da es sich nur um ganz geringe Periodenzahlen handelt. Dies hat dann aber den ganz besonderen Vorteil, daß man an der fertigen Maschine oder im Betrieb die Stärke des genannten Einflusses durch einfache Mittel, nämlich die Verstellung eines Widerstandes beeinflussen kann. Sollten trotz der geringen Periodenzahl, mit der die Maschine arbeitet, die Einflüsse der Reaktanzspannung in den Kompensationsspulen zu groß werden, so kann man zur Abschwächung dieser Einflüsse noch vor die Kompensationswicklung Widerstände r einschalten, hinter denen man dann erst die Widerstände w abzweigt, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist. Anstatt für die Widerstände r besondere Drähte zu verwenden, wird es in den meisten Fällen genügen, hierfür die ohnehin vorhandenen Leitungsdrähte o. dgl. zu verwenden.

Man könnte die Erregung eines solchen Hauptstromfeldes auf einfache Weise auch dadurch erreichen, daß man die Kompensationswicklung von vornherein schwächer bemißt, als zur vollkommenen Kompensation notwendig wäre. Man könnte sie auch vollkommen weglassen und im übrigen die Abmessungen der Maschine derart wählen, daß das dann entstehende Ankerfeld gerade die richtige Phasenkompensation einstellt. Um die Kompensation in diesem Falle zu beeinflussen, kann man auch das Statoreisen mit ausgeprägten Polen ausführen und den Polwinkel α so wählen, daß gerade ein in seiner Größe richtiges Feld zum Zwecke der Kompensation der Einflüsse der Streuung erzeugt wird. Die gleiche Wirkung kann auch durch Veränderung des Luftspaltes erzielt werden. Wenn in Fig. 2 φα die Hauptfelder bedeuten, so seien φ k die Kompensationsfelder. Man erkennt, daß die Hauptfelder sich vollkommen ausbilden können, während die Kompensationsfelder zum Teil in ihrer Ausbildung gehindert sind, da sie kein Eisen, sondern Luft vorfinden.

Statt die Hauptstromerregerwicklung unmittelbar auf irgendeine der genannten Weisen auf das Feld der Maschine wirken zu lassen, kann man auch ein Hauptstromfeld unter Zwischenschaltung eines Transformators erzeugen. Dieser Transformator beeinflußt bei der Periodenzahl Null das Feld des Kollektormotors· überhaupt nicht, da eine Spannung nicht übertragen werden kann. Steigt dagegen die Periodenzahl, so vergrößert sich der Einfluß des Transformators. Auf diese Weise ist eine noch stärkere Beeinflussung der Streuungseinflüsse im Motor zu erreichen.

Wenn man das besprochene Kompensationsfeld durch den Anker erzeugen läßt, so kann das unter Umständen einen schädlichen Einfluß auf die Kommutation haben, und man wird daher zu diesem Zweck nach Bedarf Hilfspole anordnen, die vom Ankerstrom erregt werden und in der neutralen Zone das Ankerfeld aufheben. Dies gilt sowohl für Maschinen mit als für Maschinen ohne Kompensationswicklung. -90

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Anordnung zur selbsttätigen Kompensation der primären Phasenverschiebungen bei Induktionsmotoren mit in Kaskade geschalteten Kollektormaschinen (nach Patent 232282), dadurch gekennzeichnet, daß außer der Nebenschlußerregung noch eine dem Strom proportionale Erregung für die Kollektormaschine vorgesehen ist, die veranlaßt, daß mit wachsender Belastung eine stärkere Phasenvoreilung des Stromes bewirkt wird. ·

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem besonderen Teil des Ständers eine Haupt stromerregerwicklung aufgelegt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromerregerwicklung auf denselben Pol wie die Nebenschlußerregerwicklung gelegt ist, wobei der Widerstand der Nebenschlußerregenwicklung im Verhältnis zu ihrer Selbstinduktion so groß bemessen wird, daß eine Beeinflussung der Hauptstrom- und Nebenschlußerregung nur in beschränktem Maße auftreten kann.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die zur Kompensation des Ankerfeldes vorhandene KompensationswicklungparallelWiderstände

gelegt werden, um einem Teil des Ankerfeldes die Ausbildung zu gestatten. ^:
.5. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklung derart bemessen ist, daß ein Änkerfeld übrig bleibt.

6. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet; daß die Kollekiormaschine ohne Kompensationswicklung und mit ausgeprägten Polen ausgeführt ist, wobei die Arbeitspole im Verhältnis zu den Zwischenräumen derart bemessen sind, daß das Ankerfeld in richtiger Größe entsteht.

7. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromerregung in der Kollektormaschine einem Hauptstromtransformator entnommen wird, zum Zwecke, das Haupt-

. stromfeld mit wachsender Belastung mehr als proportional den Strom zu verstärken.

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß besondere, vom Hauptstrom erregte Hilfspole angebracht sind, um den Einfluß des Hauptstromfeldes in der neutralen Zone aufzuheben. - .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.