DE252877C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 252877 -KLASSE 21 d. GRUPPE

mit Wechselstrom.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Februar 1910 ab.

Die gewöhnlich verwendeten Bahnumformer (Motorgeneratoren) werden von der Gleichstromseite her angelassen. Dies hat den Nachteil, daß außer den im Betriebe befindlichen Maschineneinheiten einer Umformerstation fast immer ein Aggregat leer mitlaufen gelassen wird, um in dem bei Bahnen sehr häufigen Falle einer plötzlichen rapiden Steigerung des Gleichstromkonsums nicht die Anlaufenergie

ίο für eine zuzuschaltende Maschinengruppe dem ohnehin überlasteten Gleichstromnetze entnehmen zu müssen.

Diese Unvollkommenheit haftet auch den sogenannten Kaskadenumformern an, denn nach Professor E. Arnold, Karlsruhe werden derartige Maschinen »am leichtesten von der Gleichstromseite her angelassen, und zwar in derselben Weise wie jeder gewöhnliche Umformer«.

Für industrielle Anlagen mannigfacher Arten böte der Synchronmotor dem Induktionsmotor gegenüber wichtige Vorteile, welche der elektrotechnischen Industrie weite Anwendungsgebiete erschließen würden, wenn sich nicht bis jetzt der technischen Anwendung des Synchronmotors die Unmöglichkeit, ihn mit Wechselstrom anzulassen, entgegengestellt hätte. Der Synchronmotor hat den Vorteil konstanter Tourenzahl bei jeder Belastung, sein Wirkungsgrad, sein Leistungsfaktor und seine Überlastungsfähigkeit sind mindestens so gut, meist sogar besser als bei anderen Motorgattungen. Man baute sogar Synchronmotoren mit einem teueren und für Dauerbetrieb vollständig überflüssigen Kollektor, nur um sie mit Wechselstrom anlassen zu können.

Auch bei Wechselstromerzeugern, Synchrongeneratoren, wäre es in gewissen Fällen vorteilhaft, wenn sie eine Vorrichtung besäßen, welche es gestatten würde, sie als Wechselstrommotoren anzulassen. Um so mehr gewinnt eine derartige Vorrichtung an Bedeutung, wenn sie den längst anerkannten und angestrebten Vorteil der Kompensation des Ankerfeldes, den neuerdings vielfach diskutierten Vorteil einer Kompoundierung der Wechselstrommaschine oder mittelbar eine gute Spannungsregulierung für Konverter auf einfache Weise erreichen läßt, wie es bei der vorliegenden Neuerung der Fall ist, die sich einer an sich bekannten »Auf helf wicklung« bedient.

Der Zweck des Anlassens der Synchronmaschinen wird dadurch erreicht, daß die in bekannter Weise in Nuten des Feldträgers parallel zu den Ankerstäben verlegten Leiter der »Aufhelfwicklung« für den Anlauf der Maschine so geschaltet werden, daß dieselbe unter Benutzung eines gewönlichen Anlassers für Induktionsmotoren als Asynchronmaschine von der Wechselstromseite her angelassen werden kann. Bei Kaskadenumformern und ähnlichen synchron laufenden Maschinenkombinationen ist die Auf helf wicklung an demjenigen Teil des Aggregates, der den synchronen Charakter der Maschine bestimmt, anzubringen und genau so zu schalten wie für die be-

treffende einfache Synchronmaschine, wodurch das Aggregat den Charakter einer vollkommenen Asynchronmaschine erhält.

Der Zweck einer Einflußnahme auf das Ankerfeld, also einer Kompensation, Kompoundierung oder Kommutation wird dadurch erreicht, daß das Leitersystem der »Aufhelfwicklung«, die zu diesem Zweck am besten als gleichförmig verteilte Trommelwicklung ausgeführt wird, beim synchronen Laufe der Maschine mit Gleichstrom erregt wird, wobei durch geeignete Wahl der Gleichstromanschlußpunkte entweder Kompensation allein oder gleichzeitig auch Kommutation bzw. Kompoundierung bei jedem beliebigen Leistungsfaktor erzielt werden kann. Der hierzu erforderliche Gleichstrom ist entweder der Arbeitsstrom der Maschine (Konverter) selbst, oder ein Hilfsstrom, der, durch eigene (ev. für mehrere Aggregate gemeinschaftliche) Zusatzmaschinen erzeugt, konstant, von Hand regulierbar oder auch selbsttätig dem Arbeitsstrom proportional veränderlich sein kann.

Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Eras findung beschränkt sich jedoch nicht auf jene Fälle, wo die genannten Vorteile, und zwar Anlassen der Synchronmaschine mit Wechselstrom und Kompoundierung der Wechselstrommaschine mit Gleichstrom, beide wünschenswert erscheinen, sondern man wird die Aufhelfwicklung auch dann mit Vorteil einbauen, wenn man — wie z. B. bei kleinen Synchronmaschinen — auf die Kompensation, oder aber wenn man — wie z. B, bei großen Schwungradgeneratoren mit Kolbendampfmaschinen — auf das elektrische Anlassen (mit mehr oder weniger Berechtigung) verzichten zu können oder zu müssen glaubt.

Die Fig. 1 bis 6 der Zeichnung deuten die Anbringung und Schaltung der »Aufhelfwicklung« an, die Fig. 7 bis einschließlich 11 zeigen einige der einfachsten Arten, die Querverbindungen der einzelnen Stäbe durchzuführen.
Fig. ι zeigt schematisch einen Konverter, dem durch Schleifringe 1, 2 ... 6 mehrphasiger Wechselstrom zugeführt wird, während der Gleichstrom von den Kollektorbürsten B-\- und B-— abgenommen und über Schalter 8, 8 an das Gleichstromnetz abgegeben wird. Die PoI-schuhe der Feldmagnete 9, 9 enthalten die parallel zu den Ankerstäben ähnlich einer Dämpferwicklung verlegten Leiter 10 (Stäbe oder Drahtbündel) der Aufhelfwicklung. Die Klemmen derselben sind in allen Figuren mit a, b . .. f bezeichnet. Fig. 2 zeigt, wie die Aufhelfwicklung nicht nur bei Maschinen mit ausgeprägten Innen- oder Außenpolen, sondern auch bei Zylinderrotoren oder bei Maschinen, deren Eisen am ganzen Umfange einen gleich breiten Luftspalt frei läßt, angebracht werden kann.

Die Aufhelfwicklung wird zwecks Anlassens der Maschine entweder selbst mit dem Wechselstrom erregt und der Anker wird über den bekannten mehrphasigen Anlaßwiderstand für Induktionsmotoren geschlossen, oder man schaltet den Anlasser an die Aufhelfwicklung und die Wechselstromquelle (Sicherungen s, s) an den Anker. Die Kollektorbürsten, wo solche vorhanden sind, können, falls Funkenbildung beim Beginne des Anlassens sich zeigen sollte, abgehoben und erst dann wieder aufgesetzt werden, wenn die Tourenzahl hoch genug ist bzw. die Funkenbildung aufhört. Bei der zweiten Schaltung weisen sie wegen des rotierenden Potentialpolygons (Pichelmayer »Dynamobau«, p. 49), welches der Kollektor darstellt, eine Wechselspannung von dem der Schlüpftourenzahl entsprechenden Puls auf und können über den Gleichstrom-Hauptschalter 8, 8 der Maschine an die Sammelschienen des Gleichstromnetzes angeschaltet werden. Mittels Phasenlampen 12 oder Voltmeter u. dgl. wird das Parallelschalten hier an der Gleichstromseite vollkommen analog dem üblichen Vorgange an der Wechselstromseite durchgeführt, sobald die Tourenzahl, je nach der Größe der Maschine, dem Synchronismus entweder vollkommen gleich geworden ist oder ihm hinreichend nahe gekommen ist, um einen gefährlichen Stromstoß beim Einschalten und Rückwirkung auf das Wechselstromnetz zu vermeiden.

Um die Anlaufzeit auf das äußerste zu verkürzen oder um die genaue Einregulierung in die Synchrontourenzahl auf anderem Wege zu ermöglichen, kann für den Anlauf eine Polumschaltung,' und zwar eine solche auf geringe Polzahl vorgenommen werden, um die Rotationsgeschwindigkeit des Drehfeldes zu vervielfachen. In der nur einphasig gezeichneten Schaltung nach Fig. 5 ist z. B. der Wechselstromschalter für einige Pole ein Kommutator 13*, um für den Anlauf in diesen bestimmten Polen der Aufhelfwicklung die Stromrichtung umkehren zu können.

Bei Einphasemaschinen wird als Hilfsphase mit Vorteil die Gleichstromfeldwicklung der Pole benutzt, und zwar nicht nur wie bekannt durch Anlegen an die gegebene Wechselspannung, sondern auch durch Schließen mit oder ohne Zusatzwiderstand. Bei der durch Fig. 6 dargestellten Schaltung kann durch Schließen des Schalters 14 nach oben die Gleichstromfeldwicklung 15 mit ihren Klemmen m, η an das Wechselstromnetz gelegt oder auch durch Umlegen der Schalter 14 nach unten kurz- oder über Widerstand geschlossen werden.

Fig. 7 zeigt den Aufriß und Fig. 8 die Abwicklung eines Leitersystems, welches ein mögliehst einfach gewähltes Beispiel einer Aufhelfwicklung darstellt. Die Punkte a, b, c sind

Anschlußklemmen für die Drehstromspannung, die Punkte + und — jene für den Kompensationsgleichstrom. Natürlich können statt der gezeichneten einfachen Stäbe auch Spulen beliebiger Windungszahl in die Nuten eingelegt sein. Es ist ohne weiteres klar, daß jedes beliebige Schema einer Hefner-Alteneckschen Trommelankerbewicklung der Konstruktion einer Aüfhelfwicklung zugrunde gelegt werden kann, z. B. auch das der Schleifenwicklung Fig. 9. Die einfachste Ausbildung erhalten die Aufhelfwicklungen der Einphasenmaschinen. Eine hierfür verwendbare Wicklungsart ist in Fig. 10 dargestellt, und zwar die wellenförmige Anordnung; es können solche Wicklungen aber auch schleifenförmig nach Fig. 11 angeordnet sein. Sie eignen sich hauptsächlich für Maschinen mit ausgeprägten Polen und können als offene oder geschlossene Wicklungen verwendet sein. Für Maschinen mit gleich breitem Luftspalt sind im allgemeinen einfach oder mehrfach geschlossene Ankerwicklungen vorzuziehen, doch ist für das Wesen der Erfindung die Wicklungsart belanglos.

Für den Zweck der Kompensation des Ankerfeldes ist es ferner nicht wesentlich, daß die Kompensationswicklung beim Synchronlaufe mit Gleichstrom gespeist werde, es kann vielmehr auch Wechselstrom einer anderen Periodizität benutzt werden, sobald nur auch die Gleichstromfelderregung der Hauptmaschine durch eine mehrphasige Drehfelderregung der gleichen Periodizität ersetzt wird.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Schaltung einphasiger Synchronmaschinen und Maschinenkombinationen zum Anlassen mit Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß deren als Hilfsphase neben der Aufhelfwicklung als Hauptphase benutzte Gleichstromfeldwicklung mit oder ohne gleichzeitiger Polumschaltung entweder zur Aufhelfwicklung parallel liegt oder über Anlaß widerstände geschlossen ist.
2. 2. Verfahren zur Beeinflussung des Ankerfeldes synchroner Wechselstrommaschinen zwecks Kompoundierung, Kommutierung oder Kompensation mit Hilfe einer in dem die induzierenden Wicklungen tragenden Teile der Maschine angeordneten besonderen Hilfswicklung (Aufhelfwicklung), dadurch gekennzeichnet, daß diese Hilfswicklung mit zwei oder mehreren Gleichströmen mit verschiedener Richtung der magnetischen Achse — oder aber auch mit Mehrphasenströmen gleicher Periodizität wie die induzierenden Wicklungen — erregt wird.
3. 3. Verfahren zum Anlassen ein- und mehrphasiger synchroner, mit Gleichstrom oder Wechselstrom erregter Wechselstrommaschinen und Maschinenkombinationen von der Wechselstromseite her wie auch zur Beeinflussung des Ankerfeldes beim synchronen Laufe der Maschine zwecks Kompensation, Kommutation oder Kompoundierung mit Hilfe einer in dem die induzierenden Wicklungen tragenden Teile der Maschine angeordneten besonderen Hilfswicklung (Aufhelfwicklung), dadurch gekennzeichnet, daß diese Hilfswicklung beim Anlassen über Anlaßwiderstände geschlossen oder auch mit oder ohne Anlaßwiderstände mit Wechselstrom gespeist wird und beim normalen Lauf der Maschine mit Gleichstrom oder auch mit Mehrphasenströmen gleicher Periodizität wie die induzierenden Wicklungen gespeist wird.
4. 4. Maschine, auf die das Verfahren nach Anspruch 2 Anwendung finden soll, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhelfwicklung als gleichförmig verteilte Trommelwicklung ausgeführt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.