DE266296C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 266296 KLASSE 21 d. GRUPPE

dem Stator.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Januar 1912 ab.

Die Touren- und Phasenregulierung von Drehfeldkommutatormaschinen gestaltet sich sehr einfach, wenn, wie aus den Patenten 248380, 248243 und 248244 bekannt ist, an den mit aufgeschnittenen Gleichstromwicklungen versehenen Maschinenstatoren vektorielle Einstellungen vorgenommen werden. Diese bewirken, daß dank den jeweils einregulierten Windungszahlen und Phasenlagen sich die in Frage kommenden Spannungs- und Feldvektoren so gestalten,' wie es eben für die geforderte Geschwindigkeitskompensations- und gegebenenfalls auch Kompoundierungseinstellung nötig ist, ohne daß es irgendwelcher Benutzung von Hilfsphasen, von besonderen Phasenkombinationen, Bürstenverschiebungen und anderer lästiger Dinge bedürfte.

Die Einstellung wird in den genannten Systemen ermöglicht dadurch, daß ein gewisser Betrag überschüssigen Windungskupfers vorgesehen ist, soweit nicht die Regulierlücken selbst verstellbar sind, und es ist hiermit eine gewisse Entwicklungsstufe erreicht.

Indessen lassen sich weitere Fortschritte machen, wenn man Gewicht darauf legt, daß bei allen Regulierungen eine Störung der Sinus-Drehfeldform soweit als irgend möglich vermieden werden soll. Die Erhaltung dieser Feldform muß aus Gründen einer guten Kommutation aber besonders gefordert werden, wie neuere Untersuchungen deutlich gezeigt 40

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haben. Die Erzielung einer guten Kommutation wiederum muß als eine der Hauptaufgaben bei vorliegenden Motoren der ' Drehstromkommutatortype angesehen werden, und erst bei einer solchen werden solche Maschinen marktfähig. Wenn nun auch die Maschinen nach genannten Patenten mit ihren verteilten Gleichstromwicklungen am Stator und Rotor störende Oberwellen an sich nicht in erheblichem Maße aufkommen lassen, so werden doch, solche Störungen bei weitgehenden Regulierungen möglich. Die bei den Regulierungen ab- und zugeschalteten Windungen liegen nämlich stets nebeneinander, selbst wenn es sich um eine Serien wicklung handelt, bei der jeweils nur an einer Stelle reguliert zu werden braucht, und die in Serie geschalteten Windungen sich über alle Pole verteilen. Weiterhin liegen jedenfalls auch hier die Windungen unter den Polen nebeneinander. In genannten Patenten sind zwar eine Reihe von Maßnahmen angegeben, die diese Wirkung vermindern könnten. So ist erwähnt, daß . eine wechselnde Schaltung an mehreren Stellen möglich wäre. Dies ergibt aber Unbequemlichkeit in der Vornahme der Schaltung selbst, und man geht besser zu einer systematischen Schaltwicklung über, die Gegenstand vorliegender Erfindung ist. Bei dieser Anordnung werden die abzuschaltenden Windüngen zwangläufig auf zwei oder mehr Stellen verteilt, die jeweils unter einem Pol liegen.

Die Wirkung werde der Einfachheit halber zunächst an einer Maschinenanordnung mit Ringwicklungen erklärt, obwohl solche Wicklungen praktisch nicht vorkommen. Die An-5 Ordnung, die in Fig. ι dargestellt ist, zeigt außer dem Gleichstromrotor R den Gleichstromstator S, dessen Eisen der Übersichtlichkeit halber zweimal dargestellt ist, so daß die beiden Statorwicklungen, die vorausgesetzt

ίο sind, räumlich getrennt erscheinen. Die Tatsache zweier Wicklungen ist an sich nicht wesentlich für vorliegende Anordnung oder besser das vorliegende Reguliersystem. Wohl aber ist es auf diesem Wege zunächst möglich, sowohl die am Netz liegende Wicklung als. auch die beispielsweise angenommene Speisewicklung für den Rotor über den ganzen Umfang des Stators zu verteilen, so daß aus der Transformatorwirkung zunächst Störungen soweit als möglich von vornherein vermieden werden. Die Speisewicklung für den Rotor ist natürlich nur für den Reguliereffekt des Rotors zu bemessen.

Faßt man nun z. B. die am Netz liegende Wicklung S₁ ins Auge, so sieht man, daß es sich nicht um eine einfache Spiralwicklung handelt, sondern um eine eigenartige vorwärts und rückwärts schreitende. Folgen wir nämlich von der Lücke L der in Rede stehenden Wicklung S₁ aus dem Windungszuge im Sinne des Uhrzeigers, so sehen wir, daß der Strom nach dem Durchströmen des ersten Aktivleiters nicht zum nächsten aktiven Leiter übergeht, wie es bei einer gewöhnlichen Spiralwicklung der Fall wäre, sondern zunächst vermittels der angedeuteten Gabel einige Windungen überspringt, sodann eine Windung nimmt und hierauf mittels der zweiten Gabel zurückkehrt. Er gelangt allerdings nicht zur¹ zweiten Windung, vom Anfang gerechnet, sondern zur dritten, da die zweite Windung zu einer entfernteren vorhergehenden gehört; dieses Spiel wiederholt sich stets. Es gehören also stets zwei Windungen zueinander, die um einen gewissen Betrag entfernt liegen, und beide werden miteinander ab- oder zugeschaltet. Die gesamte Ab- und Zuschaltung vollzieht sich also an zwei Stellen und könnte sich ebensogut an mehr Stellen vollziehen. Auch braucht nicht gerade immer nur eine Windung an einer Schaltstelle ab- oder zugeschaltet werden, sondern soviel als zweckmäßig. In jedem Falle ist klar, daß bei einem solchen Verfahren selbst bei Abschaltung fast aller Windungen niemals eine derartige Feldbildung eintreten kann, wie sie etwa bei einer Einlochwicklung in gewöhnlicher Phasenanordnung vorhanden ist. Wieviel Schaltstellen man nimmt, und wieviel Windungen pro Schaltstelle immer gleichzeitig geschaltet werden, das ist eine Frage der jeweiligen Verhältnisse, vor allem des Maximums der Regulierung, also des extremen Falles einer zu befürchtenden Feldverzerrung.

Wie die Ab- und Zuschaltung der Windüngen erfolgt, ist gleichgültig. Sie kann durch einen Kontroller oder irgendeine andere Schaltvorrichtung erfolgen. In der Fig. 1 ist angenommen, sie erfolge z. B. durch einen festen Regulierkollektor mit der festen Lücke L, wie sie für zwei benachbarte Phasen gezeichnet ist, einer Reihe von Schaltsegmenten und dem angedeuteten Bürstensystem B₁ und B₂. Entfernt man die Bürsten gleichmäßig von der Lücke, so werden an den beiden Phasen gleichviel Windungen ab- und zugeschaltet. Nimmt man auch eine Drehung im gleichen Sinne vor, so werden die Phasen gedreht, wobei natürlich vorauszusetzen ist, daß an den übrigen Verbindungsstellen des dreiphasigen Systems das gleiche vorgenommen wird: In dieser Beziehung ist kein Unterschied zwischen der Regulierung hier und derjenigen nach den im Anfang genannten Patenten. Man hat immer eine vektorielle Einstellung der Windungen, jedoch wird nach vorliegendem Reguliersystem gleichzeitig . zwangläufig die innere Verteilung der Windungen pro Phase bewirkt.

Die angedeutete Wicklung S₁ würde schon an sich zu einer Regulierung des als Beispiel angenommenen Nebenschlußsystems ausreichen, insofern, als man mit der beschriebenen vektoriellen Einregulierung das Feld in seiner Stärke und Phase bestimmen und somit das System kompensieren und die Geschwindigkeit regu-Heren kann, vorausgesetzt, daß die Rotorspeisespannung sich nicht ändert, was z. B. dann der Fall ist, wenn man einfach das Netz an Stelle der Wicklung S₂ zur Speisung des Rotors verwendet. Die Reguliermöglichkeit ist aber auch sonst und in Verbindung mit der Wicklung S₂ namentlich dann auszunutzen, wenn die Reguliermaschine als Hilfsmaschine in den bekannten Aggregaten dient, wie sie z. B. in Patent 248380 beschrieben werden. Die Wicklung S₂ hat dieselben Grundeigenschaften wie die Wicklung S₁, und sie dient im Beispiel zur vektoriellen Spannungsspeisung des Rotors, was wieder zur Regelung des Motors an sich ausreichen würde, wenn man die Wicklung S₁ in beliebiger Ausführungsart unverändert ließe. Was man im gegebenen Anwendungsfall alles ausnutzt und ausnutzen kann, ist natürlich eine Frage für sich, wobei namentlich darauf geachtet werden muß, daß keine Aufhebung der Einflüsse aus. relativer Drehung und Regulierung erfolgt.

Es wäre z. B. denkbar, daß man an S₂ die Rotorspannung vektoriell so regelt, wie es Geschwindigkeit und Kompensation verlangen, während man an S₁ einfach die Feldstärke im Interesse eines guten Anlaufmomentes

regelbar einstellt. Ein besonderes Merkmal, welches gerade so gut auch an der Wicklung S₁ auftreten könnte, zeigt noch die Wicklung S₂. Man kann nämlich hier nach Bedarf Windungen von einer Phase zur anderen herübernehmen, und dies wird dadurch bewirkt, daß die Lücke zwischen den Phasen gewissermaßen durch die Schaltvorrichtung verschoben wird. Das Bürstensystem B₃, B₄ und S₆ usw. wird näm-Hch so eingestellt, daß gerade an einer gewünschten Stelle L keine solche Bürste steht, also eine Lücke entsteht. Es ist wieder die "' Frage, wo sich ein solches Verfahren, das namentlich überschüssiges Regulierkupfer vermindert, sich lohnt; namentlich hängt das von dem erforderlichen Umfang der Regulierung ab. An der Wicklung S₂ ist übrigens durch strichpunktierte Linien auch angedeutet, wie statt der Dreiecks- auch eine Sternregulierung möglieh wäre.

Hat man nicht eine Ringwicklung, die des einfachen Schemas halber vorausgesetzt war, sondern eine Trommelwicklung, so zeigt Fig. 2, wie man sich das geschilderte Prinzip in die Praxis umgesetzt denken kann. Denken wir uns zunächst eine einfache Serienwellenwicklung, indem wir dem Zuge A-A-A folgen, sodann den strichpunktierten Teil der Welle entfernt und dann mittels der gezeichneten Schleife den neuen Wellenzug B-B-B eingeschoben, weiter bei L eine Lücke, also den Beginn einer Phase, und etwa bei K-K-K mittels eines Kontrollers reguliert, so ist einleuchtend, daß auch hier zwei zwangläufig verbundene Regulierschaltplätze vorhanden sind, und das Ganze wie die Wicklung S₁ der Fig. 1 arbeitet. Denkt man sich die Lücken L verschoben, so entsteht der zusätzliche Effekt der Wicklung S₂ in Fig. 1. Für Anzahl und Entfernung der Schaltplätze ist immer nur die Erwägung maßgebend, inwieweit die Feldform bei der Regulierung geschützt werden muß.

Die angegebene Wellenschleifenwicklung war nur ein Beispiel der möglichen Trommelwicklungen. Es sind zahlreiche Schaltungen möglich. So könnte man in jede Windung einen einmal über alle Pole umlaufenden ganzen Windungszug einschalten, so daß gewissermaßen zwei für zwei Schaltplätze in Betracht kommende ganze Windungszüge hintereinander geschaltet sind. Diese Einzelheiten können hier ebenso unerörtert bleiben wie die Frage, wie man das Wicklungssystem in zwei Wickelebenen unterbringt, was durchaus möglich ist, und dergleichen mehr. Es versteht sich, daß jede solche Regulierwicklung nicht nur jede der beiden Wicklungen am Stator der Nebenschlußmaschine nach Fig. 1 ersetzen, sondern auch bei Hauptschlußmaschinen, Kompoundmaschinen, Periodenumformern und Phasenreglern zur vektoriellen Statorregulierung verwendet werden kann. Die Vornahme der Regulierung selbst ist!immer ähnlich derjenigen in den zu Eingang erwähnten Patenten. Ebenso versteht es sich, daß am Stator stets neben einer solchen Regulierwicklung eine unveränderliche beliebige Arbeitswicklung, z. B. die schon gelegentlich der Fig. 1 erwähnte, zum Speisen des Stators vom Netz her dienende oder eine Kompensationswicklung, die das Ankerfeld zunächst ganz aufhebt, vorhanden sein könnte, in welch letzterem Falle übrigens die Regulierwicklung an sich schwächer ausgeführt werden könnte und die möglichen Feldstörungen von vornherein an niedrigere Grenzen gebunden sind.

Erwähnt werden möge noch, daß auch in vielen Fällen eine Parallelschaltung der Schaltstellen möglich ist,; man hat nur die parallelen Wege über alle Pole ohne Zwischenverbindungen hinwegzuführen und beim Polwechsel Vertauschungen in den Schaltplätzen vorzunehmen, so daß die Differenzpotentiale sich in der Summe aufheben und innere Ströme unmöglich werden.

Wollte man feiner regulieren, so könnte man bei reiner Serienschaltung der Windungen natürlich die Wicklungszüge B-B-B der Fig. 2 ebensogut mit Anschlußpunkten versehen wie die Wicklungszüge A-A-A. Man kann dann ganz nach Belieben Punkte des einen oder anderen Zuges für die Regulierung in Anspruch nehmen. Läßt man den Verteilungsschritt zwischen den Zügen der .4-Punkte und der S-Punkte verschwinden, so fallen beide Züge aufeinander. Reguliert man nun von einem Punkte A zum darüberliegenden Punkte B, so hat man keine Phasendrehung mehr, sondern nur noch eine Windungszahlveränderung, was in manchen Fällen brauchbar sein kann. Hat man an einer Wicklung ausschließlich eine solche Regulierung, also von einem Punkte A zum zugehörigen B, zum zugehörigen C und so fort, so kann man die Zahl der unmittelbar hintereinander geschalteten Windungen beliebig ausdehnen, ohne daß eine Störung der Feldform eintritt. Wir erhalten einfach eine geschichtete Wicklung, deren Schichten' auch aus gewöhnlichen Phasenwicklungen bestehen können. Anderseits kann man gegeneinander verschobene Wicklungen A, B, C usw. auch für sich schließen; reguliert man dann von einer Wicklung zur anderen, so ändert sich nur die Phase, und bei einer an sich geringen Windungszahl der parallelen Züge wird also die Ein-Stellungsmöglichkeit verfeinert. Die einzelnen Züge können auch verschiedene Windungszahlen besitzen, so daß mit der Phasenregulierung dann eine Windungszahlveränderung verbunden ist, man also wieder ohne Feldstörung eine unabhängig vektorielle Einstellungsmöglichkeit erhält.

Als Beispiel einer ^Kombination solcher

extremen Fälle betrachte man Fig. 3. Alle -Wicklungen und ihre Schaltgruppen liegen in denselben Nuten, soweit es sich eben um Statorwicklungen handelt. System S₁ reguliert bei den beiden gezeichneten Schaltgruppen, wenn man von A nach B geht, rein skalar die Windungszahl, bei dem Netzanschluß der Wicklung also etwa das Anlaufmoment.

System S₂ reguliert, wenn man von A nach B geht, da die Windungszahlen der beiden Gruppenringe verschieden sein mögen, ebenfalls die Windungszahl und ferner die Phasenlage, also bei dem Rotoranschluß Geschwindigkeit und Leistungsfaktor. Beim System 2 hat man zwar nicht eine sehr hohe Kupferausnutzung des •völligen Wechsels der Schaltgruppen wegen. Dieses kommt aber weniger in Betracht, wenn es sich, wie im Beispiel, nur um eine Wicklung für den Reguliereffekt handelt und dieser nicht sehr groß ist.

Die Ausnutzungsmöglichkeiten solcher Regulierungsarten sind also sehr vielseitig, wenn sie auch, wie die Regulierungsarten selbst, praktisch begrenzt sind und man besonders darauf achten muß, daß nicht die eine, vektorielle oder skalare, Regulierungsart im Endresultat die andere. aufhebt.
W^Tende- und sonstige Hilfswicklungen zur Verbesserung der Kommutation können, wenn ihre Speisung an der vorhandenen Statorwicklung Bedenken hat, ebenfalls mittels eines besonderen Wicklungszuges gegebenenfalls regulierbar mit Spannung versorgt werden.

Claims (3)

Patent-Anspruch ε :

1. Drehfeldkommutatormaschinen jeglicher Bauart, als Nebenschluß-, Hauptschluß-, Kompoundmaschinen, Phasenregler, Periodenwandler und sonstige Regulier-Hilfsmaschinen mit Gleichstromwicklung auf dem Stator, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwicklung beliebig viele trennbare Schaltgruppen pro Pol aufweist, auf die bei der erforderlichen unabhängigen Einstellung der Vektoren nach aktiver Windungszahl und Phasenlage die aktiven Windungen zwangläufig verteilt werden, zu dem Zwecke, unzulässige Störungen der Feldform zu vermeiden.

2. Drehfeldkommutatormaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Gleichstromwicklung mit beliebig vielen trennbaren Schaltgruppen .pro Pol noch gewöhnliche Mehrlochphasenwicklungen oder gewöhnliche Gleichstromwicklungen vorhanden sind, welche lediglich Arbeitswicklungen ohne eigene Regulierfunktion sind.

3. Wende- und Feldkorrektionswicklungen zur Verbesserung der ' Kommutation an Drehfeldkommutatormaschinen nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Speisung der Hilfswicklung erforderliche Spannung geeigneter Phase und Größe an den Wicklungen der Regulierstatoren gegebenenfalls regulierbar oder auch an besonderen Speiseregulierwicklungen abgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.