DE267691C

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Publication number: DE267691C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVe 267691 -KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. November 1911 ab.

In großen Verteilungsnetzen, in denen elektrische Energie von der Wechselstrom- in die Gleichstromform oder umgekehrt umgewandelt wird, wünscht man fast stets das Verhältnis" von Gleich- und Wechselstromspannung in einem erheblichen Bereiche regulieren zu können. Wenn man Einankerumformer zum Umwandeln des Drehstromes in Gleichstrom benutzt, so führt man oft zur Erhöhung oder Erniedrigung

ίο der Wechselstromspannung die Drehstromleitungen noch durch eine auf der Welle des Einankerumformers sitzende synchrone Zusatzmaschine, so daß man es durch Ändern der Erregung der letzteren in der Hand hat, die Wechselstromspannung um ein beliebiges Maß zu erhöhen oder zu erniedrigen.

Um eine gute Kommutierung am Kollektor des Einankerumformers zu erzielen, ist es sehr zweckmäßig, diesen Umformer mit Kommutierungspolen auszurüsten, die eine Spannung in den kurzgeschlossenen Leitern induzieren, die die Reaktanzspännung der Stromwendung aufhebt. Bei einem mechanisch leerlaufenden Einankerumformer, d. h. einem Umformer, von dessen Welle keine mechanische Arbeit abgenommen wird, muß die Erregung dieser Wendepole proportional mit dem Kollektorstrom des Umformers geschehen, da die Reaktanzspannung diesem Strom proportional ist und sich ein Ankerfeld in der Wendezone des Umformers bekanntlich nicht ausbildet, weil sieh die Gleichstrom- und Wechselstrom-Amperewindungen die Wage halten. ;,

Würde man von der Welle des Einankerumformers mechanische Arbeit abgeben lassen, so würde sich Gleichstrom- und Wechselstromankerfeld nicht mehr völlig aufheben, sondern das eine oder andere würde nach Maßgabe der mechanischen Arbeitsleistung überwiegen. Eine solche Arbeitsabgabe findet aber stets an die synchrone Zusatzmaschine statt, wenn diese unter Spannung steht, und dadurch ist es zu eiklären, daß mit Wendepolen ausgerüstete Einankerumformer, die mit gekuppelten Zusatzmaschinen arbeiten, bisher nicht funkenfrei zu bauen waren.

Die vorliegende Erfindung gibt nun ein Mittel, um bei derartigen Maschinenaggregaten in jedem beliebigen Betriebszustande selbsttätig völlig funkenfreien Lauf des Kollektors zu erzielen. Es soll die Erregung der Wendepole in Einankerumformern genau nach Maßgabe der mechanischen Belastung des Umformers durch die Zusatzmaschine selbsttätig verstärkt oder geschwächt werden, so, daß stets das durch die mechanische Belastung hervorgerufene Ankerfeld vernichtet wird und in der Wendezone nur das zur Kommutierung der Reaktanzspannung erforderliche Feld übrig bleibt. Die Schwieiigkeit in.der Herstellung einer derartigen richtigwirkenden selbsttätigen Einstellung der Wendepolerregung liegt darin, daß sie unbeschadet ihrer Proportionalität mit dem Kollektorstrom des Umformers noch von der mechanischen oder elektrischen Leistung der synchronen Zusatzmaschine abhängig gemacht werden muß, die sowohl vom gesamten Maschinenstrome als von der induzierten Zusatzspannung bestimmt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der die Wendepole außer der normalen Grunderregung durch den Hauptgleichstrom noch eine selbsttätig veränderliche Zusätzen egung erhalten, ist in Fig. ι dargestellt. Es bedeutet dort u den Einankerumformer, ζ seine Zusatzmaschine, w seine normale Wendepol- oder Kompensationswicklung und W₁ eine Wicklung zur zusätzlichen Erregung. Diese letztere Wicklung soll nun durch Hilfsbürsten gespeist werden, deren Achse auf dem Kollektor des Umformers schleift, aber gegen seine Hauptbürsten um 90 elektrische Grade versetzt ist. Fig. 2 ■ zeigt als Beispiel die Ausbildung des Umformers.

Die Hilfsbürsten b nehmen eine Spannung vom Kollektor ab, die allein durch das Belastungsfeld des Ankers hervorgerufen wird: Durch den Strom, den diese Spannung erzeugt, wird das Belastungsfeld andererseits entweder durch eine Kompensationswicklung am ganzen Umformer oder durch die in Fig. 2 gezeichnete Wendepolwicklung W₁ nur in der Kommutierungszone wieder vernichtet, so daß unabhängig von der mechanischen Belastung des Umformers stets gute Kommutierung unter den Hauptbürsten a vorhanden ist. Damit die Hilfsbürsten b nicht im vollen Felde stehen, ist es zweckmäßig, Aussparungen η unter den Hauptpolen anzubringen. Ebensogut könnte man auch die Bürsten b seitlich so weit verschieben, daß sie in die feldfreien Teile zwischen Haupt- und Hilfspole gelangen. Wenn die Größe der Spannung zwischen den Hilfsbürsten nicht geeignet ist, um die Wicklung W₁ zu speisen, so kann.man auch eine besondere Hilfswicklung mit Hilfskollektor auf den Anker legen und von dieser aus die Wendepole erregen lassen.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Sie möge in ihrer Wirkungsweise genauer besprochen werden. Zur Speisung der Zusatzwicklung W₁ der Wendepole im Einankerumformer u ist hier ein Hilfskollektor k entweder direkt an der Wicklung dei Zusatzmaschine angebracht, oder es ist die Zusatzmaschine ζ mit einer besonderen Gleichstromwicklung versehen, die zum Hilfskollektor führt, t bedeutet einen Serientransformator_; mit dessen Hilfe die Zusatzspannung in den . Hauptstromkreis eingeführt werden kann, ν ist die normale Erregerwicklung der Zusatzmaschine und s eine Wicklung auf besonderen, räumlich gegen die Hauptpole versetzten Hilfspolen der Zusatzmaschine.

In Fig. 4 ist die Anordnung der Zusatzmaschine besonders dargestellt. Die wirksame Achse ihrer Kollektorbürsten b liegt in der Richtung der Hauptpole, so daß das Erregerfeld keine Spannung zwischen den Bürsten zu induzieren vermag. Auch das Ankerfeld des wattlosen Stromes ist ohne Einfluß auf die Bürsten, wohl aber werden Spannungen vom Ankerfelde des Wattstromes zwischen ihnen induziert. Auch die Wicklungen der Hilfspole s, die vom [ Gleichstrom des Einankerumformers oder einem Teil desselben durchflossen werden, induzieren Spannung zwischen den Bürsten. Der Wicklungssinn der Hilfspolwindungen soll so gewählt sein, daß das Hilfspolfeld und das Ankerfeld sich entgegenwirken. Durch geeignete Wahl der Dimensionen läßt es sich dann erreichen, daß die Spannung zwischen den Bürsten proportional der Differenz zwischen dem Ankerstrom der synchronen Zusatzmaschine und dem Gleichstrome des Einankerumformers ist. Diese Spannung wird nun zum Speisen der Zusatzerregung W₁ (Fig. 3) der Wendepole des Umformers benutzt. Da sie von der Differenz zwischen Gleich- und Wechselstrom des Maschinenaggregates abhängt, so ist sie einerseits proportional den Maschinenstromstärken selbst, andererseits proportional der Differenz der Spannung an der Gleichstrom- und Wechselstromseite. Insgesamt ist daher die Zusatzerregung der Wendepole proportional der Leistung der Zusatzmaschine z, so wie es für eine gute Regulierung als erforderlich gefunden wurde.

Selbstverständlich ist eine größere Zahl von Varianten der beschriebenen Ausführungsform möglich. Man könnte z. B. statt einer besonderen Zusatzwendewicklung W₁ auch die Zusatzspannung direkt an die Hauptwendewicklung w legen, ohne an der Wirkungsweise Erhebliches zu ändern. Gleichgültig ist es auch, ob man, wie in Fig. i, die Spannung der Zusatzmaschine direkt oder, wie in Fig. 3, durch einen Serientransformator in den Stromkreis schaltet. Die Hilfsbürsten wird man stets in eine eisenfreie Zone stellen, entweder, wie es in Fig. 4 gezeichnet ist, in die Lücken zwischen die Haupt- und Hilfspole oder, wie in Fig. 2, unter die Mittel der Hauptpole, wobei man durch geeignete Hilfsmittel, z. B. durch Kommutierungslöcher n, dort für eine genügende Feldschwächung sorgen wird.

Anstatt die Hilfsströme zur Erregung des zusätzlichen Wendepol- oder Kompensationsfeldes aus dem Anker des Umformers oder der Zusatzmaschine zu entnehmen, kann man sie auch von einer mit dem Umformeraggregat gekuppelten besonderen Hilfsmaschine liefern lassen. Um richtige Größe der Hilfsströme zu erzielen, muß man dann den Anker dieser Hilfsmaschine vom Drehstrom des Umformers durchfließen lassen oder durch einen diesem proportionalen Strome, während seine Pole vom Gleichstrom des Umformers oder einem ihm proportionalen Strom erregt werden. Die Spannung an den Bürsten der Hilfsmaschine wird dann durch die Differenz des Ankerfeldes und Magnetpolfeldes geliefert und kann somit eine richtige selbsttätige Veränderung des Wendefeldes im Umformer hervorrufen.

Fig. 5 zeigt eine derartige Anordnung, in der u den Umformer, ζ die Zusatzmaschine und w die Hauptwendepolwicklung bezeichnet. Die mit dem Umformer gekuppelte Hilfsmaschine k wird in ihrem Anker durch den Transformator t über Schleifringe proportional dem Drehstrom gespeist, während ihre Feldwicklung f von einem Abzweigwiderstande her proportional dem Gleichstrom erregt wird. Die zusätzliche Wendepolwicklung w, wird von den Bürsten der Hilfsmaschine gespeist, die zur Regelung, wenn nötig, verdreht werden können. Ebenso kann es zweckmäßig sein, die Pole mit der Feldwicklung f verdrehbar zu machen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Es bedeutet dort wieder u den Einankerumformer, w seine normale Wendepol- oder Kompensationswicklung, W₁ eine Wicklung zur zusätzlichen Erregung, f stellt die Feldwicklung dar, die von der Kollektorspannung gespeist wird, ζ ist die gekuppelte synchrone Zusatzmaschine, deren Spannung durch Beeinflussung ihrer Erregerwicklung ?' mit Hilfe des Regelwiderstandes r verändert werden kann. Die Zusatzwicklung W₁ der" Wendepole des Umformers wird von der Hilfsdynamo h gespeist, . deren Erregerwicklung g vom Gleichstrom ₍des Einankerumformers oder auch von einem Teil dieses Gleichstromes durchflossen wird, m stellt den Antriebsmotor der Hilfsdynamo dar, dessen Feldstärke durch den Eisenwiderstand e im Stromkreise der Feldwicklung f-, möglichst konstant gehalten wird. Der Anker des Motors m ist parallel zur Erregerwicklung ν der Zusatzmaschine geschaltet.

Es wird hierdurch erreicht, daß die Tourenzahl der Hilfsmaschine h nahezu proportional der Zusatzspannung der Maschine ζ ist, während ihre Feldstärke proportional dem Strome im Maschinenaggregate ist. Die Spannung der Hilfsmaschine h und daher die Zusatzerregung in der Wendepolentwicklung W₁ hängt daher im wesentlichen von der Stärke der Leistung der synchronen Zusatzmaschine ζ ab, so daß das Wendefeld im Einankerumformer ohne besondere Nachregulierung stets die Stärke behält, die für funkenfreie Kommutierung erforderlich ist.

Wenn die Charakteristik der Zusatzmaschine ζ stark gekrümmt ist, so daß beim Antrieb durch den Gleichstrommotor m keine genaue Proportionalität mehr zwischen der Zusatzspannung von ζ und der Tourenzahl der Hilfsmaschine h herrschte, dann kann man natürlich den Motor m auch auf andere Weise speisen. Beispielsweise kann man ihn als Wechselstrom-Kollektormotor ausführen und direkt von der Zusatzspannung der Synchronmaschine speisen, so daß seine Tourenzahl dieser genau proportional ist. Der Hilfsumformer m, h läßt sich oft zu einer einzigen Maschine vereinigen, wobei man nur durch einen Anker mit zwei Wicklungen und zwei Kommutatoren, die beide für verschiedene Polzahl ausgeführt sind, dafür sorgen muß, daß die Unabhängigkeit des Motoruiid Generatorfeldes erhalten bleibt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Einankerumformer mit mechanisch gekuppelter Wechselstromzusatzmaschine und mit Wende- oder Kompensationswicklung zum Vernichten des Ankerfeldes des Umformers, dadurch gekennzeichnet, daß die Wende- oder Kompensationsfelder außer einer proportional mit dem Gleichstrom des Umformers wachsenden Erregung noch eine Zusatzerregung besitzen, die von einer Spannung gespeist wird, die von der Differenz der Amperewindungen des Gleichstromes und der Wattamperewindungen des Wechselstromes abhängig ist.

2. Einankerumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzerregerstrom für die Wendepole von Hilfsbürsten des Umformers abgenommen wird, deren Achse in der Richtung der Hauptpole liegt.

3. Einankerumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzerregung von einem Hilfskollektor . der Wechselstromzusatzmaschine geliefert wird, dessen Bürstenachse in Richtung der Hauptpole liegt, während quer zu diesen vom Umformergleichstrom erregte Hilfspole derart angebracht sind, daß die Differenz zwischen Hilfspolfeld und Ankerfeld der Zusatzmaschine für die Erzeugung der Bürstenspannung des Hilfskollektors wirksam ist.

4. Einankerumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzerregung vom Kollektor einer mit dem Umformer gekuppelten Hilfsmaschine geliefert wird, deren Anker vom Umformerdrehstrom und deren Pole vom Umformergleichstrom erregt werden, so daß die Bürstenspannung von der Differenz' zwischen Polfeld und Ankerfeld abhängt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor, auf dem die Hilfsbürsten schleifen, an eine besondere Hilfswicklung auf dem Anker angeschlossen ist.

6. Einankerumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepolwicklung oder eine Zusatzwicklung auf den Wendepolen von einer Hilfsdynamo erregt wird, deren Feldwicklung vom Strom des Umformers gespeist wird, und deren Tourenzahl sich mit der Spannung der Wechselstromzusatzmaschine ändert.

7· Einrichtung nach Anspruch ι, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdynamo von einem Gleichstrommotor angetrieben wird, dessen Anker an der Erregerspannung der Wechselstromzusatzmaschine liegt, und dessen Feldstärke annähernd konstant gehalten wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdynamo und ihr Antriebsmotor zu einer einzigen Maschine vereinigt sind, deren Anker zwei Wicklungen und zwei Kommutatoren besitzt, die zu Feldern von verschiedenen Polzahlen gehören.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.