DE302285C

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Publication number: DE302285C
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Description

KAISERLICHES

M RENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 rf. GRUPPE 44.

SIEMENS-SCHUCKERTWERKE G. m. b. H. in SIEMENSSTADT β. BERLIN.

Maschinensatz aus Asynchronmaschine und Drehstromnebenschlußkollektormaschine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. November 1914 ab.

• Bei den üblichen Drehstromkollektornebenschlußmotoren, wie sie im Patent 260319 beschrieben sind, bei denen die Gesamtenergie dem Läufer über Schleifringe zugeführt wird und die Ständerwicklungen an verschiebbare Bürstensätze des Kollektors angeschlossen sind, ist die Leistung pro Pol nach oben hin durch die Kommutierungsverhältnisse begrenzt. Für die Kommutierungsverhältnisse ist die Transformatorspannung maßgebend, die ihrerseits unabhängig von der Schlüpfung des Motors ist. Es ergibt sich also für diese Motoren eine Maximalleistung, die pro Pol unabhängig von der Drehzahl lediglich von der Transfer matorspannung abhängt. Da Sich nun die Leistung dieser Motoren nicht steigern läßt, ohne daß auch die Transformatorspannung anwächst, muß man, um _t mit den Motoren größere Leistungen zu bewältigen, entweder die Zahl der Pole vergrößern, was zu langsamlaufenden elektrisch schlecht ausgenutzten Typen führt, oder die Zahl der Maschinen vervielfältigen. Hinzu kommt noch, daß die Kollektoren nur für bestimmte Spannungen ausführbar sind und daß man mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit dem Läufer nicht gern eine allzu hohe Spannung zuführt. Man braucht also noch bei großen Netzspannungen einen besonderen Transformator. ·

Diese Schwierigkeiten werden durch den neuen im folgenden beschriebenen Maschinensatz behoben: ■

Dieser Maschinensatz besteht aus der obengenannten Kollektornebenschlußmaschine und einer synchron mit ihr (am einfachsten durch direkte Kupplung bei gleicher Polzahl) betriebenen Asynchronmaschine. Die Netzenergie wird nun den induzierenden Wicklungen beider Maschinen je zum Teil zugeführt, während die induzierten Wicklungen beider Maschinen in Reihe geschaltet sind. Es ergibt sich hierdurch ein Unterschied gegenüber den üblichen Kaskadenanordnungen bei Regelsätzen, wobei . die Gesamtenergie einer Maschine zugeführt wird und nur die Schlupf energie der zweiten Maschine.

Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung ist in Fig. ι veranschaulicht. Hierin bedeutet α die Drehstromkollektornebenschlußmaschine, die der Übersichtlichkeit halber in einphasiger Schaltung dargestellt ist, 5 ihren· Kollektor mit den Bürsten c und d eines Doppelbürstensatzes. In den Stromkreis der Bürsten und der Ständerwicklung der Kollektormaschine wird nun eine Wicklung der Asynchronmaschine eingeschaltet, die naturgemäß, um eine richtige Potentialverteilung auf dem Kollektor beizubehalten, mit den übrigen Wicklungen -der anderen Phase ,elektrisch nicht verkettet sein darf. Diese in Reihe geschalteten Wicklungen dienen nun als induzierte Wicklung, während die induzierenden Wicklungen, bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Ständerwicklung der Asynchronmaschine und die Läuferwicklung der Kollektormaschine, parallel am Netz liegen.

Durch diese Schaltung ist es möglich, Kollektormaschine und Asynchronmaschine eines

Maschinensatzes in durchaus gleichartiger Weise zur Arbeitsleistung heranzuziehen, ohne daß es erforderlich wäre, die elektrische Energie der einen Maschine in Abhängigkeit von der mechanischen Energie der anderen Maschine zu bringen. Durch diese Gleichartigkeit der Verteilung bildet die Asynchronmaschine gewissermaßen einen Teil der Kollektormaschine, der sich im übrigen genau wie die Kollektor-

maschine verhält. Die Leistung, * die dem Kollektor zugeführt werdein muß, ist jedoch geringer geworden, mit anderen Worten, der Maschinensatz kann eine bestimmte mechanische Leistung unter gleichen Kommutierungs-Verhältnissen wie eine einfache Kollektornebenschlußmaschine bei erheblich "geringerer Schlüpfung abgeben. Die Wirkungsweise der Anordnung im einzelnen ergibt sich aus folgendem: Ist e_n die über die Schleifringe den Läufern beider Maschinen zugefijhrte Spannung, so ist die im Ständer induzierte Spannung der Kollektormaschine ^₁ = s · e_n -"C₁, wobei s die Schlüpfung und C₁ eine Maschinenkonstante bedeutet, die im wesentlichen von dem Über-Setzungsverhältnis abhängt. Ebenso ist die im Ständer der Asynchronmaschine erzeugte Spannung e₂ = s · e_n · c_a. Trägt' man die Spannungen S₁ und e₂ in Abhängigkeit von der Drehzahl auf, so erhält man zwei Geraden, die die Abszissenachse im Punkte s = 0 schneiden. In dieses Diagramm ist ferner die Bürstenspannung et eingetragen, die in einem ganz bestimmten von der .Bürstenstellung abhängigen Verhältnis zur Netzspannung ■ steht. Der Maschinensatz ändert so lange seine Drehzahl, bis die Bürstenspannung gleich der Summe der induzierten Spannungen in beiden Maschinen ist.

^eb = ^el + ^e2

C₁ + C₂).

Diese Schlüpf ung s entspricht einer Drehzahl, die durch den Schnittpunkt der Spannungscharakteristik ^₁ -j- e₂ mit der Geraden ei, dargestellt ist. Aus den Diagrammverhältnissen ergibt sich also, daß der Maschinensatz sich genau so verhält wie die Kollektornebenschlußmaschine allein. Die Asynchronmaschine übernimmt einen Teil der Leistung unmittelbar aus dem Netz, arbeitet selbst mit der Charakteristik der Nebenschlußmaschine, verhält sich also wie ein Teil der Kollektormaschine' selbst. .

Der Anteil an Leistung, den sie übernimmt, richtet sich wie bei allen in Reihe geschalteten Maschinen nach dem Verhältnis der in ihr induzierten Spannung zu der in der Kollektormaschine induzierten Spannung. Durch Wahl dieses Spannungsverhältnisses hat man es in der Hand, der Asynchronmaschine eine beliebige elektrische oder mechanische Leistung zu entnehmen. Die Gesamtleistung des Maschinensatzes wird also beträchtlich vermehrt, ohne daß es erforderlich wäre, den Zuwachs an'^Leistung über den Kollektor zu leiten.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung kann vereinfacht werden, wenn man als induzierenden Teil der Asynchronmaschine die Läufer^ wicklung und als induzierten Teil die Ständerwicklung verwendet. Man kann dann, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist, die Netzenergie beiden Maschinen über gemeinsame Schleifringe zuführen.

Wie aus dem Diagramm der Fig. 3 hervorgeht, kann die Schlüpf ung durch geeignete Wahl der Spannungen S₁, e₂ oder beider oder durch Wahl des Bürstenwinkels beliebig eingestellt werden. Entsprechend dem Verhältnis· der Spannung e_x und e₂ ändert sich auch die Leistungsverteilung auf beide Maschinen. Die Regelung dieser Spannung kann durch Feldänderung, Einschaltung von Transformatoren entweder in die Läuferstromkreise oder in die Ständerstromkreise oder in beide erfolgen. Eine sehr günstige Anordnung ergibt sich, wenn man die Ständerwicklungen umschaltbar macht, wie dies beispielsweise für die Nebenschlußkollektörmaschine in dem Patent 260319 vorgeschlagen wurde. Man erhält dann eine besonders zweckmäßige Regelung des Maschinensatzes, wenn man für die groben Regelstufen die Zahl der wirksamen Windungen ändert und die feinen Regelstufen durch Bürstenverschiebung einstellt.

Der Maschinensatz als solcher kann auf verschiedene Weise angelassen werden. Besonders zweckmäßig ist es, ihn mit Hilfe der Kollektormaschine allein durch Bürstenverschiebung anlaufen zu lassen, indem der Ständerstromkreis der Kollektormaschine von der Asynchronmaschine abgetrennt und geschlossen wird, und erst im Synchronismus die Asynchronmaschine hinzugeschaltet wird. ■

Mit der neuen Anordnung sind aber noch weitere Vorteile verknüpft. Bisher hat man dem Nebenschlußmotor ungern allzu hohe Netzspannungen zugeführt, da mit Rücksicht auf den erforderlichen Kollektor die Betriebssicherheit der Anordnung leicht beeinträchtigt wird. Bei dem neuen Maschinensatz kann man so vorgehen, daß man die hohe Netzspannung über die Schleifringe der umlaufenden Primärwicklung der Asynchronmaschine zuführt, was unbedenklich ist und Anzapfpunkten dieser Wicklung die dem Läufer der Kollektormaschine zuzuführende Spannungentnimmt. Das Schema'dieser Anordnung ist in Fig. 4 veranschaulicht. Durch die neue Anordnung ist es also möglich, die Kollektormaschine, die an sich schwierigere Bedingungen erfüllen muß, nach jeder Richtung hin günstig auszuführen, andererseits dem Maschinensatz beliebig höhe Leistungen mit weitgehender

Regelbarkeit zu entnehmen. Man vereinigt also die Vorteile von Asynchronmaschine und Kollektormaschine, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu. müssen.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Maschinensatz aus Asynchronmaschine und Drehstromnebenschlußkollektormaschine, bei der die Energie dem Läufer

ίο über Schleifringe zugeführt wird und deren Ständerwicklungen an verschiebbareBürstensätze des Kollektors angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierten Wicklungen beider Maschinen in Reihe geschaltet sind.
2., Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kollektor, Ständerwicklungen der Kollektormaschine und Sekundärwicklung der Asynchronmaschine in Reihe geschaltet sind.
3. Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtenergie den Läuferwicklungen beider Maschinen über drei Schleifringe zugeführt wird, während die. Ständerwicklungen in Reihe an den Bürsten der Kollektorseite liegen.
4. Maschinensatz nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklung der Nebenschlußkollektormaschine an Anzapfungen der Primärwicklung der Asynchronmaschine liegt.
5. Drehstromnebenschlußkollektoraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, , daß die elektrisch in Reihe liegendenWicklungen transformatorisch miteinander verkettet sind.
6. Verfahren zur Regelung der Drehzahl des Maschinensatzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Regelstufen durch Änderung der wirksamen Windungszahl einer oder mehrerer der Wicklungen eingestellt werden, während die Feinregelung durch Bürstenverschiebung erfolgt.
7. "Verfahren zur Regelung der Drehzahl des Maschinensatzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke der Asynchronmaschine geändert-wird.
8. Verfahren zum Anlassen des Maschinen-Satzes nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Reihenschaltung der induzierten Wicklungen beider Maschinen aufgehoben und lediglich die Kollektormaschine durch Bürstenverschiebung angelassen wird, während die Asynchronmaschine bis zum Erreichen des Synchronismus abgeschaltet bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.