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Anlaßverfahren für Wechselstrom-Dynamomaschinen, welche auf dem Läufer
zum Kaskadenlauf geeignete Wicklungen besitzen. Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstrom-Dynamomaschinen,
welche den' Zweck haben, bei synchroner Umdrehungszahl zu laufen, nach Patentschrift
322438. In dieser Patentschrift ist eine Maschine beschrieben, welche Wicklungen
für Kaskadenlauf besitzt, wobei die Maschine beim Anlassen praktisch als Induktionsmotor
läuft mit einer der Normalpolzahlen, bis die synchrone Umdrehungszahl erreicht oder
überschritten ist, worauf die Verbindungen umgeschaltet werden, so tlaß die Maschine
bei der Kaskadenumdrebungszahl als Synchronmotor läuft, während Gleichstrom einer
gesonderten Wicklung auf den Ständer zugeführt wird oder Anzapfpunkten an der Wicklung,
welche auch für die Zwecke der Wechselstromerregung dienen. Unter den Vorteilen,
welche in der obengenannten Patentschrift erwähnt sind, ist hervorgehoben, daß in
den Gleichstromwicklungen auf dem Ständer während des Anlassens keine hohen Spannungen
-induziert werden, weil die Schleifringwiderstände während des Anlassens niemals
einen geöffneten Stromkreis darstellen. Es hat sich nun ergeben, daß bei den in
der genannten Patentschrift beschriebenen - Wicklungen lokale Ströme in dem Läufer
fließen und ein sekundäres Feld erzeugen, welches nur dadurch unterdrückt werden
kann, daß die neutralen Punkte der Läuferwicklung geöffnet und mit zusätzlichen
Schleifringen verbunden werden.
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Es ist ferner gefunden worden, daß die Maschine auch in Synchronismus
kommt, wenn nicht alle drei der Schleifringe des Läufers geöffnet werden, da unter
allen Belastungsverhältnissen das sekundäre Element der Maschine praktisch bei leichter
Belastung schon synchronisiert ist.
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Die vorliegende Erfindung besteht in einem verbesserten Anlaßverfahren
solcher Maschinen. Bevor dies jedoch näher beschrieben wird, ist es zweckmäßig,
die durch Versuche bewiesenen Vorgänge zu betrachten, die eintreten, wenn bei dem
Synchronisieren einer Maschine nach dem Hauptpatent nur drei Schleifringe mit der
Wicklung des Läufers an den Enden der Zusatzspulen verbunden sind.
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Wenn die Maschine während ihrer Wirkungsweise als Induktionsmotor
auf eine oberhalb der Kaskadenumdrehungszahl liegende Umdrehungszahl gebracht worden
ist, bei welcher die synchrone Arbeitsweise endgültig eintritt, so tritt das Synchronisieren
augenblicklich
ein, sobald der Schalter des Gleichstromerre-gerkreises geschlossen wird. Dies ergibt
sich offenbar - daraus, d'aß die Wechselströme, welche infolge des Umstandes, daß
die Maschine etwas oberhalb der synchronen Umdrehungszahl läuft, induziert werden,
eine. Bremswirkung äußern, welche dieMaschine schnell zurück auf die synchrone Umdrehungszahl
bringt. Die Schleifringe führen die Lastströme, und die lokal in dem kurzgeschlossenen
Stern und in-dem Läufer fließenden Ström sind stark wattlos.
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Wenn andererseits die Maschine auf eine Umdrehungszahl gebracht worden
ist, welche etwas unterhalb der synchronen Kaskaden-Umdrehungszahl liegt, so werden,
wenn der Gleichstromkreis geschlossen wird, Wechselströme-in den Stromkreisen des
Ständers induziert, und diese Wechselströme, welche mit den Schleifringströmen zusammenwirken,
nehmen an der Bewältigung der Belastung teil, wobei die Ströme in den Anlaßwiderständen
verringert werden. Da die Ströme in den Schleifringen verringert werden, erhöht
sich die Umdrehungszahl der Maschine von selbst, bis sie die synchrone Umdrehungszahl
erreicht. In den beiden oben bezeichneten Fällen befindet sich die Maschine nach
dem Synchronisieren in dem Verhältnis eines Induktionsmotors in Kaskade mit einem
Synchronmotor, wobei die Anlaßwiderstände einen lokalen Stromweg für den In.duktio:nsmotorstromkrei,s
bilden. Nach dem Synchronisieren können die Schleifringe geöffnet werden. Hierdurch
wird der lokale Stromweg unterbrochen, und dieLastströme müssen durch den synchronen
Teil der Maschine fließen. Die Übertragung der Last erfolgt schrittweise und hängt
von der Zeit ab, welche benötigt wurde, um die Anlaßwiderstände in die Ausschaltestellung
zu. bringen.
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Wenn man diese beim Synchronisieren auftretenden Umstände beachtet,
so ergibt sich, daß das Schaltverfahren gegenüber demjenigen des Hauptpatentes verbessert
werden kann. In Fig. 7 und 9 des genannten Hauptpatentes sind zwei unabhängige Dreiphasenanlasser
dargestellt, und es ist nötig, den Stromkreis eines derselben zu öffnen, um das
sekundäre Feld zu erzeugen; da die beiden Anlasser sich in Hintereinanderschaltung
befinden, so entstehen recht erhebliche Schwankungen der Stromstärken und der Umdrehungszahl,
wenn nicht der Widerstand des einen Anlassers um dieselben Beträge des Widerstandes
erhöht wird, als der Widerstand des anderen während der Öffnung des einen Widerstandes
erniedrigt wird. Dies kann vermieden werden, indem die Stromverbindungen geändert
werden, so daß Widerstände zwischen die Paare der Schleifringe eingeschaltet werden,
welche zu diametral einander :-ntg eg eng esetzten Paaren von Punkten in der Wicklung
geführt sind, wobei auch ein Schaler zum Kurzschließen vorgesehen ist, der, wenn
es notwendig ist, drei der Schleifringe kurzschließt. Dieses Verfahren ist in der
beiliegenden Zeichnung dargestellt, in welcher die Wicklung, deren Enden zu -den
Schleifringen ii und 16 geführt sind, der Fig. 7 bzw. 9 des Hauptpatentes entsprechend
angenommen werden. kann. Die drei Schleifringe, welche mit ii bezeichnet sind, haben
Verbindungen, die durch den Schalter 3 kurzgeschlossen werden können. Die Schleifringe
ii sind ferner mit einem Regelkontakt i9 von d'reiWiderständen2 verbunden, welche
jeweils mit den Schleifringen 16, wie dargestellt, verbunden sind. Es liegt also
immer je ein Wicklungsendpunkt i i einem Wicklungsendpunkt 16 gegenüber, und je
ein Paar solcher Wicklungsendpunkte i i und 16 ist mit je einem Teil des Widerstandes
2, i9 verbunden. Die Widerstände?- nehmen hier die Stelle der Widerstände 28 und
29 in Fig. 7 bzw. 9 des Hauptpatentes ein. Die Schleifringe i i werden durch den
Schalter 3 kurzgeschlossen, und dann werden die Widerstände 2 allmählich ausgeschalfet,
bis die Schleifringe 16 geöffnet sind, wenn der Stand der Dinge, wie in Fig. 9 des
Hauptpatentes, erreicht ist. Die -Kontakte i9 werden alle gleichzeitig bewegt, so
daß die Widerstände 2 sich gleichzeitig verändern. Daher kann keine Schwankung der
Stromstärke und der Umdrehungszahl auftreten, da die Ströme in den diametral entgegengesetzten
Abschnitten der Sterneile der Läuferwicklung durch denselben Widerstand geregelt
werden. Da die Ströme gleich sind, können sie kein sekundäres Feld erzeugen. Es
entsteht keine Veränderung in dem Läuferwiderstand, wenn die Schleifringe i i, welche
den neutralen Punkt der Wicklung bilden, kurzgeschlossen sind. was getan wird, wenn
oder nachdem die Maschine auf die synchrone Kaskadenumd'rehungszahl gebracht worden
ist. Das Schließen des Schalters 3 ändert den Widerstand in den Läuferstromkreisen
nicht, weil die Spannung längs jedes Widerstandes 2 durch das Schließen des Schalters
3 nicht verändert wird. Wenn, der Schalter 3 geöffnet ist, kann die Spannung an
jedem Paar von Schleifringen i i und 16, - welche durch die Widerstände 2 verbunden
worden sind, durch V dargestellt werden, welches demnach die Spannung an jedem Widerstand
:2 angibt. Wenn der Schalter 3 geschlossen wird, so wird d'i'e Läuferwicklung an
drei Endpunkten i i in Stern geschaltet und die- Spannung an den anderen drei Schleifringen
16 erhebt sich zu
V3 V; aber das Schließen des Schalters 3 hat auch
die Widerstände z durch die Kontakte i9 zwischen dem Satz der Schleifringe r6 in
Sternschaltung verbunden, so daß die Spannung an jedem Widerstande noch v ist. Daher
hat das Schließen des Kurzschlußschalters in der Theorie die Widerstände in den
Läuferstromkreisen nicht geändert. In der Praxis kann und ist gewöhnlich ein kleiner
Unterschied in der Spannung, der durch die Wirkung des sekundären Feldes hervorgerufen
ist und jede Verringerung des Stromes durch die Schleifringe 16, die hierdurch auftritt,
wird als eine Belastung von dem synchronen Teile der Maschine empfunden. Die Benutzung
von sechs Schleifringen i r und 16 in der oben beschriebenen Verbindung gestattet,
daß der Anlaßstrom der Maschine verringert wird, da kein sekundäres Feld während
des Anlassens besteht und der Hauptstrom deshalb von dem Magnetisierungsstrom entlastet
ist, welcher nötig gewesen wäre, um dieses Feld zu erzeugen.
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Die Handhabung -des Anlassens kann in folgenden drei verschiedenen
Arten ausgeführt werden: r. Der Erregerschalter für dasGleichstromfeld und der Kurzschließschalter
3 für die Läuferwicklung können gleichzeitig durch einen Hebelgriff geschlossen
werden.
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2. Der Erregerschalter für das Gleichstromfeld kann geschlossen werden
mit dem Hauptanlaßschalter der Maschine, und der Kurzschlußschalter 3 des Läufers
kann erst geschlossen werden, wenn die Kaskadenumdrehungszahl erreicht ist.
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3. Dias Anlassen kann erfolgen, ohne daß der Gleichstrom-Stromkreis
geschlossen wird und, wenn die Kaskadenumdrehungszahl erreicht ist, kann entweder
erst der Kurzschlußschalter geschlossen und danach der Gleichstromerregerschalter
geschlossen werden, oder der Gleichstromschalter kann erst geschlossen werden und
der Kurzschlußschalter später. In allen Fällen können die Widerstände 2 allmählich
erhöht werden, bis sie für den normalen Lauf bei Kaskadenumdrehungszahl ausgeschaltet
werden können, oder sie können auf einmal ausgeschaltet werden.
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Die erste Methode ist für viele Zwecke am geeignetsten, aber es kann
zweckmäßiger sein, das Gleichstromfeld allmählich zu verstärken, als es auf einmal
in voller Stärke einzuschalten.
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Die zweite Methode hat den Nachteil, daß der volle Gleichstrom ein
sehr starkes -Feld erzeugt, weil beim Anlassen keine Gegenamperewindungen auf dem
Läufer sich befinden. Dieses Feld sättigt daher das Eisen, und der Anlaßstrom wird
infolge der erhöhten Eisenverluste und wegen des benötigten erhöhten Magnetisierungsstromes
erheblich verstärkt. Wenn daher die zweite Methode angewendet wird, ist es in der
Praxis notwendig; beim Anlassen nur ein schwaches Gleichstromfeld zu benutzen und
es erst allmählich zu verstärken, was leicht auszuführen ist, wenn ein Regulator
in dem Gleichstrom-Stromkreise vorgesehen wird: Die Umschaltung der Verbindung für
synchronen Lauf kann selbsttätig auf verschiedene Weise erfolgen. So können beispielsweise
der Kurzschlußsch.alter 3 und der Schalter, welcher den Stromkreis des Gleichstromfeldes
schließt, derart angeordnet sein, daß sie durch ein durch ein Relais betätigtes
Solenoid geschlossen werden, wobei das Relais durch eine Vorrichtung in Tätigkeit
gesetzt werden kann, sobald die synchrone Umdrehungszähl erreicht ist. Eine derartige
Vorrichtung kann ein Tachometer sein, welches direkt die Umdrehungszahl m.ißt und
einen Relaisstromkreis beim Erreichen der benötigten Kaskadenumdrehungsz.ahl schließt,
oder es kann ein Voltmeter sein, welches an die Schleifringe angelegt ist und einen
Kontakt in dem -Relaisstromkreis zu schließen vermag, wenn die Schleifringspannung
mit der Spannung für de Kaskadenumdrehungszahl übereinstimmt. Schließlich kann ein
mit den Schleifringen verbundener Frequenzmesser benutzt werden und derart angeordnet
werden, daß .der Relaisstromkreis geschlossen wird, wenn die Frequenz des Läufers
mit derjenigen für die Kaskadenumdrehungszahl übereinstimmt. Diese letztere Anordnung
ist in der Zeichnung dargestellt, und sie hat gegenüber der Anordnung eines Voltmeters
den Vorteil, daß sie immer bei der richtigen -Umdrehungszahl wirkt, während die
Schleifringspannung etwas schwankt, j e nach der Belastung, mit welcher der Motor
angelassen wird, so daß das Voltmeter das Schließen: des Kurzschlußschalters j e
nach der Belastung bei jeweils etwas verschiedenen Umdrehungszahlen bewirken würde.
In der Zeichnung stellt 15 die Feder eines der bekannten vibrierenden Frequenzmesser
dar, wobei diese Feder von einer d'erarti'gen Länge und Gestalt ist, daß sie stark
vibriert, wenn die erwartete Frequenz erreicht ist, wobei sie gegen einen federnden
Kontakt 12 stößt. Dieser liegt in einem lokalen Stromkreis, der von dem Gleichstromgenerator
6 mit Gleichstrom gespeist ist, welcher den Gleichstrom für das Ständerfeld liefern
soll. Der lokale Stromkreis enthält einen Schalter 13, der zweckmäßig ein Druckknopf
ist, der während des Anlassens nach unten gedrückt wird, bis synchrone Arbeitsweise
erreicht ist, woraufhin
der Schalter 13 wieder losgelassen wird
und den lokalen Stromkreis- unterbricht.
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Der Generator 6 hat ein Nebenschlußfeld 1q., welches durch den Regler
18 geregelt wird, außerdem hat er einen Serienregler 17. Das Gleichstromfeld der
Wicklung i auf dem Ständer wird durch die Leitungen 5 gespeist, der Stromkreis wird
durch einen Schalter q. geschlossen, welcher gleichzeitig mit dem Kurzschließschalter
3 in Tätigkeit gesetzt wird. Beide Schalter 3 und ¢ werden durch ein Solenoid bedient,
dessen Spule 7 sich in einem lokalen Stromkreise befindet, der durch einen Schalter
8 geschlossen wird, wenn er durch die Spule 9 in dem lokalen Stromkreise, welcher
auch die vibrierende Kontaktfeder 15 enthält, angezogen wird. Wenn .der Schalter
8 geschlossen ist, enthält sein Stromkreis eine andere Spule 1o, welche als Haltespule
dient, um den Schalter 8 so lange geschlossen zu halten, als der Gleichstrom der
Feldwicklung i durch die Leitungsdrähte 5 geliefert wird.
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Die Erfindung kann auch auf Maschinen angewendet werden, welche irgendeine
geeignete Anzahl von Polen besitze., wie sie in dem Hauptpatent beschrieben sind,
und'' wenn die Wicklungen auf dem. Läufer wiederholt werden, so daß zwei oder mehrere
ähnliche Sätze von Enden entstehen, so können entsprechende Enden zu denselben Schleifringen
i i oder 16 -führt werden, und die Wirkungsweise wird dieselbe wie oben beschrieben
sein, oder sie können in Gruppen hintereinandergeschaltet werden.
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Es kann naturgemäß auch die Funktion des Ständers und des Läufers
vertauscht werden, indem der Erregerstrom dem Läufer zugeführt wird, während der
Ständer dann diejenigen Wicklungen trägt, die gemäß der obigen Beschreibung auf
dem Läufer liegen sollten.