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Regelung von Induktionsmotoren, insbesondere solcher von verhältnismäßig
großer Leistung; mit beträchtlichem Regulierbereich. Bei den eigentlichen Drehfeld-Mehrphasen-Induktionsmotoren
ist der Gleichrichter vornehmlich eine Hilfe für das Tourenregulieren an sich. Bei
kleinerem Tourenregulierbereich kann man, wenn man will, in gewohnter Weise durch
Widerstand anlassen. Bei den Einphasenmotoren ist das bekanntlich nicht der Fall,
wenn man ein stärkeres Anlaufmoment vorsehen -muß. Man kann zwar eine Hilfsphase
verwenden und diese in bekannter Weise mit Mitteln zur Phasenverschiebung von der
Hauptphase her betreiben, aber diese Hilfsphase hat stets die Tendenz, Wattstrom
aufzunehmen, welcher bewirkt, daß die eigentliche Feldspannung und damit die Linienzahl
sinkt, so daß das Anlaufmoment zu sehr leidet.
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Bei Verwendung eines sekundären Gleichrichters nach Patent 287895
im Sinne vorliegender Neuerung ist man imstande, den Wattstrom gänzlich oder soweit
es erwünscht ist, fernzuhalten und somit ein gewünschtes starkes, Drehmoment beim
Anlassen zu erzielen. Denkt man sich z. B. der Einfachheit halber durch, eine besondere
kleine Hilfsmaschine die Querfeldhilfsphase .eines Ein, phasenmotors gespeist, so
ist klar, daß man bei: Verwendung eines sekundären Gleichrichters, der an ausreichender
Gleichstromspannung liegt, für die Hilfsphase stets auch beim Anlauf gerade den
nötigen Magnetisierungs strorn einregulieren kann, Wir haben nämlich jetzt eine
vom Sekundärstrom ziemlich unabhängige Gegenspannung, während eine solche beim Widerstandsbetrieb
erst durch den Strom im Spannungsabfall geliefert werden muß. Hat man mehrere Phasen,
so verteilt sich der Wattstrom beim Gleichrichfierbetrieb gemäß den Spannungsabfällen
und die Verteilung kann also durch kleine Widerstände abgeändert werden. Beim Widerstandsanlassen
aber muß notwendig die Verteilung bei gleichen Spannungen eine ziemlich gleiche
sein, da. fast die ganze Spannung im Rotorwiderstand verzehrt wird.
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Schwankt die am Gleichrichter liegende Gleichstromgegenspannung, so
kann zwar schließlich auch durch die Hilfsphase Wattstrom aufgenommen werden, soweit
dies möglich ist, und es würde sich also ein Abfalldes Querfeldes, welches maßgebend
für das Anlaufmoment ist, zeigen. Stellt man: indessen das Querfeld von vornherein
etwas schwächer ein als,das transformatorische Feld, wobei es. immer noch stark
genug sein kann, so fällt jegliche Beeinflussung des Querfeldes schließlich fort,
zumal eine Stromrücksendung in die Hilfsphase vom Rotor her nicht möglich ist, da
der Gleichrichter seine Arbeitsweise zu keiner Zeit umkehren kann. Man hat nur nötig,
durch die bekannten Mittel den Lichtbogen des Gleichrichters @dauernd aufrecht
zuerhalten.
Selbstverständlich kann die Hilfsmaschine oder die sonstige Speiseleitung der Querphase
auch durch etwas Widerstand von vornherein vor zu großem Strom geschützt werden.
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Verwendet man eine Kompensierung des Hauptfeldes im Sinne der Zusatzpatente
29224q_ und 297688, so ist eine Watts.tromaufnahme ,durch die Magnetisierungrnsquerwicklung
ohne weiteres ausgeschlossen, wenn die Querphase in gleicher Weise wie die Hauptphase
kompensiert wird und der Rotor etwa auch zweiphasig ausgeführt wird. Man kann dann
im sekundären Arbeitsstromkreis die Gegenspannung in großen. Stufen, z. B. am Gleichrichtertranäformator,
verringern und im übrigen ein stetiges Anlassen -,durch Verändern. der magnetisierenden
Steuerströme der Haupt- und Querphase erzielen.
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In den Figuren ist das Gesagte beispielsmäßig näher zu verfolgen.
Fig. z zeigt eine einfachere Anordnung ohne Feldkompensation. Die Arbeitswicklung
A des Motorstators erhält .den Arbeitsstrom vom Wechselstromnetz IV, und ,der Rotorstrom
gelangt von den Phasen P1 und P. über die Regeltransformatoren T, und T. und den
Gleichrichter G in das Gleichstromnetz 1V, von konstanter 'Spannung. Die Steuerphase
S des Motorstators, die als Querphase das Arbeitsfeld liefert, wind von der Hilfsmaschine
H nur mit Maggnetisierungsstrom gespeist,. und diese Maschine kann, wie angedeutet,
auch den Magnetisierungsstrombedarf für die transformatorische Hauptphase liefern,
wenn (lies nützlich erscheint.
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Beim Anlassen verringert man an den Regeltransformatoren, die, wie
gezeichnet, mit dem Gleichrichter eine Wesenseinheit bilden, die Wechselspannungen
so stetig wie notwendig ist, und man sieht in der Tat, daü auf jeder Stufe die Hilfsphase
vor zu starker Stromaufnahme geschützt werden kann. Schön die kleine Hilfsmaschine
an sich oder ihr. Antrieb mag eine natürliche Grenze für die - Stromlieferung besitzen
und natürlich kann-sich das Querfeld nur soweit schwächen, als es durch die Gegenspannung
am Gleichrichter bedingt ist, falls überhaupt noch Strom aus dieser Phase zum Gleichrichter
übergeht. Beim Widerstandsanlassen könnte man eine ähnliche Wirkung nur erzielen,
wenn es möglich wäre, den Widerstand abwechselnd größer und kleiner zu machen, je
nach der Stellung der betreffenden Rotorphase zu den Statorphäsen, da andernfalls
eben -die Tendenz der gleichmäßigen Stromaufnahme aus beiden Plzäsen besteht, und
da hierfür in der Querphase keine Energie vorhanden ist, so muü sich ,die Spannung
daselbst und damit das Arbeitsfeld, wie vorher - kurz angedeutet, schwächen. Mit
Hilfe des Widerstandes R kann man leicht jeden Stromübertritt aus der Hilfsphase
zum Gleichrichter verhindern, und wenn man das Feld noch um ein weniges weiter schwächt,
um allen Schwankungen zu begegnen, so braucht man nicht zu befürchten, daü die Hilfsphase
nun umgekehrten Wattstrom aufnimmt, jdä, worauf gleichfalls schon aufmerksam gemacht
wurde; der Gleichrichter nicht umkehrt. Hierin besteht ein wesentlicher Vorteil
gegenüber einem Maschinenumformer, den man sich an Stelle dies Gleichrichters denken
könnte, wenn nicht schon die Dimensionen eines solchen diese Anwendung verböte.
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Ebenso ergibt sich ein Vorteil gegenüber einem rotierenden Kommutatorgleichrichter,
der in seiner Geschwindigkeitsregulierung und seiner Kommutation den verwickelten
Spannungswellenlinien des Rotors auch kaum angepaßt werden könnte. Beide Maschinen
hätten einen nutzlosen und die Reguliermaschine belästigenden Phasenumformerbetrieb
zu unterstützen oder beim Beginn des Anlassens, wo noch kein Phasienumformereffekt
eintreten kann, bei der etwas verminderten Feldstärke der Hilfsphase oder etwaigen
Schwankungen der Maschine der Hilfsphase direkt zwecklosen Wattstrom aufzudrängen.
Selbst wenn die Hilfsmaschine mit eigenem -Wattstrom sich selbst .treiben soll,
wäre derartiges bedenklich, und -man könnte .den nötigen Wattstrom viel -besser
von der Hauptphase her erhalten..
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Das Beispiel einer Schaltung mit Arbeits^ ätromkompensation ergibt
sich aus Fig. 2,. wo die-Arbeitswicklung des Stators wiederum A ist, während S,
und S-, Steuerwicklungen darstellen, in denen der Margnetisierungsstrom , beispielsweise
durch, die Widerstände R, und R2 reguliert werden kann. Wir haben hier zwei unabhängige
Gleichrichterseiten G1 und G2 und die Wirkung ist genau die gleiche wie in Patent
29224q. beschrieben worden ist, i nur daß beim Anlassen zweckmäßig in groben Stufen
an en Transformatoren T, T, und T3 und feiner an dien Widerständen R1 und L2@ mit-
dem geringen Magnetisierungsstrom reguliert wird, der im übrigen gerade wie bei
Neblenschluügleichstrommotoren die Tourenzahl bestimmt. Ein bis zwei Stufen im Arbeitsstrom
mögen häufig schon genügen.
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In .der Steuerwicklung S, wird meist nur reiner Magnetisierungsstrom
auftreten könr 1 nerv :da man die Arbeitswindungen von Stator und Rotor so bemessen
wird, daü eine völlige Kompensation der Arbeitsströme auftritt, in 3er Querphase
hingegen wird an und für sich iuch Wattstrom auftreten- können, da dieser- i wähnte
Kompensationswicklung, .die eigenti:ch nur eine Sicherung des Regulierkreises
darstellt,
in der Figur nicht- vorhanden ist. Es gilt aber das vorher von der Hilfsphase Gesagte
natürlich auch hier.
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Wie z. B. die Anordnung nach Patent 297688, die jeglichen Regulierverlust
vermeidet, wie auch jeden ungünstigen Einfluß auf gewisse Phasenlagen für Anlaßzwecke
zu verwenden und zu ergänzen ist, ist nach dem Vorhergesagten leicht zuerkennen.
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Es handelt sich bei den beiden letztgenannten Anordnungen hauptsächlich
um solche, welche überhaupt ein bequemes Tourenregulieren gestatten und wie Versuche
deutlich zeigen, das gesamte Tourenreguliergebiet bis zum genauen Synchronismus
bequem beherrschen lassen, da auch der Einfluß der Lichtbogenspannung tdes Gleichrichters
-eliminiert ist. Die Gleichrichterschaltungen an sich sind in den genannten
Patenten sowie - in dem Hauptpatent besonders beschrieben.
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Verwendet man .die beschriebene Einrichtung zum Anlassen von Lokomotivmotoren,
so muß eine Spezialbatterie für große Stromstöße am Gleichrichter vorgesehen werden.
Diese könnte zwar stets bis zu einem gewissen Grade durch Widerstand - entladen
Urerden, -ohne daß die- geforderte einigermaßen konstante Gegenspannung zu sehr
darunter leidet; man kann aber auch die meist schon vorhandene Batterie zum Betriebe
der Motoren für ,die Bremsluftkompressoren, die Maschinenventilatoren und gegebenenfalls
tdüe Zugbeleuchtung entsprechend. ausgestalten, und dann kann diese Barherne auch
.den Regulierstrom beim Vermindern der Zuggeschwindigkeit aufnehmen.
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Soweitdieser Strom nicht durch rdie Hilfsgleichstrommotoren der Lokomotive
mitverbraucht wird, kann er durch die entsprechend stark auszubildende Arbeitsstromwicklung,der
Querphase dem Motor in beliebiger Zeit nutzbar wieder zugeführt werden. Man braucht
nur die an Stelle einer sonstigen Speisung der Hilfsphase hier besonders geeignete
synchrone Hilfssteuermaschine dafür herzurichten und sie mit einem kleinen Gleichstrommotor
von der Batterie her zti 'betreiben. Umgekehrt kann eine zusätzliche Energie für
die Batterie durch die Gleichrichter, die ja zur Zeit normalen Fahrens nicht in
Betrieb sind, oder gegebenenfalls durch Hilfsanoden im nötigen Maße zugeführt werden.
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Dieses System hat die Vorteile des letzthin vielfach vorgesehenen
Systems des Betriebes mit Drehfeldinduktionsmotoren mit Phasenumformer, vor allem
die Kommutatorlosigkeit und iche Möglichkeit des Rückarbleitens auf die Linie im
Gefälle. Dem Nachteil einer vergrößerten Batterie steht noch der Vorteil der Vermeidung
jeglicher Energieumformung im normalen Betriebe und die Möglichkeit einfacher Phasenkompensation
gegenüber sowie das verlustlose Anlassen, und Regulieren an sich. Dem gleichfalls
neuerdings angewandten System mit Lokomotivgleichrichtern und Gleichstrommotoren
gegenüber ergibt sich ider Vorteil der Kommutatorlosigkeit und der Vermeidung der
Umformung im Dauerbetriebe, was :erlaubt, die Gleichrichter leicht kühl zu halten
unid,' zu kleineren Abmessungen führt.
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Es verbleibt noch etwas näher darzutun, daß das Verfahren wirklich
zur Ergänzung dies Verfahrens des Hauptpatentes dienen kann, so daß sowohl der -Geschwindigkeitsbereich
über den Synchronismus hinaus erweitert als auch !das Anlassen- und das Arbeiten
bei niederen Geschwindigkeitsstufen vervollkommnet werden, somit der einphasige
Motor für viele Zwecke erst Bedeutung erlangen kann. -Zur Erleichterung der Übersicht
sind nicht alle solche Umschaltungen in den Figuren eingetragen, sondern es ist
in Fig. 3 die Ergänzung in, einem Falle gegeben, von welchem aus sinngemäß für die
anderen Fälle geschlossen werden kann.
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Die Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Fig. r ; nur zeigt die Ergänzung,
wie z. B. für den Fall, daß Polumschaltung für -die Zwecke des Hauptpatentes dient,
das Gesamtverfahren zu denken ist, wobei ein Gleichrichter für alle Funktionen dient.
Wir haben jetzt ein Doppelpolsystem, das überall leicht in ein einfaches Polsystem
umgewandelt werden kann. Obwohl bekannt ist, daß nur verteilte- Wicklungen in Frage
kommen, ist in .der Figur alles durch einfache Windungen dargestellt.
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Während also A, A das einfache Polsystem des Stators vorstellen,
wird mit Hilfe von B, B das Doppelpolsystem hergestellt. Die punktierten
Linien mit geschlossenen Schaltern M und N stellen also z. B. das für die niederen
Touren benutzte vierpolige System dar, während`@die ausgezogenen Linien mit gewendetem
Schalter N, geschlossenem Schalter V und geöffnetem Schalter M das zweipolige System
:darstellen, das zum Durchschreitendes Synchronismus dient, falls dies und soweit
dies nötig -,wird. Ähnliches. gilt vom Rotor, den Polen P" P, und 0" 02 und den
Schaltern U, W und Z, nur daß die Verbindungen zum Transformator T1 des Gleichrichters
G gehen statt zur Linie. .
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Da !das vierpolige System für das Anlassen sowohl wie für die niedrigsten
Touren dienen muß mit eingestellten Hilfsphasen, solange es nicht anders ohne diese
geht, muß ,das Hilfsphasensystem jetzt, wie -in Fig. 3 mit P, gekennzeichnet, angeordnet
werden, d. h. -wir haben bei unverändertem elektrischen Winkel von 9o° einen
räumlichen von 45° am Umfang
der Maschine. Das Hilfsphasensystem
ist natürlich ergänzt zu idenken, aber es ist gleichgültig für das Prinzip, ob in
der vervollständigten Figur Hintereinander- oder Parallelschaltung besteht, solange
alles in richtigem Verhältnis zur EMF des Transforinatoxs T. des Gleichrichters
G steht.
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Die vervollständigte Methode besteht also darin, daß zuerst mit vier
Polen und Hilfsphase, dann mit vier Polen allein und schließlich mit zwei Polen
gearbeitet und entsprechend umgeschaltet wird.
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Sinngemäß gilt Ähnliches von allen Fällen des Hauptpatentes. .