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Einankerumformer zur Umformung von Einphasenstrom in Zwei- oder Dreiphasenstrom.
Als Einankerumformer zur Umformung von Einphasenstrom in Drehstrom verwendet man
asynchrone oder synchrone Maschinen, welche als Einphasenmotoren betrieben werden
und gleichzeitig zur Erzeugung einer gegen die Netzspannung um go ° phasenverschobenen
Spannung dienen und welche derart ausgeführt sind, daß derjenige Teil, welcher die
Einphasenmotorwicklung trägt, eine zweite räumlich um go° gegen jene versetzte Wicklung
besitzt, in welcher die um go ° phasenverschobene Spannung erzeugt wird. Diese zweite
Wicklung bildet mit dem gegebenen Einphasennetz ein Zweiphasensystem, von dem aus
in bekannter Weise Zwei-oder Dreiphasenmotören gespeist werden können. Diese Einankerumformer
haben aber den großen Nachteil, daß die in ihnen generatorisch erzeugten Phasen
relativ großen Spannungsabfall aufweisen, während die Spannung des Netzes unter
Einfluß der Last sich wenig ändert. Infolgedessen tritt bei Belastung des Umformers
sowohl eine Verkleinerung als auch eine Drehung des Spannungsvektors der zur Netzphase
senkrechten Phase.-ein .und das Mehrphasensystem wird ein unsymmetrisches, weil
das reguläre Spannungspolygon in ein irreguläres Vieleck übergeht. Man hat bereits
vorgeschlagen, diesem Nachteil des Einankerumformers dadurch zu begegnen, daß man'
bei Leerläuf den Spannungsvektor der zweiten Phase durch Einfügung von zusätzlichen
Spannungen um so viel vergrößert und derart verschiebt, daß dadurch der Spannungsabfall
bei Vollast genau kompensiert wird. In diesem Falle ist demnach bei Leerlauf das
Mehrphasensystem ein unsymmetrisches, bei Belastung dagegen ein symmetrisches. Bei
den bekannten Verfahren werden die zusätzlichen Spannungen aber entweder außerhalb
der Maschine in besonderen Spannungs- oder-Stromtransformatoren erzeugt und dadurch
wird der Aufwand an Maschinen und Apparaten wesentlich vergrößert, oder sie werden
innerhalb der Maschine in besonderen Wicklungen erzeugt, welche den Bau der Einankerumformer
erschweren, indem sie die Verwendung und völlige Ausnutzung normaler regulärer Mehrphasenwicklungere
hindern.
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Es ist nun Gegenstand vorliegender Erfindung,
ein
Einankerumformer zur Umformung von Einphasenstrom in Zwei- oder Dreiphasenstrom,
bestehend aus einer vom Einphasennetz auch als Umformer betriebenen Maschine, welche
eine normale Zweiphasenwicklung trägt, und bei welcher diese normale Zweiphasenwicklung
derart unterteilt und geschaltet ist, daß das erzeugte Zwei- oder Dreiphasensystem
infolge einer in der Wicklung selbst erzeugten zusätzlichen Spannung bei Leerlauf
ein unsymmetrisches ist, bei voller Belastung dagegen unter Einfluß der Ohmsehen
und induktiven Spannungsabfälle eine symmetrische Spannungsverteilung auf die einzelnen
Phasen aufweist. Die zusätzliche Spannung ergibt sich hierbei als ein Teil der in
der regulären Zweiphasenwicklung erzeugten Spannung.
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Der Erfindungsgegenstand sei an Hand der Abb. i bis 7 näher erläutert.
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In Abb. z bedeutet g h die Wicklung der einen, a b bis
d f die Wicklung der zweiten Phase einer regulären Zweiphasenständerwicklung
des Phasenumformers, wobei die Summe der Windungszahlen a b + d f =
g h ist. Der Wicklungsteil a b besitzt ferner noch einen Anzapfpunkt c, durch- den
er in die beiden ungleichen Teile a c und c b geteilt wird. Das Verhältnis
der Windungszahlen
wie auch das Verhältnis
wird durch die (später angegebene) besondere Schaltung und die induktiven Verhältnisse
des Phasenumformers bestimmt. l bedeutet den Läufer des Phasenumformers, welcher
im dargestellten Falle eine Käflgwicklung und gegebenenfalls auch eine Gleichstromwicklung
trägt, mittels welcher der Umformer synchronisiert und dazu verwendet werden kann,
die Phasenverschiebung des Netzes zu Bei der Verbindung der Statorwicklungsteile
kann nun gemäß Abb. 2 eine Phasenkombination derart getroffen werden, daB bei normaler
Belastung der Spannungsabfall durch eine zusätzliche, Inder sogenannten »Generatorphase
des Umformers wirkende Spannung vollkommen kompensiert wird. In Abb, a entspricht
die Wicklung cc b der »Motorphase« des Umformers, da sie an der Spannung des gegebenen
inphasennetzesliegt und diesem die zum Betrieb des Umformers erforderliche Leistung
entnimmt. Die Spannung e1 stellt aber gleichzeitig auch die Spannung e' einer Phase
des durch die Phasenumformung erhaltenen Zweiphasennetzes dar. Die Spannung eö der
anderen Phase des weiphasen_netzessetzt sich aus den Spannungen der Wicklungen
f d und g h zusammen und wie aus dem Diagramm der Abb.S ersichtlich,
entspricht der Spannungsvektor eö bei unbelaste-Spantem Umformer der geometrischen
Addition der nung j in der Wicklung g lx erzeugten Spannung e2 und der in
der Wicklung f d erzeugten Spannung e
In Abb. 5 bedeutet e1=
e' den Spannungsvektor der Netzphase; man erkennt, daß die Leerlaufspannuug
eö gegen e' um. einen kleineren Winkel als go° verschoben ist, und daB eö auch alar
> e' ist. Bei-Leerlauf hat man es dems nach mit keinem, symmetrischen Zweiphasennetz
zu tun. Anders ist es jedoch bei Belastung. Seien i' und i" die in
dem Zweiphasennetz fließenden Ströme, so verursachen diese Ströme Ohmsche und induktive
Spannungsabfälle in den Wicklungen des Zweiphasensystems. Da nun aber die Spannung
in der Wicklung g h durch das Läuferfeld induziert wird, das Läuferfeld aber der
Größe und Phase nach von dem in der Statorwicklung a b erzeugten Feld abhängt,
so ist leicht einzusehen, daB der in der Wicklung a b
auftretende Spannungsabfall
eine Verkleinerung des Feldes bedingt und somit auf die Wicklung ba h mittelbar
übertragen wird. In der f d g h addieren sich somit die Spannungsabfälle,
welche durch die Ströme beider Wicklungsphasen hervorgerufen werden. In Abb. 5 bedeutet
eö den durch den Strom ü bedingten Spannungsabfall, den durch den Strom il bedingten
induktiven Spannungsabfall, den durch den Strom i bedingten Spannungsabfall,
eö den durch den Strom i bedingten Ohmsehen Spannungsabfall.
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Bei richtig gewähltem Verhältnis
kann erreicht werden, daB die Summe dieser Abfälle die Leerlaufspannung eö auf den
Betrag e" der Phase und Größe nach. reduziert, wobei e" gegen e' genau um go° phasenverschoben
und mit e' größengleich ist. Die Armordnung nach Abb. z erfordert also eine reguläre
Zweiphasenwicklung, welche dabei restlos ausgenutzt wird. Bei dieser Anordnung ist
die Phasenspannung des Zweiphasennetzes gleich der Spannung des gegebenen Einphasennetzes.
Es kann jedoch in besonderen Fällen erwünscht sein, die Spannung des Sekundärnetzes
größer oder kleiner zu machen, als die des Primärnetzes. Diese Verschiedenheit der
Spannungen läßt sich auch bei dem Einankerumformer vorliegender Erfindung erreichen,
wenn das Sekundärnetz ein Drei phasennetz ist. In Abb. 3 ist der Fall erläutert,
daB das sekundäre Dreiphasennetz eine kleinere, in Abb. q. dagegen der Fall, daB
es eine größere Phasenspannung, als das einphasige Primärnetz hat. Auch bei diesen
Anordnungen ist die Zweiphasenwicklung des @ Umformers restlos ausgenutzt.
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In Abb. 3 liegt die Wicklungsreihe a b d f an der Spannung
des Einphasennetzes. Die e' der einen Phase des sekundären Dreiphasennetzes wird
den Klemmen a b entnommen und sie verhält ich zurNetzspannung wie die
Windungszahlen
von a b zu denen von a f. Die Spannungen e" und e` der anderen Phasen des
Dreiphasennetzes erhält man in folgender Weise die Wicklung g h wird mit dem einen
Ende g an den Punkt c der. Wicklung a b angeschlossen und es stellt das Wicklungssystem
a b g h eine unsymmetrische Skottschaltung dar; indem der Anschlußpunkt c
für die Wicklung g h nicht der Wicklungsmittelpunkt von a b und indem ferner
g lt größer als a b ist. Die Spannung e" wird dann den
Punkten a und h, die Spannung e"' den Punkten b h entnommen.
Das Spannungsdiagramm dieser Anordnung ist durch Abb. 6 dargestellt. In diesem Diagramm
sind e',_ e., e@o die Seiten des Spannungsdreiecks bei Leerlauf, e', e",
e"' dagegen die Seiten des Spannungsdreiecks bei Belastung; eö, ei, e','
und e;' sind die induktiven undOhmschen Spannungsabfälle. Durch das Auftreten dieser
Spannungsabfälle wird demnach das urgleichseitige Leerlaufdreieck in das gleichseitige
Belastungsdreieck übergeführt. Das Verhältnis der Vektoren e.: e' ist in
diesem Diagramm durch das Verhältnis der Windungszahlen von a f zu denen
von a b gegeben.
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Abb. q. schließlich erläutert den Fall, daß die Spannung des Sekundärnetzes
größer als die des Primärnetzes ist. Die Schaltung ist die gleiche wie in Abb. 3,
nur mit dem Unterschied, daß das Einphasennetz anstatt an a f, an
a b, eine Phase des Sekundärnetzes dagegen anstatt an a b, an a f
angeschlossen ist. Man wird die Lagedes Punktes c nun aber derart wählen, daß sich
in Abb. a c : c f verhält, wie in Abb. 3 a c : c b. Das Spannungsdiagramm
für die Schaltung nach Abb. q. ist durch Abb. 7 dargestellt. Die Bedeutung der Vektoren
ist die gleiche wie früher und man ersieht aus dieser Abbildung, daß in diesem Falle
der Vektor ei kleiner, als e' ist.
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Die Verwendung des beschriebenen Einankerumformers ist eine vielseitige.'
Insbesondere eignet er sich zum Betrieb von Bahnen, indem er, auf der Lokomotive
montiert, den Einphasenstrom des Bahnnetzes in Mehrphasenstrom umwandelt, mit welchem
die als Mehrphaseninduktions- oder als Mehrphasenkollektormotoren gebauten Bahnmotoren
betrieben werden.