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Verfahren zur Regelung elektrischer Hochspannungsgleichstrommaschnen
für große Leistungen. Gleichstrommaschinen, deren Hauptpole aus j e zwei oder mehreren
ausgeprägten, unter sich gleicher Polkernen gebräuchlicher Form bestehen, wobei
die Erregung der Pole derart geregelt ist, daß die Remanenzen der einzelnen Pole
einander entgegenwirken, sind schon früher für die Regelung der unteren Geschwindigkeitsgrenze
bei Elektromotoren vorgeschlagen worden, so im Patent a35091.
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Ferner sind Gleichstrommaschinen bekanntgeworden,
deren
Hauptpole zwei ausgeprägte Polkerne besitzen, die in der Weise verschieden erregt
sind, daß der Einfluß der Ankerrückwirkung geschwächt wird. Bei diesen Maschinen
ohne Wendepole handelte es sich in erster Linie um die Erzeugung eines kommutierenden
Feldes. Eine Verbesserung der Streuungsverhältnisse konnte bei den Maschinen dieser
Art infolge der Nähe der beiden Polhälften nicht erreicht werden.
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Demgegenüber bezweckt die Erfindung, durch die Benutzung der Ankerrückwirkung
das Magnetfeld zu erzeugen und in Verbindung damit eine Verbesserung der Streuungsverhältnisse
in Hochspannungsgleichstrommaschinen für große Leistungen zu erreichen.
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Es ist bekannt, daß die elektrischen Hochspannungsgleichstrommaschinen
für große Leistungen verhältnismäßig große Polbogen erhalten müssen, damit man zwischen
zwei Polaritäten .eine genügende Zahl Stege am Stromwender erhält. Infolge hiervon
ist die Ankerrückwirkung, d. h. der Unterschied der tnagnetomotorischenKräfte im
Luftspalt von einer Polspitze zur andern, in diesen Maschinen sehr groß;.sie verursacht
im Luftspalt eine äußerst ungünstige Form des vom Feldmagneten und dem .Anker erzeugten
Feldes und führt als Folge hiervon zu Eisenverlusten, zu Verlusten durch Wirbelströme
und zu sehr hohen Höchstspannungen zwischen zwei benachbarten Stegen des Stromwenders.
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Gemäß der Erfindung läßt sich eine bedeutende Verbesserung der Form
der resultierenden Felder erreichen, ferner eine Ersparnis an Material und Arbeit
im Vergleich zu den Hochspannungsgleichstrommaschinen großer Leistung der gewöhnlichen
Bauart, sowohl als derjenigen, bei welcher der Feldmagnet mit einer Kompensationswicklung
versehen ist.
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Zu diesem Zweck ist bei einer solchen Maschine, deren Hauptpole aus
je zwei oder mehreren ausgeprägten, unter sich gleichen Polkernen gebräuchlicher
Form bestehen, nach der Erfindung die Anordnung getroffen, daß diese Polkerne nur
durch getrennte Wicklungen erregt werden, und zwar derart verschieden, daß der Einfluß
der Ankerrückwirkung geschwächt oder aufgehoben wird.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Abb. i bezieht sich .auf die Wirkungsweise einer gewöhnlichen
Hochspannungsgleichstrommaschine großer Leistung.
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Die Abb.2 ist die Teilansicht des Ausführungsbeispiels.
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Die "#jibb. 3 bezieht sich auf die Wirkungsweise des letzteren, und
die Abb. 4 und 5 veranschaulichen zwei verschiedene Schaltungen einer Maschine gemäß
der Erfindung. , Man betrachte zuerst einen Hochspannungsgleichstromerzeuger großer
Leistung gewöhnlicher Bauart, der beispielsweise zwei Hauptpole mit je einem einzigen
Polkern und zwei Wendepolen hat. Das Feld im Luftspalt einer solchen Maschine ergibt
bekannte lich bei Leerlauf eine Schaulinie nach der Forma der Abb. i, bei Vollast
nach der Form c und nach Form b, wenn der normale Strom durch den Anker fließt,
während der Feldmagnet unerregt ist.
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Die magnetomotorische Kraft, welche auf den Luftspalt der belasteten
Maschine wirkt, ist durch die strichpunktierte Gerade in Abb. i dargestellt. Sie
setzt sich zusammen aus der magnetomotorischen Kraft des Feldmagneten z und aus
der des Ankers y. Der Unterschied zwischen der größten und der kleinsten magnetomotorischen
Kraft ist 2y.",.
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Nun werde jeder dieser beiden Hauptpole in zwei ausgeprägte Pole P,
und P2 gemäß Abb. 2 unterteilt, von denen jeder eine besondere Wicklung erhält.
Der Anker erzeugt dann dieselben magnetomotorischen Kräfte y,., y2 (Abb. 3), wie
vorher durch y in Abb. i gezeigt. Dagegen werden die beiden ausgeprägten Pole verschieden
erregt, nämlich P, mit einer magnetomotorischen Kraft z., und P., mit einer magnetomotorischen
Kraft z".
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Der Höchstunterschied der magnetomotorischen Kräfte wird hierdurch
auf y.d, erniedrigt, und zwar für jede Erregung, welche der Bedingung z,
- z2 = ymax entspricht. Der Höchstwert des Feldes entspricht der Zahl
der Amperewindungen y.", + z2; er ist also kleiner als der Höchstwert gemäß Abb.
i, der durch die Amperewindungen ymax -i- z bestimmt wird.
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Es ergeben sich hieraus offensichtlich nachstehende Folgen: Das Feld
weicht unter Belastung weniger ab vom Feld bei Leerlauf. Die maximale Induktion
in den Zähnen ist kleiner. Die Verluste im Eisen und vor allem die Verluste durch
Wirbelströme im Ankerkupfer als Funktion des Quadrats der magnetischen Kräfte im
Luftspalt werden niedriger.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann verschieden verwendet werden,
und zwar entweder -bei Maschinen mit konstanter Spannung oder bei Maschinen mit
veränderlicher Spannung, wie diese für das Reihensystem für die Kraftübertragung
auf große Entfernung gebräuchlich sind.
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i. Fall: Maschinen konstanter Spannung. Wenn man die beiden gleichgeformten
Kerne PI ,P, eines jeden Hauptpoles erregt, so bleibt die Form des Feldes im Luftspalt
bei
Leerlauf beinahe die gleiche, wie bei der gewöhnlichen Maschine, wie in Abb. 3 durch
die Schaulinie a dargestellt. Bei Belastung dagegen wird z. B. :die Erregung von
Kern P' i vergrößert und diejenige von P2 erniedrigt, so daß sich ein Feld ergibt,
das der Schaulinie d der Abb. 3 entspricht.
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Dieses Ergebnis wird gemäß Abb. 5 dadurch erreicht, daß einer der
Polkerne Pl außer seiner gewöhnlichen Erregerwicklung S1 eine Verbundwicklung C
besitzt, während ,der andere Polkern P2 außer mit seiner gewöhnlichen Wicklung noch
mit einer Gegenverbundwicklung A-C ausgerüstet ist. Die beiden Wicklungen S, und
S2 liegen in Reihe im Außenstromkreis eines Erregers E, dessen Spannung mittels
eines Regelwiderstandes R geändert wird, der in seinen Ankerstromkreis eingeschaltet
ist. Die Richtung des Stromes in S1 und S, kann mittels des Umschalters F für den
Betrieb der Maschine G als Erzeuger oder als Kraftmaschine geändert werden. Die-
Wicklung A, C kann durch den- Ausschalter D kurzgeschlossen werden, wenn man ein
Anlauffeld für die Inbetriebsetzurig der Maschine G als Kraftmaschine erzeugen will.
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Der Unterschied der Erregung der beiden Kerne P, und P2 läßt sich
auch auf andere Weise herbeiführen, z. B. durch die gesonderte Regelung der beiden
Erregungen.
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2. Fall: Maschine veränderlicher Spannung. In diesem Fall wird die
Veränderung der Belastung durch die Änderung der Spannung erreicht, d. h. durch
die Änderung zwischen Null und einem Höchstwert des aus dem Feldmagnet und dem Anker
resultierenden Feldes.
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Für den Betrieb m-it o Volt werden die beiden PolkerneP" FZ eines
jeden Hauptpoles in einander entgegengesetztem Sinne erregt. Das im Luftspalt erzeugte
Feld ist durch die Schaulinie b der Abb. 3 dargestellt. Die algebraische Summe des
Flusses zwischen zwei Wendepolen nach Schaulinie b ist Null. Wenn man den Kern P,
erregt und im Kern P, mit der Erregung bis auf Null heruntergeht, so wächst das
resultierende Feld und nimmt schließlich die Form der Schaulinie C (Abb. 3) an.
Wenn man in -der Folge die beiden Kerne dauernd derart erregt, .daß der Unterschied
ihrer magnetomotorischen Kräfte zr z, den Wert ymd -beibehält, so erhält man schließlich
ein Feld, das der Schaulinie d dieser Abb. 3 entspricht.
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Gemäß Abb. q. sind .die Wicklungen S1, S: der Kerne P:, P2 in Reihe
im Außenstromkreis des Erregers E. Ihre gemeinsamen Enden sind an einem Hebel R.
des Regelwiderstandes R,. miteinander verbunden, der mit seinen beiden Enden mit
den andern Enden dieser Wicklung in Verbindung ist. Wenn der Griff R, auf Null eingestellt
ist,. so werden sie vom gleichen Strom durchflossen, der aber in den beiden Kernen
Polaritäten von verschiedenem Vorzeichen erzeugt. Diese Stellung des Hebels R2 entspricht
daher der Spannung Null an den Klemmen der Maschine. Wenn man .an den Klemmen eine
Spannung der einen oder anderen Richtung zu erhalten wünscht (Betrieb als Stromerzeuger
oder als Kraftmaschine), -braucht man lediglich den Hebel R.,
nach i oder
2 hin zu bewegen. Wenn die Maschine als Kraftmaschine anlaufen soll, werden die
Wicklungen S" S. in den Ankerstromkreis der Maschine G eingeschaltet, statt daß
sie mittels des Umschalters H durch den Erreger E gespeist werden.
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Die Zahl der Hauptpole kann größer als zwei sein, auch darf jeder
derselben aus mehr als zwei ausgeprägten Kernen bestehen, von denen jeder einzelne
eine gesonderte Erregung erhält.