-
Einankerumformer mit getrennten Wicklungen in denselben Nuten. Die
Erfindung bezieht sich auf umlaufende Umformer, um Wechselstrom in Gleichstrom zu
verwandeln oder umgekehrt. Zweck der Erfindung .ist die Schaffung eines Einankerumformers
und eines Verfahrens zu seiner Regelung, derart,. daß hochgespannter Wechselstrom
in Gleichstorm bestimmter Spannung umgeformt und gleichzeitig die Gleichstromspannung
in weiten Grenzen geregelt werden kann. >
In der Zeichnung ist ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
-
Abb. i ist die Teilabsicht eines Ankerbleches, Abb. 2 der Querschnitt
einer Ankernut niit der Wicklung darin, Abb. 3 ein Schaltbild, Abb.4 und 5 sind
Diagramme und Abb. 6 ein Wicklungsbild.
-
Der Anker A hat enge, tiefe Nuten B, in deren jeder
am Grund eine Wechselstromwicklung C und darüber die Gleichstromwicklung D liegt.
Jede Nut des Ankers enthält Wicklungen beider Art. Die Wechselstromwicklung ist
mit Schleifringen E, die Gleichstromankerwicklung mit den Stegen eines Stromwenders
F verbunden. Der Anker dreht sich zwischen den Feldpolen G, welche voll einer Nebenschlußfeldwicklung
H erregt werden, die an die Bürsten I angeschlossen ist. In Reihe mit der Fellwicklung
H liegt ein Reglungswiderstand K, durch den der Feldstrom schnell verändert werden
kann. Wechselstrom wird den- Schleifringen E durch die Leitungen L über die
Bürsten 11T zugeführt. Gleichstrom wird der Ankerwicklung D über die Bürsten 1,
welche auf dem Konimutator F schleifen, mittels der Leitungen 0 entnommen.
-
Abh.6 zeigt die Wicklung für eine zweipolige Maschine. Diese Wicklung
kann aber durch die bekannte Verdoppelung der Windungen für jedes Polpaar auf Maschinen
jeder beliebigen Polzahl übertragen werden. In dem Schaltbild sind 42 Nuten angegeben,
wobei die oberen Windungen, die auch in den Nuten obenliegenden Gleichstrorntrommelwicklung
darstellen, die in der üblichen Art an den Stromwender F angeschlossen ist und unverkürzten
Wicklungsschritt hat. Die oberen Spulen dieser Wicklung sind in jeder Nut als nach
rechts gehend, die unteren nach links gehend gezeichnet.
-
Die Wechselstromwicklung C liegt unten in den Nuten und ist eine Dreiphasenwicklung
von verkürztem Wicklungsschritt, die ein Paar Spulen für jede Phase hat. Die Spulen
einer Phase sind in starken schwarzen Strichen dargestellt, die Spulen einer anderen
Phase in dünnen Linien und die Spulen der dritten Phase in punktierten Linien. Die
Spulenpaare jeder Phase sind hintereinandergeschaltet, wobei die Spulen jedes Paares
gegeneinander in umgekehrtem Sinne geschaltet sind. Die einen Enden jeder Phase
sind mit dem Sternpunkt Q verbunden, die anderen mit den drei Schleifringen. Die
oberen Spulen der Wicklung in jeder Nut zeigen nach rechts, die unteren nach links.
Da der Sehritt dieser Wicklung verkürzt ist, so ist zu beachten, daß die obere Spule
in Nut i mit der unteren in Nut 18, diese mit der oberen in Nut 2 usw. verbunden
ist. Hieraus ergibt sich ein Wicklungsschritt von etwa 81 Prozent. Eine solche Wechselstromwicklung
mit verkürztem Schritt ergibt eine resultierende inaglietomotorische Kraft entsprechend
einem zwölfseitigen Polygon.
-
Um einen weiten Regelbereich für die Gleichstromspannung zu erreichen,
wird die Erregung der Feldwindungen H und dadurch das @-'erhältnis des gesamten
Kraftflusses verändert, der von der Wechselstromankerwicklung G geschnitten wird.
Iri Abb. i und 2 ist die hauptsächlich angewendete Form der Ankernuten dargestellt.
Das Ankereisen hat tiefe und enge Nuten B, in welche die Wicklung, wie Abb.2 zeigt,
eingelassen ist. Die Wechselstroinwicklung C liegt am Boden der Nut. Jede Windung
ist gegen die anliegende Windung und gegen das Eisen A vollkommen isoliert. Die
Gleichstromwicklung liegt oben. Zwischen Wechselstrom- und Gleichstromwicklung ist
nun in der Nut eine Schicht R aus magnetischem Stoff, z. B. Eisen oder Stahl, vorgesehen.
Wenn nun die Erregung des Umformers verändert wird, so verändert sich der Teil des
magnetischen Kraftflusses, der hierdurch einen Nebenschluß erhält, und verändert
so den gesamten Kraftfluß, der durch die Wechselstromwindungen C geschnitten wird.
Da der Nebenschluß des Kraftflusses keinen Einfluß auf denjenigen Teil des Kraftflusses
übt, welcher durch die Gleichstromwicklung D geschnitten wird, so läßt sich die
Gleichstromspannung in weiten Grenzen verändern. Man kann z. B. nach der Erfindung
die Gleichstromspannung voll 240 bis 300 Volt bei Zuführung einer konstanteil b\-echselstromspannung
von 6 6oo Volt verändern.
-
Eine genauere Erklärung der Wirkungsweise der neuen Spannungsregelung
ergibt sich aus den Abb. 4 und 5. In diesen Abbildungen stellt A' die Abwicklung
eines Ankers mit tiefen und engen Nuten B' dar. C ist die Wechselstromwicklung,
darüber die Gleichstromwicklung D', zwischen ihnen der magnetische Nebenschluß 1Z'.
IV und S sind die Nord- und Südpole der Maschine. Die Wechselstromseite der Maschine
arbeitet wie ein Synchronmotor. Wenn ein Synchronmotor untererregt ist, so wird
ein nacheilender Strom dem Wechselstromnetz entnommen, welcher das Motorfeld zu
verstärken versucht, so daß die Gegen-E. M. K. der Wicklung gleich der des .Systems
wird. Wenn die Maschine übererregt ist, so wird ein voreilender Strom dem Netz entnommen,
der das Motorfeld hinreichend entmagnetisiert, um die erzeugte E. M. K. gleich der
des Netzes zu machen. Bei einem nacheilenden Strom in -der
Wechselstromankerwicklung
wird also der dadurch hervorgerufene Kraftfluß eine Richtung besitzen, die den Feldkraftfluß
unterstützt. Das ist in Abb. ¢ gezeigt, wo die stark ausgezogene Linie den Weg des
Feldkraftflusses, die punktierte den des Ankerkraftflusses darstellt. Daraus folgt,
daß nur sehr wenig von dem Feldkraftfluß durch den Nebenschluß zwischen beiden Wicklungen
geht, daß also praktisch der gesamte Feldkraftfluß, der von der Gleichstromwicklung
geschnitten wird, auch von der Wechselstromwicklung geschnitten wird und die in
jeder Windung beider Wicklungen erregte Spannung dieselbe ist. Wenn aber der in
der Wechselstromwicklung fließende Strom voreilt, so ist der von dem Strom in dieser
Wicklung erzeugte Kraftfluß dem Feldkraftfluß entgegengesetzt gerichtet, d. h. die
Reluktanz des Kraftlinienweges, dm Ankerblech wird vergrößert und deshalb ein Teil
des gesamten Kraftflusses in den Nebenschluß zwischen den beiden Ankerwicklungen
gedrängt. Das ist in Abb. 5 dargestellt, in welcher die starken Linien die Wege
des Feldkraftflusses, die punktierten Linien die Wege des Ankerkr:aftflusses darstellen.
Wenn der Zwischenraum zwischen beiden Wicklungen mit einer Schicht von geringer
Reluktanz ausgefüllt ist, kann der Nebenschlußkraftfluß einen erheblichen Teil des.
gesamten Feldflusses ausmachen. Daher wird man vorteilhaft Einlagen aus magnetischem
Stoff zwischen den beiden Wicklungen verwenden. Der magnetische Nebenschluß bewirkt
also, daß die Gleichstromankerwicklung mehr Kraftlinien schneidet als die Wechselstromwicklung,
wodurch in ihr eine höhere Spannung erzeugt wird. Da die Spannung, die den Wechselstromankerwicklungen
zugeführt wird, konstant bleibt, so ist die Gegen-E. M. K., die in dieser Wicklung
erzeugt wird, und welche im wesentlichen gleich der angewendeten Wechselstromspannung
ist (abgesehen vom Spannungsabfall in der Wicklung), die gleiche für alle Felderregungen.
Wenn man daher den Erregerstrom verändert und dadurch den Phasenwinkel zwischen
Strom und Spannung des zugeführten Wechselstroms verschiebt, so kann offenbar die
in der Gleichstromwicklung erzeugte Spannung verändert -werden, und zwar wird diese
Gleichstromspannung um so größer werden, je mehr der Strom der Spannung voreilt.
-
Es ist nicht unbedingt nötig, den Nebenschluß aus magnetischem Stoff
zu machen, da sich gezeigt hat, daß auch bei Verwendung eines großen Luftspaltes
zwischen beiden Wicklungen durch Veränderung der Felderregung die Gleichstromspannung
in weiten Grenzen geändert werden kann. Immerhin ist es zweckmäßig, Trennschichten
aus einem Stoff mit geringem magnetischen Widerstand zu verwenden. Die gleiche Wirkung
kann erzielt werden, wenn man den Teil der Nut zwischen den beiden Wicklungen durch
entsprechende Vorspriinge an den anliegenden Zähnen verengt.
-
Es ist hier eine sechsphasige Wechselstromwicklung mit einem Paar
Spulen für jede Phase und einem Schritt von 81 Prozent beschrieben worden, indessen
ist zu beachten, daß theoretisch der richtige Schritt 83 Prozent beträgt. Die Wechselstromwicklung
kann eine vielphasige Wicklung mit jeder beliebigen Phasenzahl und ihr Wicklungsschritt
um jeden beliebigen Prozentsatz verkürzt sein.
-
Durch die beschriebene Maschine läßt sich ein hochgespannter Wechselstorm
in niedriggespannten Gleichstrom umformen und die Gleichstromspannung über einen
weiten Bereich verändern, ohne daß besondere Hilfseinrichtungen erforderlich werden.