DE398265C - Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer zur Erzielung konstanter Verbrauchsspannung - Google Patents

Description

• Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer zur Erzielung konstanter Verbrauchsspannung. Bei vielen Gleichstromhahnen, vor allein solchen für hohe Spannungen, werden zur Speisttng der Hilfsstromkreise, insbesondere der Beleuchtung, Einanker-Umformer oder Motorgeneratoren gebraucht. An diese wird meist die Anforderung gestellt, daß die von ihnen erzeugte Spannung bei in sehr weiten Grenzen schwankender Netzspannung sich nur wenig ändert, damit die Beleuchtung, die Steuerung und gegebenenfalls andere Hilfskreise in ihrem ordnungsmäßigen Arbeiten nicht beeinträchtigt werden.
• Die Erfindung sucht den angestrebten "Zweck in folgender Weise möglichst vollkoinnien zu erreichen. Ein h-Iotorgenerator, bestehend aus zwei magnetisch getrennten, unmittelbar oder mittelbar gekuppelten Gleichstrommaschinen, ist derart ausgebildet und geschaltet, daß die motorisch wirkende DIaschine zwei Ankerwicklungen besitzt, deren eine von der Netzspannung (Fahrdrahtspannung) gespeist wird, während die zweite mit der als Generator arbeitenden Maschine und den Stromverbrauchern so in Reihe geschaltet ist, (laß sie einen Teil der Generatorspannung motorisch verbraucht.
• In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. ;n ist der vorn Netz mittels der Nebenschlußwicklung f fremd erregte Motor, ausgerüstet rnit zwei :-'#nkerwicklungeti und zwei Stromwendern. Die eine Ankerwicklung a, ist für die volle Fahrdrahtspannung E, bemessen und mittels ihres Stromwenders K, an die Oberleitungsspannung angeschlossen. Die zweite ini allgemeinen für niedrige Spannung ausgelegte Ankerwicklung a= ist über ihren zugehörigen Stromwender K, in den Stromkreis: Generator d-Lampen 1 in solchem Richtungssinne eingeschaltet, daß sich die in ihr induzierte Spannung E,. von der Generatorspatinung E,1 subtrahiert, so daß die L anipenspannung Ei= E,1 - E" wird. Der Generator d wird durch die N ebenschlußwicklung q erregt. Fließt jetzt durch Einschalten der Beleuchtung Lampenstrom II, so ist dessen Richtung gegen die Kleininenspannung E_ gerichtet. Es übt also auch die zweite Ankerwickhing der 2 aschine rri eine motorische Wirkung aus.
• Wird der Motor ;;i. passend mit geringer Eisensättigung ausgelegt, so steigt sein Kraftfluß Q) ", nahezu proportional mit E,. Nehmen wir genau Proportionalität an, so ist c@ ", = c, F_1, so (laß die Drehzahl yz = c., = c;, konstant bleibt. Andererseits wird der Generator vorteilhaft stark gesättigt ausgelegt, so daß ihr Kraftfluß 4)t mit steigender Dynamospannung Ed praktisch konstant bleibt und Ed nur proportional rnitderDrehzahlanwächst. Ed = c,, - n. Für den Grenzfall vollständig ungesättigter Motor und sehr stark gesättigter Generator bleibt also die Generatorspannutig E,j bei Änderung v an 'E, konstant.
• litt praktischen Fall des schwach gesättigten Motors gestalten sich die Verhältnisse folgendermaßen: In Abb. 2 ist der Kraftfluß (p", als Funktion von E, aufgetragen; ändert sich dort E, vorn Werte I um den doppelten Betrag bis zum Werte 1I, so wächst ¢)", um 33 Prozent, 1111d die Drehzahl n wird dann z. B. vom Wert ioo0 bei E, = I auf den Wert i 30o bei E, = 1I heraufgehen.
• Auf der linken Seite der Abb. 2 ist unter der Annahme, (aß der Generator schon bei rooo Umdrehungen vollständig gesättigt ist. Ed als Funktion der Drehzahl aufgetragen und es ergibt sich E, = f (n) als Gerade, indem zu 1500 Umdrehungen ein um 5o Prozent größerer Wert als zur Drehzahl iooo gehört.
• Damit die Lampenspannung El= f (n) den in der Abb. 2 mit III bezeichneten konstanten Wert behält, muß die vom zweiten Stromwender aufgenommene Spannung E. als Differenz von Ed und El sich in der Weise ändern, wie die Gerade EZ - f (E,) = Konstante El im rechten Teil der Abb.2 angibt. Dieser Bedingung entspricht die im gleichen Felde wie a. umlaufende Ankerwicklung a, Um das Anlaufdrehmoment des Maschinensatzes, der allerdings im allgemeinen nur leer anzulaufen braucht, zu verbessern, wird nach der Erfindung der Motor mit einer zusätzlichen Hauptstromwicklung versehen, die ein finit dem Nebenschlußfeld gleichsinniges Feld schafft. Da die Rückwirkung einer Änderung der Belastung auf die Drehzahl n des Maschinensatzes und dadurch auf die Netzspannung vorteilhaft vermieden wird, so empfiehlt es sich, diese Hauptstromw cklung nach erfolgtem Anlauf kurzzuschließen. Abb. 3 stellt eine derartige Schaltung dar, wobei h. die Hauptstromwicklung, w einen Anlaßwiderstand bedeutet. Es ist auch möglich, unter Verwendung einer solchen Hauptstromw icklung die am Netz liegende Nebenschlußwicklung, f der Abb. i und 3, die sich bei hoher Spannung ungünstig und mit geringer Betriebssicherheit bauen läßt, gemäß Abb. 4. durch eine von der kleineren Spannung des zweiten Stromwenders K, gespeiste Feldwicklung f1 zu ersetzen. Da El und E., immer proportional sind, so ändert sich im eigentlichen Betriebe, d. h. nach erfolgtem Anlauf, hierdurch nichts an der eigentlichen Arbeitsweise des Maschinensatzes.
• Auch die Spannung des Generators d kann mit Vorteil zur Erregung der Hauptwicklung f des :Motors herangezogen -werden. Eine derartige Schaltung zeigt Abb. 5. Steigt die Generatorspannung Ed an, so wird alsdann die Motorerregung verstärkt, die Drehzahl also vermindert und damit die Spannungssteigerung rasch begrenzt. Dieses Mittel erlaubt, den Motor in mit etwas stärkerer Sättigung zu bauen, also im Material besser auszunutzen. In ähnlicher Weise ist es auch möglich, eine sehr hohe Sättigung des Generators d, die unter Umständen zu große Verluste, also übermäßige Erwärmung und schlechten Wirkungsgrad bedingt, zu vermeiden, indem man ihre Felderregung nach Abb.6 derart als Differenzerregung ausbildet, daß der vorgesehenen Nebenschlußwicklung q eine zweite Feldwicklung p entgegenwirkt, die von einer der Ankerwicklungen des Motors gespeist wird.

Claims (6)

1. PATENT-ANSPRÜCHE.: i. Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer zur Erzeugung konstanter Verbrauchsspannung, bestehend aus einem Motor mit zwei Ankerwicklungen, deren eine von der schwankenden Netzspannung gespeist wird, und einem mit dem Motor gekuppelten Generator, der mit der anderen Motorwicklung und den Stromverbrauchern in Reihe liegt, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Wicklung des Motors für motorische Wirkung geschaltet ist und daß die in dem Generator erzeugte Spannung die Verbrauchsspannung um die durch die zweite Motorankerwicklung aufgenommene Spannung übersteigt.
2. 2. Ausführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die motorisch wirkende Maschine in an sich bekannter Weise als Nebenschlußmaschine mit schwacher Eisensättigung gebaut ist, so daß ihre Drehzahl bei steigender Primärspannung nur -wenig anwächst, und daß die als Generator arbeitende Maschine starke Eisensättigung besitzt, so daß ihre Spannung beim Anwachsen der Drehzahl nur verhältnismäßig -wenig -ansteigt.
3. 3. Ausführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die motorisch -wirkende Maschine außer einer von der Primärspannung erregten Nebenschlußwicklung noch eine hiermit magnetisch gleichsinnig wirkende Hauptstromwick-Jung besitzt zum Zwecke, das Anlaufdrehmoinent beim Einschalten zu verbessern.
4. Ausführungsform nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromwicklung nach erfolgtem Anlauf des Umformers kurzgeschlossen wird, um die Rückwirkung der sekundären Belastungen auf die Drehzahl des Umformersatzes zu vermeiden.
5. 5. Ausführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die 'Tehenschlußwicklung des Motorteils nicht vom Netz, sondern vom Generator erregt wirkt.
6. 6. Ausführungsform nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu der gewöhnlichen Nebenschluß-Erregerwicklung des Generators noch eine zweite Erregerwicklung hinzutritt, die der ersteren entgegenwirkt und von einer der Ankerwicklungen des Motorteils gespeist wird.