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Von einem doppelt gespeisten Induktionsmotor synchron angetriebener
Einanker-Drehfeld-Umformer. Wie bekannt, erfordern Drehfeld-Umformer einen synchronen
Antrieb, wozu bisher gewöhnlich Synchronmotoren mit Gleichstromerregung verwendet
wurden, deren Ständer gegenüber dem Umformerständer derart fest eingestellt war
oder während des Betriebes eingestellt werden konnte, daß die Umformergleichstrombürsten
zwecks funkenfreien Laufes in die neutralen Zonen zu liegen kamen und demgemäß eine
zur primären Wechselstromspannung in festem Verhältnisse stehende Gleichstromspannung
lieferten. Bei konstanter Primärspannung ist auch die sekundäre Gleichstromspannung
konstant und kann daher zur Erregung des Synchronmotors herangezogen werden. Dies
ist aber nicht mehr möglich, wenn die sekundäre Gleichstromspannung betriebsmäßig
stark schwankt.
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Die Erfindung bezweckt nun eine weitgehende sekundäre Gleichstromspannungsregelung
bei
konstanter primärer Wechselstromspannung und erreicht dies durch
den Ersatz des gewöhnlichen Synchronmotors durch einen doppelt gespeisten Induktionsmotor
an sich bekannter Art, dessen Ständer in den der Regelung entsprechenden weiten
Grenzen gegenüber demUmformerständer betriebsmäßig verdrehbar ist. Die Umformergleichstrombürsten
bleiben bei dieser Verdrehung nicht mehr unverrückbar in der neutralen Zone stehen,
sondern werden nach Maßgabe der Ständerverdrehung herausgerückt. Dadurch ändert
sich aber auch die Gleichstromspannung, die lediglich durch die Einstellung der
Kollektorbürsten gegenüber dem Ankerdrehfelde bestimmt ist. Da der doppelt gespeiste
Induktionsmotor und der Drehfeld-Umformer zu ihrer Erregung keiner Gleichstromquelle
bedürfen, ist es durch die Erfindung ermöglicht, lediglich aus einer mehrphasigen
Wechselstromquelle durch eine rein mechanische Regelungseinrichtung mit einem Einanker-Umformer
sekundären Gleichstrom veränderlicher Spannung und Polarität zu erhalten.
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An dem den Anker umgebenden Eisenrückschlußringe werden die Kollektorbürsten
zweckmäßig fest angebracht und der Luftspalt in den Kommutierungszonen erweitert,
um die Kommutierung zu verbessern. Da dieser Ring keine Erregerwicklung trägt und
vom Anker aus magnetisiert wird, kann er im Ankerfeld jede beliebige Lage einnehmen;
die Luftspalterweiterungen bleiben dabei immer den Kommutierungszonen zugeordnet,
gleichgültig, ob sie innerhalb oder außerhalb der neutralen Drehfeldzonen liegen.
Eine gute Kommutierung ist daher gesichert. Der doppelt gespeiste Induktionsmotor
hat bekanntlich auf dem Ständer wie auf dem Läufer je eine Mehrphasenwicklung, die
so an das Mehrphasennetz angeschlossen werden, daß in Ständer und Läufer gegenläufige
Drehfelder entstehen. Der Motor muß demnach mit doppelter Synchrongeschwindigkeit
umlaufen, weshalb bei direkter Kupplung die Mehrphasenwicklungen des Antriebsmotors
mit doppelter Ümformerpolzahl auszuführen sind, Abb. i zeigt eine Ausführungsform
des neuen Umformers mit senkrechter Welle. U stellt den Umformer, A den doppelt
gespeisten Induktionsmotor dar. In Abb. z ist das Gesamtschaltbild z. B. für den
Betrieb eines zu regelnden Gleichstrommotors M wiedergegeben. Die sekundäre Gleichstromspannungsregelung
wird durch Verdrehen des Antriebsmotorständers gegenüber dem Umformerständer bewirkt,
und zwar nach Abb. i mittels der Kegelradübertragung Üvom Vierkant i aus oder nach
Abb. a mittels Schneckenübertragung j und Handrad H. Nach Abb. z wird der Drehstrom
durch die Leitungen y, s, f dem Umformer über den dreipoligen Schalter B mit Widerstandstufen
und dem Induktionsmotor A über den Schalter C zugeführt, während der Motoranker
M den Gleichstrom von dem Umformer über den Schalter G erhält. Den Strom für die
Erregung E bekommt der Motor M zweckmäßig durch einen gegenüber dem Ankerbürstensatz
c, d um eine halbe Polteilung versetzten Erregerbürstensatz a,
b, welchen Bürsten noch eine Lampe D oder ein Spannungszeiger parallel geschaltet
ist. Die Anordnung ist nun so getroffen, daß die Bürsten a, b vor Anlauf
des Motors M in der neutralen Zone des im Raum stillgesetzten Drehfeldes stehen,
somit das Feld F_ am stärksten erregen, während die Bürsten c, d keine Spannungsdifferenz
aufweisen. Die von der Lage des Drehfeldes abhängige richtige Stellung der Bürsten
wird an der Lampe D erkannt, die maximale Helligkeit aufweisen muß. Der Umformer
wird auf folgende Weise vom Drehstromnetz aus angelassen: Der Schalter B wird langsam
über die Widerstände geschlossen, worauf der Umformeranker E in den mit einer Käfig-
oder kurzgeschlossenen Phasenwicklung versehenen Eisenring f zix laufen beginnt,
und zwar als Asynchronmotor ohne Belastung; seine Schlüpfung ist daher gering. Nach
Erreichung der vollen Drehzahl läuft das Drehfeld noch mit der Schlüpfungstourenzahl,
was am langsamen Aufleuchten und Verlöschen der Lampe D zu erkennen ist. Nun wird
Schalter C geschlossen, und zwar gerade wenn Lampe D hell aufleuchtet oder ein an
Stelle der Lampe eingeschalteter Spannungszeiger maximalenAusschlag zeigt, denn
dann haben Läufer und Ständer des Doppelsynchronmotors A zufolge der getroffenen
Aufkeilung des Motorläufers jene gegenseitige Stellung, bei welcher die einander
entgegenlaufenden Motorfelder sich decken. Der Motor hat die doppelte Polzahl des
Umformers. Bevor er angeschaltet wird, ist er vom Umformeranker mit nahezu doppeltem
Synchronismus angetrieben. Nach dem Einschalten läuft der doppelt gespeiste Induktionsmotor
doppelsynchron und gibt dem Umformeranker seine volle synchrone Drehzahl, so daß
das Umformerdrehfeld im Raume stillgesetzt ist. Am weiteren, dauernden, hellen Leuchten
der Lampe oder am dauernden konstanten Ausschlag des Spannungszeigers hat man ein
sicheres Kennzeichen, daß der Umformeranker C nun synchron läuft. Jetzt kann Schalter
G geschlossen werden und das Anlassen des Gleichstrommotors M beginnen, indem z.
B. der Vierkant i mittels einer Kurbel oder das Handrad H
in einem
oder anderem Sinne verdreht wird, worauf der Motor M nach rechts oder links anläuft.
Die Erklärung für diese Wirkungsweise gibt folgende Überlegung Die Spannungen zwischen
den Bürsten a, b und c, d ändern sich, sobald man das Bürstenkreuz
verstellt.
Statt nun diese Verstellung vorzunehmen, wird die räumliche Lage des stillstehenden
Drehfeldes geändert, und zwar durch Verstellung des Motorständezs A. Der Läufer
des Synchronmotors muß diese Verstellung mitmachen, weil die beiden Drehfelder,
die räumlich in gleicher Richtung in einfachem Synchronismus laufen, sich decken
müssen. Der mechanischen Verstellung des Motorläufers entsprechend verschiebt sich
nun auch das stillgesetzte Umformerdrehfeld im Raume.
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Je nach dem Sinne der Drehung desUmformerdrehfeldes aus der
Richtung c-d erhält der Anker des zu regelnden Gleichstrommotors lII einen Strom
in der einen oder andern Richtung,-die Richtung des von den Bürsten a,
b abgenommenen Feldstromes bleibt ungeändert. Je größer der Grad der Verstellung
des Umformerdrebfeldes ist, desto größer wird die dem Anker des Motors M aufgedrückte
Spannung und desto kleiner die Feldspannung. Beides zusammen bewirkt also eine Drehzahlerhöhung
des Motors. Wird der laufende Gleichstrommotor M von außen angetrieben, so kann
er Strom an den Umformer abgeben-, er wird also zum Gleichstromgenerator
(Generatornutzbremsung). Der Umformer gibt seinerseits die Energie wieder ans Drehstromnetz
zurück.
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Richtet man ferner auch den Umformerständer f mittels einer
Schneckenübertragung k
verdrehbar ein und verbindet die Schneckenwelle mittels
einer Kupplung F mit der Welle des Motors M, so kann dadurch erreicht werden, daß
der Motor den Umformerständer f mit den Gleichstrombürsten allmählich soweit zurückdreht,
daß die Ankerbürsten c, d wieder spannungslos werden und der Motor M nach einer
bestimmten Anzahl von Umdrehungen zur Ruhe kommt. Durch eine bestimmte Verdrehung
des Handrades H, welche auch von ferne durch einen Wellenstrang bewirkt werden kann
(etwa von der Kommandobrücke eines Schiffes aus), wird also bewirkt, daß der Gleichstrommotor
M eine ganz bestimmte Anzahl von Umdrehungen zurücklegt und dabei eine vorgeschriebene
Arbeit leistet (etwa das Steuerruder des Schiffes in eine ganz bestimmte Stellung
bringt). Durch geeignete mechanische Übertragungen ist es auch möglich, den Hilfsmotorständer
selbst wieder in seine Nullage durch den Gleichstrommotor M zurückdrehen zu lassen
(etwa durch ein Differenzialgetriebe oder eine sonstige mechanische Rückführung)
unter Belassung des Umformerständers in seiner festen Lage, wodurch im Interesse
der Betriebssicherheit an beweglichen Kabeln gespart werden kann. Die Schalter G,
B und C in Abb. 2 sollen stets erst geöffnet werden, nachdem der Motor M zum Stillstand
gekommen ist.
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Soll der Umformergleichstrom für einen andern als den beschriebenen
Zweck verwendet werden. so genügt ein Gleichstrombürstensatz, welcher den Umformerbürsten
e, d entspricht. Dann wird die Lampe D oder ein Spannungszeiger an diese
Bürsten gelegt, und der Schalter B ist beim Anlassen des Umformers wie früher zu
schließen, der Schalter C aber nun bei dunkler Lampe oder Nullstellung des Spannungszeigers,
wobei durch weiteres Dunkelbleiben oder andauernde Nullstellung des Spannungsmessers
die Richtigkeit des Einschaltvorganges erwiesen wird und die gewünschte Gleichstromspannung
eingestellt werden kann.
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Dieser Regelumformer kann selbstverständlich auch mit feststehendem
Gleichstromanker und umlaufenden Bürsten ausgeführt werden. Er ist überall anwendbar,
wo aus einem Mehrphasennetz auf einfache, billige und wirtschaftliche Weise Gleichstrom
regelbarer Spannung gewonnen werden soll, ferner wo von einem Wechselstromnetz aus
ein Motor mit weitgehender Drehzahlregelung betrieben werden soll, ferner für elektrische
Schiffsteueranlagen, zum verlustlosen Anlassen und häufigen Umsteuern großer Gleichstrommotoren
mit Nutzbremsung, insbesondere für Schachtförderungen, für Hebekrane mit Nutzbremsung
beim Senken und für ähnliche elektrische Kraftbetriebe.