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Wechselstrom-Gleichstrom-Einankerumformer für asynchronen Anlauf unter
Last und für im wesentlichen konstante Stromabgabe. Die Anwendung von Elektromagneten
stößt sehr häufig deshalb auf Schwierigkeiten, weil für ihren Betrieb vielfach nur
Gleichstrom in Frage kommt, die meisten Werke aller an ein Überlandnetz angeschlossen
sind, der vorhandene Drehstrom also erst umgeformt werden muß. Motorgeneratoren
arbeiten verhältnismäßig unwirtschaftlich und erfordernviel Raum, was ihren Einbau
in einen Magnetscheider u. dgl. erschwert. Die gesonderte Aufstellung einer Dynamomaschine
ist in vielen Fällen' nicht angängig, da die ganze
Vorrichtung häufig
fahrbar und örtlich unabhängig sein muß.
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Der Erfindungsgedanke geht davon aus, daß Einankerumformer mit hohem
Wirkungsgrad arbeiten, auch dann, wenn sie gleichzeitig als Synchronmotor noch mechanische
Arbeit zu verrichten haben. Zudem stellt sich eine solche Maschine billiger als
ein Drehstrommotor mit Dynamo, vor allem dann, wenn durch Anbringung einer Zusatzwicklung
auf dem Anker ein besonderer Transformator .entbehrlich wird. Erforderlich ist natürlich,
die Maschine so zu bemessen, daß sie außer der aufzubringenden Gleichstromenergie
auch die mechanische Energie des Motors leistet und daß sie als Einankerumformer
auch unter Last anlaufen kann.
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Für asynchronen Umlauf unter Last erhalten Einankerumformer ebenso
wie Synchronmotoren zweckmäßig keine ausgeprägten Pole, sondern eine in Nuten verlegte,
mit der Erregerwicklung im allgemeinen vereinigte Mehrphasenwicklung. Das Anlassen
geschieht dann wie bei einem Schleifringankermotor durch allmähliches Kurzschließen
eines im sekundären Stromkreis liegenden Widerstandes. Nachteilig ist bei dem wechselstromseitigen
Anfahren, daß in der sekundären Wicklung, die außer im Falle ungewöhnlich niedriger
Gleichstromspannung des Umformers eine hohe Windungszahl hat, da sie, im Betrieb
mit Gleichstrom erregt, als Feldwicklung dient und darum der Gleichstromspannung
.entsprechend bemessen sein muß, beim Anlauf gefährlich hohe Spannungen induziert
werden.
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Diesen Nachteil vermeidet der Erfindungsgedanke, indem er die Erregerwicklung
nicht an die Klemmenspannung der Gleichstromseite legt, sondern in Reihe mit dem
im Nutzkreis liegenden Elektromagneten schaltet. Hierdurch wird gleichzeitig der
weitere Vorteil erreicht, daß der Elektromagnet vermöge seiner hohen Selbstinduktivität
als Impedanzanlasser wirkt, der den immer !an,-samer schwingenden periodischen Strömen
mehr und mehr den Durchlaß gestattet.
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Wegen der im Stillstand einsetzenden allzu hohen Induktanz muß jedoch
ein kräftiges Anlaufmoment mit anderen Mitteln geschaffen werden. Das kann geschehen,
indem man parallel zur Erregerwicklung einen Widerstand schaltet, der sich auch
zum Einstellen eines guten Leistungsfaktors verwenden läßt. Die Erregerwicklung
kann bei einer solchen Widerstandsanordnung zwar als gewöhnliche Einphasenwicklung
gewickelt sein. Im Interesse eines kräftigen Anlaufdrehmomentes wird sie indessen
vorteilhafter als zwei- oder mehrphasige Wicklung mit Gegenschaltung ausgeführt.
Die Wirkungsweise der Gegenschaltungswicklung bei Läufern asynchroner Motoren ist
bekannt, ebenso auch die Vorteile eines solchen für den asynchronen Anlauf von Synchronmotoren.
Der Gleichstrom wird dabei den Umkehrpunkten der Gegenschaltungswicklung zugeführt.
Im vorliegenden Falle bietet die Gegenschaltung aber, da die Feldwicklung vom Nutzstrom
durchflossen wird, insofern einen besonderen Vorteil, als ohne irgendwelche Änderung
des Nutzstroms die Feldstärke des Einankerumformers in weiten Grenzen verändert
werden kann durch einfache Teilregelung des an den Umkehr-und Verkettungspunkten
verzweigten Erregerkreises, wobei der Verluststrom des zwischengeschalteten Widerstandes
außerordentlich klein ist. Diese fast verlustlose Regulierbarkeit ist für die Einstellung
eines guten Leistungsfaktors und auch im Falle einer Verstärkung oder Schwächung
des Nutzstromes sehr wesentlich.
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Abb. i zeigt das Schaltungsschema eines nach der Erfindung geschalteten
Einankerumformers. Der Ankerkreis A-B bildet mit dem Erregerkreis E'-F und dem zu
speisenden Elektromagneten M einen geschlossenen Stromkreis. Bei E verzweigt
sich der Hauptstrom nach der kleineren Feldwicklung 111-x1 und der größeren a.-x..
Die beiden Teilströme fließen über den Widerstand r und treffen bei F zusammen.
Bei dem so verzweigten Erregerkreis hängt es von der Einstellung der beiden Gleitkontakte
ab, ob die kleinere oder die größere Feldwicklung vom größeren oder kleineren Teilstrom
durchflossen wird. Es lassen sich also, wie bereits erwähnt, durch Verstellen die
wirksamen Gesamtamperewindungen bei einer bestimmten Stärke des Nutzstromes ganz
beträchtlich verändern oder auch umgekehrt die Stärke des Nutzstromes bei einer
bestimmten Feldstärke.
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Das Schaltungsschema (Abb. i ) zeigt außer der eigentlichen Feldwicklung
des Umformers noch .eine um 9o° versetzte Hilfsanlaßwicklung in Form von zwei gegeneinander
geschalteten Phasen v,-y, und v,-y., die nach dem Anlaufen des Umformers kurzgeschlossen
werden. Soll das Anlaufdrehmoment weiter verbessert werden, so empfiehlt es sich,
mittels eines Zweistufenschalters die an A führende Leitung vom Elektromagneten
M in der Anlaufstellung an E zu legen, wodurch der Anker ausgeschaltet und
nur der Erregerkreis mit dem Elektromagneten hintereinander geschlossen bleibt,
während in der Betriebsstellung die normale Schaltung hergestellt und die Hilfsanlaßwicklung
kurzgeschlossen wird. Die genannte Hilfsanlaßwicklung kann man auch als Zusatzfeldwicklung
benutzen, indem man sie als viertes Glied in die Reihe des Gleichstromkreises schaltet.
Alsdann läßt
sich durch verschieden starkes Erregen der beiden um
9o" versetzten Felder mittels entsprechendem Widerstandsdoppelregler die Gleichstromspannung
unabhängig von der Drehstromspannung regeln. Dieses Verfahren ist scheinbar identisch
mit der Regulierung von Umformern mit Zusatzpolen, jedoch besteht hier die Abweichung,
daß die Erregerkreise vom Hauptstrom oder einem Teil desselben durchflossen werden.
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Wenn auf Spannungsregulierbarkeit oder niedrigen Anlaufstrom weniger
Wert gelegt wird, so kann an die Stelle der um 9o" versetzten Wicklung eine Käfigwicklung
treten.
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Insoweit indessen günstiger Anlauf und Regulierbarkeit gefordert wird,
läßt sich die Feldwicklung des Umformers zweckmäßig auch in Form von zwei verschiedenartig
verketteten und gegeneinander geschalteten Mehrphasenwicklungen ausführen, wobei
einheitliche Windungszahlen und Formen der Phasenspulen möglich sind. Abb. 2 zeigt
das Schema einer derartigen doppelten Dreiphasen-, Abb. 3 das einer doppelten Vierphasenwicklung.
In diesen Abbildungen bilden die Kreise die Sternverbindung der freien Enden der
gegengeschalteten Wicklungsphasen. Die Wicklungsanordnung soll dabei nach Möglichkeit
eine solche sein, daß die Phasenspulen beim Anlaufvorgang die dargestellten Spannungsdiagramme
ergeben. Im Betriebe werden die nvischen E und F liegenden Wicklungen von mehreren
Teilströmen des umgeformten Stromes durchflossen. Es ist ohne weiteres einzusehen,
daß vornehmlich bei einer Wicklungsanordnung nach Abb. 2 durch Anordnung von Widerstand
in ähnlicher Weise wie bei Abb. i eine weitgehende Beeinflussung der wirksamen Gesamtamperewindungen
möglich ist.
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Unter Last anlaufende Einankerumformer der beschriebenen Art eignen
sich zum Betrieb aller Apparate und Vorrichtungen, bei denen neben der Gleichstromenergie
auch motorische Leistung gefordert wird. In erster Reihe stehen z. B. Elektromagnetscheider
und Magnetwalzen, sodann feststehende Elektroschutzmagn.ete, Spannfutter usw. Bei
den zuletzt genannten Arten von Elektromagneten kommt der Antrieb der damit in Verbindung
stehenden Maschinen, wie Mühlen, Transportvorrichtungen, Drehbänke oder auch von
Transmissionssträngen usw., hinzu.
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Selbstverständlich läßt sich ein derartiger Umformer auch dann vorteilhaft
verwenden, wenn keine Motorleistung in Frage kommt, ::. B. bei der Speisung von
Lasthebemagneten und von Erregerwicklungen von Synchronmaschinen sowie von Projektionsbogenlampen.
In diesen Fällen kann durch Ausführung des Umformers mit ausgeprägten Polen eine
Verbilligung erzielt werden.
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In Verbindung mit Synchronmotoren ergibt sich dadurch, daß die Erregerkreise
des Motors und Umformers in Reihe liegen, der Vorteil, daß, wenn der Motor durch
Uberlast ins Schlüpfen und Pendeln gerät, sich weniger starke Ausgleichströme bilden
als bei der üblichen Fremderregung durch eine konstante Stromduelle. Ein Beispiel
für eine solche Schaltung gibt Abb. 4.: Anker A-B und Feldwicklung des Einankerumformers
EU sind mit der Läuferwicklung des Motors M hintereinander geschaltet, und zwar
in der Reihenfolge Anker - Umformerfeldwicklung - Motorfeldwicklung. Der Doppelregier
r liegt einerseits in einem Teil der Feldwicklung des Umformers EU, anderseits in
einem Teil der Läuferwicklung des Motors M. Der von dem rechten Umkehrpunkt der
Läuferwicklung des Motors ausgehende dick gezeichnete Kreisbogen deutet einen Zentrifugalkurzschließer
an, der den für die Gleichstromerregung nicht in Betracht kommenden Teil der Läuferwicklung
kurzschließt.