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Steueranordnung für elektrische Maschinen und Apparate. In der Patentschrift
323967 ist ein Verfahren angegeben, Stromkreise mit Hilfe von Metalldampfapparaten
funkenfrei zu unterbrechen. Dabei wird eine die Anode umgebende Metallhülle mit
der Kathode verbunden, wodurch der Lichtbogen verlöscht.
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Dieses Verfahren ermöglicht nun eine Reihe von Anordnungen, um auf
eine gänzlich neue Art die Erregerstromkreise von elektrischen Maschinen oder Apparaten,
insbesondere von solchen mit Gleichstromerregung, zu steuern, indem gemäß der Erfindung
die Gleichrichter, welche die Erregerenergie übermitteln, zugleich als Schaltapparate
dienen. Dabei verändern die Gleichrichter in Abhängigkeit von Regelvorrichtungen
bekannter Art das Feld und stellen in Verbindung reit den gebräuchlichen Sicherheitsvorrichtungen,
wie
überstromrelais, Überspannungsrelais, Spannungsrückgangrelais ein wirksames Mittel
dar, um elektrische Maschinen oder Apparate vor Beschädigungen durch Störungen aller
Art zu schützen.
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In Abb. i der Zeichnung ist als Beispiel eine Bahnanlage dargestellt.
Bei Einankerumformern für Bahnen kommen Überschläge am Kollektor vor, wenn die Fahrleitung
Schluß mit der Erde bekommt oder wenn plötzliche Schwankungen auf der Drehstromseite
auftreten. Das Schaltverfahren der Erfindung soll dazu verwendet werden, um die
Erregung fortzunehmen.
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Aus dem Drehstromnetz i wird der Transformator 2 gespeist, an dessen
Sekundärwicklung der Rotor des Einankerumformers 3 angeschlossen ist, welcher die
Bahnanlage q. mit Strom versorgt. Der erzeugte Gleichstrom fließt über einen normalen
Automaten 5 und einen Schnellschalter 6. Der Strom aus dem Netz i wird dem Transformator
2 über Gleichrichter 7 bis 12 zugeführt. Jede Phase ist in bekannter Weise an zwei
parallel geschaltete Gleichrichter mit entgegengesetzter Ventilwirkung angeschlossen.
Jeder der beiden Gleichrichter läßt den Strom nur in einer Richtung hindurch, z.
B. Gleichrichter 7 nur die positive und Gleichrichter 8 nur die negative Welle.
Hinter dem Gleichrichter vereinigen sich beide Wellen wieder zu einem Wechselstrom.
Die gleichrichtende Wirkung der Quecksilberapparate ist also aufgehoben. Sie dienen
lediglich als Schaltapparate.
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Der Erregerstrom wird über den Gleichrichter 13 und Transformator
1¢ dem Netz i entnommen und über einen Regulierwiderstand 15 in die Feldwicklung
16 geschickt. Zum Abschalten des Umformers vom. Drehstromnetz sind Kontakte 17 bis
i9 vorgesehen, die in verschiedener Weise betätigt werden. Sie dienen dazu, die
Anodenbeläge der Gleichrichter mit der zugehörigen Kathode zu verbinden, um nach
dem Verfahren des Patents 323967 den Gleichrichter zum Verlöschen zu bringen und
dadurch den Strom zu unterbrechen.
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Die Kontaktvorrichtung 17 ist mit einem Leistungsrelais 2o verbunden,
dessen Stromspule mit 21 und dessen Spannungsspule mit ä2 bezeichnet ist. Das Relais
spricht an, sobald die Leistung einen Maximalwert überschreitet oder sobald der
Umformer Leistung in das Drehstromnetz zurückgeben sollte. Gleiche Relais sind auch
an die übrigen Phasen bei 23 und 24. angeschlossen, sie sind jedoch der Übersicht
wegen in der Zeichnung nur angedeutet. Aus dem gleichen Grunde sind die Kontaktverbindungen
der Gleichrichter 7 und 8, 11 und 12 nicht gezeichnet.
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Die Kontakte 18 und i9 sind mechanisch mit dem Schnellschalter 6 verbunden,
so daß dieser Schalter die Kontakte schließt, wenn er in seine Ausschaltstellung
gekommen ist. Beide Kontakte wirken in gleicher Weise wie Kontakte 17, indem auch
sie die Verbindung zwischen Kathode und Anodenbelag der Gleichrichter herstellen,
also durch Löschen der Gleichrichter den Strom unterbrechen. Kontakt 18 liegt parallel
zu dem Kontakt 17 und unterbricht den Drehstrom, wenn der Schnellschalter 6 auslöst.
Die Kontakte i9 dienen zum Abschalten der Erregung. Damit letztere erst fortgenommen
wird, wenn der Anker stromlos geworden ist, erhält Kontakt 18 eine gewisse Voreilung
gegen Kontakt i9. Die Unterbrechung der Erregung ist notwendig, da auch nach Abschalten
des Drehstromes der infolge des Beharrungsvermögens noch eine Zeitlang weiterrotierende
Umformer Strom auf einen im Bahnnetz aufgetretenen Kurzschluß liefern kann, solange
er noch erregt ist. Es können also auch dann noch Kollektorüberschläge eintreten.
Da nach Schluß der Kontakte 19 der Erregerstrom plötzlich unterbrochen wird, sind
noch Vorrichtungen notwendig, um die sehr hehe SelbstindükLi--nS-spannung der Erregerwicklung
unschädlich zu machen. Zu diesem Zweck können Hörnerblitzableiter 25 oder hochohmige
Widerstände 26 der Erregerwicklung 16 parallel geschaltet werden.
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Das Verfahren zur Abschaltung von Err egerströmen gemäß der Erfindung
kann zweckmäßig verwendet werden, um Generatoren gegen die schädlichen Wirkungen
von Kurzschlüssen u. dgl. zu schützen. Ein Beispiel hierfür ist in einer Ausführungsform
in Abb. 2 dargestellt. Es ist dort 27 ein Turbogenerator, der aus einer Erregerinaschine
28 über einen Umschalter 29 und Schleifringe 30 und 31 erregt wird. Die Erregung
kann mit Hilfe des Umschalters 29 auf einen mehrphasigen Gleichrichter 32 umgelegt
werden, sobald der Generator Strom in das Netz schickt. Dieser Gleichrichter 32
wird in üblicher Weise über den Transformator 33 aus dem vom Generator gespeisten
Netz 34 mit Strom versorgt. Das Löschen des vom Gleichstrom gelieferten Erregerstr
omes erfolgt nach Patent 323967 dadurch, daß ein Kontakt 35 die Anodenbeläge des
Gleichrichters mit dessen Kathode verbindet. Dieser Kontakt 35 wird bei Kurzschluß
dadurch betätigt, daß ein Eisenkern 36, der an einer Feder 37 aufgehängt ist, durch
die im Kurzschlußkreis liegende Spule 38 die beiden Kontaktstellen miteinander
verbindet. Um das plötzliche Unterbrechen des Erregerstromes unschädlich zu machen,
ist auch hier wieder ein Schutzwiderstand 39 der Erregerwicklung parallel geschaltet.
Der übliche Regulierwiderstand
der Erregung ist bei 4o angegeben.
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Schaltet man zwei Gleichrichter parallel, die z. B. durch einen Stufentransformator
mit verschiedener Spannung versehen werden, so wird nur derjenige Strom hindurchlassen,
der an der höheren Spannung liegt, während der andere erlöscht, da er j a nicht
imstande ist, einen Rückstrom aufzunehmen. Dagegen wird sich dieser zweite Gleichrichter
sofort an der Stromlieferung beteiligen, sobald man den ersten Gleichrichter, der
ursprünglich die höhere Spannung erhielt, stillsetzt.
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Hieraus ergibt sich ein Verfahren, Gleichrichter dadurch zum Zünden
bzw. zum Verlöschen zu bringen, daß man -einen Gleichiichter mit höherer Spannung
parallel schaltet und diesen in bekannter Weise zum Zünden bzw. zum Verlöschen bringt.
Beide Gleichrichter arbeiten dann abwechselnd.
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Dieses Verfahren soll dazu verwendet werden, die Spannung von Maschinen
funkenfrei zu regeln.
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Das Schaltbild einer Ausführungsform ist in Abb. 3 dargestellt, und
zwar für die Regulierung eines Motors mit wechselnder Drehrichtung. Auf der Zeichnung
ist 41 ein Gleichstromnetz und 42 ein Motor, der von Null auf'eine gewisse Höchstgeschwindigkeit
zu regulieren ist. 43 ist eine Hilfsgleichstrommaschine, deren Spannung zum - Anlassen
der Maschine 42 der Spannung des Netzes 41 entgegenwirl,#t, dann allmählich auf
Null gebracht und schließlich zu der Spannung des \ etzes 41 hinzugeschaltet werden
soll. Diese Maschine besitzt zwei Erregerwicklungen 44 und 4.5, von denen die eine
für RechLSlauf, die andere für Linkslauf dient, und wird von einem Drehstrom-Asynchronmotor
46 angetrieben, der Strom aus einem Drehstromnetz 47 erhält. Das Vorhandensein des
N etzes 41 ist nicht Bedingung für die Ausführung der Erfindung, sondern es kann
auch die Maschine 43 den Motor 42 allein mit Strom versorgen, beispielsweise in
allen Fällen, wo der Motor 42 Drehrichtung und Geschwindigkeit ändern muß, wie bei
Fördermaschinen oder Walzwerksantrieben.
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Der veränderliche Erregerstrom der Maschine 43 wird durch eine Anzühl
Gleichrichter 48 bis 51 geliefert, die über einen Stufentransformator 52 gespeist
werden, der Strom aus dem Netz 47 bezieht. Seine Sekundärwicklungen sind in der
Mitte zu einem Nullpunkt 53 vereinigt. Die Gleich.ichter 48 bis 51 werden durch
einen Steuerapparat 54 beeinflußt, der nach Art einer Schaltwalze ausgeführt ist.
Die Anodenbeläge der Gleichrichter 48 und 49 sind zu Kontakten geführt, die durch
die bewegliche Kontaktschiene 55 gleichzeitig berührt werden, und die Anodenbeläge
der Gleichrichter 5o und 51 sind reit anderen Kontakten verbunden, welche beim Schalten
mit der Kontaktschiene 56 in Berührung kommen.
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In der in der Abb.3 gezeichneten Lage dieser Kontaktschienen 55 und
56 sind sekundäre Anodenbeläge der Gleichrichter 48 unci 4,9 durch die Schiene 55
mit der Kathode verbunden, so daß durch diese Gleichrichter kein Strom fließt. Infolgedessen
ist die Erregerwicklung 45 stromlos. Dagegea sind die Anodenbeläge der Gleichrichter
5o und 51 nicht mit den zugehörigen Kathoden verbunden, da die Kontaktschienen 56
in der gezeichneten Stellung die entsprechenden Kontakte nicht berührt. Infolgedessen
liefert der Gleichrichter 51 allein Strom in die Erregerzvicklung 54, so daß diese
in der gezeichneten Stellung mit der höchsten Spannung; die vorgesehen ist, erregt
wird. Der Gleichrichter 5o liefert keinen Strom, da er an einer niedrigeren Spannung
liegt als Gleichrichter 51.
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Werden nun die Kontaktschienen 55 und 56 gleichzeitig und gleichförmig
über die Kontakte geführt, so werden der Reihe nach die Anodenbeläge zuerst vom
Gleichrichter 51, dann vorn Gleichrichter 50 mit den Kathoden in Berührung
gebracht, und die entsprechenden Arrrie der Gleichrichter lassen keinen Strom mehr
hindurch. Die Spannung sinkt in 6 Stufen; bevor der letzte Arm vom Gleichrichter
5o stromlos wird, gibt die Schaltschiene 55 bereits den ersten Kontakt frei, so
daß ein Arm- vom Gleichrichter 49 zündet. Die entsprechende Lage der beiden Schaltschienen
55 und 56 ist in der Abbildung punktiert angegeben. In dieser Lage fließen durch
die Erreger-Wicklung 44 und die Erregerwicklung 45 gleiche, aber entgegengesetzte
Ströme. Die Steuermaschine 43 ist daher spannungslos. Bei weiterer Bewegung der
Kontaktschienen 55 und 56 wird die Wicklung 44 stromlos, während der Strom in der
Wicklung 45 durch Weiterschalten allmählich bis zur höchsten Spannung ansteigt.
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Um die gesamte Erregung plötzlich fortnehmen zu können, ist die Steuerwalze
so ausgebildet, daß bei einer weiteren Bewegung der Kontakte 55 und 56 die. Anodenbeläge
sämtlicher Gleichrichter 48 bis 51 mit den Kathoden verbunden werden.
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Da es möglich ist, in außerordentlich kurzer Zeit einen Gleichrichter
mit dem Löschband zu öffnen und mit dem Zündband zu schließen, so ist damit eine
Einrichtung gewonnen, die an Stelle des Regelwiderstandes im Erregerkreis dient,
indem unmittelbar durch das Zitterrelais des Schnellreglers der Gle,-chrichter gesteuert
wird. Eine Ausführungsform der Anordnung ist in Abb. 4 dargestellt.
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Es ist 58 ein Drehstromgenerator, der das
Drehstromnetz
59 speist. Die Erregung dieser Maschine wird dem Netz über den Transformator 6o
entnommen, der in zwei Spannungsstufen 61 und 62 über zwei Gleichrichter 63 und
6.4 den Erregerstrom liefert. Der Strom wird einmal über die niedrigere Spannungsstufe
61 und Gleichrichter 53, das andere 14a1 mit der höheren Spannung 52 über Gleichrichter
6.4 der Erregerwicklung der Maschine 58 zugeführt, indem jeweilig die Anodenbeläge
desjenigen Gleichrichters, welcher keinen Strom durchlassen soll, mit der Kathode
in Berührung gebracht werden. Dies geschieht durch die Kontakte 65 und 66. Eine
Ieitende Platte 67, die beweglich ist, kann durch ein Relais 68 zum Anliegen an
Kontakt 65 oder Kontakt 66 gebracht werden, wodurch entweder der Gleichrichter 63
oder 64 erlischt. Im Relais 68 wirken die Kräfte einer Feder 69 und einer Spule
7o, die im Erregerstromkreis liegt, einander entgegen und bestimmen den Takt der
Regelung. 71 und 72 sind die Schleifringe, welche in der Maschine 58 zur Erregung
führen.
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Liegt die Kontaktscheibe 67 weder bei 66 noch bei 65 an, so geht der
Strom über Gleichrichter 6¢ zur Erregung. Der Gleichrichter 63 kann jetzt keinen
Strom liefern, da er an einer niedrigeren Spannung liegt als Gleichrichter 6.4.
Der von letzterem gelieferte Strom zieht mittels der Spule 7o den Eisenkern 68 an,
so daß sich Kontakte 66 und 67 berühren. Hierdurch wird der Gleichrichter 64 stromlos.
Der Strom geht nunmehr durch den Gleichrichter 63 und sinkt entsprechend der -Zeitkonstante
der Erregerwicklung auf einen niedrigeren Wert herab. Dadurch überwiegt die Zugkraft
der Feder 69 gegenüber der der Spule 70, so daß nach einiger Zeit 65 und 67 sich
berühren. Hierdurch verlöscht der Gleichrichter 63. Der Gleichrichter 64 liefert
wieder Strom, und das Spiel beginnt von neuem. Die Kontakte 65 und 66 schalten funkenfrei,-
wie überhaupt alle Schaltvorgänge, ob es sich nun um ein Einregulieren oder um ein
Abschalten von Spannung handelt, ohne eine schädliche Funkenbildung erfolgt.
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Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die Kontaktflächen geschont,
die Lebensdauer der Schaltapparate verlängert wird.
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Die erläuterten Beispiele beziehen sich auf elektrische Maschinen
und Apparate, deren Magnetfelder durch Gleichstrom erregt werden. Die Erfindung
ist aber auch anwendbar in Fällen, wo die Erregung mittels Wechselstrom geregelt
wird, und bewährt sich überall, wo es sich darum handelt, die Erregerkreise elektrischer
Maschinen oder Apparate zu steuern oder gegen Beschädigungen durch elektrische Einflüsse
zu schützen.