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Einrichtung zur Umsteuerung von Drehstram-Reihenschlußkommutatormotoren
mit Zwischentransformator. Um die Drehrichtung eines Drehstrom-Reihenschlußkommutatormotors
zu ändern, muß man bekanntlich, abgesehen von der Vertauschung zweier Phasen der
Wicklung, durch die wie bei Induktionsmotoren die Drehrichtung des Feldes geändert
wird, eine gegenseitige Verschiebung der magnetischen Achsen von Stator- und Rotorwicklung
herbeiführen, z. B. durch Verschiebung der Bürsten in dem einen oder anderen Sinne.
Anstatt durch Bürstenverschiebung kann die relative Verschiebung der magnetischen
Achsen von Stator- und Rotorwicklung auch durch eine Umschaltung der Statorwicklung
erreicht werden. Es sind Einrichtungen bekannt, bei welchen nur eine Vertauschung
der Anschlüsse zwischen den Phasen der Statorwicklung und den Phasen der Rotorwicklung
oder des Zwischentransformators stattfindet, durch die aber nur eine relative Verdrehung
der magnetischen Achsen um 6o° möglich ist. Es ist auch eine Einrichtung bekannt,
durch welche eine beliebige relative Verschiebung der magnetischen Achsen von Stator-
und Rotorwicklung möglich ist, welche aber nur bei einer bestimmten Art der Statorwicklung
(überlappte Gleichstromwicklung) anwendbar ist und Anzapfungen an verschiedenen
Punkten der Statorwicklung benötigt.
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Um auch bei den sonst gebräuchlichen Ausführungen der Statorwicklung,
die in anderer Hinsicht (z. B. in bezug auf den Wicklungsfaktor) günstiger sind,
ohne Anzapfungen der Statorwicklung eine beliebige gegenseitige Verschiebung der
magnetischen Achsen der Stator- und Rotorwicklung zu erreichen, werden nach der
Erfindung auf jedem Schenkel des Zwischentransformators außer der primären und sekundären
Hauptwicklung eine oder zwei Zusatzwicklungen angebracht, und es wird in den Stromkreis
jeder Phase der Stator- oder Rotorwicklung nicht nur eine Phase der primären oder
sekundären Hauptwicklung des Zwischentransformators, sondern wenigstens bei einer
Drehrichtung, auch eine auf einem der beiden anderen Schenkel liegende Phase einer
solchen Zusatzwicklung eingeschaltet.
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Ob die primäre oder die sekundäre Hauptwicklung des Zwischentransformators
in dieser Weise mit der Zusatzwicklung verbunden wird, ist zunächst gleichgültig,
ebenso ist es zunächst gleichgültig, ob zwei Zusatzwicklungen verwendet werden,
von denen je nach der gewünschten Drehrichtung die eine oder die andere eingeschaltet
wird, oder ob nur eine Zusatzwicklung vorhanden ist, welche je nach der gewünschten
Drehrichtung in dem einen oder anderen Sinne angeschlossen oder mit der einen oder
anderen Phase der Hauptwicklung verbunden wird. Die Schaltung wird jedoch besonders
einfach, wenn erfindungsgemäß zwei Zusatzwicklungen vorhanden sind, die mit dem
einen Ende der primären Hauptwicklung fest verbunden werden, während das andere
Ende der Hauptwicklung mit der primären Wicklung des Motors fest verbunden ist.
Das Netz kann dann durch einen dreipoligen Umschalter je nach der gewünschten Drehrichtung
über die eine oder die andere Zusatzwicklung so an die primäre Hauptwicklung des
Zwischentransformators angeschlossen werden, daß gleichzeitig mit dem Einschalten
der anderen Zusatzwicklung auch die Drehrichtung des Feldes geändert wird.
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Die Abb. z zeigt ein Beispiel einer solchen Schaltung. a ist
die Statorwicklung, h die
Rotorwicklung des Drehstrom-Reihenschlußkommutatormotors,
e der Zwischentransformator, der außer der primären Hauptwicklung dl, d2, d3 und
der sekundären Hauptwicklung ei, e2, e3 zwei Zusatzwicklungen trägt, die
reit f i, f2, f 3 und gi, g2, g 3 bezeichnet sind.
Ir ist der Umschalter, durch den die Statorwicklung cr. über die primäre
Hauptwicklung des Zwischentransformators und Fiber die eine oder andere dieser Zusatzwicklungen
mit dem Netz i verbunden werden kann. Die Wirkung dieser Einrichtung ist am besten
aus den Vektordiagrammen (Abb. 2 -
und 3) zu ersehen. In diesen sind die Vektoren
der Amperewindungen in den einzelnen Wicklungen des Zusatztransformators aufgetragen
und mit denselben Buchstaben bezeichnet wie in Abb. i die Wicklungen selbst. Abb.2
gilt für Anschluß des Netzes an die Zusatzwicklung f l, f2, f 3, Abb.
3 für den Anschluß des Netzes an die Zusatzwicklunggi, g2, g3. Auf jedem Schenkel
des Zwischentransformators maß die Summe der Amperewindungen der einzelnen Wicklungen
o ergeben, also müssen z. B. die Amperewindungen der Wicklungen di, ei, fi
oder gi im Vektordiagramm einen geschlossenen Linienzug bilden, wobei im Vektordiagramm
(4bb. 2) die Amperewindungen der Wicklung g, und im Vektordiagramm (Abb. 3) die
Amperewindungen der Wicklung f1 fehlen. Bezüglich der Richtung der Vektoren ist
zu beachten, daß im Falle der Abb. 2 die Wicklungen f l. und d. in Reihe
geschaltet, also von demselben Strom durchflossen sind, daß somit im Vektordiagramm
die Amperewindungen der Wicklung f 1 mit denen der Wicklung d" gleichgerichtet sein
müssen. Man sieht, daß die Amperewindungen der Wicklung ei, e2, e3 gegenüber
denen der Wicklung dl, d2, d, im Vektordiagramm im einen Fall nach rechts,
im anderen Fall nach links verschoben sind. Gleichzeitig wird die Reihenfolge, in
der die drei Phasen des Netzes an die drei Phasen der Statorwicklung angeschlossen
sind, geändert. Beides zusammen bewirkt die Änderung der Drehrichtung des Motors.
Im Vektordiagramtn ändert sich gleichzeitig der Drehsinn der Vektoren.
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Die Größe der so erreichten Verschiebung der magnetischen Achsen richtet
sich nach dein Verhältnis der Windungszahl der Wicklung d zur Windungszahl
der Wicklungen f
und g. Dieses Verhältnis kann beliebig gewählt werden. Wenn
es gleich o gemacht wird, so erhält man die relative Verschiebung der Rotorwicklung
und der Statorwicklung um 12o°' Damit der Winkel zwischen den magnetischen Achsen
der Stator- und Rotorwicklung mit dem Winkel zwischen den Amperewindengen der Wicklungen
d und e in Abb. a und 3 übereinstimmt, müssen die Bürsten des Motors in der
sogenannten Kurzsehlußstellung stehen, welche in der normalen Schaltung des Motors,
also ohne Einschaltung einer Zusatzwicklung auf dem Zwischentransformator in bekannter
Weise bestimmt werden kann. Es war bisher angenommen, daß dies der Fall ist. Wenn
dann die Wicklungen f und g gleiche Windungszahl haben, dann wird auch der Motor
in beiden Drehrichtungen dieselbe Charakteristik haben, d. h. bei derselben Drehzahl
dieselbe Leistung- abgeben. Es ist aber manchmal' erwünscht, daß der Motor bei der
gleichen Drehzahl in der einen Drehrichtung eine größere Leistung abgibt als in
der anderen. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß die beiden Zusatzwicklungen
verschiedene Windungszahl erhalten.
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Abb. 4 zeigt für diesen Fall das Vektordiagramm der Amperewindungen
im Zwischentransformator, und zwar nur für einen Schenkel. Die Vektordiagramme für
beide Drehrichtungen, die für das vorige Beispiel in Abb. a und 3 getrennt aufgezeichnet
waren, sind in dieser Abbildung übereinandergelegt. Es ist angenommen, daß die Wicklung
feine geringere Windungszahl hat als die Wicklung g. Die Amperewindungen der Wicklung
e werden dann bei Einschaltung der Wicklung f (entsprechend der Motordrehrichtung
rechts) gegen diejenigen der Wicklung d um den Winkel a verschoben sein, bei Einschaltung
der Wicklung g (entsprechend der Motordrehrichtung links) dagegen um den Winkel
ß. Da die Bürsten in der ohne Zusatzwicklung bestimmten Kurzschlußstellung stehen
sollen, werden sie, wenn die Wicklung f eingeschaltet ist, um den kleineren Winkel
a aus der Kurzschlußstellung verschoben sein, wenn dagegen die Wicklung g eingeschaltet
ist, um den größeren Winkel ß. Der Motor wird also bei gleicher Drehzahl in der
Drehrichtung rechts ein größeres Drehmoment entwickeln als in der Drehrichtung links.
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Eine Verschiedenheit im Verhalten des Motors in den beiden Drehrichtungen
kann auch bei gleicher Windungszahl der beiden Zusatzwicklungen dadurch erreicht
werden, daß die Bürsten des Motors aus der ohne Zusatzwicklung bestimmten Kurzschlußstellung
nach einer Seite verschoben sind, so daß die beiden nach Einschalten der einen oder
anderen Zusatzwicklung sich ergebenden Kurzschlußstellungen ungleich weit von der
tatsächlichen Bürstenstellung entfernt sind. Man erreicht durch diese Einrichtung
den Vorteil, daß die Verschiedenheit der Motorclrarakteristik in beiden Drehrichtungen
noch am fertigen Motor eingestellt werden kann.
Abb. 5 zeigt für
diesen Fall das Amperewindungsdiagramm des Zwischentransformators für einen Schenkel.
Die Bezeichnungen sind dieselben wie in Abb. .a.. Da die Bürsten jetzt um den Winkel
y aus der ohne Zusatzwicklung bestimmten Kurzschlußstellung verschoben sind, so
ist ihre Verschiebung aus der Kurzschlußstellung bei eingeschalteter Zusatzwicklung
durch die Winkel a und ß gegeben, welche die Richtungen der'Vektoren elr und ell
mit dem Strahl dB einschließen, der um den Winkel y gegen den Vektor dl verschoben
ist.
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Bei einer Verschiebung der Bürsten aus der ohne Zusatzwicklung bestimmten
Kurzschlußstellung (um den Winkel y) ist es auch möglich, die eine Zusatzwicklung
ganz wegzulassen und die Umsteuerung durch Ein- oder Ausschalten nur einer Zusatzwicklung
zu bewirken. Der Winkel y muß dann der für die eine Drehrichtung gewünschten Motorcharakteristik
entsprechen. Ein Vektordiagramm für eine solche Anordnung zeigt Abb. 6. Die Ampere-Windungen
der Wicklung e1 sind bei ausgeschalteter Zusatzwicklung bleich denen der Wicklung
dl, bei eingeschalteter Zusatzwicklung gleich der magnetischen Summe der Amperewindungen
für dl und f1. Die Verschiebung der Bürsten aus der jeweiligen Kurzschlußstellung
ist für Rechtslauf des Motors a, für Linkslauf des Motors ß - y.
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Da in diesem Fall der Wirkungsgrad des Motors besser ist, wenn die
Zusatzwicklung f 1 nicht eingeschaltet ist, so wird man bei der am häufigsten vorkommenden
Drehrichtung ohne Zusatzwicklung, bei der weniger häufig vorkommenden mit der Zusatzwicklung
arbeiten.
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Wenn beide Zusatzwicklungen ungleiche Windungszahl haben, wie in Abb.
q., oder wenn nur eine Zusatzwicklung vorhanden ist, wie in Abb. 6, wird im allgemeinen
mit der Richtung der Rotoramperewindungen auch deren Größe bei gegebenem Primärstrom
geändert. Beispielsweise ist in Abb. q. elr kleiner als ell. Dies ist aber aus anderen
Gründen (Leistungsfaktor des Motors) unerwünscht.
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Erfindungsgemäß kann dieser Nachteil dadurch vermieden werden, daß
jede Phase der Zusatzwicklung auf zwei Schenkel des Zwischentransformators verteilt
ist. Man kann dadurch erreichen, daß die resultierende Windungszahl der Primärwicklung
des Transformators mit und ohne Zusatzwicklung gleich ist, oder auch daß sie j e
nach den Arbeitsbedingungen des Motors in den beiden Drehrichtungen ein bestimmtes,
mit Rücksicht auf den iu erreichenden Leistungsfaktor des Motors gegebenes Verhältnis
aufweist.
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Abb. 7 zeigt das Vektordiagramm für eine solche Anordnung, f und g
sind hier die beiden Teile der Zusatzwicklung, von welchen die Phase f,. mit d3
und g1 mit d2 in Reihe geschaltet ist und deren Größenverhältnis so gewählt ist,
daß die Amperewindungen der Wicklung e1 mit und ohne Einschaltung der Zusatzwicklung
bei gegebenem Primärstrom gleich groß werden. Die Bezeichnungen sind im übrigen
dieselben wie in Abb. 6.