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Maschinensatz zur Erzeugung von in weiten Grenzen regelbarer Spannung
bei annähernd gleichbleibender Stromabgabe im Regelbereich, bestehend aus einem
Einankerumformer und einer mit diesem mechanisch verbundenen und in Reihe geschalteten
Zusatzmaschine. Bei elektrischen Antrieben mit weitgehender Drehzahlregelung verwendet
man meistens noch Gleichstrommotoren, deren Drehzahl durch Veränderung der zugeführten
Ankerspannung oder durch Änderung ihres Magnetfeldes geregelt wird. Steht Drehstrom
zur Verfügung, so wird er mit einem Motorgenerator in Gleichstrom umgeformt. Diese
Motorgeneratoren bestehen entweder aus einem von einem Drehstrommotor angetriebenen
Gleichstromgenerator, dessen Spannung in den erforderlichen weiten Grenzen geregelt
wird, oder aus einem Drehstrommotor, der zwei in Serie geschaltete Gleichstrommaschinen
antreibt, von denen die eine ein Generator für gleichbleibende Spannung und die
andere eine Maschine ist, deren Spannung zwischen einem positiven und einem negativen
Wert durch Null hindurch geregelt wird (Zu- und Gegenschaltung), so daß die Summenspannung
den erforderlichen großen Regelbereich ergibt.
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Bei diesen Anordnungen wird die vorhandene Drehstromenergie zuerst
in mechanische und dann wieder in elektrische Energie verwandelt; dies hat den Nachteil,
daß der Wirkungsgrad der Umwandlung sehr schlecht ist, und daß ferner große Maschinen
erforderlich sind. Als Antriebsmotoren werden meistens Drehstrom Asynchronmotoren
benutzt, die den Nachteil induktiver Phasenverschiebung haben.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits der Vorschlag gemacht
worden, den Zu-und Gegenschaltungsgeneratorsatz so zu verändern, daß an Stelle des
Drehstrommotor-und des Generators mit gleichbleibender Spannung ein Drehstrom-GleichStrom-Einankerumformer
verwendet wird. Es ergeben sich dann kleinere Verluste und kleinere Maschinen, denn
es sind statt drei nur zwei Maschinen notwendig. Die elektrische Energie mit gleichbleibender
Spannung wird im Einankerumformer unmittelbar umgeformt; dieser hat bekanntlich
einen höheren Wirkungsgrad und kleinere Abmessungen als ein Motorgenerator für gleiche
Leistung. Der Einankerumformer ermöglicht nicht nur einen Betrieb mit einem cos
(p - r, sondern er kann sogar noch zur Abgabe von kapazitivem Blindstrom an das
Netz herangezogen «-erden. Bei dieser Anordnung wird lediglich
die
veränderbare Zusatzleistung motorgeneratorisch umgeformt.
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Seit der allgemeinen Verwendung von Wendepolen bei Gleichstrommaschinen
ist jedoch die Anordnung Einankerumformer mit Zusatzmaschine trotz ihrer verschiedenen
Vorteile wirtschaftlich nicht lebensfähig geworden, da die Wendepole es wohl ermöglichen,
die Gleichstrommaschinen der Motorgeneratoren sowie von Zusatzmaschinen erheblich
zu verkleinern; eine Verkleinerung der Einankerumformer in der vorbeschriebenen
Schaltung war jedoch nicht möglich, da hierbei Wendepole, wie die nachstehenden
Gründe zeigen, stören, weshalb, im Gegensatz zu Maschinen mit Wendepolen, nach wie
vor notwendig war, die Bürsten des Umformers zur Erzielung eines funkenfreien Laufes
zu verschieben.
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Versieht man den mit einer Zusatzmaschine zusammengeschalteten Einankerumformer
in üblicher Weise mit einer gewöhnlichen, vom Ankerstrom durchflossenen Wendepolwicklung,
so ist die Kommutierung nur bei reinem Umformerbetrieb funkenfrei, d. h. wenn die
Spannung der Zusatzmaschine gleich Null ist. Wird jedoch die Zusatzmaschine zur
Erhöhung der Gesamtspannung auf eine zusätzliche Spannung erregt, so arbeitet der
Einankerumformer nicht nur als solcher, sondern auch als Drehstrommotor, um die
der Zusatzleistung entsprechende mechanische Leistung der Zusatzmaschine zuzuführen.
Der Drehstrommotorstrom erzeugt jedoch ein Ankerquerfeld, das das Wendefeld verstärkt
und dadurch ein unzulässiges Feuern der Bürsten hervorruft. Das sinngemäß Gleiche
tritt ein, wenn die Zusatzmaschine zur Verminderung der Gesamtspannung auf eine
entgegengesetzte Spannung erregt wird; dann arbeitet der Einankerumformer auch als
Gleichstromdynamo und nimmt die der Zusatzleistung entsprechende mechanische Leistung
von der Zusatzmaschine auf. Der Gleichstromdynamostrom erzeugt nun ein Ankerquerfeld,
das das Wendefeld schwächt, wodurch wiederum Bürstenfeuer auftritt. Die Wendepole
ergeben also eine falsche Wirkung.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auf einfachste Weise, einen
solchen mit einer Zusatzmaschine in Reihe geschalteten Einankerumformer mit Wendepolen
auszuführen, um dadurch die Überlegenheit dieses Systems wieder zur Geltung zu bringen,
und zwar wenigstens für solche Antriebe, bei denen die Gleichstromstärke im Drehzahlregelbereich
gleich oder annähernd gleich bleibt.
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Nach der Erfindung wird nämlich auf den Wendepolen des Einankerumformers
außer der gewöhnlichen, vom Ankerstrom durchflossenen Wendepolwicklung noch eine
Zusatzwicklung angebracht, die von den Klemmen der Zusatzmaschine aus erregt wird.
Diese zusätzliche Wendepolerregung wirkt der zusätzlichen Ankerrückwirkung entgegen,
die nahezu proportional der Zusatzleistung ist. Da bei gleichbleibendem oder annähernd
gleichbleibendem Ankerstrom einerseits die Zusatzleistung, also auch die zusätzliche
Ankerrückwirkung, andererseits jedoch die Amperewindungen der Wendepolzusatzwicklung
ebenfalls proportional der Zusatzspannung sind, gleichen sich diese beiden magnetmotorischen
Kräfte bei jeder Zusatzspannung aus, und die Komimutierung ist im ganzen Regelbereich
funkenfrei.
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Die Abbildung gibt ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Mit
dem Einankerumformer I ist die Zusatzmaschine 2 mechanisch verbunden und elektrisch
in Reihe geschaltet. Von diesem Maschinensatz wird der Anker des zu regelnden Motors
3 gespeist. Der Einankerumformer ist mit Wendepolen ausgerüstet, die von einer hauptstromdurchflossenen
Wicklung II sowie von einer Zusatzwicklung 2I erregt werden. Die zusätzliche Wendepolwicklung
2I wird von den Klemmen der Zusatzmaschine 2 aus erregt. Die Spannung des Einankerumformers
kann ferner in üblicher Weise zur Fremderregung der Zusatzmaschine, des Hauptmotors
sowie noch für andere Zwecke benutzt werden.
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Die Erfindung eignet sich besonders gut für Papiermaschinenantriebe,
jedoch ist sie nicht in der Anwendung hierauf beschränkt.