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Kaskadenumformer zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom mit
entgegen dem Sinn des Drehfeldes umlaufendem, mit einem Synchronmotor unmittelbar
gekuppeltem Läufer Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kaskadenumformer zur
Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom mit entgegen dem Sinn des Drehfeldes umlaufendem
Läufer.
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Sie bezweckt die Verwendung eines Ankers mit einer einzigen Wicklung.
Kaskadenumformer mit dem Drehsinn des Drehfeldes entgegen umlaufendem Läufer erforderten
bisher zwei Anker, damit für den Läufer das dem Drehfeld entgegenwirkende Drehmoment
aufgebracht werden kann.
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Es ist auch bekannt, durch die Größe des Unterschiedes der Polzahlen
des Gleichstrom-und Wechselstromteils des Kaskadenumformers das Verhältnis der auf
den Gleichstromteil übertragenen elektrischen Energie zu der mechanischen Energie
zu beeinflussen. Da jedoch für jeden Teil der Maschine ein besonderer Anker vorhanden
ist, wird diese Verschiedenheit der Polzahl durch die Verschiedenheit der Wicklungen
erreicht.
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Nun ist es aus der deutschen Patentschrift 148 361 bekannt, Kommutatormaschinen
mit von der Polzahl der Maschine verschiedenem Wicklungsschritt auszuführen, um
dem Feld des Ankers eine andere Umdrehungszahl zu geben, als der Anker selbst hat.
Die Erfindung benutzt einen solchen Komtnutatoranker und besteht darin, daß bei
einem Kaskadenumformer zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom mit dem Sinn
des Drehfeldes entgegen umlaufendem, mit einem Synchronmotor unmittelbar gekuppelten
Läufer der Läufer eine einzige Wicklung besitzt und jeder aus der Wicklung herausgeführte
Anschlußdraht mit mindestens zwei gleichmäßig verteilten Lamellen des Kommutators
bei einem Bürstenabstand von 18o elektrischen Graden geteilt durch die Anzahl der
angeschlossenen Lamellen verbun= den ist.
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Zum Unterschied von den bekannten Ausführungen hat also die Maschine
nach der vorliegenden Erfindung nur einen Anker, dessen Wicklung dem Wechselstrom-
und Gleichstromteil gemeinsam angehört, indem die verschiedene Polzahl, welche die
Herabsetzung der Drehzahl und der erforderlichen mechanischen Leistung bezweckt,
nur durch das genannte Mittel der Verbindung eines jeden aus der Wicklung herausgeführten
Anschlußdrahtes mit mindestens zwei Lamellen des Kommutators erzielt wird. Da dann
kein Maschinenteil mehr vorhanden ist, der die
notwendige mechanische
Leistung aufbringt, erfordert der Kaskadenumformer nach der vorliegenden Erfindung
zum Antrieb eine Synchronmaschine, die mit der geeigneten Drehzahl läuft und die
zudem so erregt wird, daß sie außer ihrem eigenen auch noch die wattlosen Ströme
des Umformers liefert.
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Da die verschiedene Polzahl derselben Wicklung jedoch die Feldverzerrung
bewirkt, sieht die Erfindung noch eine Hilfswicklung auf dem Läufer vor, die diese
Verzerrung kompensiert.
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Durch diese Anordnung wird also dem Netz kein wattloser Strom mehr
entnommen, und die mechanische Leistung für das Aggregat wird unmittelbar ohne Verluste
durch Zwischenübertragung dem Netz selbst entnommen. Da der Blindstrom von der Leistung
des Umformers abhängt, sieht die Erfindung schließlich noch eine vom Gleichstrom
durchflossene Verbundwicklung der Synchronerregermaschine vor.
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Die leichte Spannungsregelung der bekannten Kaskadenumformer ist auch
beim Erfindungsgegenstand vorhanden. Sie wird durch Änderung des Leistungsfaktors
und Einschaltung einer Selbstinduktion erzielt. Bei dem Kaskadenumformer üblicher
Bauart kann der Asynchronmotor als Selbstinduktion verwendet werden. Hier muß man
den Speisetransformator verwenden, wenn man keine Regelungsinduktion einschalten
will.
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Die Abbildungen stellen ein Schaltschema für einen Umformer nach der
Erfindung dar. Die Wicklungen S des Ständers der Induktionsmaschine sind unmittelbar
an das Netz angeschlossen. Der Läufer R der Induktionsmaschine ist unmittelbar mit
dein Kommutator verbunden, welcher die Besonderheit aufweist, daß die Anschlußdrähte
der Lamellen an die Ankerleiter mit mindestens zwei Lamellen verbunden sind, so
daß man an dem Kommutator eine Polzahl2 p, erhält, welche verschieden von der Polzahl
2 pa der Wicklung ist; die Drehzahl - wird um so kleiner, je größer p, gewählt.
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Auch das mechanische Drehmoment der Maschine wird um so kleiner, je
größer p, gewählt wird, und zwar wird das dieser Leistung entsprechende Drehmoment
durch einen Synchronmotor geliefert, dessen Ständer s vom Netz unmittelbar gespeist
wird und dessen Läufer r durch Gleichstrom von einer Erregermaschine E erregt wird.
Die Polzahl des Synchronmotors muß gleich 2 (papa) sein, idam@t die Synchrongeschwindigkeit
gleich der für die Gruppe angenommenen Geschwindigkeit n ist.
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Der Synchronmotor wird so groß vorgesehen, daß er auch dem Umformer
den erforderlichen wattlosen Strom liefern kann. Da dieser von der Belastung des
Umformers abhängt, erhält die Erregermaschine für die Synchronmaschine noch eine
Erregerwicklung, die von dem vom Umformer gelieferten Gleichstrom durchflossen wird.
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Das Anlassen dieser Maschine kann vermittels eines Hilfssynchronmotors
erfolgen, der unmittelbar an das Netz über eine Drosselspule angeschlossen werden
kann.
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Es sei noch bemerkt, daB die beiden Ständer;S und; s parallel am Netz
liegen. Infol edessen diese Anordnung das erzielte technische Ergebnis in der Verminderung
der Kosten der Maschine und in der Verbesserung des Wirkungsgrades, denn die Wechselstromleistung
wird durch eine einzige Stufe in Gleichstromleistung umgewandelt, und außerdem kann
die Hauptmaschine, durch welche diese Umformung erfolgt, mit Polen hergestellt werden.
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In einer derartigen Maschine ist nun das vom Gleichstrom im Läufer
R herstammende Feld von dreieckiger Form, wenn der Wicklungsschritt auf dem Anker
gleich dem Polschritt ist, oder von trap@ezförmäger Form, wenn ein verkürzter Schritt
benutzt wird. Dieses Feld kann nicht durch das sinusförmige Feld des Ständers allein
werden. Dann würde also die Kompensation ungenügend sein.
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Gemäß der Erfindung wird nun ein Mittel angegeben, durch das in dem
Läufer ein sinusförmiges Feld hergestellt wird. Dieses Mittel besteht darin, daß
der Läufer mit zwei mit der Hauptwicklung polzahlgleichen versehen ist, die zur
Unterdrükkung der Harmonischen dienen. Diese Wicklungen bestehen aus je zwei parallel
geschalteben Spulen, und zwar besitzt die .eine, Q11, (Abb. 2) z. B. einen ganzen
Schritt - , die andere einen verkürzten Schritt, derart, daB der Winkel dieses Schrittes
gleich ist. Man erkennt sofort, daB in einem sinusförmigen
Feld die in einer Windung der ersten Spule induzierte Spannung doppelt so groß ist
als die in einer Windung der zweiten Spule induzierte Spannung, denn diese Spannungen
zu
JedeWindung der ersten Spule A kann somit parallel mit zwei in Reihe liegenden Windungen
der zweiten Spule AZ geschaltet werden, und wenn diese Spulen eine gemeinschaftliche
Achse haben, ist kein Ausgleichstrom in den beiden Wicklungen vorhanden, solange
das Feld sinusförmig bleibt. Ist das aber nicht der Fall, so fließt ein Strom in
beiden Wicklungen, der das sinusförmige Feld wieder herstellt.
Diese
Maßnahme läßt sich auch bei stark verschiedenen Polzahlen anwenden, wenn nur die
Anzahl der Windungen der verschiedenen Hilfswicklungen so groß gemacht wird, daß
bei sinusförmiger Erregung die in den Hilfswicklungen induzierte elektromotorische
Kraft gleich groß ist.
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Es ist gleichgültig, ob die einzelnen Spulenpaare der Hilfswicklungen
in Reihe liegen oder voneinander elektrisch getrennt sind. Wenn die Hauptwicklung
die eine Hilfswicklung ersetzt, liegen die Spulen der anderen Hilfswicklung in Reihe.
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In Abb.3 ist ein schematischer Schnitt durch den Anker des Umformers
dargestellt. Auf diesem Schnitt sind die verschiedenen in der Nut übereinandergelagerten
Spulen der Wicklungen A, AZ und B veranschaulicht. B bedeutet die Hauptwicklung,
die durch die Anschlußdrähte C mit dem Kommutator verbunden ist. A, und AZ entsprechen
der Abb. 2. Die Leiter C bilden einen Mordeyschen Verbinder, der gestattet, eine
gewünschte Polzahl am Kommutator vorzusehen, die verschieden von der Polzahl des
Läufers R ist.
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Wird die Hilfswicklung A, mit demselben Schritt ausgeführt wie die
Hauptwicklung B, so übernimmt sie zweckmäßig die Rolle der Wicklung A, so daß diese
fortgelassen werden kann.