DE563773C - Wechselstrom-Gleichstrom-Synchron-Einankerumformer, dessen Feldwicklung an eine konstante Gleichstromspannung angeschlossen ist, mit Spannungsregelung durch Ver-schiebung der Kommutatorbuerstenachse und mit der Buerstenachse verschiebbarem Kompensationsfeld - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AIH 9. NOVEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d 2 GRUPPEIl

s 75313 νπη\2ΐά?

Kompensationsfeld

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Juli 1926 ab

Die Spannung von Wechselstrom-Gleichstrom-Synchron-Einankerumformern wird gleichstromseitig gewöhnlich dadurch geregelt, daß man die Spannung des den Schleifringen zugeführten Wechselstromes verändert. Dieses Verfahren leidet aber an dem Nachteil, daß man nur von der vollen Spannung des erzeugten Gleichstromes bis etwa auf die halbe Spannung herab regeln kann, da bei weiterer Verkleinerung der Spannung des zugeführten Wechselstromes kein genügend starkes, schädliche Pendelerscheinungen verhinderndes synchronisierendes Moment mehr zu erzielen ist.

Um einen größeren Regelbereich zu erhalten, muß man daher andere Wege einschlagen. Man hat bereits versucht, die Spannungsregelung durch Verschieben der Kommutatorbürsten aus der neutralen Zone heraus zu be-

no wirken. Doch hat sich herausgestellt, daß wegen des im Gefolge dieser Regelungsweise auftretenden sehr starken Bürstenfeuers das Regelverfahren durch Bürstenverschiebung auf Einankerumformer für verhältnismäßig kleine Leistungen beschränkt bleiben muß, wobei diese noch außerdem mit besonders reichlichen Abmessungen auszuführen sind, wenn man einigermaßen erträgliche Kommutierungsverhältnisse erhalten will. Bei Maschinen mit großer Leistung dagegen hat man das Verfahren nicht angewendet und sich mit dem geringen Regelbereich des eingangs erwähnten Verfahrens, bei dem die Schleifringspannung verändert wird, notgedrungen begnügt. _

Unter anderem sind weiter auch Umformersätze beschrieben worden, bei denen Wendepolwicklung und Kompensationswicklung zur Spannungsregelung durch Annäherung der Hauptfeldachse an die Kollektorbürstenachse etwa in ^wei Umformern je in gegenläufiger Richtung verwendet wird.

Neuerdings hat sich ein Bedürfnis ergeben, auch Einankerumformer größerer Leistung durch Bürstenverschiebung zu regeln. Ein solcher Fall liegt z. B. vor, wenn der Einankerumformer auf einem Fahrzeug angeordnet wird, das aus einem Drehstromnetz gespeist, aber mit Gleichstrommotoren betrieben werden soll. Insbesondere kann man dadurch, daß man auf Motorgeneratoren ver²· ziehtet und dafür in weiten Grenzen regelbare Einankerumformer aufstellt, das mitzuführende Gewicht der Fahrzeugausrüstung beschränken.

In einem ähnlichen Zusammenhang sind Umformer bekannt geworden, bei denen die Spannungsregelung dadurch erfolgt, daß die Bürsten gegenüber dem Kommutator verschiebbar gemacht werden. Hierbei ist zur

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Ernst Kloss in Falkensee b. Berlin-Spandau.

Vernichtung der Ankerrückwirkung vorgeschlagen worden, auch die Kompensationsspulen beweglich zu machen, indem diese innerhalb des Luftspalts angeordnet werden. Bei dieser Anordnung ist jedoch die Funkenbildung noch nicht vollständig unterdrückt und dadurch der Regelbereich in verhältnismäßig geringen Grenzen gehalten.

Durch die Erfindung wird ein Wechselstrom-Gleichstrom-Synchron-Einankerumfor mer für beliebige Größe gegeben, der bei gleichbleibender Schleifringspannung eine Regelung der Gleichstromspannung zwischen Null und einem Höchstwert gestattet und dabei völlig funkenfrei arbeitet. Dies wird unter Verwendung der Spannungsregelung durch Verschiebung der Kommutatorbürstenachse bei mit der Bürstenachse verschiebbarem Kompensationsfeld dadurch erreicht, daß das Kompensationsfeld von einer gleichmäßig verteilten, zum Teil in den Polschuhen des Umformers angeordneten Wicklung erzeugt wird, die an in der jeweiligen Achse der Hauptbürsten liegenden und mit deren «5 Verschiebung ihre Lage im Raum ändernden Punkten mit Gleichstrom gespeist wird, dessen Stärke derjenigen des im Umformer erzeugten Gleichstromes proportional ist.

Abb. ι zeigt in einem Diagramm die im Einankerumformer gleichzeitig auftretenden Magnetfelder. -©Ί ist das konstante Hauptfeld, -©"a das durch den Wechselstrom hervorgerufene, seine Lage mit der Phasenverschiebung ändernde Ankerfeld für den Fall cos · ψ = ι und -©"₃ das durch den Gleichstrom bei Stellung der Kommutatorbürsten in den neutralen Zonen hervorgerufene und an Stärke dem Gleichstrom proportionale Ankerfeld. Das zu kompensierende resultierende Ankerfeld ist durch die Differenz -©■3 — -&O gegeben. Werden die Kommutatorbürsten aus der neutralen Stellung fv₀ um den Winkel α gegen das Hauptfeld ßi_x bis in die Stellung JC verschoben, so ergibt sich die in ♦5 Abb. ι durch die gestrichelte Linie angedeutete Lage -Θ"₃ des Gleichstromankerfeldes -β"₃. Die Amplitude dieses Feldes ist bei gleichbleibender Umformerleistung in demselben Verhältnis größer als die infolge der Bürstenverschiebung gesunkene Gleichstromspannung.

In Abb. 2 ist als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ein mit Drehstrom betriebener Einankerumformer schematisch dargestellt. 1 bezeichnet die Ankerwicklung, 2 den an diese angeschlossenen Kommutator. Auf dem Kommutator schleifen in der neutralen Zone liegende Bürsten 3, 4. An diese Kommutatorbürsten ist die auf den Hauptpolen 5, 6 befindliche Hauptfeldwicklung 11 angeschlossen, die somit bei gleichbleibender Schleifringspannung dauernd von einer konstanten Gleichstromspannung gespeist wird. Mit Hilfe eines Nebenschlußreglers 3 S kann die Phasenverschiebung des an den Schleifringen 36 zugeführten Drehstromes eingestellt werden. Senkrecht zur Achse der Hauptpole S, 6, die außer der Hauptfeldwicklung 11 noch eine Hilfswicklung/ tragen, sind Hilfspole8, 9 angeordnet, auf welchen eine Hilfswicklung 10 angebracht ist. Die Hilfswicklung 10 ist mit dem einen Bürstenpaar 12, 13, die Hilfswicklung/ mit dem anderen, zu dem erstgenannten senkrecht stehenden Bürstenpaar 14, 15 eines sogenannten Danielson-Umformers (Drehfeldumformers) 16 verbunden, der durch einen Synchronmotor 17 mit der Primärseite des Einankerumformers elektrisch gekuppelt ist. Die Schleifringe 18 des Danielson-Umformers sind an die Sekundärwicklung 19 eines Strorrytransformators angeschlossen, dessen Primärwicklung 20 in der zu den Schleifringen des Einankerumformers führenden Drehstromzuleitung 34 liegt. Infolge dieser Anordnung wird die Hilfsfeldwicklung 10 von einem Gleichstrom durchflossen, der der Wattkomponente des dem Einankerumformer zugeführten Drehstromes proportional ist, während in der Hilfswicklung/ ein Gleichstrom fließt, dessen Stärke der wattlosen Komponente des Drehstromes entspricht.

Auf den Polschuhen der Magnetpole 5, 6 und 8, 9 ist noch eine das Gleichstromankerfeld kompensierende Wicklung 21 angeordnet, welche von dem im Einankerumformer erzeugten, an den Kommutatorbürsten 22, 23 abgenommenen Gleichstrom durchflossen wird. Die Kommutatorbürsten 22, 23 nehmen eine um den Winkel α gegenüber der neutra- ^l°° len Zone verschobene Lage ein. Mit den Trägern dieser Bürsten sind die Träger eines weiteren Bürstenpaares 28, 29 starr verbunden, welches auf der Kompensationswicklung 21 bzw. einem besonderen, mit dieser verbundenen Kommutator schleift. Diese Bürsten 28 und 29 stehen mit der Plus- und Minusklemme des im Einankerumformer erzeugten Gleichstromes über eine Wendepolwicklung 26 in Verbindung, die auf zugleich "° mit den.Bürstenpaaren 22, 23 und 28, 29 verschiebbaren Wendepolen 24, 25 angeordnet ist. Die Wendepole 24, 25 tragen noch eine zweite Wicklung 27, welche durch Vermittlung je eines Bürstenpaares 30, 31 und 32, 33 "5 an Kommutatorlamellen angeschlossen ist, die · in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weise in gleichen Abständen vor bzw. hinter den von den Hauptkommutatorbürsten 22, 23 berührten Lamellen liegen. Die Wendepolwicklung ^lao 2/ führt infolgedessen einen dem Felde in der Kommutierungszone proportionalen Strom

und ist daher in der Lage, die vom Hauptfeld -©Ί hervorgerufene von den Hauptkommutatorbürsten 22, 23 kurzgeschlossene Segmentspannung und damit durch diese hervorgerufenes Feuern der Bürsten 22, 23 zu unterdrücken; die vom Hauptstrom durchflossene andere Wendepolwicklung 26 dient in an sich bekannter Weise dazu, das zur Kommutierung erforderliche Wendefeld zu schaffen.

Infolge der beschriebenen Anordnung der verschiedenen Hilfswicklungen wird bei allen Kommutatorbürstenstellungen sowohl das Gleichstrom- als auch das Drehstromankerfeld sowie auch der mit den Kurzschlußwindüngen verkettete Teil des Erregerfeldes restlos kompensiert. Gleichzeitig wird durch die Anordnung der mit den Kommutatorbürsten 22, 23 verschiebbaren Wendepole 24, 25 eine völlig funkenfreie Kommutierung erreicht.

An Stelle der auf den Hauptpolen 5, 6 und den Hilfspolen 8, 9 angeordneten Hilfsfeldwicklungen 7 und 10 könnte man, ohne an der Erfindung etwas zu ändern^ auch eine einzige gleichmäßig verteilte Wicklung anordnen.

*5 Man könnte auch eine derartige gleichmäßig verteilte Wicklung mit der Wicklung 21 zu einer einzigen Kompensationswicklung vereinigen.

Statt den Danielson-Umformer durch einen Synchronmotor anzutreiben, könnte man ihn ebensogut auch mechanisch mit dem Einankerumformer kuppeln.

Falls eine restlose Kompensierung der Ankerfelder nicht unbedingt notwendig erscheint, kann man sich auch mit einer annähernden Kompensierung begnügen. In diesem Falle kann man die eine oder andere Hilfswicklung ganz weglassen. Eine derartige Vereinfachung wird vor allem dann in Frage kommen, wenn die Regelung nicht bis auf Null herunterzugehen braucht, sondern sich innerhalb eines engeren Bereiches vollzieht.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ♦5 ι. Wechsel strom-Gleichstrom-Synchron-

   Einankerumformer, dessen Feldwicklung an eine konstante Gleichstromspannung angeschlossen ist, mit Spannungsregelung durch Verschiebung der Kommutator-So bürstenachse und mit der Bürstenachse verschiebbarem Kompensationsfeld, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsfeld von einer gleichmäßig verteilten, zum Teil in den Polschuhen des Umformers angeordneten Wicklung erzeugt ist, die an in der jeweiligen Achse der Hauptbürsten liegenden und mit deren Verschiebung ihre Lage im Raum ändernden Punkten mit Gleichstrom gespeist wird, dessen Stärke derjenigen des im Umformer erzeugten Gleichstromes proportional ist.
2. 2. Einankerumformer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung einer von Gleichstrom durchflossenen Hilfswicklung (7) auf den die Feldwicklung (11) des Umformers tragenden Hauptpolen (5, 6) und einer Hilfswicklung (10) auf quer dazu liegenden Hilfspolen (8, 9), welche an die beiden zueinander senkrecht gerichteten Bürstenpaare (12, 13 und 14, 15) eines in Abhängigkeit von der Stärke des dem Einankerumformer zugeführten Wechselstromes gespeisten Danielson-Umformers (16) derart angeschlossen sind, daß die auf den Hauptpolen angeordnete Hilfswicklung (7) ein der wattlosen Komponente und die auf den Hilfspolen angeordnete Hilfswicklung (10) ein der Wattkomponente des zugeführten Wechselstromes proportionales Kompensationsfeld erzeugt.
3. 3. Einankerumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung des Gleichstromes zu der gleichmäßig verteilten Kompensationswicklung (21) für das Gleichstromankerfeld längs dieser Wicklung verschiebbare Bürsten (28, 29) dienen, deren gemeinsamer Träger mit dem Träger der Hauptbürsten (22, 23) starr verbunden ist.
4. 4. Einankerumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Hauptbürsten (22, 23) verschiebbare SS Wendepole (24, 25) vorgesehen sind, die außer einer vom Ankergleichstrom durchflossenen Hauptwicklung (26) eine zweite, über je zwei Hilfsbürsten (30, 31 und 3²> 33) ^{an vor un}d hinter der Kommutie- ^lo° rungszone der zugehörigen Hauptbürste liegende Kommutatorlamellen angeschlossene Wicklung (27) tragen.
5. 5. Einankerumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden i°5 an den Danielson-Umformer angeschlossenen Kompensationswicklungen (7, 10) zu einer einzigen gleichmäßig verteilten Wicklung vereinigt sind.
6. 6. Einankerumformer nach Anspruch 5, ^11D dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kompensierung des Gleichstromankerfeldes bestimmte gleichmäßig verteilte Wicklung mit der an den Danielson-Umformer angeschlossenen gleichmäßig ver- ^X15 teilten Wicklung vereinigt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen