DE633110C - Anordnung fuer aus einem Wechselstromnetz gespeiste ventilgesteuerte Kaefigankermotoren mit veraenderbarer Drehzahl - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
20. JULI 1936

• REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d 2 GRUPPE

Λ 73045 VIII bf21 d² Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 2. Juli

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin

mit veränderbarer Drehzahl

Zusatz zum Patent 632

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. April 1934 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 14. März 1933.

ist in Anspruch genommen.

Die vorliegende/ Erfindung bezieht sich auf ventilgesteuerte, aus einem Wechselstromnetz beliebiger Phasenzahl gemäß dem Patent 632 562 gespeiste Käfigankermotoren, die mit beliebig veränderbarer Drehzahl betrieben werden sollen. Die Erfindung kann ganz allgemein angewendet werden, ist jedoch besonders 'zweckmäßig für die Speisung der Motoren einer elektrischen Lokomotive, die mit veränderlicher Drehzahl betrieben werden müssen, aus einer Wechselstromquelle mit fester Frequenz.

Bisher wurden schon mehrere mit Dampfoder Gasentladungsstrecken arbeitende Umformungseinrichtungen zur Speisung eines Wechselstrommotors aus einer Gleichstromoder Wechselstromquelle angegeben. Einige dieser Anordnungen, beispielsweise auch die des Hauptpatentes, haben bestimmte Grenzen bezüglich des Leistungsfaktors und sind für die Stromlieferung nur geeignet, solange der Wechselstromverbraucher, im vorliegenden Falle also der Motor, Blindleistung liefern kann oder doch zumindest keine Blindleistung verbraucht. Umformungseinrichtungen dieser Art sind in ihrer Gestaltung im allgemeinen recht kompliziert und verlangen sehr viele Entladungsstrecken, wodurch für Anlagen von beträchtlicher Leistung der Wirtschaftlichkeit sehr enge Grenzen gezogen sind. Weiterhin ist gerade bei der Anwendung von Umformungseinrichtungen zur Speisung der Motoren elektrischer Lokomotiven, für welche die vorliegende Erfindung sich besonders eignet, eine Begrenzung der räumlichen Ausmaße nötig, welche die Verwendung möglichst weniger Entladuiigsstrecken und möglichst weniger Hilfsapparate und Schaltelemente erforderlich macht.

Die Anordnung nach der Erfindung vermeidet die obenerwähnten Nachteile der bekannten Einrichtungen und arbeitet dabei einfach und¹ sicher.

Sie ist derart ausgebildet, daß sie besonders für die Speisung eines Käfigankermotors aus einer Wechselstromquelle fester Frequenz ge-

eignet ist und arbeitet vollkommen sicher und zuverlässig- bein jedem?Leistungsfaktor, d. h. bei jedem Blindleistungsbedarf des Motors. Wie im Hauptpatent ist eine Stromquelle fester Frequenz vorgesehen, welche den mit_;. veränderlicher Drehzahl zu treibenden Motor" speist, der zwei gleiche, mehrphasige, in Sternschaltung angeordnete Arbeitswicklungen besitzt. Diese beiden Arbeitswicklungen werden to über- zwei Gruppen von gesteuerten Entladungsstrecken gespeist, von denen die eine Gruppe derart geschaltet ist, daß sie den Strom von der Stromquelle an die eine Wicklung liefert, die andere Gruppe derart, daß sie den Strom aus der anderen Wicklung an die Stromquelle zurückliefert. Der Motor-• kreis als Ganzes gesehen wird also wie im Hauptpatent von Strömen einer Richtung durchflossen.

Erfindungsgemäß sind nun Mittel vorgesehen, um zur lastabhängigen Verbesserung des primärseitigen Leistungsfaktors sowie zur-Lieferung einer lastabhängigen Kommutierungsspannung die Induktivität des Motors zu kompensieren. Diese Mittel sind im Motorkreis angeordnet, und zwar derart, daß sie' wenigstens teilweise von dem im Gleichstromzwischenkreis fließenden Strom in Reihe durchflossen werden. Zur Durchführung dieser Maßnahmen kommen gemäß der Erfindung beispielsweise übererregte Synchronmaschinen in Frage, die in einem von der Umformungseinrichtung gespeisten und mit den Motorarbeitswicklungen geeignet kombinierten bzw. ihnen vorgeschalteten Wechselstromkreis eingefügt sind und deren Feldwicklung in Reihe in den Gleichstromzwischenkreis der Einrichtung geschaltet ist; eine andere den Erfindungsgedanken verkörpernde Anordnung verwendet Kondensatoren zur Kompensation, welche erfindungsgemäß in den Gleichstromzwischenkreis des ventilgesteuerten Motors mit Hilfe von reihengeschalteten Spartransformatoren eingefügt sind. Bei Anwendung einer übererregten Synchronmaschine zur- Blindleistungslieferung wird deren Feldwicklung, wie bereits erwähnt wurde, derart geschaltet, daß sie von einem lastabhängigen Gleichstrom durchflossen wird, vorzugsweise von dem Strom, der zwischen den Sternpunkten der beiden Motorarbeitswicklungen fließt; der Feldwicklung ist dabei gegebenenfalls eine Glättungsdrossel vorzuschalten. Die Feldwicklung kann jedoch auch mit so großer Reaktanz ausgeführt werden, daß eine besondere Glättungsdrossel sich erübrigt. Bezüglich der Steuerung bieten derartige Einrichtungen mit übererregteii Synchronmaschinen den - Vorteil, daß ein zur drehzahlabhängigen Beeinflussung der Gitterspannungen dienender Verteiler unmittelbar vom Polrad der Synchronmaschine angetrieben werden kann. Die Gittersteuerung erfolgt dann, wie gewünscht, in einer Taktfolge, deren Geschwindigkeit der Umlaufzahl des

'rehfeldes im Induktionsmotor entspricht, jwährend ja dessen Anker bekanntlich um einen gewissen Betrag schlüpft.

Die zweite Möglichkeit, die Blindleistungslieferung· mit Hilfe von Kondensatoren vor- zunehmen, möge wegen der besonderen Eignung für Lokomotiveinrichtungen und sonstige Motorantriebe, bei denen der Aufwand an Hilfseinrichtungen sowie die für diese vorzusehende Wartung ein Minimum sein soll, an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

In Abb. ι der Zeichnung ist eine Anordnung dargestellt, die zur Speisung eines einzelnen vierphasigen Käfigankerinduktionsmotors 65 aus einem dreiphasigen Wechselstromnetz 66 dient. - Die Kapazität zur Kompensation der Blindleistung wird von einem Kondensator gestellt. Der Induktionsmotor

65 besitzt zwei Wicklungen 6j und 68, die 8g beide offene Nullpunkte besitzen. Die beiden Gruppen 69 und 70 von Entladungsstrecken sind derart geschaltet, daß ein Strom vom Speisekreis 66 nach dem einen oder anderen Ende der Wicklung 67 fließt, während die gn Gruppen 71 und 72 von Entladungsstrecken derart geschaltet sind, daß sie den Strom aus dem Motor über die eine oder die andere Hälfte der Wicklung 68 nach dem Speisekreis

66 zurückliefern. In den Gleichstromkreis, der die Nullpunkte der Wicklungen 67 und 68 verbindet, ist eine Glättungsdrossel 28 eingeschaltet. In den offenen Nullpunkt der Wicklung 67 sind ein Kondensator 73 und eine mittelangezapfte Drossel 74 in Parallelschaltung eingefügt, ebenso in den offenen Nullpunkt der Wicklung 68 die Parallelanordnung eines Kondensators 75 und einer mittelangezapften Drossel 76. Die Mittelpunkte der Drosseln 74, 76 sind durch den erwähnten Gleichstromkreis über die Glättungsdrossel 28 miteinander verbunden. In einer derartigen Anordnung können die Gitter der einzelnen Entladungs strecken durch einen unabhängigen, drehzahlgeregelten Steuergenerator oder durch einen Kommutator gesteuert werden, der unmittelbar vom Induktionsmotor über einen drehzahlerhöhenden Mechanismus angetrieben wird, wie er beispielsweise im Hauptpatent oder im Patent 493 809 beschrieben ist.

Zur Erklärung der Arbeitsweise dieser Einrichtung sei angenommen, daß der Speisekreis .66 von einem mehrphasigen Wechselstrom normaler Frequenz beliefert werde. Die Steuerung der einzelnen Entladungsstrecken, die im einzelnen in an sich bekannter Weise

erfolgt, wird derart betätigt, daß zunächst beispielsweise ein Strom durch eine der Entladungsstrecken 69 (abwechselnd im Takte der Primärfrequenz), durch die linke Hälfte der Arbeitswicklung 67, die linke Hälfte der Drossel 74, die Glättungsdrossel 28, die linke Hälfte der Drossel j6 und die linke Hälfte der Arbeitswicklung 68 und darauf durch eine der Entladungsstrecken 71 in das Netz

to zurückfließt. Durch den beim Beginn dieser Stromdurchführung entstehenden Stromstoß wird in den Drosseln 74 und 76 eine Spannung induziert, welche an den Klemmen der Kondensatoren 73 und 75 liegt, die infolgedessen geladen werden und daher wirkungsmäßig als in Reihe in dem betrachteten Stromkreis liegend angesehen werden können. Die Gittersteuerung wird nun nach Maßgabe der Drehzahl des Motors bzw. seines Drehfeldes

«0 derart beeinflußt, daß nach einer bestimmten Winkeldrehung beispielsweise statt der Entladungsstrecken 71 die Entladungsstrecken 72 die Stromdurchführung übernehmen, d. h. der Strom fließt jetzt durch die rechte Hälfte der Drossel j6 und die rechte Hälfte der Arbeitswicklung 68 und lädt außerdem den Kondensator 75 um. Die Achse des Drehfeldes bewegt sich hierbei um 90⁰ vorwärts, so daß wieder ein Drehmoment entsteht. Die vom Motor benötigte Blindleistung wird erfindungsgemäß bei dieser Schaltung durch die zwischen die Arbeitswicklungen eingefügten Kondensatoren gedeckt. Die Spannungen an den Kondensatoren 73 und 75 sind wechselnd und größenveränderlich entsprechend dem von dem Induktionsmotor 65 aufgenommenen Belastungsstrom. Denn die bei verhältnismäßig kleiner phasenverzögernder Reaktanz im wesentlichen als Spartransformator wirkenden Drosseln 7.1 und 76 erzwingen, wenn ihre eine Hälfte vom Belastungsstrom des Motors durchflossen wird, in der anderen Hälfte einen im wesentlichen gleich großen, aber entgegengesetzten Strom, für den der einzige Rückweg eben über den betreffenden Kondensator führt. Die Phasenverschiebung der Kondensatorspannurigen wird derart sein, daß sie die resultierende gegenelektromotorische Kraft zwischen den äußeren Klemmen des Motors in die geeignete Phasenlage bringen, um den Laststrom zwischen den Gruppen von Entladungsstrecken 69 und 70 bzw. 71 und 72 zu kommutieren. Bei der den Erfindungsgedanken verkörpernden Anordnung wird also, je größer die von dem Motor zu bewältigende Last ist, in um so stärkerem Maße durch die Kondensatoren 73 und 75 dafür gesorgt, daß auch eine ausreichende kommutierende Spannung, deren Größe mit dem zu kommutierenden Strom wächst, zur Verfügung steht.

In Abb. 2 ist eine Abänderung der in Abb. ι dargestellten Anordnung angegeben, die zur Energieübertragung von einem Einphasennetz 10 nach ■■ einem · Käfigankerinduktionsmotor 65' dient, wobei der Motor mit unabhängigen Doppeldreiphasenwicklungen 67' und 68' ausgerüstet ist. Diese Wicklungen sind mit dem Speisekreis 10 durch die Entladungsstrecken 46-57 verbunden, die grundsätzlich in gleicher Weise wie in Abb. 1 angeordnet sind. Die einzelnen Phasen der Wicklungen 67' und 68' sind durch gegenseitig gekoppelte Drosselspulen Jj, 78 und 79 und durch den gemeinsamen Gleichstromkreis mit der Glättungsdrossel 28 miteinander verbunden. Die Doppeldrosseln Jj, 78 und 79 sind mit dritten Wicklungen 80, 81 und 82 versehen, die über Kondensatoren 83, 84 und 85 geschlossen sind. Wenn in einer der Wicklungen der Drosseln Jj, 78 und 79 in irgendeinem Augenblick ein Strom fließt, so ist der betreffende Kondensator 83, 84 bzw. 85 effektiv in Reihe mit dem Belastungsstrom der betreffenden Phasenwicklung geschaltet und wird auf eine Spannung aufgeladen, deren Größe in Übereinstimmung mit dem vom Motor aufgenommenen Laststrom veränderlich ist und eine Phasenlage hat, die geeignet ist, den nacheilenden Leistungsfaktor des Motors zu kompensieren und die Kommutierung zwischen den einzelnen Entladungsstrecken genau wie in der Abb. 1 zu unterstützen. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Wicklungen 74 und 76 der Abb. ι bzw. die Wicklungen Jj, 78 und 79 der Abb. 2 mit einer beträchtlichen Reaktanz auszuführen, so daß sie zusammen mit den entsprechenden Kondensatoren auf eine vorherbestimmte Oberwelle der Grundfrequenz abgestimmt sind.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele · stellen zwar die gegenwärtig wichtigsten Anwendungen dar; es ist aber leicht einzusehen, daß mannigfaltige Abänderungen in Ausführung und Anwendung möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung für aus einem Wechselstromnetz beliebiger Phasenzahl gespeiste, mit beliebig veränderbarer Drehzahl zu betreibende, ventilgesteuerte Käfigankermotoren beliebiger Phasenzahl nach Patent 632 562 zur lastabhängigen Verbesserung des primärseitigen Leistungsfaktors sowie zur Lieferung einer lastabhängigen Kommutierungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß im Motorkreis Blindleistung liefernde Einrichtungen vorgesehen sind, welche wenigstens teilweise von dem im Gleichstromzwischenkreis

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   fließenden Strom in Reihe durchflossen werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Blindleistungslieferung eine übererregte Synchronmaschine vorgesehen ist, deren Ankerwicklung von der dem Motor zugeführten Wechselspannung gespeist und deren Feldwicklung von* einem lastabhängigen

   ίο Gleichstrom, vorzugsweise von dem Strom des zwischen den Sternpunkten der beiden Arbeitswicklungen liegenden Gleichstromzwischenkreises, gegebenenfalls unter Vorschaltung einer Glättungsdrossel, durchflössen wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Feldwicklung mit derartiger Reaktanz, daß sie mit der Glättungsdrossel vereinigt werden kann.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Steuerung der Gitterspannung dienende Verteiler vom Polrad der Synchronmaschine angetrieben wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Blindleistungslieferung sowie zur Erzeugung der Kommutierungsspannungen Kondensatoren vorgesehen sind, die von dem im Gleichstrom-.zwischenkreis des Motors fließenden Strom in Reihe durchflossen werden;
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und 5> dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilarbeitswicklungen in offenem Stern angeordnet sind, daß in den offenen Stern der Arbeitswicklung (67, 68) jeweils eine in geschlossenem Stern angeordnete Drossel (74, 76) eingefügt ist, deren Enden durch in Vieleck angeordnete Kondensatoren (73, 75) überbrückt werden, und daß an die Sternpunkte der Drosseln (74> 76) der Gleichstromzwischenkreis angeschlossen ist, der gegebenenfalls eine Glättungsdrossel (28) enthält.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 und 5, +5 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilarbeitswicklungen in offenem Stern angeordnet sind, daß in den offenen Stern jeweils eine in geschlossenem Stern geschaltete Drosselanordnung (J7, 78, 79) eingefügt ist, daß die Sternpunkte der Drosseln über einen Gleichstromkreis, der gegebenenfalls eine Glättungsdrossel (28) enthält, miteinander verbunden sind, daß je zwei nicht gleichzeitig vom Arbeitsstrom durchflossene Drosselspulen paarweise miteinander magnetisch verkettet sind und daß je eine solche Doppeldrossel (77 > 78, 79) mit einer dritten Wicklung (80, 81, 82) ausgerüstet ist, die sich über einen Kondensator (83, 84, 85) schließt. ·

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen