DE656702C - In ein Reihenschaltungssystem eingeschalteter Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen, bei denen alle Verbraucher in Reihe mit einem oder mehreren Gleichstromgeneratoren, insbesondere solchen für konstanten Strom, geschaltet sind. Dieser Strom, der mit Y bezeichnet sein möge, kann nun für manche der angeschlossenen Verbraucher zu groß oder zu klein sein. Wenn diese Verbraucher unmittelbar von diesem Strom Y durchflossen werden sollen, so ist es, wenn der Strom Y für die Verbraucher zu groß ist, notwendig, sie mit unverhältnismäßig großen Kommutatoren zu versehen.

Es ist daher \vünschenswert, Umformer anzuwenden, die in dem vom Strom Y durchflossenen Kreise liegen, und zwar mit ihrem Primärkreis. Diese speisen dann mit einem Strom konstanter Stärke, der mit y bezeichnet sei, andere Kreise, die wir Sekundärkreise nennen.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine elektrische Maschine, die diese Umformung in einfacher und wirksamer Weise bewirkt, und zwar wird eine unter der Bezeichnung Metadyne bekannte Maschine verwandt, d. h. eine Maschine, deren Magnetfeld im wesentlichen durch die Durchflutung des Läufers bzw. Ankers erzeugt wird.

Die Metadyne besitzt in ihrer allgemeinsten Form einen umlaufenden, bewickelten und mit einem Stromwender versehenen Anker wie eine gewöhnliche Gleichstrommaschine und einen als magnetischen Schluß für den von der Ankerdurchflutung erzeugten Fluß dienenden Ständer. Gewöhnlich sind zwei Bürstensätze vorgesehen, wobei die Durchflutung, die von dem durch den einen Bürstensatz fließenden Strom erzeugt wird, an den anderen Bürsten eine EMK erzeugt. Der Ständer wird zweckmäßig mit Wicklungen versehen, die der Metadyne die für ihre Anwendung gewünschte Kennlinie verleihen. Eine eingehende Beschreibung der Metadyne ist erfolgt in dem Artikel »Esquise sur la metadyne« von J. M. Pestarini, im »Bulletin Scientifique A. I. M.« Nr. 4, April 1931 der »L'Association des Ingenieurs electriciens«, veröffentlicht durch das »Institut Electrotechnique Montefiore«, Lüttich, Belgien; im übrigen vergleiche die deutsche Patentschrift 571 366.

Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Metadyne ist, abweichend von der eben beschriebenen, mit zwei Bürstensätzen ausgestatteten Metadyne, mit drei Bürstensätzen versehen. Der erste Bürstensatz ist mit dem Primärstromkreis verbunden und wird vom Primärstrom Y durchflossen. Der zweite Bürstensatz liegt im Sekundärstromkreis und wird vom Sekundärstrom y

bzw. den Sekundärströmen y±, y₂, y_n durchflossen. Der dritte Bürstensatz schließlich wird von einem Strom s, dem Tertiärstrom, durchflossen, welcher den zur Erzeugung d#t* EMK an den Sekundärbürsten erforderliclieff Fluß erzeugt. \*f

Bei der erfinduiigsgemäßen Metadyne liegen die Tertiärbürsten an einer konstanten Spannungsdifferenz.

ίο Die Gegenspannung an den Tertiärbürsten wird von einem Fluß erzeugt, welcher der algebraischen Summe der Ankeramperewindungen entspricht, die vom Primärstrom Y und vom Sekundärstrom y bzw. y_lt y_S). y_n herstammen. Damit die an den Tertiärbürsten liegende Spannungsdifferenz konstant ist, muß dieser Fluß notwendigerweise ebenfalls konstant sein, vorausgesetzt, daß die Winkelgeschwindigkeit der Metadyne konstant ist. Damit muß auch die Summe der Amperewindungen, welche diesen Fluß erzeugen, konstant sein und, da der Primärstrom Y konstant ist, muß auch der Sekundärstrom y konstant sein. Für den Fall, daß mehrere Sekundärkreise vorhanden sind, muß eine bestimmte lineare Zusammensetzung der Sekundärströme 3I₁, y_s, y_n konstant sein.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Abb. ι zeigt schematisch den Umformer mit nur einem Sekundärkreis, Abb. 2 hingegen mit zwei Sekundärkreisen. In Abb. 3 ist eine besondere Anordnung der Primär- und Sekundärbürsten angegeben. Abb. 4 bringt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Sekundärkreisen. Abb. 5 bringt eine Abwandlung der Abb. i, wobei jedoch nur ein Kommutator zur Anwendung gelangt. Die Abb. 6, 7, 8 und 9 bringen Ausführungen von solchen Umformern mit Mitteln, die zur Konstanthaltung der Geschwindigkeit der Metadyne dienen. Abb. 9 zeigt dabei noch Einrichtungen zum Anlassen und Stillsetzen der Metadyne. Die Abb. 10 und 11 zeigen einige Be-Sonderheiten, bei denen vor allem die Diffe-, renzspannung an den Tertiärbürsten nahezu Null ist.

Bei der Ausführung nach Abb. 1 ist die Metadyne 1 mit zwei getrennten Anker wicklungen versehen, von denen eine jede zu einem Stromwender geführt ist. Der Primärstrom Y, d. i. der Strom des speisenden Netzes, durchfließt die primäre Ankerwicklung über die diametral angeordneten Bürsten b und d. Der Sekundärstrom y, der die Belastung 2 durchfließt, wird der sekundären Ankerwicklung an den Bürsten b' und d' entnommen. Die Kommutierungsachse des Primärstromes fällt mit der des Sekundärstromes So zusammen. Der Tertiärstrom c durchfließt die sekundäre Ankerwicklung über die diametralen Bürsten af und c . Seine Kommutierungsachse steht senkrecht auf der des Primär- und Sekundärstromes. Die Tertiär-,'"''bürsten α und c' liegen an einem Netz 3 von ^op'stanter Spannung. Damit muß der von S&r primären und sekundären Läuferdurchfliitungerzeugte Fluß konstant sein, da dieser Fluß die tertiäre Gegen-EMK induzieren muß und die Drehzahl der Metadyne konstant ist. Der Primärstrom Y ist konstant und erzeugt somit eine konstante Durchflutung. Damit muß auch die sekundäre Durchflutung konstant sein und somit auch, wie gefordert, der Sekundärstrom y. Andernfalls wird der Tertiärstrom ζ sich verändern und mit seiner Durchflutung den notwendigen Fluß erzeugen, welcher zwischen den Sekundärbürsten die von der Belastung geforderte Spannung und zwischen den Primärbürsten die vom Primärkreis aufgenommene Gegen-EMK induziert.

In der Anordnung gemäß Abb. 1 schleifen die Tertiärbürsten auf dem mit der sekundären Ankerwicklung verbundenen Stromwender. Sie könnten jedoch auch auf dem Stromwender der primären Ankerwicklung oder auf demjenigen einer besonderen Läuferwicklung schleifen, ohne daß die Wirkung der Maschine wesentlich geändert wird.

In Abb. 2, wo zwei Belastungskreise vorhanden sind, sind die Belastungen 2 und 4 zwischen je eine Sekundär- und eine Tertiärbürste geschaltet.

Bei einer Ausführung nach Abb. 3 sind die primäre und sekundäre Kommutierungsa'chse ein wenig gegeneinander versetzt, wodurch unter Umständen getrennte Wendepole für die primäre und sekundäre Ankerwicklung möglich sind. Bei einer Ausführung nach Abb. 4 sind zwei Sekundärkreise mit zwei verschiedenen Belastungen 2 und 4 durch die Anordnung" der Bürsten b" d' und b' d" möglich.

Bislang wurden zwei verschiedene Läuferwicklungen, eine für den Primär- und eine für den Sekundärstrom angenommen. In manchen Fällen erlauben jedoch die Arbeitsbedingungen, die beiden Ankerwicklungen in einer einzigen zusammenzufassen, wie das in Abb. 5 dargestellt ist. Hier sind auch die primären und sekundären Bürsten zu einem einzigen Satz vereinigt. In diesem Falle wird der Anker nur von der Differenz des Primär- und Sekundär stromes durchflossen, d. h. von dem Strom Y + y, wenn Y und y entgegengesetzte Vorzeichen haben.

Zur Aufrechterhaltung der Drehzahl werden einige Einrichtungen, die schon früher im Zusammenhang mit Metadynen vorgeschlagen wurden, verwandt. Insbesondere soll eine mit dein Metadynumformer gekuppelte Hilfs-

maschine zur Regelung benutzt werden. In Abb. 6 ist diese Hilfsmaschine, in folgendem auch Regelmaschine genannt, mit 5 bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine Nebenschlußmaschine, die mit der kritischen Drehzahl läuft und der konstanten Spannung des Netzes 3 entgegengeschaltet ist. Der von der Regelmaschine erzeugte oder aufgenommene Strom durchfließt die Regelwirkung 6 auf dem Ständer des Umformers. Diese erzeugt ein Drehmoment durch ihre elektromagnetische Wirkung im Verein mit dem Ankerstrom, und zwar vorzugsweise mit den primären und sekundären Strömen.
Bei der Ausführung nach Abb. 7 dient als Regelmaschine eine Gleichstromreihenschlußmaschine, die mit der Regelwicklung 6 verbunden ist. Der Widerstand des Regelmaschinenstromkreises ist so eingestellt, daß diese sich erst bei der gewünschten normalen Drehzahl erregt, so daß mit anderen Worten die kritische Drehzahl der Reihenschlußmaschine 5 mit der gewünschten normalen Drehzahl übereinstimmt. Während bei der Ausführung nach Abb. 6 die Ströme der Regelmaschine in beiden Richtungen .fließen können, so daß sie im positiven Sinne ein beschleunigendes und im negativen Sinne ein bremsendes Drehmoment erzeugen, erzeugt bei der Einrichtung nach Abb. 7 die Regelmaschine von einer bestimmten Drehzahl ab, d. h. von der kritischen Drehzahl der Reiherischlußhilfsmaschine ab, nur einen Strom im negativen Sinne, also ein bremsendes Drehmoment. Die Metadyne muß daher mit einer weiteren Feldwicklung versehen werden, die ein entsprechend großes motorisches Drehmoment erzeugt. Hierzu dient die Wicklung 7, die vom Strom Y + y durchflossen wird.

In Abb. 8 ist der Regelmaschine 5 eine sogenannte Grundmaschine 9 entgegengeschaltet. Diese ist gesättigt, so daß ihre Spannung nur unbedeutend mit der Drehzahl schwankt.

Eine weitere, vom Tertiärstrom 2 durchflossene Wicklung 8 auf dem Ständer des Umformers erzeugt eine Durchflutung in der gleichen Richtung wie die Ankerdurchflutung des Tertiärstromes s, wodurch der Wert des von dem Netz 3 konstanter Spannung entnommenen Stromes verringert wird. Denselben Zweck hat die Anordnung der Wicklung 16. Diese Wicklung liegt an den Bürsten b und d, welche die von der Belastung 2 geforderte Spannung liefern.

Durch die Wirkung der Wicklungen 8 und 16 wird der Betrag des Stromes s sehr verringert, und dieser Strom kann deshalb, wie das in Abb. 9 gezeigt ist, durch die kleine Grundmaschine 9 geliefert werden. Durch die vom Strom der" Regelmaschine 5 durchflossene Wicklung 6 wird das resultierende Drehmoment, das notwendig ist, um die normale Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, geregelt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 9 ist weiterhin im Ständer der Metadyne eine Wicklung 10 vorgesehen, die vom Primärstrom Y durchflossen wird. Ihre magnetische Achse liegt in der gleichen Richtung wie die der primären Ankerdurchflutung. Durch Anderung der Durchflutung und der Schaltung dieser Wicklung kann der Einfluß der Ströme Y und y auf das Gesamtfeld des Umformers geändert werden. Dieselbe Wirkung kann man durch eine Ständerwicklung erzielen, die die gleiche magnetische Achse hat, aber vom Sekundärstrom y durchflossen wird. Eine ähnliche, aber begrenztere Wirkung erreicht man durch eine Ständerwicklung 11, deren magnetische Achse ebenfalls in der gleichen Richtung liegt, die aber unabhängigerregt wird.

Auf der Metadyne nach Abb. 9 befindet sich weiterhin eine Wicklung 7. Diese wird vom Primärstrom durchflossen und erzeugt zusammen mit den primären und sekundären Ankerdurchflutungen ein beschleunigendes Drehmoment. Zum Anlassen der Metadyne wird der Schalter 12 geöffnet. Die Metadyne, die, wie oben erwähnt, in ein Reihenschaltungssystem eingeschaltet ist, läuft an und erreicht ihre normale Drehzahl, bei der sie betriebsmäßig arbeitet. Zum Stillsetzen der Metadyne wird der Schalter 12 wieder geschlossen.

Abb. 10 bringt eine Abwandlung des Gegenstandes der Abb. 9. Der Hauptunterschied besteht in der Anordnung der Tertiärbürsten a' und c', die nicht mehr mit Erregerwicklungen und Hilfsstromquellen verbunden, sondern kurzgeschlossen sind. Die an den tertiären Bürsten liegende konstante Spannung ist somit praktisch Null. Bei Änderungen des in der sekundären Bürstenachse wirkenden Flusses ändert sich daher der primäre Strom nicht proportional der Differenz aus der an die Bürsten a', c' angelegten Spannung und der EMK, die von dem in der Bürstenachse b, d wirkenden Fluß induziert wird, sondern nur proportional der zuletzt genannten EMK.

In Abb. 8 war die Grundmaschine 9 von einer Wicklung erregt, die an dem Netz 3 von konstanter Spannung lag. In Abb. 9 wurde als Grundmaschine eine Nebenschlußmaschine benutzt. In Abb. 10 schließlich wird die Feldwicklung der Grundmaschine vom konstanten Primärstrom Y durchflossen. Abb. 11 "zeigt eine Ausführung, die derjenigen der Abb. 10 entspricht, wobei jedoch noch zwei Ständerwicklungen 14 und 15 auf der Metadyne vorhanden sind. Die Wicklung 14 wird vom

Tertiärstrom s durchflössen und erzeugt an den Tertiärbürsten- α ί' eine elektromotorische Kraft, die dem Tertiärstrom s entgegengerichtet ist. Die Wicklung 15 wird vom Sekundärstrom y durchflossen und erzeugt an den Sejiündärbürsten V und d' eine EMK, die dem Sekundärström entgegengerichtet ist. Mit Hilfe der eben erwähnten Erregerwicklungen arbeitet die Metadyne stabiler d. h. praktisch ohne Pendelerscheinungen.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. In ein Reihenschaltungssystem eingeschalteter Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer der Metadynebauart zur Umwandlung von Gleichstrom in solchen von anderer, praktisch linear proportionaler Stromstärke, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Umformers mit zwei Wicklungen und zwei Stromwendern versehen ist* wobei auf jedem der Stromwender je ein in der gleichen Achse liegendes Bürstenpaar schleift, von denen das eine (Primärbürstenpaar) den zugeführten (F) und das andere (Sekündärbürstenpaar) den umgeformten Strom (y) führt, und wobei ferner auf einem der beiden Stromwender ein drittes Bürstenpaar (Tertiärbürstenpaar) schleift, dessen Achse senkrecht zu der der beiden anderen Bürstenpaare steht und das an einer im wesentlichen konstanten Spannung (3, 3) liegt.

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung in S-Schaltung zwischen je einer Sekundär- und Tertiärbürste liegt (Abb. 2).

3. Umformer nach Anspruch 1 und 2, jedoch mit dem Unterschied, daß die Achsen der Primär- und Sekundärbürsten einen Winkel einschließen (Abb. 3).

4. Umformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sekundär-•bürstenpaare für zwei Belastungen vorgesehen sind, die symmetrisch zum Primärbürstenpaar angeordnet sind (Abb. 4).

5. Umformer nach Anspruch i, jedoch mit dem Unterschied, daß die beiden Ankerwicklungen und das Primär- und Sekündärbürstenpaar jeweils vereint sind (Abb. S bis 8).

6. Umformer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung der Drehzahl der Umformer mit einer Regelwicklung versehen , ist, die von einer auf ihrer Welle angeordneten, vorzugsweise ungesättigten Reihenschluß- oder Nebenschluß-Gleichstrom-Maschine (5) gespeist wird (Abb. 6 bis 11)..

7. Umformer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer mit einer zusätzlichen Feldwicklung (7) versehen ist, die zusammen mit den vom Primär- und Sekundärstrom erzeugten Feldern drehmomentbildend wirkt (Abb. 7, 9 bis 11).

8. Umformer nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des Tertiärfeldes durch zusätzliche Ständerwicklungen (6, 8, 16) auf dem Umformer beeinflußt wird.

9. Umformer nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tertiärbürsten (α', c') kurzgeschlossen sind (Abb. 10).

10. Umformer nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerströme zur Vermeidung von Pendelerscheinungen senkrecht zu ihrer Feldachse wirkende Ständerwicklungen (14, 15) durchfließen (Abb. 11).

11. Umformer nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stillsetzung des Umformers durch Überbrückung seiner Primärbürsten (b, d) erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen