DE68053C - Einrichtung zur Regelung von Drehstromkraftmaschinen durch Schaltung der Ankerwindungen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATEN TA MTOa

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Patentirt im Deutschen Reiche vom g. Januar 1892 ab.

Wird in einem Drehfelde ein eiserner Körper oder Anker, der mit in sich selbst geschlossenen Ankerwickelungen versehen ist, drehbar gelagert, so werden durch das Drehfeld in den Drähten Ströme inducirt, welche das Ankereisen magnetisiren und den Anker veranlassen, sich zu drehen. Ein gemeinsames Merkmal dieser Kraftmaschine ist, dafs kein Strom von aufsen zugeführt wird. Das Drehmoment des Ankers ist abhängig von der Zahl der in sich geschlossenen Windungen und der Stärke der inducirten Ströme, und letztere ist wieder abhängig von der Differenz der Umlaufszahlen von Drehfeld und Anker und dem Widerstand der Windungen. Würde der Anker die Umlaufszahl des Drehfeldes erreichen, so würde keine Induction erfolgen. Die inducirte elektromotorische Kraft und die Stromstärke im Anker sind bei stillstehendem Anker bezüglich beim Angehen der Maschine am gröfsten. Die Zugkraft, mit welcher der Anker aus der Ruhelage angeht, ist namentlich abhängig von der Phasenverschiebung der inducirenden gegen die inducirten Ströme. Nehmen wir an, der Anker habe keine Selbstinduction, so beträgt die Phasenverschiebung genau 90⁰. und die Kraftmaschine wird nicht angehen; je gröfser die Selbstinduction des Ankers, um so gröfser ist die Zugkraft beim Angehen. Ein Anker, dessen Selbstinductionscoefficient klein ist, erfordert zum Angehen eine sehr grofse Stromstärke. Die Ströme erreichen in diesem Falle eine so grofse Stärke, dafs durch die Rückwirkung derselben auf das Drehfeld das resultirende Magnetfeld nur eine geringe Stärke erreicht, infolge dessen wird im Stromkreis des Drehfeldes ein starker Spannungsfall und ein übermäfsiges Anwachsen des Stromes verursacht, und die Zugkraft ist gering. Durch Einschalten von Widerständen in die Stromkreise des Drehfeldes oder des Ankers kann das starke Anwachsen des Stromes vermieden werden; hierdurch wird aber gleichzeitig die Anzugskraft herabgemindert. Nun wird bei vorliegender Erfindung durch geeignete Schaltung der Ankerspulen eine Zuhülfenahme von Widerständen vermieden.

Die nachfolgend beschriebene Neuerung an Ankern mehrphasiger Kraftmaschinen besteht darin, dafs unabhängig von der Zahl der Phasen des äufseren Drehfeldes die Ankerwickelung, die entweder nach der Art des Grammeringes der Trommel oder als Polanker hergestellt ist, in zwei oder mehr Abtheilungen (Spulen) getheilt wird. Die Enden der einzelnen Abtheilungen sind theils unter einander verbunden, theils führen dieselben zu Schleifringen. Wird die Zahl der freien Enden grofs, so hält man, um die vielen Schleifringe zu vermeiden, den Anker fest und läfst die Spulen des Drehfeldes kreisen. Die Gruppirung der Ankerspulen ist stets eine derartige, dafs ein Angehen mit regulirbarer Zugkraft dadurch erhalten werden kann, dafs die Spulen entweder einzeln oder der Reihe nach eingeschaltet oder erst in Reihe bezw. gegen einander und dann parallel geschaltet oder in anderer Weise gruppirt werden. Im Augenblick des Angehens, d. h. bei gröfser Differenz der Umlaufszahlen zwi-

sehen Drehfeld und Anker, ist die Induction im Anker am gröfsten, wir erhalten daher auch bei Reihenschaltung der Spulen eine grofse Stromstärke. Nähert sich der Anker dem synchronen Gang und nimmt die Induction im Anker ab, so schaltet man die Spulen parallel, um die Zugkraft der Maschine nicht zu schwächen bezw. um eine von der Belastung möglichst unabhängige Umdrehungszahl zu erhalten. Durch diese Schaltungen wird die Selbstinduction des Ankers geändert und es wird möglich, ohne Zuhülfenahme eines Widerstandes oder durch Zuhülfenahme von nur wenig Widerstand eine grofse Zügkraft ohne übermäfsiges Anwachsen des Stromes zu erhalten.

In den Fig. ι bis 8 sind einige solcher Schaltungsanordnungen als Beispiele dargestellt:

In Fig. ι soll D den Eisenkörper des Drehfeldes von beliebiger Phasen- und Polzahl und / den Inductor oder Anker bedeuten. S sind die erregenden Spulen, "welchen Wechselströme mit entsprechend verschiedenen Phasen zugeführt werden. · Der Anker trägt nur eine einzige Spule, welche in zwei Theile A und B getrennt ist. Die Enden der Abtheilung A sind an die Schleifringe R¹ R² und die Enden der Abtheilung B an R^s i?⁴ angeschlossen; vier Schleif bürsten verbinden diese Ringe mit entsprechenden Klemmen des Umschalters. Beträgt die Windungszahl der ersten Abtheilung α und diejenige der zweiten Abtheilung b — wobei α gröfser als b —, so wird beim Anlassen der Kraftmaschine so geschaltet, dafs die wirksamen Windungen zuerst gleich α -\- b, dann der Reihe nach gleich α b sind; schliefslich wird parallel geschaltet. Will man auf einige dieser Schaltungen verzichten , so wird die Zahl der Schleifringe kleiner.

In den Fig. 2 bis 8 sind einige Ankerwickelungen für mehrere Spulen, in denen Ströme verschiedener Phase inducirt werden, aufgezeichnet. In Fig. 2 wird zunächst die Spule A durch einen veränderlichen Widerstand geschlossen und dann Spule B parallel hinzugeschaltet.

In Fig. 3 sind bei Annahme eines Trommelankers die Spulen A und B in Reihe und nach Einschalten des Hebels H parallel verbunden.

Fig. 4 veranschaulicht den Fall der Parallelschaltung der Spulen A und B. Nach Einschaltung des Hebels H wird die Mittelphase durch die zwischenliegende Spule C geführt.

In Fig. 5 befinden sich anfangs sämmtliche Spulen mit dem Widerstand oder ohne Widerstand W in Reihe; durch das Schliefsen der Hebel H¹ und H² wird die Parallelschaltung herbeigeführt.

Die Fig. 6, 7 und 8 haben die Eigenthümlichkeit, dafs zunächst nur eine Spule, und zwar die Spule A, durch den Widerstand oder ohne Widerstand kurz geschlossen wird; nach dem Angehen der Maschine werden mittelst der Hebel H¹ und H^% die übrigen Spulen eingeschaltet..

Zur näheren Erläuterung des Vorgangs beim Gegenstand vorstehend beschriebener Erfindung sei z. B, die dem Anker einer zweipoligen Drehstromkraftmaschine entsprechende Fig. 5 herausgegriffen. Denke man sich den Anker festgehalten und das Feld, welches durch schraffirte Pole angedeutet ist, allein kreisend, wie das beim Anlaufen der Maschine auch zutrifft.

Zunächst seien nur die Klemmen R¹ und R² verbunden, In der Stellung I erfährt die Spulet, die maximale Induction, die Induction in den Spulen B und C hebt sich auf, in der Stellung II werden A und B gleichmäfsig inducirt und C ist inductionsfrei. Die Ströme in A und B wirken einander entgegen, d. h. die Spulen sind stromlos.

In der Stellung IH befindet sich B im Maximum der Induction u. s. f. Wir erhalten somit einen einfachen Wechselstrom. Verbinden wir nun die Klemmen R² mit i?³, so wird die Spule A kurz geschlossen und die Spulen B und C bleiben in Reihe verbunden; nunmehr erhalten wir zwei Wechselströme verschiedener Phase; schliefsen wir noch R³ an i?*, so sind alle drei Spulen .kurz geschlossen, und jetzt werden durch das Drehfeld drei Wechselströme verschiedener Phase in diesen Spulen inducirt. Jede Spule kann für sich wieder in einzelne Abtheilungen zerlegt werden, wie das in Fig. 1 für eine Spule angedeutet ist. Diese Abtheilungen können neben oder hinter einander verbunden werden. Die vielen Schleifringe, welche eine derartige Anordnung bei kreisendem Anker zur Folge hätten, können durch Festhalten des Ankers und Kreisen der Feldspulen vermieden werden.

Der eigentliche Zweck der verschiedenen Gruppirung und Schaltung der Spulen ist daher eine Aenderung der Selbstinduction der Ankerwickelung. Eine Drehstromkraftmaschine mit einem Anker ohne Selbstinduction wird niemals von selbst angehen, je gröfser die Selbstinduction, d. h. je gröfser die Windungszahl, und je kleiner der Widerstand der Wickelung, um so gröfser ist die Selbstinduction und um so gröfser die Zugkraft.

Im Augenblick des Angehens, d. h. bei gröfser Differenz der Umlaufszahlen zwischen Drehfeld und Anker, ist die Induction im Anker am gröfsten; wir erhalten daher auch bei Reihenschaltung der Spulen eine grofse Stromstärke. Nähert sich der Anker dem synchronen Gange

und nimmt die Induction im Anker ab, so schaltet man die Spulen parallel, um die Zugkraft der Maschine nicht zu schwächen bezw. um eine von der Belastung möglichst unabhängige Umdrehungszahl zu erhalten. Die Zugkraft der Maschine kann daher durch die beschriebenen Schaltungen geregelt werden.

Ein allmäliges Angehen der Kraftmaschine macht eine Verminderung der Windungszahl, ein Angehen mit grofser Zugkraft, eine Erhöhung der Windungszahl erforderlich.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Regelungsvorrichtung für Drehstromkraftmaschinen, deren Anker kein Strom von aufsen zugeführt wird, gekennzeichnet durch die Verbindung der Ankerwickelung mit einer Schaltvorrichtung, durch welche die Spulen der Wickelung alle oder gruppenweise in Reihe oder einzeln kurz geschlossen werden können, zum Zweck der Veränderung der Zahl der wirksamen Windungen und der Selbstinduction der Ankerwickelung.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.