DE683747C - Stromwendermaschine fuer Wechselstrom mit Aufteilung der Stromwendung in Trennschaltung und Leistungsschaltung - Google Patents

Description

Bei Stromwendennaschinen für Gleichstrom kann man die Stromwendung außerhalb der Maschine in besonderen Trockengleichrichtern vornehmen, während der Stromwender selbst die Aufgabe einesTrennschalters hat. Leistungsschaltung und Trennschaltung sind also aufgeteilt entgegen dem Vorgang bei üblichen Stromwendermaschinen, wo beide an derselben Stelle, nämlich an den auf dem Stromwender schleifenden Bürsten, erfolgen. Bei einer anderen bekannten Anordnung für Gleich- und Wechselstrommaschinen hat der Stromwender wiederum die Aufgabe eines strom- und spannungslose Umschaltungen ausführenden Trennschalters, während an Stelle der Trockengleichrichter 'eine zweite Schaltvorrichtung vorgesehen ist, die wie ein Ventil wirkt und die zur Stromwendung notwendigen Stromschlüsse und Stromunterbrechungen be-

ao werkstelligt und zu diesem Zweck von außen gesteuert wird.

Die Erfindung betrifft eine Stromwendermaschine für Wechselstrom, bei der die Stromwendung ebenfalls auf zwei Schaltvorrichtungen aufgeteilt ist, nämlich auf einen Hauptstromwender, an dem die Trennschaltung vor sich geht, und auf einen Hilfsstromwender für die Herbeiführung der Leistungsschaltung. Während jedoch bei der geschilderten bekannten Einrichtung die' zweite wie ein Ventil wirkende Schaltvorrichtung starke Ströme und verhältnismäßig hohe Spannungen, also große Leistungen, zu- und abschalten muß, ist dies bei dem Hüfsstromwender der Erfindung nicht der Fall. Dieser ist nur für eine ganz geringfügige Leistung zu bemessen. Erfindungsgemäß erfolgt die Trennschaltung am Hauptstromwender durch jeweils zwei über Scheinwiderstände (Umspanner) miteinander verbundene Bürsten, die mit Spannung von Netzfrequenz gespeist und über die Scheinwiderstände durch den Hilfsstromwender so gesteuert werden, daß beim Ablaufen einer dieser Bürsten von einem Stromwendersteg die andere den vollen Strom führt und beim Auflaufen der ersten Bürste auf den nächsten

Stromwendersteg ein Kurzschlußstrom ufer beide Bürsten vermieden wird. Durch die zwischen Hauptstromwender und Hilfsstrorn-, wender liegenden Scheinwiderstände wird dä^ bei¹ eine Entlastung des Hilfsstromwendeisb von der zu schaltenden leistung erreicht."' Damit erhält man Stromwendermaschinen für einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom, die sich in ihrem Verhalten von den Maschinen bekannter Bauart nicht unterscheiden, die aber in bezug auf die ausführbare Leistung nicht den Beschränkungen unterworfen sind wie diese. Weder die Transformatorspannung noch die Stromwendespannung können zu unerwünschter Funkenbildung Anlaß geben, da sie niemals unmittelbar durch die Bürsten kurzgeschlossene Stromwenderstege vorfinden. Damit rückt die Leistungsgrenze bis zu der für Asynchronmaschinen geltenden hinauf.

Einige Ausführungsbeispiele sollen den Erfindungsgedanken näher erläutern. In Abb. 1 bedeute 1 die Ständerwicklung einer ständergespeisten Drehstromnebenschlußmaschine, 2 deren Läuferwicklung, die als geschlossene Trommelwicklung ausgeführt und mit sechs gleichmäßig verteilten Anzapfungen versehen sei. Diese führen zu entsprechenden Stromwenderstegen I, II, III, IV, V und VI, die so angebracht sind, daß die Stege I, III, V einen Stromwender, die Stege II, IV, VI einen zweiten Stromwender bilden. Die Stege überlappen sich in der dargestellten Weise. Der sechsphasige Bürstenträger hat zwei Bürstensätze, von denen der eine, K₁, V₁, W₁, X₁J₁, Z₁, den einen, der andere, K₂, V₂, W₂, X₂, y₂, Z₂, den anderen Stromwender bestreicht. Die Ankerwicklung 2 wird durch den regelbaren Umspanner 3 gespeist, die Größe der Spannung bestimmt die Drehzahl. Der Besseren Übersieht wegen ist nur eine Phase dargestellt. Die Unterspannungswicklung des Umspanners 3 führt einerseits über die beiden kleinen Umspanner 4 und 5 an die beiden Teilbürsten U₁ und U₂, andererseits über die Umspanner 6 und 7 an die beiden Teilbürsten JC₁ und X₂. Die beiden Teilbürsten sind demnach nur über die Erstwicklungen der Umspanner 4 und 5 bzw. 6 und 7 miteinander- verbunden; der Anschluß an den Umspanner 3 erfolgt zwischen den Erstwicklungen. Für einen gegebenen Augenblickswert des Stromes ergibt, sich die durch Pfeile angedeutete Stromverteilung. Die Zweitwicklungen sind in der angegebenen Weise gegensinnig in Reihe geschaltet, die Wicklung von 4 mit der von 6 und die von S mit der von 7. Beide Gruppen sind über den Widerstand 8 verbunden. Befindet sich nun am oberen Ende dieses Widerstandes ein Stempunkt mit den Widerständen der anderen Phasen, so sind die Umspanner 4 und 6 kurzgeschlossen. Der Strom kann da

her den eingezeichneten Verlauf nehmen, d. h. ,,er geht über die Bürsten K₁ und X₂, während JL4- Bürsten Kg und X₁ stromlos sind. Denn Bürsten U₂ und X₁ sind über die Um-

ner S und 7 auf den Widerstand 8 ge-.tet, so daß sich kein Strom ausbilden kann. Macht man am unteren Ende von 8 einen zweiten Nullpunkt, so übernehmen auch die Teilbürsten U₂ und X₁ die Hälfte des Stromes. Wird nun der obere Sternpunkt aufgehoben, so verschwindet der Strom aus den Teübürsten U₁ und X₂, um ganz auf U₂ und X₁ überzugehen. Die Teübürsten K₁ und X₂ können daher stromlos ihre bisherigen Stromwender Stege verlassen und auf die nachf olgenden auflaufen. Durch Wiederherstellen des oberen Sternpunktes kann nunmehr der Strom wieder auf sie übergeleitet werden, und so wiederholt sich der Vorgang. Die Herstellung 8q und Aufhebung der Sternpunkte an dem Widerstand 8 geschieht nun zwangsläufig durch eine Schaltvorrichtung, die in Form eines Hilfsstromwenders 9 vorgesehen ist, der mit dem Hauptstromwender zwangsläufig gekuppelt ist. Der Hilfsstromwender ist ähnlich aufgebaut wie der Hauptstromwender und besitzt sechs Stege F bis VF. In der gezeichneten Stellung verbindet je eine Bürste die Stege F, HF und V mit dem oberen Ende des Wider-Standes 8, zugleich aber auch über weitere getrennte Bürsten mit dem entsprechenden Ende der zu den beiden anderen Phasen gehörenden Widerstände. Jeder Steg wird demnach von drei axial nebeneinander angeordneten, zu je einer Phase gehörenden Bürsten bestrichen, so daß auf diese Weise über den Steg ein Sternpunkt entsteht. Es würden dazu an sich drei Bürsten genügen, die nacheinander die Stege F, IIF und Ψ bestreichen. Indem man aber über jedem Steg drei Bürsten anordnet, die mit denen der anderen Bürstenbolzen parallel geschaltet werden, vermindert man den über einen Bolzen fließenden Strom. Entsprechend wird der Sternpunkt für das untere Ende des Widerstandes 8 durch ähnlich dreiphasig angeordnete Bürsten geschaffen, an denen die Stege IF, IV und VF vorbeigleiten. Durch entsprechende Ausgestaltung derHilfsstege erreicht man, daß ihre Schaltzeit kürzer wird als die der Hauptstege, so daß die Hauptbürsten rechtzeitig stromlos oder stromführend werden. Wenn bei Aufheben eines Steflnpunktes der Strom in der zugehörigen Gruppe noch nicht gleich zu Null wird, nimmt der Widerstand 8 die Restenergie auf, so daß ein Funken der Hilfsbürsten vermieden wird. Diese arbeiten außerdem unter äußerst günstigen Bedingungen. Durch die angegebene Schaltung wird nämlich die Spannung, die z.B. in der Zweitwicklung des Umspanners 4 auftritt, von der entgegengesetzt wirkenden Spannung

in der Zweitwicklung des Umspanners 6 aufgenommen, so daß die Spannung am Widerstand 8 nahezu Null ist. Das ermöglicht, den Hilfsstromwender für kleine Ströme zu bemessen. Der physikalische Grund dafür, daß an dem Widerstand 8 nicht etwa die Spannung einer Stufe oder gar deren Summe auftritt, liegt darin, daß durch das Verlegen der Sternpunkte lediglich der Strom von 'einer Teilbürste auf die andere verlegt wird, ohne daß im äußeren Kreis eine Änderung der Spannung selbst auftritt. Statt die Siegel bis VI auf zwei getrennten Stromwendern anzuordnen, kann man sie auch, wie bei üblichen Stromwendern, am Umfang aufeinanderfolgend anbringen, desgleichen die Stege Γ bis VF des Hilfsstromwenders 9, wie 'es Abb. 2 zeigt; dementsprechend folgen auch die Bürsten am Umfang aufeinander, z. B. U₁, U₂. Durch Verlegen des Nullpunktes am Widerstand 8 durch die Bürsten des Hilfsstromwenders 9 wird auch hier dafür gesorgt, daß die Bürsten des Hauptstromwenders beim Verlassen der Stege stromlos sind und beim Auflaufen auf die folgenden Stege wieder stromführend werden.

Der Hilfsstromwender schließt bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen jeweils die Enden des Widerstandes 8 zu einem Sternpunkt. Man kann jedoch den Sternpunkt ,allmählich von einem Ende zum andern wandern lassen. In Abb. 3 bilden z. B. die Bürsten, die an die Sammelleitung 10 angeschlossen sind, den Sternpunkt am Oberen Ende von 8, die Bürsten der Sammelleitung 11 den Sternpunkt in der Mitte und die der Leitung 12 den Sternpunkt am unteren Ende. Durch Wahl richtiger Breite der Stege F bis VF und richtige Versetzung der Bürsten ι ο bis 12 gegeneinander erreicht man, daß der Sternpunkt in der richtigen Weise von oben nach unten wandert. Statt des Ohmschen" Widerstandes 8 kann man, zumal wenn noch mehr Anzapfungen daran -vorgesehen sind, auch einen Sparumspanner wählen. Verschiebt man hier den Sternpunkt ebenfalls von oben nach unten, so erzwingt die Gleichheit der Amperewindungen in den beiden durch den wandernden Sternpunkt gebildeten Wicklungsteilen ein allmähliches Übergehen des Stromes von der einen Teilbürste U₁ zur andern U₂. Eine derartige Anordnung kann auch in der durch Abb. 4 angedeuteten Weise ausgeführt werden. Auf einem Eisenkörper 13, der im Blechschnitt etwa die in Abb. 5 angegebene Form hat, sind die drei Sparwicklungen 14, 15, 16 untergebracht, deren Anfänge und Enden an Schleifringe 17 bis 22 geführt sind. Jede Wicklung besitzt «Anzapfungen (im angeführten Beispiel vier), die an 2/z-iStromwenderstege angeschlossen sind. Der Anschluß erfolgt dabei derart, daß die eine Endanzapfung, z.B. 18, an den mittelsten der zu einer Phase gehörenden Stromwenderstege geführt ist, die folgende Anzapfung ist mit den beiden diesem benachbarten Stegen verbunden, die nächste wieder mit den diesen benachbarten, die letzte schließlich, 17, mit den Endstegen einer Phase. Auf dem so gebildeten Hilfsstromwender 23 schleifen drei Bürsten 24, 25, 26, die zu einem Sternpunkt verbunden sind. In der gezeichneten Stellung sind die drei Schleifringe 17, 19, 21 über die Bürsten unmittelbar zu einem Sternpunkt vereinigt. Demgemäß werden diese drei Schleifringe und damit die zugehörigen Hauptbürsten den vollen Strom führen, während die drei Schleifringe 18,20,22 bis auf den geringen Erregerstrom stromlos sind. B-ei Drehung der auf diese Weise gebildeten Hilf s-Stromwendermaschine 27 (Abb. 6) 'entgegen dem Uhrzeigersinn wandert allmählich der Nullpunkt über die Anzapfungen der Wicklungen nach "den Schleifringen 18, 20, 22, die alsdann den vollen Strom führen. Bei weiterem Drehen wandert er wieder zurück nach den Schleifringen 17, 19, 21. In allen Zwischenstellungen verteilt sich der Strom anteilmäßig auf die beiden Schleifringgruppen. Wenn alle Stege einer Phase unter einer Bürste durchgelaufen sind, kommen sie in den Be- go reich einer· anderen Bürste, ohne daß sich beim Übergang an der zuletzt bestehenden Stromverteilung etwas ändert, da ja vor und nach dem Übergang lediglich die Schleifringe 17,19,21 Strom führen. Die Drehzahl der Hüfsstromwendermaschine muß nun so gewählt werden, daß der Bewegung einer Hauptbürste von etwa der Mitte eines Hauptsteges I bis zur Mitte des nächsten, II, V3 Umdrehung der Hüfsstromwendermaschine entspricht. In diesen beiden Stellungen führt dann die Hauptbürste den vollen Strom und ist in der Mitte zwischen den beiden Hauptstegen stromlos. Man kann' Haupt- und Hilfsmaschine mit gleicher Drehzahl betreiben, wenn man bei der Hilfsmaschine die Stegzahl einer Phase in der gleichen Weise nochmals wiederholt, den Stromwender demnach mit doppelter Stegzahl ausführt und ihn von sechs gleichmäßig verteilten, miteinander verbun- na denen Bürsten bestreichen läßt. Durch Verdrehen des Hilf sbürstenträgers kann die Stromwendung der Hauptbürsten leicht eingestellt werden. Durch die Hilfsstromwendermaschine kann bei manchen Anordnungen die zwischen den Hauptstegen auftretende Spannung aufgenommen werden. Durch richtige Wahl der Haupt- und Hilfsstege läßt sich die zwischen zwei Hilfsstegen auftretende Spannung stets so klein halten, daß Feuern der Bürsten vermieden wird, und trotzdem kann man die Hauptmaschine, für große Leistungen aus-

führen. Abb. 6 zeigt die Grundsehaltung von Haupt- und HÜfsmaschine in einphasiger Darstellung. Soweit die Bezugszeichen dieselben sind, haben sie die gleiche Bedeutung wie bei den vorhergehenden Abbildungen. Statt auf einem ringförmigen Blechkörper können die Wicklungen 14,15,16 auch auf einem üblichen Umspannerblechkörper angeordnet sein. Er muß nur mit dem Hilfsstromwender umlaufen.

Statt der Wicklungen 14,15 und 16 (Abb. 4) können auch Ohmsche und induktive Widerstände zwischen den betreffenden Schleifringen 17 bis 22 angeordnet sein. Dies hat lediglich zur Folge, daß beim Wandern des

»5 Nullpunkts Belastungsstrom durch die Widerstände fließen muß, so daß die Spannung zwischen zwei Stegen des Hilfsstromwenders belastungsabhängig ist. Dagegen ermöglicht diese Anordnung eine einfachere Ausführung der Widerstände, die einen in sich geschlossenen Ring bilden können (Abb. 7), zu dem gleichmäßig verteilt die Anschlüsse der Schleif ringe 18 bis 22 führen. Bei Drehung gegenüber den Bürsten 24 bis 26 wandert wieder der Sternpunkt wie oben.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele beziehen sich in der Hauptsache auf Drehstrom. Der Erfindüngsgedanke kann natürlich auf beliebige Phasenzahlen angewendet werden.

Außerdem ist er nicht auf das gezeigte, sich fortwährend wiederholende Lastschaltverfahren zum Zweck der funkenfreien Stromwendung, einer Wechselstromwendermaschine besonderer Bauart beschränkt. Man kann vielmehr sämtliche bekannten Lastschaltverfahren an Stufenumspannern, die vorzugsweise mit Grob- und Feinregelung arbeiten, für die Strom-Wendermaschine der Erfindung benutzen, sofern der Feinregelungsvorgang zwangsläufig durch die umlaufende Maschine so gesteuert wird, daß funkenfreier Übergang der Hauptbürsten von einem Stromwendersteg auf den andern gewährleistet wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Stromwendermaschine für Wechselstrom mit Aufteilung der Stromwendung in Trennschaltung am Hauptstromwender und in Leistungsschaltung an einem Hilfsstromwender, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschaltung am Hauptstromwender durch jeweils zwei über Scheinwiderstände (Umspanner) miteinander verbundene Bürsten erfolgt, die mit Spannung von Netzfrequenz gespeist und über die Scheinwiderstände durch den Hilfsstromwender so gesteuert werden, daß beim Ablaufen einer dieser Bürsten von einem Strom-

   wendersteg die andere den vollen Strom führt und beim Auflaufen der ersten Bürste auf den nächsten Stromwendersteg ein Kurzschlußstrom über beide Bürsten vermieden wird.
2. 2. Sttornwendermaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bürsten über die Erstwicklung je eines Umspanners an die speisende Stromquelle angeschlossen sind, deren Zweitwicklungen über einen Widerstand oder

   einen Sparumspanner in. Reihe geschaltet 7°

   sind und durch den Hilfsstromwender so gesteuert werden, daß abwechselnd beide Bürsten gegebenenfalls allmählich über den Widerstand bzw. Sparumspanner kurzgeschlossen sind,
3. 3. Stromwendermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitwicklungen der Umspanner mit denen anderer Umspanner in Reihe geschaltet sind, deren zugehörige Bürsten den gleichen oder entgegengesetzten Strom führen.
4. 4. Stromwendermaschine nach Anspruch ι bis 3 für verketteten Mehrphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß Anfang und Ende und gegebenenfalls weitere Anzapfungen des mit den Zweitwicklungen der Hauptbürstenumspanner in Reihe geschalteten Widerstandes bzw. Sparumspanners zusammen mit den entsprechenden Anschlüssen der Naehbarphasen zu einem oder mehreren parallel geschalteten Bürstenbolzen geführt sind,' derart, daß die darunter vorbeilaufenden Stege des Hilfsstromwenders die bis dahin voneinander getrennten Phasen während der Berührungsdauer zu einem Sternpunkt vereinigen, der durch die Anordnung der Bolzen und Stromwenderstege zwangsläufig zwischen Anfang und Ende des Wider-Standes bzw. Sparumspanners wandert.
5. 5. Stromwendermaschine nach Anspruch 2 und 3 für verketteten Mehrphasenstrom, dadurch, gekennzeichnet, daß der Widerstand bzw. Sparumspanner an die Stromwenderstege des Hilfsstrom-Wenders angeschlossen und mit diesem umlaufend ausgeführt ist, andererseits mit den Zweitwicklungen der Hauptbürstenumspanner über Schleifringe in Reihe liegt und durch feststehende, miteinander verbundene Bürsten die Stege des Hilfsstromwenders so kurzgeschlossen werden, daß der Nullpunkt mit der Drehung zwangsläufig zwischen Anfang und Ende des Wider-Standes bzw. Sparumspanners wandert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen