DE686711C - Verlustlose Regelung der Drehzahl und Phase von Eiren mit Hilfe einer regelbaren Querfeldwicklung - Google Patents

Description

Bei Wechselstromkollektormaschinen stellt das Querfeld der Maschine bekanntlich eine induktive Belastung dar, die eine Phasenverschiebung im nacheilenden Sinne bewirkt. Diese Blindkomponente wirkt der Klemmenspannung entgegen und bewirkt somit eine Verkleinerung der Rotationsspannung.

In Fig. ι sollen die elektrischen Verhält-. nisse einer solchen Maschine an Hand eines Vektordiagramms näher erläutert werden. Durch den Vektor AB sei die der Maschine aufgedrückte Klemmenspannung U dargestellt. Zu dieser phasenverschoben liegt die von der Feldspule induzierte Spannung BC und mit dieser in Richtung die Querfeldspannung CD. Der Ohmsche Spannungsabfall der Maschine sei durch den Vektor DF dargestellt. Aus diesem Diagramm ist sofort ersichtlich, daß bei sehr großer induzierter Spannung des Querfeldes E_n der induktive Anteil des Spannungsdiagramms erheblich zunimmt, so daß schließlich der Fall eintritt, daß die Maschine praktisch fast nur noch Blindlast aufnimmt, während ' ihre Wirkkomponente auf einen verschwindend kleinen Betrag abgesunken ist. Diesen Fall berücksichtigen in dem Spannungsdiagramm gemäß Fig. 1 die punktiert eingetragenen Vektoren. - Hier ist zu erkennen, daß die Querfeldspannung GC bereits so groß ist, daß sie für das Verhalten der Maschine bestimmend ist. Der Ohmsche Spannungsabfall GH ist in diesem Betriebszustand so gering, daß die Maschine sich praktisch wie eine Drossel verhält. Mit --(- φ ist die. nacheilende Phasenverschiebung zwisehen dem Strom/ und der Spannung(J bezeichnet.

Die Erfindung besteht nun darin, die Drehzahl und Phase von Einphasenwechselstromkollektormotoren und -generatoren mit Hilfe einer regelbaren, Ständer und Pol umschließenden Querfeldwicklung zu beeinflussen, die

im Nebenschluß zu den sonst vorhandenen Feldwicklungen der Maschine an der Mascliinenspannung liegt.

Bekannt ist die Anwendung einer regelbaren Querfeldwicklung bei Mehrbürstenmaschinen. Bei einer der bekannten Ausführungen ist die Haupt- und Querfeldwicklung in Reihe geschaltet. Eine Regelung des Querfeldes bewirkt also dort zwangsläufig eine Beeinflussung des Hauptfeldes. Hierdurch wird der Regelbereich des Querfeldes herabgesetzt oder aber das Hauptfeld in seiner Stärke beeinflußt. Bekannt sind des weiteren Maschinen, bei denen die Querfeldwicklung in Reihe mit der Rotorwicklung geschaltet ist. Eine Regelung der Querfeldwicklung hat bei dieser Anordnung gleichzeitig eine Beeinflussung des Rotorkreises zur Folge. Auch hier besteht also, genau wie bei der erstgenannten Anordnung, eine elektrische und magnetische Abhängigkeit zweier Wicklungen untereinander.

Der Erfindungsgegenstand bietet gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß durch eine Regelung des Querfeldes nicht auch gleichzeitig der Strom in anderen Wicklungen beeinflußt wird, sondern hier werden lediglich magnetische Vorgänge innerhalb der Maschine gesteuert. Diese Art der Regelung ist bei großer Feinstufigkeit in weiten Grenzen durchführbar.

In Fig. 2 sind nochmals die Spannungsverhältnisse einer Wechselstromkollektormaschine dargestellt, wobei insbesondere auch der generatorische Betrieb berücksichtigt ist. Durch die Strecke A-B ist wiederum die Spannung U dargestellt, zu der phasenverschoben die Spannung der Feldspule BC bzw. BC aufgetragen ist. Die Querfeldspannung Eq₂ wird durch die Vektoren CD bzw. CD' dargestellt. Für den motorischen Betrieb ergibt der Vektor AF die Rotationsspannung des Motors, während der Vektor AF', vergrößert um den induktiven Spannungsabfall F¹F", die Rotationsspannung AF" des Generators darstellt, wobei die Phasemierschiebung zwischen Ström / und Klemmenspannung U voreilend mit — φ angenommen ist. Aus diesem Diagramm wird ersichtlich, daß, wenn man das Querfeld schwächt bzw. in entgegengesetztem Sinn stärkt, man die Phase verbessern bzw. voreilend beeinflussen kann.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die aktiven Eisenmassen einer WechselstromkoUektormaschine (ohne Anker) dargestellt. Das Ständerblechpaket 1 trägt, wie üblich, die Spulen 2, 3 der Hauptfeldwicklung Wh- Der von der Hauptfeldwicklung erzeugte, den Ständerrücken als Längsfluß Φι durchsetzende Haüptfluß(f>/f sei im vorliegenden Fall von oben nach unten gerichtet. Senkrecht zu dem HauptfLuß steht der Querfluß Φ_?1 baw. Φ_?2, der durch die Querfeldwicklung W_a erzeugt .wird. Die Querf eldwicklung Wq wird als eine ■den Ständer und Pol umschließende Wicklung ausgebildet, wobei vorzugsweise der gesamte 'Böi, beaufschlagt ist und die Wicklung selbst ^gegebenenfalls in Nuten untergebracht sein kann. Die einzelnen Spulen dieser Wicklung sind derart in Reihe geschaltet, daß sich in den Spulengruppen die vom Hauptfeld induzierten Spannungen aufheben. Die regelbare Querfeldwicklung ist zweclanäßig symmetrisch zur Hauptfeldachse angeordnet.

Wie bereits erwähnt, kann durch die regelbare Querfeldwicklung das Verhalten der Maschine weitgehend beeinflußt werden. Ist das Querfeld Φ_η stark, dann wird sich die Maschine annähernd wie eine Drossel verhalten, und die Drehzahl wird im Motorbetrieb klein sein und kann durch allmähliches Schwächen des Querfeldes langsam hochgeregelt werden. Durch ein entgegengesetzt gerichtetes Querfeld 0I₁₂ könnte der Leistungsfaktor des Motors verbessert werden.

Die Beeinflussung des Querfeldes bzw. die Regelung kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen. In Fig. 4 ist eine Schaltung für die unmittelbare Regelung einer solchen Maschine dargestellt. Die Hauptstrommaschine 9 mit den unterteilten Feldwicklungen 7 und 8 ist an die Klemmenspannung U angeschlossen. Parallel zu ihr liegt die regelbare Querfeldwicklung 4, die über den Umschalter 5 an Spannung gelegt werden kann und durch die Regeleinrichtung 6 zu beeinflussen ist. Je nach der Stärke des Querfeldes wird die Drehzahl des so beeinflußten Motors ansteigen oder absinken. Da das Drehmoment annähernd die gleiche Phasenlage zwischen Hauptfeld und Ankerstrom verlangt, ist eine Reihenschlußmaschine zu bevorzugen. Die sogenannte Nebenschlußregelung bezieht sich daher nur auf das Querfeld 4, das über die Klemmen 10 gespeist wird. Als Regeleinrichtung kann für den vorliegenden Fall in an sich bekannter Weise ein Impedanzregler, Variometer, Ohmscher Regler o. dgl. Verwendung finden.

Soll die Maschine mittelbar geregelt werden, so könnte beispielsweise die in Fig. 5 dargestellte Schaltung zur Anwendung kommen, die vornehmlich für höhere Betriebsspannungen, z. B. für den Betrieb von Bahnmotoren, geeignet ist. Die Oberspannung

(O speist beispielsweise einen Drehumspanner o. dgl., an dessen Unterspannung E^u die Reihenschlußmaschine angeschlossen ist. Mit der in der drehbaren Wicklung dieses Umspanners erzeugten Spannung wird der Querfeidspule die Steuerspannung £"5 zugeführt. In Fig. 6 ist das" Vektordiagramm für die

mittelbar geregelte Maschine dargestellt, wobei die Vektoren wie früher bezeichnet sind. Wenn die Phasenlage des Querfeldes CD infolge der von dem Drehumspanner aufge-S drückten Phasenlage Sr verändert wird, dann wird die Rotationsspannung AF auf den Wert AF' anwachsen und damit auch die Drehzahl der Maschine sich erhöhen. Hierbei ist jedoch angenommen, daß in der Bilanz der

ίο Spannungsvektoren die noch vorhandenen Blindspannungen dazuaddiert sind, was eine vergrößerte Klemmenspannung für diesen Betriebszustand zur Folge hätte. Die Größe des Klemmenspannungsvektors ergibt sich wiederum aus den Wirk- und Blindspannungskomponenten. Als Wirkspannungen sind hierbei zu berücksichtigen, die Rotationsspannung AF' und der Ohmsche Spannungsabfall F'D'. Die zu berücksichtigende Blindspannungskomponente setzt sich aus der Restspannung des Querfeldes und der Blindspannung des Hauptfeldes zusammen. ^ Diese beiden Blindspannungen wären senkrecht auf den Spannungsvektor AD' aufzutragen (in der Zeichnung nicht dargestellt). Es würde sich dann als Resultierende die neue Klemmenspannung Ef(U, ergeben, die größer ist als die Klemmenspannung AB.

Bei entgegengesetzter Phasenlage würde ein entsprechendes Sinken der Drehzahl eintreten, weil die Klemmenspannung kleiner würde.

Die steuerbare Querfeldwicklung gemäß der Erfindung ist für einphasige Wechselstrom-•kollektormotoren und -generatoren uneingeschränkt anwendbar.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verlustlose Regelung der Drehzahl und Phase von Einphasen-Wechselstromkollektormotoren und -generatoren mit Hilfe einer regelbaren Querfeldwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständer und Pol umschließende Querfeldwicklung im Nebenschluß zu den sonst vorhandenen Feldwicklungen der Maschine an der Maschinenspannung liegt.

2. Verlustlose Regelung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Querfeldwicklung symmetrisch zur Hauptfeldachse, gegebenenfalls über den gesamten Pol, in Nuten verteilt ist und ihre einzelnen Spulen derart in Reihe geschaltet sind, daß sich in den Spulengruppen die vom Hauptfeld induzierten Spannungen aufheben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen