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Steuerung für Wechselstrom-Reihenschluß-Kommutatormotoren Es ist bereits
bekannt, im Nebenschluß zur Wendepolwicklung von Wechselstromkommutatormaschinen
im ganzen Drehzahlbereich einen unveränderlich bleibenden Ohmschen Widerstand vorzusehen.
Für einen guten Betrieb von Wechselstrom - Reihenschluß -Kommutatormaschinen kommt
es nun darauf an, die Komponenten der Stromwendespannung und der Kurzschlußspannung
stets in einem solchen -Verhältnis zu verändern, daß für jeden Betriebszustand die
Dreiecke aus diesen Komponenten einander ähnlich bleiben: Dann sind die Phasenlage
und die Größe des Wendefeldes stets richtig bemessen. Die Erfindung ermöglicht dies
bei einer Steuerung für Wechselstrom-Reihenschluß-Kommutatormotoren mit einem im
ganzen Drehzahlregelbereich unveränderlich bleibenden Ohmschen Nebenschlußwiderstand
zur Wendepolwicklung dadurch, daß das Erregerfeld drehzahlabhängig so verändert
wird, daß die Phasenlage des Wendefeldes annähernd konstant bleibt.
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Um darüber hinaus die Vorteile eines Betriebes bei höherer Drehzahl
mit verringertem Ankerstrom zu erzielen, während gleichzeitig ein günstiges Verhältnis
zwischen Erregerfeld und Wendefeld erreicht wird,
wird das Erregerfeld
bei hohen Drehzahlen über den normalen Wert hinaus verstärkt. Dies kann durch einen
Transformator mit Sparschaltung erfolgen, der zu den Feldwicklungen in Reihe bzw.
parallel geschaltet ist und, durch drehzahlabhängige Mittel gesteuert, selbsttätig
bei der gewünschten Drehzahl das Feld verstärkt.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung ein Einpllasen-Weehsel-Strommotor
für Bahnbetrieb dargestellt.
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Der Einphasenmotor io ist mit den Reihenschlußfeldwickhungen i i und
12, den Kompensationswicklungen 13 und 16 und den Wendefeldwicklungen 1.4 und 15
versehen. Parallel zu den Urendefeldwicl-;lungen 1.4. 13 ist ein für günstigste
Kommutierungsbedirlgungen bemessener -Nebenschlußwiderstand 9 geschaltet. Der Anker
des Motors und die Feld"vicklungen werden von der Sekundärseite 17 eines Netztransformators
gespeist. dessen Primärwicklung 18 über den Stromabnehmer i9 an die Spannung des
Fahrdrahtes -2o und an Erde 2 1 gelegt ist. Das eine Ende der Kompensationswicklung
16 ist mit dem einen Ende der Sekundärwicklung 17 des Netztransformators unmittelbar
über eine Leitung 22 verbunden. Das andere Ende 23 der aus den Feldwicklungen i
i, 12, 13, 14., 15 und 16 und dem Anker des Motors i o bestehenden Reihenschaltung
ist über die Leitung 24 und das Schaltgerät 25 an die Anzapfungen 26 der Sekundärwicklung
17 des Netztransformators angeschlossen. je nach der gewünschten Drehzahl des Motors
io kann infolgedessen die entsprechende Spannung von der Sekundärwicklung 17 des
-N etztransformators entnommen werden. Das Schaltgerät bzw. die Schalter 25 können
elektropneumatisch betätigt sein und werden in geeigneter Weise durch einen Kontroller
27 gesteuert. der mit den Schaltern 25 durch das Steuerkabel 28 verbunden ist. L
m die Erregung für die Feldwicklungen i i und 12 erfindungsgemäß zu steuern, sind
zwei in Reihe geschaltete Drosselspulen 29 und 30 vorgesehen, die auf einem
gemeinsamen Eisenkern 31 angeordnet sind.
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Das schwächste Erregerfeld wird eingestellt durch Schließen der Schalter
bzw. Schütze 32x 33 und öffnen des Schützes 34., wodurch die Drossel 29 den Feldwicklungen
i i und 12 parallel geschaltet ist. Die mittlere Feldstärke, die sonst dem normalen
vollen Feld entspricht, wird erreicht durch Schließen des Schützes 32 und öffnen
der Schütze 33 und 34, so daß der volle Ankerstrom durch die Erregerwicklungen i
i und 12 fließt. Das stärkste Feld schließlich wird durch Schaltung der Drosselspulen
29 und 3o als Transformator mit Sparschaltung erreicht, so daß der Erregerstrom
einen größeren Wert annimmt als der Ankerstrom. Zu diesem Zweck «erden das Schütz
32 geöffnet und die Schütze 3 3 und 34 geschlossen. Es ist dann die Primärseite
des Transformators mit Sparschaltung mit dem Anker in Reihe geschaltet, während
seine Sekundärseite den Feldwicklungen i i und 12 parallel geschaltet ist. Diese
Anordnung treibt einen größeren Strom durch die Feldwicklungen i i und 12 als durch
den Anker, so daß ein verstärktes i Feld die Folge ist.
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Die Steuerung der Schütze 32, 33 und 34 erfolgt selbsttätig in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl bzw. in Abhängigkeit von elektrischen Größen des Motors durch
eine drehzahlabhängige Einrichtung 37. Diese besteht aus einem Anker mit der Läuferwicklung
38, die von der Sekundärwicklung eines Transformators 39 (mit dem Übersetzungsverhältnis
etwa i : i) gespeist wird. Die Primärwicklung des Transformators 39 ist den Feldwicklungen
i i und 12 parallel geschaltet. Die beiden Ständerwicklungen do und .41 der drehzahlabhängigen
Einrichtung 37 sind in Reihe geschaltet und über die Leitungen -12 und .43 an zwei
Anzapfungen der Sekundärwicklung 17 des -Netztransformators gelegt, so daß die Ständerwicklungen
4o und -.i fest erregt sind. Der Anker der Einrichtung 37 trägt einen Kontaktarm
-.4. dessen Einstellung von der Drehzahl des Motors 1o abhängig ist.
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Wenn sich der Kontaktarm .44 abhängig von der Drehzahl des Motors
1o gegen den L'hrzeigersinn dreht, so «-erden die veränderlichen Widerstände 45
und .46, die entsprechend den drei Feldstärken des Motors io drei verschiedene Werte
einzustellen erlauben. nach der Schaltstellung 3 zu nach und nach ausgeschaltet.
Die Widerstände 4,3 und 4.6 bilden einen Zweig einer Wheatstoneschen Brücke, während
die anderen Zweige durch die veränderlichen Widerstände 4.7 und 4.8, den festen
Widerstand 49 und den festen Widerstand 5o gebildet werden. Die Widerstände 47 und
48 haben dieselben Werte wie die Widerstände 45 und 4.6. Wie aus der .Zeichnung
ersichtlich ist, kann an die Wheatstonesche Brücke über den Kontroller 27 eine konstante
Gleichspannung angelegt «-erden. Gemäß der Zeichnung liegt dann der Verbindungspunkt
der Widerstände 45 und 47 an dem positiven Pol und der Verbindungspunkt der Widerstände
49 und 5o über Erde an dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle. An Stelle des
sonst üblichen Galvanometers ist ein kleiner Hilfsmotor 51 in die Brückenschaltung
eingefügt. Wird nun mittels des Kontaktarmes 44 die Abstimmung der Brücke durch
Veränderung des Widerstandswertes
des Brückenzweiges gestört, der
aus den veränderlichen Widerständen 45 und 46 besteht, so wird ein Strom durch den
Motor 51 fließen und diesen hochlaufen lassen. Gleichzeitig wird durch den Motor
51 ein ähnlicher Kontaktarm 52 angetrieben, der die Werte der veränderlichen Widerstände
47 und 48 verändert, um die Brücke wieder abzugleichen.
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Durch den Motor 51 wird weiterhin eine Schaltwalze- 53 betätigt,
wodurch über die Schaltkontakte 54 die Schütze 32, 33 und 34 in vorbestimmter Reihenfolge
zum Ansprechen gebracht werden. Die Schaltwalze 53 besitzt Nocken 55 und 56, die'mit
der federbelasteten Rolle 57 zusammenarbeiten. Mänerzielt hierdurch drei feste Schaltstellungen
1":2 und 3 mit den dazwischenliegenden Stufen cz und b. Jedoch können diese Zwischenstufen
nicht aufrechterhalten werden, da die Rolle 57 im Zusammenwirken mit den Nocken
55 und 56 die Schaltwalze in eine der Schaltstellungen i, 2 oder 3 zwingt.
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Die Erregerwicklungen der Schütze 32, 33 und 34 sind an eine geeignete
Gleichstromquelle angeschlossen, die vorzugsweise mit dem Kontroller 27 so verbunden
.ist, daß die Erregerwicklungen entregt werden, wenn der Kontroller sich in der
Au's-Stel-lung befindet. Das eine Ende der Erregerwicklung 'des Schützes 32 ist
'über die Leitung 59, die Schaltsegmente 54 der Schaltwalze 53, die Leitung 58 und
den Koriträller z7 mit dem Pluspol der Gleichstrorriquelie verbunden. Das andere
Ende der Erregerwicklung des Schützes 32 liegt über Erde an dem Minuspol der Gleichstromquelle.
In -ähnlicher Weise .besteht der Erregerstromkreis des im stromlosen Zustand geöffneten
Schützes 33. aus der Leitung 58, deri'Schaltsegrxienten-54-,: -der Leitung
6o, der Erregerwicklung des Schützes 33 und der Erdleitung. Der Erregerstromkreis
des im- stromlosen Zustand geschlossenen Schützes 34 verläuft über den Leiter 58,
die Schaltsegmente 54, die Leitung 61, die Erregerwicklung des Schützes 34 und die
Erdleitung. ' . _ _ . ; .
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Die Arbeitsweise der- Steuerung, die durch den handbetätigten Kontroller
27 bewirkt wird, ist folgende: Wird der Kontroller 27 auf die erste Schaltstufe
gebracht, so wird einer der Schalter 25 geschlossen und der Motor io an eine niedrige
Spannung gelegt. Während dieser Arbeitsperiode nimmt der Anker der drehzahlabhängigen
Einrichtung 37 die in der Zeichnung wiedergegebene Stelhing i ein, während gleichzeitig
die Schaltwalze 53 mit den Schaltsegmenten 54 sich ebenfalls in der Schaltstellung
i befindet. Wie in der Zeichnung für diese Schaltstellung schematisch angedeutet
ist, liegen dann die Erregerwicklungen der Schütze 33 und 34 an der Gleichstromquelle.
Das Schütz 33 ist infolgedessen geschlossen und das Schütz 34 geöffnet. Die Erregerwicklung
des Schützes 32 ist unerregt. Das Schütz 32 ist daher geschlossen.
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Durch das Schließen des Schützes 33 wird die Drossel 29 über die Leitung
35 zu den Feldwicklungen i i und 12 parallel geschaltet. Hierdurch wird dann ein
großer Teil des Ankerstromes bei 36 von den Feldwicklungen i i und 12 abgezweigt
und fließt über die Leitung 35 durch die Drossel 29.
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Wird die eingestellte niedrige Drehzahl entsprechend der Beschleunigung
des Motors io und der weiteren Schaltbewegung des Kontrollers 27 allmählich überschritten,
so wird sich die Änderung der Motordrehzahl in einer Bewegung des Ankers und des
Kontaktarmes 44 der drehzahlabhängigen Einrichtung 37 entgegen dem Uhrzeigersinn
auswirken. Hierdurch wird die Abgleichung der Wheatstoneschen Brücke gestört, so
daß der Motor 51 anläuft, bis die Wiederabgleichung der Brücke durch eine rechtsläufige
Verdrehung des Kontaktarmes 52 erreicht ist, der zunächst einen Teil des Widerstandes
47 abschaltet. Gleichzeitig ist die Schaltwalze 53 in rechtsläufigem Sinne auf ihre
Zwischenstellung a gebracht worden, in der die federbelastete Rolle 57 mit dem -Nocken
55 zusammenarbeitet. Die Erregerwicklung des Schützes 33 ist dann stromlos, das
Schüfz 33 wird geöffnet, und- die- Parallelschaltung der Drosselspule 29 zu den
Feldwicklungen i i und 1ä wird aufgehoben: Das Schütz 32 bleibt weiterhin geschlossen
und das Schütz 34 geöffnet. -In dieser Schaltstellung durchfließt der volle Ankerstrom
die Feldwicklungen i i und 12. Da die Wheatstonesche Brücke zu diesem Zeitpunkt
abgeglichen ist, tritt ein Drehmoment am Motor 51 nicht auf.
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Gleichzeitig wird aber durch die Rolle 57 die Schaltwalze 53 in die
Schaltstellung :2 gebracht; und zwar unabhängig davon, ob der Motor 51 die Schaltwalze
in diese Schaltstellung zu drehen beabsichtigt oder nicht. In der Schaltstellung
2 ist die Erregerwicklung des Schützes 34 stromlos und damit das Schütz 34 geschlossen.
Da in der Schaltstellung 2 auch die Erregerwicklungen der Schütze 32 und 33 stromlos
sind, ist das Schütz 32 geschlossen und das Schütz 33 geöffnet. Von dem Verbindungspunkt
zwischen den Schützen 32 und 34 führen dann zwei Stromzweige zu dem Punkt 36. Der
eine Stromzweig enthält die Drossel 30 und das Schütz 34 und der andere Stromzweig
das Schütz 32.
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Soll nun die Drehzahl weiterhin gesteigert werden, so wird der Kontroller
27 weiterbeschaltet.
Die eintretende Drehzahlerhöhung ist dann ausreichend,
um eine weitere Drehbewegung des Schaltarmes 44 in linksläufigem Sinne bis zur Zwischenstellung
b oder darüber hinaus zu bewirken. Die Schaltwalze 53 und ihr Kontaktarm 52 «-erden
dann durch den Motor 5, in rechtsläufigem Sinne in die Zwischenstellung b
verstellt, wobei die Rolle 57 den docken 56 belastet. In dieser Schaltstellung wird
die Erregerwicklung des Schützes 32 erregt und das Schütz 32 geöffnet. Die Drosselspule
30 ist dann mit dem Anker io und den Feldwicklungen i i und 12
in Reihe
geschaltet. Hierdurch wird der Ankerstrom verringert. Unmittelbar darauf wird der
Schaltarm 52 entweder durch die weitere Verstellung des Kontaktarmes 44 in seine
Schaltstellung 3 oder unter Einwirkung der federbelasteten Rolle 57 auf die Schaltstellung
3 gebracht.
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Die Schaltstellung 3 ergibt die höchste Feldstärke. Bei dieser Schaltstellung
sind die Erregerwicklungen der Schütze 32 und 33 erregt. Die Erregerwicklung des
Schützes 34 ist stromlos. Infolgedessen ist das Schütz 33 geschlossen, das Schütz
32 offen und das Schütz 34 geschlossen. Die Wicklung der Drosselspule 30 _chört
dann zur 1;iederspannungs- bz-%v. Primärseite des Transformators mit Sparschaltung
und ist mit dem Anker *des Motors io und der aus der Drosselspule 29 und dem Schütz
33 einerseits und den Feldwicklungen i i und 12 und der Leitung 35 andererseits
bestehenden Parallelschaltung in Reihe geschaltet. Die Wicklung der Drosselspule
29 bildet dann die Hochspannungsseite des Transformators mit Sparschaltung, die
nun einen zusätzlichen Strom durch die Feldwicklungen ii und 12 treibt und so deren
Erregung über den vollen Ankerstrom hinaus verstärkt.
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Soll die Drehzahl herabgesetzt werden, so geschieht das durch eine
umgekehrte Schaltfolge des Kontaktarmes 44 über die Schaltstufen b, 2 und a zurück
auf die Schaltstellung i. In gleicher Weise werden durch die nunmehr gegenläufige
Bewegung des Motors 5i vom Schaltarm 52 und von der Schalt-