-
Anordnung zur Verbesserung der Kommutation von ftemderregten Gleichstromgeneratoren
in Leonardschaltung Für den Antrieb von Fördermaschinen und Walzwerken sowie bei
Umkehrantrieben aller Art werden bekanntlich Gleichstrommaschinen in Leonardschaltung
verwendet. Bei diesen Leonardantrieben werden sehr hohe Anforderungen bezüglich
der Steuerung gestellt, da die Betriebsverhältnisse so sind, daß die Antriebsmaschine
in kürzester Zeit häufig beschleunigt und verzögert werden muß. Diese raschen Steuermanöver
haben aber zur Folge, daß Stoßbelastungen bzw. Stromspitzen auftreten, die sich
auf die Kommutation des Gleichstromgenerators sehr ungünstig auswirken, weil das
Wendefeld des Gleichstromgenerators diesen raschen Stromänderungen nicht folgen
kann.
-
Um diese Beeinträchtigung der Kommutation bei stoßartig auftretenden
Stroinspitzeii zii beseitigen, sind bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen
@vorden, beispielsweise die Anwendung von einer Tiber einen Transformator gespeisten
Hilfswicklung, die jedoch meistens unvollkommen sind und außerdem eine ungünstige
Auswirkung auf die Bemessung der Maschine oder eine starke Verteuerung des Antriebes
zur Folge haben. Dies macht sich besonders unangenehm bemerkbar bei größeren Maschinen,
wo beispielsweise der Strom auf den mehrfachen Nennwert mit einer Geschwindigkeit
von mindestens etwa i5oo/o pro Sekunde wechselartig ansteigen kann.
-
Bei der Behandlung dieses Problems hat es sich aber nunmehr gezeigt,
daß die Verschlechterung der Kommutation nicht allein auf der Tatsache beruht, dali
leim plötzlichen Stromanstieg (las
Wendefeld des Generators die
Belastungsänderung nicht schnell genug mitmacht. Versuche haben nämlich ergeben,
daß außer der genannten Wirkung noch eine weitere entsteht, die sich ebenfalls auf
die Kommutierung ungünstig auswirkt. Diese weitere nachteilige Auswirkung wird dadurch
verursacht, daß die rasche wellenartige Steuerung des Hauptstromes, die die Stromstöße
hervorruft, ein wechselstromartiges Verhalten des Gleichstromgenerators zur Folge
hat, und es entsteht somit ähnlich wie bei einem Einphasen-Reihenschlußmotor eine
Transformatorspannung in den kurzgeschlossenen Ankerwindungen, die zu Funkenbildung
an den Bürsten führen kann.
-
Auf Grund dieser Erkenntnisse ist daher eine befriedigende Verbesserung
der Kommutation nur dann möglich, wenn die ins Auge zu fassenden Maßnahmen beide
die erwähnten nachteiligen Auswirkungen der stoßartigen Steuerung gleichzeitig beseitigen,
und zwar auf eine einfache Weise, die auch wirtschaftlich günstig ist.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung ;zur Verbesserung der
Kommutation von fremd-' erregten Gleichstromgeneratoren in Leonardschaltung, bei
welchen der Generator außer mit einer hauptschlußerregten Wendepolwicklung noch
mit einer zusätzlichen Wendepolwicklung versehen ist. Gemäß der Erfindung wird die
gewünschte Verbesserung der Kommutation dadurch erreicht, daß die zusätzliche Wendepolwicklung
mittelbar oder unmittelbar parallel zur Haupterregerwicklung des Generators angeordnet
ist und somit einen gegenüber dem Haupterregerstrom voreilenden Strom liefert, so
daß bei plötzlichen Belastungsänderungen ein rascher Anstieg des Wendefeldes erfolgt
und gleichzeitig durch die Zusatzwendefeldkomponente die transformatorisch im Rotor
induzierte ENIK kompensiert wird.
-
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, und zwar
sind in den Fig. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele derselben in schematischer Weise
veranschaulicht.
-
In Fig. i bedeutet i einen Gleichstromgenerator, der in Leonardschaltung
einen Gleichstrommotor 2, beispielsweise den Antriebsmotor einer Förderanlage, speist.
Der Generator i ist mit einer fremderregten Hauptfeldwicklung 3 sowie der hauptschlußerregten
Wendepolwicklung 4 versehen, während 5 die Reihenschlußfeldwicklung des Motors 2
bedeutet. Für die Regelung des Stromes im Leonardkreis dient der Potentiometerwiderstand
6, der in an sich bekannter Weise über einen nicht dargestellten Regler mittels
eines Steuerhebels verstellt wird. Der Generator i besitzt außer der Wendepolwicklung
4 noch eine zusätzliche Wendepolwicklung 7, die im Nebenschluß zur Haupterregerwicklung
3 liegt. In diesem Nebenschlußkreis ist ein Ohmscher Widerstand 8 mit parallel geschaltetem
Kondensator 9 angeordnet.
-
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nunmehr wie folgt: Im stationären
Betrieb bzw. auch bei langsamem Stromanstieg im Erregersteuerkreis wird (las durch
die reihenschlußerregte Wicklung 4 !erzeugte Wendefeld eine einwandfreie Kommutation
des Generators i gewährleisten. Sobald jedoch rasche Stromänderungen im Fremderregerkreis
des Generators i, verursacht durch eine rasche Hinundherbewegung des Steuerhebels,
auftreten, wird die Erregerspannung dem Erregerstrom voreilen. Dies hat zur Folge,
daß das Wendefeld .4 den raschen Ankerstromänderungen nicht rasch genug folgen kann,
und infolgedessen tritt eine Verschlechterung der Kommutation ein. Diese ungünstige
Wirkung bei Stoßbetrieb wird nunmehr durch die zusätzliche Wendepolwicklung 7 ,beseitigt.
Bei einer plötzlichen Verstellung des Potentiometers 6 wird im zusätzlichen Wendefeldkreis
7, der im Nebenschluß zur Haupterregerwicklung 3 liegt, ein Strom fließen, der durch
die Wirkung des Widerstandes 8 mit dem parallel geschalteten Kondensator 9 gegenüber
dem Strom in der Haupterregerwicklung 3 eine Voreilung aufweist, so daß die Wendepolwicklung
7 einen raschen Anstieg des Wendefeldes bewirken wird.
-
Wie bereits erwähnt, nimmt durch die wellenartige Steuerung des Hauptstromes
der Generator i ein wechselstromartiges Verhalten an, so daß in den kurzgeschlossenen
Ankerwindungen eine Transformatorspannung entsteht, die auch zur Verschlechterung
der Kommutation beiträgt. Diese transformatorisch im Rotor induzierte EMK wird nun
gleichzeitig durch das Wendefeld der Zusatzwicklung 7 kompensiert, da diese eine
Komponente mit der richtigen voreilenden Phasenlage aufweist. Die zusätzliche Wendepolwicklung
7 wirkt daher mit zwei Komponenten auf die Kommutation, wobei die eine die Transformator-EMK
kompensiert und die andere den raschen Wen.defeldaufbau bewirkt.
-
In der Fig. i ist noch eine weitere zusätzliche Wendepolwicklung io
vorgesehen, die in Reihe mit der Haupterregerwicklung 3 liegt. Die weitere Wendepolwicklung
io ist der Wendepolwicklung 7 entgegengerichtet und dient zur Aufhebung der Wirkung
dieser letzteren im stationären Betrieb, da sonst das Wendefeld im normalen Betrieb
zu stark Wäre und die Kommutation beeinträchtigen würde.
-
In Fig.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
die sich von der Anordnung nach Fig. i dadurch unterscheidet, daß die Zusatzwicklung
7 über einen Hilfsgenerator 12 gespeist wird. Die Schaltung nach Fig.2 ist vorteilhaft
für große Maschinen mit hohen Strömen, da in solchen Fällen die Wendepolwicklung
7 sonst eine viel zu große Induktivität aufweisen müßte, um die für die Kommutation
erforderliche Amperewindungszahl aufzubringen. In der Fig. 2 sind dieselben Elemente
wie in Fig. i mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Die im Nebenschluß zur Haupterregerwicklung
3 liegende Wicklung ist jetzt die Erregerwicklung i i des Hilfsgenerators 12, der
die zusätzliche Wendefeldwicklung 7 des Generators speist. Durch die Zwischenschaltung
des Hilfsgenerators 12 ist es somit möglich, die Wendepolwicklung 7 viel kleiner
zu bemessen, als dies sonst der Fall wäre. Bei plötzlichen Stromänderungen im Haupterregerkreis
wird nunmehr
die Erregung des Hilfsgenerators 12 entsprechend geändert,
und der Strom in der Wendepolwicklung 7 steigt ebenfalls sehr schnell an. In Reihe
mit der Wicklung 7 ist ein Ohmscher Widerstand 13 geschaltet, der eine weitere Korrektur
der Phasenlage des Wendefeldes im voreilenden Sinne bewirkt. Die weitere zusätzliche
Wendefeldwicklung io hebt, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. i beschrieben worden
ist, die Wirkung der Wicklung 7 im stationären Betrieb auf. Durch diese Wicklung
io ist die Anordnung von der Frequenz der Steuerhebelbewegungen weitgehend unabhängig.