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Einf ach-Drehtransformator zur Regelung von ständergespeisten Wechselstromkommutatormotoren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehtransformatoren und ihre Anwendung.
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Der Drehtransformator ist als ein Mittel bekannt, in einem Wechselstromnetz
eine veränderliche Spannung zu erzielen, sowohl was den Betrag als auch die Phase
der Spannung und Komliinationen davon betrifft.
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Wenn beim Einfach-Drehtransformator eine seiner Wicklungen, die die
des Ständers oder Läufers sein kann, mit elektrischer Energie gespeist wird, so
daß sie als Primärwicklung wirkt, wird in der anderen N#'ickltiiig, welche dann
als Sekundärwicklung wirkt, eine betragsmäßig konstante Spannung erzeugt, deren
Phase entsprechend der Stellung der Primär- und der Sekundärwicklungen zueinander
veränderlich ist. Bisher wurden zur Erzielung einer im Betrag veränderlichen Spannung
mit einer festen Phasenlage Doppel-Drdhtransformatoren verwendet.
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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Einfach-Drehtransformators
für die Erzeugung einer veränderlichen Spannung konstanter Phasenlage in Kombination
mit einem konstanten Spannungsvektor senkrecht zur veränderlichen Spannung.
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Diese Kombination von Spannungen ist erforderlich für den Betrieb
von ständergespeisten Nebenschlußkommutatormotoren.
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Die veränderliche Spannungskomponente von fester Phasenlage wird verwendet
für die Drehzahleinstellung des Nebenschlußkommutatormotors und die feste Spannungskomponente
für die
Phasenkompensation des Läuferstroms (Kompensations- oder
Magnetisierungsspannung).
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Anwendung des beschriebenen
Einfach-Drehtransformators auf die Ständerspannungsregelung und für Drehrichtungsumkehr
dieses Motortyps.
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Abb. i soll eines der Grundprinzipien, die einem solchen Drehtransformator
zugrunde liegen, zeigen. Der Drehtransformator IR, der schematisch in Abb. i dargestellt
ist, hat eine Primärwicklung P und eine Sekundärwicklung S, von denen die eine in
dem Ständer und die andere in dem Rotor des Transformators untergebracht ist. Die
Wicklungen P und S sind in Reihe geschaltet, wobei der Windungssinn der Sekundärwicklungen
so verläuft, daß sie zusammengeschaltet einen Sternpunkt bilden. Das gesamte in
Reihe geschaltete System ist an ein Speisenetz IS angeschlossen.
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Die veränderliche Ausgangsspannung wird von Anschlußpunkten zwischen
den Primär- und Sekundärwicklungen entnommen.
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Das bei dieser Anordnung erhaltene Ergebnis ist vektoriell in Abb.
i a angegeben. In dieser Abbildung stellt der Vektor o-i die Speisespannung dar,
welche dem Drehtransformator zugeführt wird. Angenommen, die Einstellung der Primär-und
Sekundärwicklung des Drehtransformators ist derart, daß seine in Reihe geschalteten
primären und sekundären Phasenwicklungen in koaxialer Lage sind und daß die Verbindungen
zwischen den Wicklungen so hergestellt sind, daß die in ihnen induzierten Spannungen
sich addieren, dann addieren sich ihre beiden Spannungsvektoren algebraisch. Unter
der weiteren Voraussetzung, daß die Windungszahl primär und sekundär gleich ist,
läßt sich die Sekundärspannung durch den Vektor o-2 und die Primärspannung durch
den Vektor 2-1 darstellen. Der Vektor o-2 stellt außerdem die Spannung auf der Ausgangsseite
des Drehtransformators dar.
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Bei einer relativen Verstellung von Primär- und Sekundärteil des Drehtransformators
wird die Lage ihrer Spannungsvektoren um gleiche elektrische Winkel verschoben sein.
Daher wird sich für eine Verstellung, die durch einen Winkel a gegeben ist, die
Sekundärspannung darstellen lassen durch den Vektor o-2' und die Primärspannung
wird dann dargestellt durch die Spannung 2'-1, wobei ihre vektorielle Summe o-i
wiederum gleich der konstanten Speisespannung ist. Daraus ergibt sich, daß bei einer
weiteren relativen Verstellung zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung
des Drehtransformators die Sekundärspannung dargestellt wird durch die Vektoren
o-2" oder o-2"', beispielsweise in Abhängigkeit von dem Grad und der Richtung der
Verstellung, wobei bei solchen Verstellungen das obere Ende des Vektors längs der
geraden, gestrichelten Linie, die seinen geometrischen Ort darstellt, bewegt wird.
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Der Ursprungspunkt aller Vektoren bleibt in o. Hierdurch wird ein
Hauptziel der Erfindung erreicht, nämlich die Gewinnung einer veränderlichen Spannung,
die in vektorieller Darstellung durch einen mit seinem Ende längs einer geraden
Linie als seinen geometrischen Ort beweglichen Vektor angegeben ist.
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In dem allgemeinen Fall, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Primär- und Sekundärwicklung des Drehtransformators nicht gleich i ist, werden
die geometrischen Orte der Vektorenden Kreise, deren Mittelpunkte auf einer Verlängerung
des Vektors o-i außerhalb der Strecke o-i liegen. In der Abbildung sind vier Bogen
solcher Ortkreise für die Übersetzungen 1:2 i : 1,5; 1,5 : i und 2 : 1 zwischen
den Windungszählen in der Sekundärwicklung und der Primärwicklung gezeichnet.
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Zurückkommend auf die Bedingungen, bei welchen das Übersetzungsverhältnis
i : i ist, sieht man ohne weiteres, daß die Größe der Ausgangsspannung theoretisch
unbegrenzt und praktisch nur durch den Kraftfluß, der durch den Drehtransformator
aufgenommen werden kann, begrenzt ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist dieser
Fluß veränderlich. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung beruht darin, daß
die Eisen- und Kupferverluste, der Magnetisierungsstrom und der Blindspannungsabfall
geringer sind, wenn weniger als dieHöchstspannung ,gefordert ist.
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Wenn man beispielsweise die Verhältnisse vergleicht, bei welchen der
Winkel a von 12o auf o° verändert wird, was einer Veränderung der Sekundärspannung
vom doppelten Mindestwert auf den Mindestwert o-2 entspricht, so ergibt sich, daß
der Kraftfluß halbiert und der innere Laststrom, der durch den gleichen Außenstrom
auf der Abgabeseite bedingt ist, ebenfalls halbiert wird. Dies hat daher zur Folge,
daß die Eisen- und Kupferverluste und der :@Iagnetisierungsstrom auf etwa ein Viertel
reduziert und der Blindspannungsabfall im Verhältnis zu den inneren Strömen reduziertwird.
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Der Gesamtwirkungsgrad der Anordnung, die einen Doppel-Drehtransformator
ersetzt, wird im Durchschnitt aus mindestens zwei Gründen stark verbessert. Erstens
wird die gesamte verlangte Ausgangsleistung durch eine Einheit statt durch zwei
geliefert, was einen verhältnismäßig höheren Wirkungsgrad ergibt und eine geringere
Magnetisierungsleistung. Zweitens treten, wie im vorstehenden erwähnt, die maximalen
Verluste dieses Einfach-Drehtransformators nur bei maximaler Spannungsabgabe auf,
so daß die durchschnittlichen Verluste über den gesamten Spannungsbereich verhältnismäßig
klein sind.
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Der geometrische Ort der Vektorenden 2 kann, wenn erforderlich, in
irgendeine andere parallele Lage bewegt werden, beispielsweise wie im Vektordiagramm
der Abb. 2 gezeigt, in die mit Ort 3 bezeichnete Lage durch die Einführung einer
konstanten Spannungskomponente 2-3, die man erzielt durch Einführung der Sekundärwicklung
eines Transformators in die Ausgangsleitung der beschriebenen Anordnung. Ein solcher
Transformator 'hat ein konstantes Übersetzungsverhältnis, und seine Primärw-ickluiig
ist an das Netz angeschlossen.
Auf diese Weise kann der numerische
Betrag der konstanten Spannung mit Bezug auf die veränderliche Spannungskomponente
eingestellt werden, was in der Praxis häufig notwendig ist.
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Es gibt jedoch noch andere, im nachstehenden beschriebene Wege, um
das gleiche Ziel zu erreichen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, <iaß die erfindungsgemäße
Anordnung für einen Einfach-Drehtransformator besonders geeignet ist für alle Anwendungsfälle,
wo es erforderlich ist, Spannungen in einer vektoriellen Richtung im positiven und
negativen Sinne zu erzielen, einschließlich Solcher Fälle, wo ein konstante, um
9o° oder irgendeinen anderen Winkel verschobene Spannung diesen Spannungen zuzuzählen
ist.
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Die konstante Spannungskomponente kann eine von cgo° verschiedene
Phasenverschiebung haben, um für eine konstante Verschiebung des Drehzahlbereiches
zur synchronen Drehzahl zu sorgen.
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Dies erweist sich als nützlich, um eine symmetrische Verwendung des
Drehtransform@atorspannungsbereiches in einem drehzahlerhöhenden und -vermindernden
Sinne zu erhalten, auch in solchen Fällen, wo die Motordrehzahl nicht symmetrisch
mit Bezug auf die synchrone Drehzahl ist.
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Abb. 3 stellt ein vereinfachtes Schaltbild für nur eine Phase eines
Beispiels der Anwendung der Erfindung auf die Regelung eines ständergespeisten Wechselstromnebenschlußkummutatormotors
dar.
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In diesem Schaltbild stellt St die an die Speiseleitung angeschlossene
Ständerwicklung dar und C die Läuferwicklung und den Kommutator eines Nebenschlußkommutatormotors
M. Die in Berührung mit dem Kommutator befindlichen Bürsten sind an den Verbindungspunkt
der in Reihe geschalteten Primärwicklung P und Sekundärwicklung S des Einfach-Drehtransformators
IR geschaltet.
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Die konstante Eingangsspannung für den Drehtransformator wird mittels
einer Hilfswicklung F im Ständer des Motors erzielt, die mit der Ständerwicklung
für diesen Zweck einen Transformator bildet.
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Diese Anordnung beruht auf der Annahme, daß die Hälfte der konstanten
Spannung, die in der Wicklung F induziert wird, als Kompensationsspannung verwendet
wird, zu welcher durch Verstellung des Drehtransformators die um 9o° verschobene
veränderliche Spannungskomponente addiert wird.
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Unabhängig von den Einflüssen zweiter Ordnung bestimmt die veränderliche
Spannungskomponente (beispielsweise 2-2' in Abb. i a für eine Verstellung des Drehtransformators
um den Winkel a) die Drehzahl des Motors in bezug auf die synchrone Drehzahl, und
da diese Komponente so angewendet werden kann, daß sie additiv oder subtraktiv wirkt,
werden Drehzahlen oberhalb oder unterhalb der synchronen Drehzahl möglich.
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Das gleiche trifft auf das durch Abb.4 dargestellte Beispiel zu, bei
welchem die gleichen Bezugsziffern für die Bezeichnung entsprechender Wicklungen
verwendet werden, wobei die Anordnung der Abb. 4 zwei Bürsten je Phase am Kommutator
vorsieht, d. h. eine Sechsphasenspeisung desselben.
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Die in Abb. 5 dargestellte Anordnung entspricht im wesentlichen der
in Abb. 3 gezeigten mit dem Zusatz eines Hilfstransformators A, dessen Sekundärwicklung
SA in den Sekundärkreis des Drehtransformators IR eingeschaltet und dessen
Primärwicklung PA gemäß dem Prinzip der Abb. 2 an das Netz angeschlossen ist, um
die konstante Kompensationskomponente des sekundären Spannungsvektors zu verändern.
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Die Sekundärwicklung SA kann auch verwendet werden, um eine konstante
Spannungskomponente in der Drehzahlregelrichtung in den Stromkreis einzuführen,
um den Spannungsbereich des Drehtransformators entsprechend dem unsymmetrischen
Drehzahlbereich des Motors in bezug auf seine synchrone Drehzahl zu verschieben.
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Die dem Drehtransformator zugeführte konstante Spannung kann auf verschiedene
Weise erhalten werden.
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Wie in Abb. 6 gezeigt, ist für diesen Zweck ein Transformator T vorgesehen.
Die Primärwicklung Pt des Transformators T ist an die Speiseleitung angeschlossen
und mit zwei Sekundärwicklungen F und SA ausgerüstet. Die Sekundärwicklung F speist
den Drehtransformator mit der geeigneten Spannung. Die Sekundärwicklung
SA liefert die senkrechte Spannungskomponente, um die Kompensationsspannung
zu berichtigen und, wenn erforderlich, eine Drehzahlregelspannung, wie oben erläutert,
einzuführen; wobei die letztere beispielsweise durch eine geeignete Zic:kzackschaltung
der Wicklung SA erzielt wird.
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Im Prinzip arbeitet die Anordnung ähnlich der in mit Bezug auf Abb.5
beschriebenen mit dem Unterschied, daß die additive oder subtraktive Ausgangsleistung,
d. h. der Unterschied zwischen der Gesamtausgangsleistung und der sogenannten synchronen
Leistung der Maschine über den Transformator T aus der Speiseleitung entnommen oder
zu dieser zurückgeführt wird anstatt über den Ständer des Motors.
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Welche dieser Anordnung als die zweckmäßigere gewählt wird, hängt
von den jeweiligen Antriebsbedingungen ab, insbesondere von dem Gesichtspunkt der
Abhängigkeit des Drehmoments von der Drehzahl.
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Eine andere Anordnung zur Erzielung einer geeigneten Spannung für
den Läufer ist in Abb.7 gezeigt, wo der Drehtransformator IR unmittelbar vom Netz
gespeist wird und ein Zwischentransformator TS zwischen der Ausgangsseite des Drehtransformators
und dem Läufer C vorgesehen ist.
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Die Primärwicklung PS dieses Zwischentransfdrmators TS ist mit dem
Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Primärwicklung P und Sekundärwicklung
S des Drehtransformators IR verbunden, während die Sekundärwicklung SS des
Hilfstransformators,
die drei offene Phasenanschlüsse bei einer sechsphasigen Speisung haben kann, mit
dem Läufer C verbunden ist.
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Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sie die Ströme im
Drehtransformator mit Rücksicht auf die höhere Speisespannung im Vergleich zur Kommutatorspannung
vermindert und daß sie gleichzeitig drei Phasen dieses Geräteteiles beibehält, während
die hohen Ströme für den Läufer durch die stationäre Sekundärwicklung SS des Transformators
TS aufgenommen werden und durch die Sechsphasenspeisung des Läufers vermindert werden
können.
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Abb.8 zeigt ein weiteres Beispiel der Anwendung der Erfindung für
die Wechselstromkommutatormotorregelung, bei welcher die Berichtigung vier Magnetisierungssparnungskomponente
erzielt wird durch Anzapfen einer Wicklung F feststehender Spannung für den Anschluß
eines Endes jeder Phase einer offenen Dreiphasenspeisung des Läufers (Sechsphasenkommutatorspeisung).
Die Spannung zwischen den Punkten o und X ist durch den Spannungsvektor 2-3 in dem
in Alb. 2 gezeigten Vektordiagramm dargestellt.
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Die Wicklung F kann eine Sekundärwicklung eines getrennten Transformators
sein, oder es kann eine im Ständer desMotors Muntergebrachte Wicklung sein. Es ist
auch möglich, die Kommutatoranschlüsse an Anzapfungen in der Primärwicklung oder
Sekundärwicklung des Drehtransformators IR
herzustellen, um eine niedrigere
Spannung in Sparschaltung zu erhalten.
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Ein anderes Beispiel der durch die Erfindung gebotenen Möglichkeiten
zeigt das in Abb.9 dargestellte Schaltbild, bei welchem der Drehtransformator IR
vom Netz gespeist wird und eine Wicklung P:9 vorgesehen ist, in welcher eine Spannung,
die der Spannung in der Primärwicklung P des Drehtransformators proportional ist,
durch den gleichen Induktionsfluß induziert wird. Die Wicklung PA speist den Anker
C in offener Dreiphasenschaltung. Die Wicklung PA dieser Anordnung ersetzt in der
Tat den Transformator TS der Anordnung in Abb.7 und vermindert so Verluste, wattlose
Leistung und Blindspannungsabfall. Die \Vicklung P.9, die praktisch eine Sekundärwicklung
ist, kann, wenn gewünscht, -wahlweise so angeordnet werden, daß in derselben durch
die Sekundärwicklung S des Drehtransformators eine Spannung induziert wird, so daß
sowohl die Prii iir - als auch die Sekundärwicklung des Drehtransformators
eine ähnliche Rolle in der erfindungsgemäßen Anordnung spielt.
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Die Berichtigung der Magnetisierungskomponente itn Beispiel der Abb.
9 wird durch eine Hilfssekundärwicklung SA im Ständer des Motors 1I erzielt.
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Irin allgemeiner Vorteil jeder dieser erfindungsgemäßen Anordnungen
besteht darin, daß, da der theoretische Spannungsbereich der veränderlichen Ausgangsspannung
unbegrenzt ist, höhere Spannungen außerhalb des vorbestimmten Bereiches für Dauerleistung
für gelegentlichen kurzzeitigen Betrieb verwendet werden können durch zeitweise
Übererregung des Drehtransformators.
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Ein Beispiel, wo solch ein Verfahren mit Nutzen angewendet werden
kann, besteht bei einem Kommutatormotor veränderlicher Drehzahl tnit einem bestimmten
festgelegten l)rehzalillrereich, der jedoch für eine kurze Zeitdauer aullerhalb
dieses Drehzahlbereiches, lieisl>iels-,N-eise für Einzieh- od. d.1. Zwecke, verwendet
«-erden soll.
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Ein weiterer Fall ist die Verblendung dieses erwähnten Spannungsbereiches
nur zum Anlassen oder zum dynamischen Bremsen. klan erzielt dabei ein sanftes Anlaufen
vom Stillstand oder ein generatorisches Bremsen tnit einer zeitweiligen Überbelastung
des Drehtransformators, wobei diese Überbelastung in Anbetracht ihrer kurzen Dauer
unwesentlich ist.
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Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise, einen Drehtransformator
von geringerer Baugröße als sonst zu verwenden in Anbetracht des erzielbaren erweiterten
Spannungsbereiches, was geringere Verluste, geringere 1lagtietisiertitigsströme
und geringere Kosten als sonst b.editigt.
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Im Zusammenhang mit den :Möglichkeiten der Erfindung kann es manchmal
z«ecktnäßig sein, das Übersetzungsverhältnis zwischen den zwei Primärwicklungen
P und S geringfügig zu verändern, um geringfügig verschiedene Magnetisierungsspannungen
über den ganzen Drehzahlbereich zu erhalten, die sich mit zunehmender Abweichung
von der synchronen Drehzahl erhöhen.
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Der beschriebene Einfach - Drehtransformator kann auch für eine gleichzeitige
Spannungsregelung i in Ständerkreis des Wechselstromkommtttatormotors verwendet
werden, was in vielen Fällen aus den folgenden Gründen wünschenswert ist.
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Es ist bekannt, daß ein Beschränkungsfaktor im Bau und im Betrieb
von \\'ecliselstrotnlcommutatormotoren die Spannung zwischen zwei henachbarten Kommutatorlämellen
ist, die nicht über eine gewisse Grenze je nach der Zusammensetzung der verwendeten
Bürsten erhöht \\-erden kann.
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Wenn diese Grenze überschritten ist, tritt sowohl ein Feuern wie eine
überin<ißige I?rwärtnung der Bürsten und des Koinmutators auf.
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Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, daß infolge des Kurzschließens
von Windungen der Läuferwicklung durch die Bürsten, welche zwei oder mehrere Kollektorlamellen
gleichzeitig berühren, ein übermäßig starker Strom fließt.
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Bei stiindergespeisteit Kommutatorinotoren hängt diese Spannung von
zwei Bedingungen ab, nämlich von der Grö13e des magtietisclieti Flusses (natürlich
unter Berücksichtigung Gier :\rt der jeweils zur An-\\ aidtttig gekommenen 1_@iufer@@iclaung)
und von dem Unterschied zwischen rler tatsächlichen Drehzahl und der svticlironeii
1)i-eiizalil der Maschine.
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Für eineu gegebenen magn.;tisclien Fluß und eine gegelr:ne 1_äuferwicklung
ist daher <1-i- Prelizahllrereich einer solchen Maschine durch die Spannung zwisch°n
den Konitntitatorlanielleu begrenzt.
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Bei den üblichen :\nordnungen bleibt der magnetische
Fluß
des Motors konstant, urvd dieseKonstanz ist so lange vorteilhaft, als das an der
Motorwelle abgegebene Drehmoment über den Drehzahlbereich konstant bleibt.
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Es gibt jedoch viele Fälle, in welchen ein veränderliches Drehmoment
gefordert wird, das entweder mit abnehmender Drehzahl abnimmt, wie z. B. bei Lüftern
und Zentrifugalpumpen, oder mit zunehmender Drehzahl abnimmt, wie z. B. in Verbindung
mit verschiedenen Werkzeugmaschinen.
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Für solche Fälle ist bereits vorgeschlagen worden, die Primärspannung
und damit den Fluß entsprechend dem verminderten Drehmomentbedarf herabzusetzen,
was mit dem Vorteil verbunden ist, daß gleichzeitig die Spannung zwischen den Kommutatorlamellen
verringert wird.
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Dies ermöglicht einen vergrößerten Drehzahlbereich bei gleicher ursprünglicher
Auslegung der Maschine und eine Verringerung der Verluste an den Kommutatorbürsten
durch die Verminderung der obenerwähnten Kurzschlußströme, was eine geringere Erwärmung
dieser Teile zur Folge hat.
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Außerdem werden die Eisenverluste und der Magnetisierungsstrom der
Maschine vermindert, so daß ihr Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor infolge des
verminderten Drehmoments und Leistungsbedarfs, verglichen mit der Größe des Motors,
verbessert wird.
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Die gewünschte Änderung in der Ständerspannung kann dadurch erzielt
werden, daß man ein zweites Wicklungssystem des beschriebenen Drehtransformators
in den Ständerstromkreis des Motors einschaltet.
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Dieses zusätzliche Wicklungssystem kann entweder im Drehtransformator
selbst oder in einem Hilfstransformator oder in einer beliebigen Kombination derselben
untergebracht werden.
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Eine Ausführungsmöglichkeit hierfür gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die Verwendung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung mit der Ständerwicklung
in Reihe geschaltet ist.
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Die Primärwicklung dieses Transformators kann mit der Ausgangsspannung
irgendeiner der beschriebenen Anordnungen verbunden werden, so daß sie mit einer
in Größe und Richtung je nach der Einstellung des Drehtransformators regelbaren
Spannung gespeist wird.
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Auf diese Weise kann dem Ständerstromkreis des Kommutatormotors eine
Spannung zugeführt werden, die die der Ständerwic'klung zugeführte Spannung mit
abnehmender oder zunehmender Drehzahl erhöht oder vermindert, je nach den Erfordernissen
des Antriebs, wie oben dargelegt.
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Statt der Verwendung eines getrennten Transformators für die Erzeugung
der zusätzlichen Primärspannung kann man eine solche Spannung aus den zusätzlichen,
in dem Drehtransformator selbst oder in seinem Zusatztransformator oder T-Transformatoren
untergebrachten Sekundärwicklungen erhalten.
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Bei dem in Abb. to gezeigten Beispiel sind die eigentlichen Primär-
und Sekundärwicklungen P und S des Drehtransformators IR in Reihe geschaltet und
mit dem Netz verbunden, und zwei Sekundärwicklungen darstellende Hilfswicklungen
PP und PS sind mit der Primärwicklung des Drehtransformators magnetisch verkettet.
Durch Unterbringung nur der eigentlichen Sekundärwicklung S in dem beweglichen Teil
des Drehtransformators IR wird der Vorteil erzielt, daß nur drei biegsame Leitungen
zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Teil des Drehtransformators erforderlich
sind.
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Es ist ein Transformator T vorgesehen, der zwei Sekundärwicklungen
STP und STS hat.
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Die Primärwicklung PT des Transformators 7' ist mit den Verbindungsstellen
zwischen der eigentlichen Primär- und Sekundärwidklung P und S des Drehtransformators
IR verbunden.
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Diese Transformatorprimärwicklung PT wird daher mit einer Spannung
gespeist, die der in der eigentlichen Sekundärwicklung S des Drehtransformators
IR induzierten Spannung gleich ist, wobei die in den zwei Sekundärwicklungen STP
und STS des Transformators T induzierten Spannungen proportional sind und dieselbe
Vektorlage haben wie die Spannungen, die in diesen Wicklungen induziert werden würden,
wenn diese als Sekundärwicklungen zur EigensekundärwicklungS des DrehtransformatorS.IR
wirken würden.
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Die Sekundärwicklung STS des Transformators T ist mit dem Sekundärstromkreis
des Motors in Reihe geschaltet und mit der Hilfssekundärwicklun,g PS, die magnetisch
mit der EigenprimärwicklungP des DrehtransformatorsIR verkettet ist.
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Das Übersetzungsverhältnis zwischen P und PS
einerseitC und
PT und STS andererseits kann so bemessen sein, daß es die erforderliche konstante
Kompensationsspannung ergibt, wie im einzelnen im nachstehenden unter Bezugnahme
auf die Abb. 12, 12a und 12b erläutert wird. Es ist ohne weiteres verständlich,
daß die beschriebene Anordnung in besonderem Maße für die Läuferspannungsregelung
geeignet ist, ,gleichgültig, ob eine Ständerspannungsregelung vorgesehen ist oder
nicht.
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Die andere Sekundärwicklung STP des Transformators T ist mit der anderen
Hilfssekundärwicklung PP des Drehtransformators IR zwischen dem Netz und der Ständerwicklung
St des Motors in Reihe geschaltet.
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Die in diesen zwei in Reihe geschalteten Wicklungen entwickelte veränderliche
Spannung addiert sich vektoriell der Speisespannung, gleichgültig, oh die Hinzufügung
einer konstanten Spannung gewünscht wird oder nicht.
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In allen Fällen ist es mit den erfindungsgemäßen Anordnungen möglich,
nicht nur die Größe der Ständerspannung, sondern auch ihre vektorielle Lage als
eine Funktion der eingestellten Drehzahl und in Übereinstimmung mit den erforderlichen
Phasenkompensationsbedingungen zu regeln.
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Zur Umkehrung der Drehrichtung des Motors müssen bei jeder der beschriebenen
Anordnungen außer dem Umschalten von zwei Speiseleitungen Maßnahmen zur richtigen
Einführung der Kornpensationsspannung
für die neue Drehrichtung
getroffen werden.
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Dies ist mit Rücksicht auf die Tatsache notwendig, daß die für die
Phasenkompensation in einer Drehrichtung geeignete voreilende Spannungskomponente
nacheilend wird und daher als Gegenkompensation in der anderen Drehrichtung wirkt,
wenn keine Veränderungen der inneren Schaltung vorgenommen werden.
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Der direkte Weg, dies zu erreichen, würde darin bestehen, den Beginn
und das Ende jeder einzelnen Phase entweder in der Primär- oder Sekundärwicklung
des Drehtransformators' sowie der Hilfstransformatoren, falls solche vorgesehen
sind, zu verändern.
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Um eine erhöhte Zahl von Kontaktklemmen besonders bei starken Strömen
und von biegsamen Leitungen für den Läuferstromkreis des Drehtransformators, die
dadurch bedingt sind, zu vermeiden, kann gemäß der Erfindung der nachstehende einfache
Weg beschritten werden, um eine richtige Kompensation zu gewährleisten, die überdies
keine verschiedene Drehzahleinstellung des Drehtransformators in den verschiedenen
Drehrichtungen des Motors erfordert.
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Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung das numerische Verhältnis
zwischen den eine resultierende Sekundärspannung liefernden zwei Spannungskotnponenten,
welch erstere dem Sekundärstromkreis des Motors zugeführt wird, so verändert, daß
die Magnetisierungskomponente in der umgekehrten Drehrichtung des Motors negativ
wird.
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In Abb. i i, die im wesentlichen der Abb. 8 entspricht, speist eine
Sekundärwicklung F eines Transformators T den Einfaeh-Drehtransformator IR, wobei
die Primärwicklung PT mit dem Netz verbunden ist.
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Die Anzapfungen X1 und X2 sind an der Wicklung F zur wechselweisen
Verbindung der KommutatorbÜrsten mittels eines Wendeschalters RS vorgesehen.
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Im Vektordiagramm der Abb. i i a stellen die Vektoren o-2 und 2-i
die durch die Primär- und Sekundärwicklungen P und S erzeugten zwei Spannungskomponenten
dar, bei einer Stellung des Primär- und Sekundärteils unter einem Winkel a zueinander,
während o-5 und 5-i die vektorielle Lage dieser Spannungskomponenten bei einem Winkel
x = o darstellen, wobei der geometrische Ort der Vektorenden durch die gestrichelte
gerade Linie L angegeben ist.
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Durch Verbindung der Kommutatorbürsten zwischen der Auzapfung X1 und
dem Verbindungspunkt der Primär- und Sekundärwicklung P und S des Drehtransformators
IR wird außer einer durch den Vektor o-2 dargestellten Sekundärspannung auch noch
eine durch den Vektor 3-o dargestellte Spannung in den Sekundärstromkreis des Motors
eingeführt.
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Die resultierende, dem Kommutator C zugeführte Spannung ist daher
die durch den Vektor 3-2 dargestellte Spannung, wobei der Punkt 3 den neuen
Ursprungspunkt für alle Vektoren bildet und die gestrichelte Linie L weiterhin der
geometrische Ort der Vektorenden bleibt.
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Die konstante Ausgleichsspannung, welche in den Stromkreis als Magnetisierungskomponente
eingeführt wird, ist durch 5-3 dargestellt und die die Drehzahl regelnde Spannungstkomponente
durch 5-2.
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Wenn zur Umkehrung der Drehrichtung des Motors der Umkehrschalter
R S in die Kontaktstellung zur Anzapfung X, gebracht wird, sind die Bürsten zwischen
die Anzapfung X2 und den Verbindungspunkt zwischen der Primär- und Sekundärwicklung
P und .S des Drehtransformators IR geschaltet.
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Unter diesen Umständen ist die resultierende, dem Kommutator C zugeführte
Spannung die durch den Vektor 4-2 in Abb. i i a dargestellte Spannung, während 5-4
die Magnetisierungskomponente darstellt, welche, wie ersichtlich, der Komponente
5-3 entgegengesetzt gerichtet ist. Der Punkt 4 bildet in diesem Falle den neuen
Ursprungspunkt aller Vektoren, und die gestrichelte Linie L bleibt weiter der geometrische
Ort für alle Vektorenden.
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Da eine Änderung im voreilenden oder nacheilenden Sinne auftritt,
wenn eine Änderung im Drehsinn des Drehfeldes vorgenommen wird, wird 5-4, wie erforderlich,
eine voreilende Komponente mit Bezug auf die Komponente 5-2 in der entgegengesetzten
Drehrichtung des Motors unter der Voraussetzung, daß 5-3 die voreilende Komponente
mit Bezug auf 5-2 in der Vorwärtsdrehrichtung des Motors gewesen ist.
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Diese Wirkung wird erzielt ohne Änderung des Verhältnisses zwischen
der Spannungsregelkomponente 5-2 und ihrer Drehzahlregelkomponente. Mit anderen
Worten, wenn die in Alb. i i a dargestellte Einstellung eine übersynchrone Drehzahl
in einer Drehrichtung des Motors ergibt, wenn der Umkehrschalter RS in Berührung
mit der Anzapfung X1 ist, bleibt die Drehzahl übersynchron in der entgegengesetzten
Drehrichtung des Motors, wenn der Umkehrschalter RS in Berührung mit der Anzapfun.g
X2 'kommt.
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Der Anordnung gemäß Abb.12 liegt die der Abt). io zugrunde,
wobei jedoch die Wicklungen PP und STP für die Ständerspannungsregelung weggelassen
sind. Die Primärwicklung PT des Transformators T kann durch den Schalter RS wahlweise
entweder mit ihrem Ende X1 oder mit ihrer Anzapfung X2 mit dem Verbindungspunkt
der Primärwicklung P und der Sekundärwicklung S des Drehtransformators
IR je nach der gewünschten Drehrichtung des Motors verbunden werden.
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Die mit der in Abb. 12 dargestellten Anordnung erzielten Wirkungen
sind graphisch durch die in den Abb. 12a und 12b der Zeichnungen gegebenen Vektordiagramme
dargestellt.
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In Abb. i2a stellen die Vektoren o-2 und 2-i die Spannungen in den
Wicklungen S und P des Drehtransformators IR dar und der Vektor o-i die Spannung
des Netzes, mit welchem diese Wicklungen des Drehtransformators verbunden sind,
wobei 2 der Verschiebungswinkel zwischen der
Primärwicklung P und
der Sekundärwicklung S des Drehtransformators ist und die gestrichelte gerade Linie
L den geometrischen Ort der Vektorenden darstellt.
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In Abb. iah stellt der Vektor o-3 die Spannung in der Sekundärwicklung
PS des Drehtransformators IR dar und der Vektor 3-.4 die Spannung in der Sekundärwicklung
ST des Transformators T, wobei diese Spannungen durch die Übersetzungsverhältnisse
zwischen den Wicklungen P und PS des Drehtransformators und zwischen der Primär-und
Sekundärwicklung PT und ST des Transformators T bestimmt werden.
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Der Vektor 3-.4 stellt den Betrag der Spannung in der Sekundärwicklung
ST des Transformators T dar, wenn der Umkehrschalter RS in Berührung mit dem Ende
X1 des Transformators der Primärwicklung PT ist und die .gesamte Wicklung PT dementsprechend
in den Stromkreiseingeschaltet ist.
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Wenn der Umkehrschalter RS in Berührung mit der Anzapfung X= gebracht
wird, hat die in der Sekundärwicklung ST des Transformators T erzeugte Spannung
einen Betrag, der durch den Vektor 3-5 dargestellt ist, wobei ihre Phasenlage unverändert
bleibt.
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In beiden Schalterstellungen, d. h. auf X1 und X=, ist der Ursprungspunkt
o der Vektoren derselbe, aber der geometrische Ort der Vektorenden verlagert sich
von der gestrichelten: geraden Linie L1, wenn die Verbindung hei X1 hergestellt
wird, auf die gestrichelte gerade Linie L2, wenn die Verbindung bei X2 hergestellt
wird.
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Die die Drehzahl regelnden Spannungskomponenten 6-.1 und 7-5 behalten
ihre Richtung bei, wenn sie auch eine etwas verschiedene Größe haben, während die
festen oder konstanten Magnetisierungskomponenten ihre Richtung ändern, wie durch
die Vektoren o-6 bzw. 0-7 dargestellt wird.
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Es wird daher dieselbe Wirkung wie im vorhergehenden Beispiel erzielt
mit Ausnahme des Umstandes, daß in dem letzteren Beispiel die die Drehzahl regelnden
Komponenten in einer Drehrichtung des Motors geringfügig von den Drehzahlregelkomponenten
in der anderen Drehrichtung des Motors abweichen. Dieser Unterschied kann mit Vorteil
benutzt werden, wo der Drehzahlbereich in einer Drehrichtung des Motors von der
in. der anderen Drehrichtung des Motors abweichen soll.
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Die Anzapfungen in dem beschriebenen Beispiel können durch eine Reihenpärallel-
oder eine ähnliche Schaltung der in Frage stehenden Wicklungen zur Erzielung derselben
Wirkung ersetzt werden.
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Selbstverständlich kann dieses Umkehrprinzip auf jede beliebige der
im vorstehenden unter Bezugnahme auf die Schaltbilder beschriebenen Anordnungen
Anwendung finden unabhängig davon, ob diese nur für die Regelung der Läuferspannung
oder für eine kombinierte Regelung der Läufer- und Ständerspannung ausgelegt ist.