DE875081C - Schaltanordnung fuer die Drehzahl- und Spannungsregelung von staender-gespeisten Wechselstrom-Kommutatormaschinen und Frequenzwandlern - Google Patents

Schaltanordnung fuer die Drehzahl- und Spannungsregelung von staender-gespeisten Wechselstrom-Kommutatormaschinen und Frequenzwandlern

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DE875081C
DE875081C DESCH5805A DESC005805A DE875081C DE 875081 C DE875081 C DE 875081C DE SCH5805 A DESCH5805 A DE SCH5805A DE SC005805 A DESC005805 A DE SC005805A DE 875081 C DE875081 C DE 875081C
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commutator
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Benno Dr-Ing Schwarz
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K27/00AC commutator motors or generators having mechanical commutator
    • H02K27/12AC commutator motors or generators having mechanical commutator having multi-phase operation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • Schaltanordnung für die Drehzahl- und Spannungsregelung von ständergespeisten Wechselstrom-Kommutatormaschinen und Frequenzwandlern Die Erfindung bezieht sich auf die Drehzahl- und Spannungsregelung von Wechselstrom-hommutatormaschinen, bei welchen eine, Ständerwicklung an das Netz angeschlossen ist. Maschinen dieser Art können als Motoren verwendet werden, die an ihren Wellen bei veränderlicher Drehzahl mechanische Leistung liefern, oder als Frequenzwandler, die elektrische Energie von veränderlicher Frequenz und Spannung an Schleifringe liefern, die elektrisch mit der Läuferwicklung oder, falls mehr als eine Läuferwicklung vorgesehen ist, mit einer der Läuferwicklungen verbunden sind.
  • Unabhängig davon, ob eine solche Maschine als Motor oder als Frequenzwandler verwendet wird, kann die Drehzahl der Wechselstrom-liommutatormaschine durch Speisung der liommutatorbürsten dieser Maschine mit einer veränderlichen Spannung eingestellt werden oder, allgemeiner ausgedrückt, dadurch, daß ein veränderliches Verhältnis der an den Ilommutator bzw. an die Ständerwicklung der Maschine angelegten Spannungen vorgesehen wird.
  • Zur Erzeugung einer veränderlichen und einstellbaren Spannung entweder für den I%ommutator oder die Ständerwicklung einer solchen Maschine oder für beide werden Drehtransformatoren oder andere Regeltransformatoren verwendet.
  • Außer der Erzeugung veränderlicher und regelbarer Spannungen erfüllen solche Drehtransformatoren oder andere Regeltransformatoren im allgemeinen auch andere Funktionen. Sie dienen. als Stufentransformatoren für die Speisespannung, um im Läuferkreis der Wechselstrom-Kommutatormaschine eine auf den bekannten Konstruktions- und Kommutierungsgrundsätzen beruhende geeignete Spannung zu erzielen.
  • Außerdem ermöglichen sie eine solche Anordnung des Läuferkreises, daß z. B. drei offene Phasen erzielt werden, die eine Sechsphasenspeisung des Kommutators gestatten mit dem daraus sich ergebenden Vorteil schwächerer Ströme je Bürstenbolzen, geringerer Verluste und geringerer Erwärmung in der Läuferwicklung. .
  • Außerdem kann der Drehtransformator entweder für sich allein oder in Verbindung mit einer Hilfswicklung im Motorständer oder in der Sekundärwicklung eines gesonderten Transformators eine Spannungskomponente im rechten Winkel zu der die Drehzahl verändernden regelbaren Spannung zum Zwecke des Phasenausgleichs des Läuferstromes liefern, was für das einwandfreie Arbeiten vieler Wechselstrom-Kommutatormaschinen wesentlich ist.
  • Bei den bekannten Anordnungen muß die volle Leistungsaufnahme des Läufers der Kommutatormaschine von der Ständerspeisespannung auf die Läuferspeisespannung umgespannt werden, wobei diese Umspannung mittels des Drehtransformators und[oder zwischen Ständerwicklungen der Kommutatormaschine oder einer Kombination derselben, oder einer einen weiteren Transformator umfassenden Kombination geschieht.
  • Darüber hinaus ist eine weitere Umspannung erforderlich, wenn das Netz ein Hochspannungsnetz ist, dessen Spannung zu koch ist, um unmittelbar an die Ständerwicklung der Kommutatormaschine oder an die Primärwicklung des Drehtransformators oder an beide angelegt zu werden.
  • Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Anordnung eines Speisetransformators in der Weise, daß er die verschiedenen oben aufgezählten Funktionen erfüllt und dabei gleichzeitig eine beträchtliche Verminderung der Abmessungen des Drehtransformators und anderer in der Schaltanordnung vorgesehener Wicklungen ermöglicht.
  • Gemäß der Erfindung ist in einer Schaltanordnung für die Drehzahl- und Spannungsregelung von ständergespeisten Wechselstrom-Kommutatormaschinen und Frequenzwandlern, bei denen eine Ständerwicklung an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist, ein Transformator an das Wechselstromnetz angeschlossen, während die Ständerwicklung der Kommutatörmaschine und auch die Wicklungen der Regelmittel zur Erzeugung veränderlicher und einstellbarer Spannungen für die Drehzahl- und Spannungsregelung der Kommutatormaschine mit ein und derselben Sekundärwicklung dieses Transformators verbunden sind und die Kommutätorbürsten der KommutatormasChine mittelbar oder unmittelbar mit Anzapfungen oder inneren Anschlußpunkten einer dieser Wicklungen verbunden sind, um Spartransformatorschaltungen in den Regelkreisen zu erzielen.
  • Zum Zwecke der Spannungsregelung in der erfindungsgemäßen Schaltanordnung werden Drehtransformatoren oder andere Regeltransformatoranordnungen in Spärtransformatorschaltung verwendet.
  • Weitere Zwecke der Erfindung bestehen in der Erzielung einer Phasenumformung zwischen dem Netz einerseits und dem Ständer- und Läuferkreis der Wechselstrom-Kommutatormaschine andererseits, ohne daß es dabei notwendig ist, die Energie im Drehtransformator oder einem anderen Regeltransformator umzuspannen, und in der Erzielung eines Phasenausgleichs ohne die Verwendung zusätzlicher Wicklungen.
  • Die in den Zeichnungen schematisch dargestellten Schaltanordnungen gemäß der Erfindung sollen das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip sowie ihre Ausführung und die erzielten Ergebnisse erläutern.
  • In der in Fig. i gezeigten Anordnung bezeichnet M eine Wechselstrom-Kommutatormaschine mit einer Ständerwicklung St und einem gewickelten Läufer mit Kommutator, der in seiner Gesamtheit mit C bezeichnet ist.
  • Die Kommutatormaschine M wird als Freqüenzwandler zur Speisung von Asynchronmotoren IM i und IM 2 mit einer Spannung von veränderlicher und regelbarer Größe und Frequenz für die Drehzahlregelung dieser Motoren verwendet.
  • Zu diesem Zweck ist der Läufer C der Kommutatormaschine M ferner mit Schleifringen SZ versehen, die mit Anzapfungen in der Läuferwicklung oder einer der Läuferwicklungen verbunden sind.
  • Die Asynchronmotoren (Induktionsmotoren) IM i, IM 2 können, wie schematisch in Fig. = dargestellt, entweder Kürzschlußläufermotoren oder Schleifringankermotoren sein. Es können jedoch statt Asynchronmotoren auch Synchronmotoren verwendet werden. Es kann jede geeignete Anzahl solcher Motoren verwendet werden, die vorzugsweise so mit den Schleifringen SL des Frequenzwandlers M verbunden sind, daß eine symmetrische Strombelastung in der Läuferwicklung des Frequenzwandlers erzielt wird.
  • T bezeichnet einen Transformator, dessen Primärwicklung P an ein Dreiphasenwechselstromnetz beliebiger Spannung angeschlossen ist.
  • Bei einem Einphasennetz, auf das im nachfolgenden Bezug genommen wird, wird eine der Primärwicklungsphasen, z. B. die Phase P, ausgelassen.
  • Die Sekundärwicklung S des Transformators T hat drei offene Phasen, deren Enden mit den Enden der drei gesonderten Phasen der Ständerwicklung St der Kommutatormaschine.M und mit den drei gesonderten Phasen der Wicklungen WS und WR eines Einfachdrehtransformators IR verbunden sind.
  • Die Wicklung WS, die die Ständerwicklung des Drehtransformators IR sein kann, und die Wicklung WR; welche seine Läuferwicklung sein kann, wobei für die letztere biegsame Leitungen F vorgesehen sind, sind in jeder Phase miteinander verbunden, so däß sich die Spannungen dieser Wicklungen geometrisch addieren und ihre .Summe gleich groß und entgegengesetzt der angelegten, durch die Sekundärwicklung S des Transformators T erzeugten Spannung ist.
  • Die Ständerwicklungen SZ = und SI 2 der Induktionsmotoren IM i und IM 2 sind über die Bürsten B' mit den sechs Schleifringen SZ des Frequenzwandlers M verbunden, und die sechs Kommutatorbürsten B dieses Frequenzwandlers liefern eine Sechsphasenspeisung für den Läufer des Frequenzwandlers, wobei Fig. i schematisch eine zweipolige Maschine zeigt.
  • Drei der Kommutatorbürsten B sind, wie gezeigt, mit den Verbindungspunkten zwischen den Drehtransformatorwicklungen WS und WR verbunden, und die anderen drei Kommutatorbürsten B sind mit den Anzapfungen t in der Sekundärwicklung S des Transformators T verbunden oder, wie mit gestrichelten Linien angedeutet, mit den Anzapfungen t' in der Ständerwicklung St der Kommutatormaschine M.
  • Das Vektordiagramm in Fig. i a zeigt die erzielten Spannungen, und die Vektordiagramme der Fig. ib und i c zeigen die im Stromkreis fließenden Ströme.
  • In Fig. i a kann durch die Vektoren i, 2 die Spannung der Sekundärwicklung S des Transformators T dargestellt werden.
  • Angenommen, die Zahl der Windungen in den Reglerwicklungen WS und WR ist gleich, dann müssen die in ihnen durch den gemeinsamen Fluß induzierten Spannungen ebenfalls gleich sein.
  • Wenn die Stellung des Ständers und des Läufers des Drehtransformators IR zueinander derart ist, daß die verbundenen Wicklungsphasen von WS und WR elektrisch gleichachsig sind, dann stellen die Vektoren i, 3 und 3, 2 jeweils die Spannungen dieser Wicklungen dar.
  • Durch Verdrehung von Läufer und Ständer des Drehtransformators IR um den elektrischen Winkel ä nimmt der Vektor i, 3 die vektorielle Lage i, 3' ein. Die waagerechte gerade Linie L 3 stellt den geometrischen Ort der Vektorenden für die verschiedenen Verdrehungswinkel a dar.
  • Wenn die Anzapfungen t oder t' in Fig. i sich in der Mitte ihrer jeweiligen Wicklungen S oder St befinden, dann stellen die Vektoren i, 3 und 3, 2 auch die Spannungen der Teile dieser Wicklung dar, so daß jedes zu einer Phase am Kommutator des Frequenzwandlers M gehörende Bürstenpaar B mit der durch den Vektor 3, 3' -entsprechend dem Verdrehungswinkel ä des Drehtransformators I R dargestellten Spannung gespeist wird. Die dem Kommutator zugeführte Spannung ist Null bei a = o, so daß die Kommutatormaschine oder der Frequenzwandler M mit synchroner Drehzahl läuft.
  • Vorausgesetzt, daß die Lage der Bürsten B am Kommutator C derart ist, daß die vektorielle Lage der Läuferspannung mit der geraden Linie L 3 zusammenfällt, bewirkt die bei einem Verdrehungswinkel ä erzielte Spannungskomponente 3, 3' eine Drehzahldifferenz entweder im übersynchronen oder im untersynchronen Sinne. Die vektorielle Lage der Läufer-und Drehzahlregelspannungen, z. B. 3, 3', ist im rechten Winkel zur Spannung i, :z der in denselben Phasenkreis geschalteten Wicklungen S und St. Es ist ersichtlich, daß jeder dieser Phasenkreise für sich besteht und sie voneinander außerhalb der Läuferwicklung der Kommutatormaschine M getrennt sind und auch, daß die Zahl der Phasen in den Wicklungen S, St und WS, WR die gleiche ist. Unter der. Annahme, daß die Verdrehung c@ in Fig. i a eine untersynchrone Drehzahl ergibt, bewirkt die Verdrehung ä' des Drehtransformators IR, bei der eine durch den Vektor 3, 3" dargestellte Spannung in den Läuferkreis der Kommutatormaschine eingebracht wird, eine übersynchrone Drehzahl.
  • Wenn außerdem die Lage der Anzapfungen t oder t' in der Windung S oder St, je nach Lage des Falles, so gewählt wird, daß die Spannung dieser Wicklung so geteilt wird, wie durch die Vektoren i, q. und q., 2 im Vektordiagramm der Fig. i a angegeben, so ist die in den Läuferkreis der Kommutatormaschine M in der koaxialen Stellung des Drehtransformators IR (a = o) eingebrachte Spannung nicht gleich Null, wie im vorhergehenden Falle, sondern durch den Vektor .4, 3 dargestellt. Bei einem Verdrehungswinkel ä stellt sich die an den Kommutatorbürsten B angelegte Spannung durch den Vektor 4., 3' usw. dar, d. h. es besteht die konstante Spannungskomponente q:, 3 unabhängig von dem Verdrehungswinkel des Drehtransformators IR und, da q., 3 im rechten Winkel zu den Drehzahlregelkomponenten 3, 3', 3, 3" usw. liegt, kann sie dazu verwendet werden, einen Phasenausgleich des Läuferstromes und eine Leistungsfaktorberichtigung der Anordnung zu erzielen.
  • Im Stromvektordiagramm der Fig. i b bezeichnet J den Strom im Läuferkreis, von dem angenommen ist, daß er sich in Phase mit der Drehzahlregelspannung 3, 3' in Fig. ia befindet und daher zum leichteren Verständnis ein keine Blindkomponente enthaltender Leistungsstrom ist; die Ergebnisse sind jedoch in gleicher Weise für jede Phasenlage des Stromes anwendbar.
  • In der neutralen Stellung des Drehtransformators IR (a = o) können die Ströme in den Wicklungen WS und WR des Drehtransformators durch die gleichen Stromvektoren JS O und JR O dargestellt werden unter der Annahme, daß die Zahl der Windungen in diesen Wicklungen gleich ist.
  • Während die Ströme JS o und JRO von derselben Größe sind und sich im Außenkreis addieren, muß einer dieser Ströme, z. B. -JR O in Fig. i b, mit Bezug auf die Innenkreise des Drehtransformators IR im entgegengesetzten Sinne berücksichtigt werden, da im Drehtransformator Gleichgewicht der durch . die Ständer- und Läuferwicklung erzeugten magnetomotorischen Kräfte herrschen muß.
  • Dasselbe Gleichgewicht der magnetomotorischen Kräfte besteht auch mit Bezug auf die gleichen Ströme in der angezapften Wicklung, unabhängig davon, ob dies die Wicklung S oder die Wicklung St ist. Dies bedeutet, daß diese Ströme von den Anzapfstellen in den Teilen der Wicklung auf beiden Seiten der Anzapfstelle in entgegengesetzten Richtungen fließen.
  • Angenommen, die Anzapfung befindet sich in der Ständerwicklung St der Kommutatormaschine 1M (t' wie mit gestrichelten Linien in Fig. i angegeben), dann fließt in der Sekundärwicklung S des Transformators T in Fig. i kein Strom.
  • Wenn die Anzapfung in der Sekundärwicklung S (t in Fig. i) des Transformators vorgesehen ist, fließt kein Strom in der Ständerwicklung St der Kommutatormaschine M. Da im ersten Falle in der Sekundär- Wicklung überhaupt kein Strom fließt und im zweiten Fall sich die magnetischen Wirkungen der Ströme Jso und -Jxo gegenseitig aufheben, fließt in der Primärwicklung P des Transformators T kein Strom. Dies stimmt überein mit der Tatsache, daß die resultierende, im Drehtransformator JR erzeugte Spannung gleich Null ist in der neutralen Stellung a = o, so däß die Leistungsaufnahme des Kommutators der Kommutatormaschine bzw. des Frequenzwandlers M und die Leistungsabgabe an den Schleifringen SL des Frequenzwandlers M ebenfalls Null ist.
  • Gleichzeitig ist die Frequenz an den Schleifringen SZ der Kommutatormaschine M gleich Null, so daß die Induktionsmotoren IM i und IM Z weiterhin im Stillstand bleiben.
  • Ein kleiner Winkel a erzeugt bereits eine resultierende Spannung im Kömmutatorkreis der Kommutatormaschine M und, wenn man die Sekundärwirkungen vernachlässigt, die gleiche Spannung an den Schleifringen SL, wobei die letztere niederfrequent ist, was zur Folge hat, daß die Induktionsmotoren IM = und IM 2 einen beträchtlichen Strom aus dieser Niederspannung-Niederfrequenz-Quelle entnehmen, der nur durch den Ohmschen Widerstand ihrer Wicklungen begrenzt ist. Das an den Wellen der Induktionsmotoren auf diese Weise entwickelte Drehmoment wird mit einem schwachen, in der Primärwicklung des Transformators T fließenden Strom erzielt, wie sich aus dem Strom-Vektor-Diagramm der Fig. i c ergibt, wenn man sich den Winkel a sehr klein vorstellt.
  • Im Strom-Vektor-Diagramm der Fig. i c sind die Ströme für einen Verdrehungswinkel a = a' des Drehtransformators IR dargestellt, d. h. entsprechend dem Drehzahlregelspannungsvektor 3, 3' im Spannungs-Vektor-Diagramm der Fig. za.
  • Das Vektordiagramm der Fig. x c beruht auf dem gleichen Läuferstrom J wie in Fig. b. Die Ströme in den Wicklungen WS und WR des Drehtransformators JR sind durch die Vektoren js a und JR a dargestellt, die gegeneinander um den Verdrehungswinkel a' verlagert sind. Ihre vektorielle Summe ist J im Außenkreis; während im inneren Drehtransformatorkreis einer der Ströme in seiner vektoriellen Richtung (-JR a) als entgegengesetzt gerichtet berücksichtigt werden muß.
  • Die in den Drehtränsformatorwicklungen Js a und -.JRa fließenden. Einzelströme können je als aus zwei senkrecht zueinander stehenden Vektorkomponenten bestehend betrachtet werden, wie in Fig. i c gezeigt.
  • Was nun die angezapfte Wicklung betrifft, so fließen die Ströme Js a und I_ na in den zwei Teilen auf beiden Seiten der Anzapfung. Ihre Komponenten Jso bzw- -JRO, die gleich und entgegengesetzt gerichtet sind, heben sich in ihrer magnetischen Wirkung gegenseitig auf, wie im Zusammenhang mit Fig. =b beschrieben. Die Stromkomponente fließt durch die ganze angezapfte Wicklung und auch durch die nicht angezapfte Wicklung. Gleichgültig, wo auch immer die Anzapfungen vorgesehen sind, der Strom in der Primärwicklung P des Transformators T entnimmt der Stromquelle nur einen Strom, der proportional ist dem Strom Diese Ströme sind überlagert von dem Belastungsstrom, der in der Ständerwicklung St erforderlich ist, um das an der Welle der Kommutatormaschine entwickelte Drehmoment zu erzeugen, wenn diese als Motor benutzt wird.
  • Die durch die verschiedenen, in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendeten Spartransformatorschaltungen erzielten Vorteile sind, wie sich ohne weiteres aus dem vorstehenden ergibt, eine Mindestzahl von Wicklungen mit einer Mindeststrombelastung derselben.
  • Die Gesamtumspannung der bei den bekannten Anordnungen dieser Art; bei welchen getrennte Läufer- und Ständerkreise für die Kommutatormaschine verwendet werden, erforderlichen Energie wird durch die oben beschriebene Anordnung und weitere, im nachstehenden beschriebene erfindungsgemäße Anordnungen vermieden.
  • Die oben beschriebene Schaltanordnung vermindert durch die Verwendung eines kombinierten Ständer-und Läuferkreises die Gesamtgröße der Wicklungen, woraus sich eine Verminderung der Abmessungen, Gewichte, Verluste und des Blindspannungsabfalles in allen Teilen der Einrichtung ergibt.
  • Außerdem werden bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Magnetisierungsstrom= und Eisenverluste im Drehtransformator, Kupferverluste in allen Kreisen und Ohmsche sowie Blindspannungsabfälle überall innerhalb des Drehzahlbereiches von dem an den Endpunkten des Drehzahlbereiches auftretenden Wert mit einem Mindestbetrag in der Neutralstellung des Drehtransformators JR vermindert; wobei diese Stellung durch den Verdrehungswinkel a = o bestimmt wird.
  • Betrachtet man zuerst die Kommutatormaschine 11 als an ein Dreiphasennetz angeschlossen, so läuft sie, wie im vorstehenden dargelegt, mit einer Drehzahl um, die durch die Einstellung des Drehtransformators JR, d. h. durch die vektoriell mit 3, 3', 3, 3" usw. in Fig. i a bezeichnete Spannungskomponente bestimmt wird.
  • Entsprechend der eingestellten Drehzahl der Kommutatormaschine M tritt an den Schleifringen SL eine den Ständern SI i, SI 2 der Induktionsmotoren II1VT i und IM 2 zugeführte Spannung auf, die in Größe und Frequenz proportional ist dem Unterschied zwischen der synchronen Drehzahl der $ommutatormaschine und ihrer eingestellten Nenndrehzahl.
  • Die Induktionsmotoren IM i; Ii@VI 2 laufen mit einer Drehzahl um, die durch die Frequenz ihrer Speisespannung bestimmt wird; die zusammen mit ihrer Polzahl ihre synchrone Drehzahlbestimmt.
  • Ihre wirkliche Drehzahl wird dann bestimmt durch ihren Schlupf infolge ihrer Belastung.
  • Die in der Läuferwicklung oder in den Läuferwicklungen der Kommutatormaschine M durch die Schleifringströme erzeugte magnetomotorische Kraft und die durch den Kommutatorstrom erzeugte magnetomotorische Kraft heben sich im wesentlichen gegeneinander auf, so daß in der Ständerwicklung St der als Frequenzwandler wirkenden Kommutatormaschine kein Belastungsstrom fließt. Dies ergibt sich auch aus der Erwägung, daß diese '.Maschine außer dem für die Reibungs- und Wicklungsverluste der umlaufenden Teile erforderlichen Drehmoment kein Drehmoment entwickelt. Infolgedessen gelten die Stromvektordiagramme der Fig. i b und i c, wenn die Wicklungs- und Reibungsverluste vernachlässigt «erden.
  • Die einzigen weiteren fließenden Ströme sind die Magnetisierungsströme des Frequenzwandlers 31 und des Drehtransformators JR, deren Verteilung und Größe durch das Einbringen einer Spannungskomponente im rechten Winkel zur Läuferspannung geregelt werden kann, wie durch die Vektoren 4, 3 im Spannungsvektordiagramm i a dargestellt ist.
  • Die Kupferverluste im Läufer werden auf einen Bruchteil der Verluste zurückgeführt, die bei dem gleichen Läuferstrom beim Betrieb der Kommutatormaschine M als Motor auftreten würden, wenn nur eine Läuferwicklung angenommen wird, mit welcher sowohl der Kommutator C als auch die Schleifringe SZ verbunden sind, wie Fig. i schematisch zeigt.
  • Die Kommutatormaschine :67 ist, wenn sie in der beschriebenen Weise als Frequenzwandler verwendet wird, in Anbetracht der obigen Überlegungen von beträchtlich geringerer Größe als ein Motor von der gleichen Leistung.
  • Die als Frequenzwandler wirkende Kommutatormaschine ?67 arbeitet, wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, mit Eigenantrieb und unabhängig vom Zweck der Frequenz- und Spannungsregelung auf ihrer Ausgangsseite.
  • Um eine feste Niederfrequenz zu erzielen, z. B. wenn ein Betrieb mit niedriger Drehzahl der drehzahlveränderlichen Wechselstrommotoren gefordert wird, wobei in einigen Fällen eine solche feste Niederfrequenz unabhängig von dem Spannungsabfall im Drehtransformator JR und von seinem Einfluß auf die Drehzahl des Frequenzwandlers M ist, wenn dieser mit Selbstantrieb läuft, so kann der Frequenzwandler 1l1 von einem gesonderten Motor von unveränderlicher Drehzahl angetrieben werden, wobei die Ständerwicklung St dieses Frequenzwandlers vom Netz nur während eines solchen Betriebes abgeschaltet wird.
  • Die Tatsache, daß in der Ständerwicklung der Kommutatormaschine 1L7 kein Belastungsstrom der ersten Ordnung fließt, macht die Kommutatormaschine M bei Verwendung als Frequenzwandler besonders geeignet, gleichzeitig als Phasenumformer zu wirken.
  • Bei einer Einphasenspeisung, z. B. bei Anwendung der Anordnung für Bahnbetrieb, kann die Primärwicklung auf einem Kern des Transformators T in Fig. i, z. B. diejenige auf dem mittleren Kern (P), weggelassen werden.
  • Sobald der Läufer der Kommutatormaschine M umläuft, wird in der Maschine 16I ein Drehfeld erzeugt, und dieses Drehfeld induziert in der Dreiphasenständerwicklung St praktisch symmetrische Dreiphasenspannungen, welche ihrerseits an die Dreiphasensekundärwicklung S des Transformators T und an die drei Phasen der Drehtransformatorwicklungen WR, WS angelegt werden.
  • Die beim Umlaufen des Läufers der Kommutatormaschine bzw. des Frequenzwandlers 1l7 erzielte letztbeschriebene Wirkung hat zur Folge, daß die gesamte Anordnung, abgesehen von sekundären Wirkungen, in der gleichen Weise arbeitet, als wenn sie aus einem Dreiphasennetz gespeist würde.
  • Die Energieübertragung in diejenige Wicklungsphase im Stator St, die mit der Sekundärwicklungsphase ces Transformators T verbunden ist, bei der die Primärwicklungsphase, d. h. die mittlere Phase (P) im Beispiel der Fig. i, weggelassen ist, wird durch den umlaufenden Läufer des Frequenzwandlers 1L1 erzielt.
  • Die Tatsache, daß die Ständerwicklung St des Frequenzwandlers 3,1 nicht durch irgendwelche stärkere Ströme belastet ist, die sich aus einem Mehrphasenbetrieb, wie oben erwähnt, ergeben, und das trifft auch für seine Läuferwicklung zu, ermöglicht eine Verwendung dieser Maschine in vorteilhaftester Weise als Phasenumformer, wobei Spannungsabfälle, welche Unsymmetrien des Mehrphasensystems verursachen, auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden. Die Phasenumformerwirkung wird außerdem noch unterstützt durch die Wirkung der von den Schleifringen SL gespeisten Motoren IM i und IM 2, die infolge ihrer Eigendrehung ebenfalls als Phasenumformer wirken.
  • Es ist selbstverständlich, daß die Phasenumformerwirkung von der Drehzahl des Frequenzwandlers abhängt und daher am größten ist, wenn dieser Frequenzwandler annähernd mit seiner synchronen Drehzahl umläuft, d. h. wenn er an seinen Schleifringen SZ eine Niederfrequenz erzeugt.
  • Dies ist der Zustand, in welchem die mit den Schleifringen SL verbundenen Induktionsmotoren I111 i, IM 2 anlaufen und ihr maximales Drehmoment, insbesondere für Bahnbetrieb, entwickeln müssen.
  • Die unter dieser Bedingung erzielte praktisch vollkommene Symmetrie des Drehfeldes ermöglicht das Erzielen von Anlauf- und Hochlaufdrehmomenten der Induktionsmotoren IM i und IM 2 in Übereinstimmung mit ihrer vollen Leistung als mehrphasige Motoren, was aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sowie des Gewichtes wichtig ist.
  • Bei verminderter Drehzahl des Frequenzwandlers 11T und daher verhältnismäßig verminderter Wirksamkeit der Phasenspalterwirkung verursacht die erhöhte, an den Schleifringen SZ erzeugte Frequenz ein Umlaufen der Induktionsmotoren IM i und IM 2 mit hoher Drehzahl, so daß deren Phasenspalterwirkung zunimmt, was zur Folge hat, daß auch unter diesen Betriebsbedingungen die Spannungen an den Schleifringen SZ des Frequenzwandlers M ein praktisch symmetrisches Mehrphasensystem bilden mit symmetrischen Strömen in den Ständerwicklungen SI i, SI 2 der Induktionsmotoren.
  • Für das Anlaufen der Kommutatormaschine aus dem Stillstand bei Speisung mit Einphasenstrom kann ein Widerstand oder ein Kondensator in eines der Ständer- und Läuferphasensysteme eingeschaltet werden. Gegebenenfalls erfolgt das Anlassen der Kommutatormaschine aus -dem Stillstand unter diesen Umständen mittels eines Hilfsmotors, der von seiner Stromquelle bei einer Drehzahl abgeschaltet wird, die für den Eigenantrieb und die Phasenschieberwirkung für das Arbeiten der Anlage ausreicht.
  • Das System gemäß der Erfindung ermöglicht das Einbringen von Spannungskomponenten in den Läuferkreis auf der Kömmutatorseite in einfacher und wirtschaftlicher Weise in der vektoriellen Richtung der Läuferspannung zur Erzeugung einer Drehzahlregelwirkung.
  • Für diesen Zweck ist es unwesentlich, ob das Speisesystem ein- oder mehrphasig ist, da sich entsprechend den obigen Erläuterungen in jedem Fall durch das Umlaufen des Läufers des Frequenzwandlers M ein Mehrphasensystem ergibt.
  • Das Einbringen einer Spannungskomponente in die Drehzahlregelrichtung, d. h. in Richtung des geometrischen Ortes L 3 in dem Spannungsvektordiagramm der Fig. i a ist vorteilhaft; wenn die Kommutatormaschine M nur im übersynchronen oder nur im ,untersynchronen Bereich arbeiten muß.
  • Wie im Zusammenhang mit dem Spannungsvektordiagramm der Fig. i a erläutert, kann der Drehtransfbrmator IR eine Drehzahlregel-Spannungskomponente mit Bezug auf die synchrone Drehzahl im Sinne einer Drehzahlerhöhung oder Drehzahlverminderung erzeugen, was beim Frequenzwandler M eine Umkehrung der Phasendrehrichtung an den Schleifringen bei synchroner Drehzahl, wenn die Schleifringspannung und -frequenz durch Null gehen, bedeutet.
  • Während dies zur Umkehrung der Drehrichtung der Induktionsmotoren IM i und IM 2 ausgenutzt werden kann, läßt sich eine solche Umkehrung auch durch für diesen Zweck in Verbindung mit mehrphasigen Motoren -üblichen Schaltmitteln erzielen.
  • Im letzteren .Falle wird der Frequenzwandler z. B. nur in seinem untersynchronen Bereich benutzt und die Einführung einer festen drehzahlvermindernden Spannungskomponente, d. h. in Richtung der Vektoren 3, 3' in Fig: i a, ermöglicht eine Verminderung der Leistung und der Abmessungen des Drehtransformators IR auf etwa die Hälfte durch Benutzung seines Spannungsbereiches in beiden Richtungen, wobei die Einstellung des Drehtransformators auf seine Neutralstellung a = o etwa in der Mitte zwischen der synchronen und der niedrigsten Drehzahl des Frequenzwandlers 1V1, d. h. in der Mitte des Spannungs-und Frequenzbereiches, geschieht: Fig. 2 und 3 zeigen zwei Beispiele von Anordnungen der Sekundärwicklung des Transformators T zur Erzeugung einer Drehzahlregel-Spannungskomponente: In Fig. 2 ist die Transformatorsekundärwicklung S in Zickzack geschaltet. Die (nicht gezeigte) Primärwicklung kann entweder in Stern oder in Dreieck geschaltet werden.
  • Die Verbindungen zu den Kommutatorbürsten B der Kommutatormaschine M (Fig: i) werden, wie durch die Pfeile B angegeben, von den Punkten t 2 hergestellt, die in diesem Falle die Verbindungspunkte der Zickzackschaltung sind. Die sonstigen Verbindungen, wie sie in Fig. = gezeigt sind, können beibehalten werden, d. h. diejenigen von den Enden der Phasenwicklung des Transformators T zur Ständerwicklung St der Kommutatormaschine, wie durch die Pfeilspitzen St angegeben, und zu den Wicklungen WS, WR des Drehtransformators IR. In diesem Falle sind keine Anzapfungen in der Ständerwicklung St erforderlich.
  • Wie im Spannungsvektordiagramm der Fig: 2 a gezeigt, wird die Sekundärspannung z, z durch zwei Spannungskomponenten i, g bzw. 3, 2 erzeugt, die von den halben Spülen der Transforrnatorsekundärwicklung S (Fig.2) auf verschiedenen Kernen des Transformators erzeugt werden, wobei die durch den Spannungsvektor 3, 3 dargestellte Spannung als Drehzahlregel-Spannungskomponente dient.
  • In Fig. 3 ist der Transformator mit einer weiteren Sekundärwicklung versehen, deren Spulen S' auf den jeweiligen Kernen des Transformators angeordnet sind, wobei ein Ende jeder Spule S' mit einem geeignet gewählten Anzapfungspunkt t 3 in jeder Wicklungsphase der Sekundärwicklung S des Transformators verbunden ist.
  • Die Kommutatorbürsten B der Kommutatormaschine M (Fig. z) werden in Fig. 3 von den anderen Enden der zusätzlichen Sekundärwicklung S' des Transformators gespeist, wie durch die Pfeile B angegeben.
  • Das entsprechende Vektordiagramm ist in Fig. 3 a gezeigt, in welcher i; z die Spannung der Sekundärwicklungsphase S darstellt, welche die Ständerwicklung St und den Drehtransformator IR wie in Fig: i speist.
  • 5,7 stellt die von den Spulen S' der zusätzlichen Sekundärwicklung des Transformators erzeugte Spannung dar, wobei die Anzapfungen t 3 in der Transformatorwicklung S so angeordnet sind, daß das Vektorende 3 eine symmetrische Lage einnimmt und auf den geometrischen Ort L 3 fällt, wie bei der vektoriell durch Fig. i a dargestellten Anordnung.
  • Der Vektor 3,3 ist in diesem Falle wieder eine drehzahlvermindernde Spannungskomponente.
  • Wenn aus konstruktiven Gründen; z. B. um den Kommutatorstrom je Bürstenbolzen und damit die Kommutatorlänge und auch die Verluste in der Läuferwicklung des Frequenzwandlers zu vermindern, sechs offene Phasen für die Speisung des Kommutators vorgesehen sind, können die in Fig. 2 und 3 gezeigten Sekundärwicklungsschaltungen für je drei Phasen verwendet werden, welche Kombination ein fehlerfreies Sechsphasensystem mit 30° Phasenverschiebung zwischen den aufeinanderfolgenden Phasen ergibt.
  • Fig. q. veranschaulicht ein Beispiel einer anderen Anordnung mit gleichzeitiger Spannungsregelung der Kommutatormaschine M sowohl in ihrem Ständetals auch in ihrem Läuferkreis.
  • Ein solches kombiniertes Regelsystem hat eine Reihe von Vorteilen, besonders in den Anwendungsfällen der Erfindung, in denen das geforderte Drehmoment der Kommutatormaschine M oder bei Verwendung dieser Maschine als Frequenzwandler das geforderte Drehmoment der vom Frequenzwandler ,gespeisten Mehrphasenmotoren nicht über den Drehzahlbereich konstant ist. Im letzteren Fall ist es durch Anwendung einer solchen kombinierten Ständer- und Läuferspannungsregelung möglich, die Wirkung des Ohmschen Spannungsabfalls im Stromkreis bei niedrigen Frequenzen auszugleichen, bei welchen diese Wirkung in Anbetracht der die Niederfrequenzen begleitenden Niederspannungen stärker in Erscheinung tritt.
  • Ein weiterer Vorteil der kombinierten Läufer- und Ständerspannungsregelung besteht darin, daß die Ständerspannung und damit der Induktionsfluß der Kommutatormaschine M bei zunehmender Läuferfrequenz vermindert werden kann, wodurch die Spannung zwischen benachbarten Kommutatorlamellen, die bekanntlich ein wichtiger Begrenzungsfaktor bei der Konstruktion von Kommutatormaschinen ist, vermindert wird.
  • Wenn die Kommutatormaschine M als Frequenzwandler zur Speisung drehzahlregelbarer Induktionsmotoren, beispielsweise für Bahnbetrieb, arbeitet, kann das höhere Verhältnis zwischen Spannung und Frequenz bei Niederfrequenzen im Vergleich zu dem Spannungs-Frequenzverhältnis bei hohen Frequenzen, welche durch die kombinierte Läufer- und Ständerregelung erzielbar sind, mit Vorteil zur Erzielung hoher Anlauf- und Betriebsdrehmomente bei niedrigen Drehzahlen verwendet werden, während bei hohen Drehzahlen, bei welchen solch hohe Drehmomente nicht erforderlich sind, die Komrnutatorspannung und damit die Spannung zwischen den Kommutatorlamellen verhältnismäßig gering und die Kommutierung verbessert ist.
  • In Fig. 4. sind soweit als möglich dieselben Bezeichnungen verwendet worden wie in Fig. i.
  • In dieser Figur ist zur Vereinfachung nur eine einzige Phase des Läufer- und Ständerkreises der Kommutatormaschine,II gezeigt, wobei aus dem gleicher. Grunde die Primärwicklung des Transformators und die Schleifringe des Läufers in der Figur weggelassen sind. ' Die Sekundärwicklung S des Transformators T in Fig. 4. ist zickzack geschaltet, ähnlich wie in Fig. 2, wobei die Anschlußstellen t:2 mit einer Bürste B der Kommutatormaschine M verbunden sind und die andere Bürste der gleichen Phase mit der Anzapfung t' der Ständerwicklung St der erwähnten Kommutatormaschine M verbunden ist.
  • Zwei Einfachdrehtransformatoren IR i und IR 2 sind vorgesehen, deren Läufer auf einer gemeinsamen Welle angeordnet oder in geeigneter Weise miteinander mechanisch gekuppelt werden können.
  • Diese Drehtransformatoren sind in Spartransformatorschaltung im Stromkreis des Systems verbunden, wobei ihre Primärwicklung WR, die ihre Läuferwicklungen sein können, an die von der Transformatorsekundärwicklung S gelieferte feste Spannung angeschlossen sind und ihre Sekundärwicklungen WS, welche dann ihre Ständerwicklungen bilden, in den Stromkreis der Ständerwicklung St der Kommutatormaschine M geschaltet sind.
  • Die Läuferwicklungen WR der Drehtransformatoren könnten jedoch in den Stromkreis auf der anderen Seite ihrer Ständerwicklungen II'S; als in der Figur gezeigt, geschaltet werden. Das Spannungsvektordiagramm der Fig. 4.a stellt vektorieil dar, wie die kombinierte Läufer- und Ständerspannungsregelung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzielt wird.
  • Zum besseren Verständnis der Anordnung sind die für die Spannungsvektoren im Spannungsvektordiagramm der Fig. q.a verwendeten Bezeichnungen auch in Fig. q. eingesetzt, um die Stellen des Stromkreises zu kennzeichnen, an welchen die verschiedenen Spannungspotentiale auftreten.
  • Im Vektordiagramm der Fig. q.a geben die Vektoren i, 2 die resultierende Spannung an, welche durch eine Phase der Transformatorsekundärwicklung S erzeugt wird, d. h. die Spannung zwischen den Punkten i und 2 der Fig. q.. Diese setzt sich zusammen aus den Spannungsvektorkomponenten i, 3 und 3, 2, wobei diese Spannungskomponenten durch die zwei Teile der Wicklung S, welche sich auf den verschiedenen Kernen des Transformators befinden, erzeugt werden.
  • Der Einfachdrehtransformator IR i erzeugt in seiner Sekundärwicklung WS eine konstante Spannung, die durch den Vektor i, :a. (Fig. q.a) dargestellt ist, da seine Primärwicklung WR an eine konstante Speisespannung angeschlossen ist. Entsprechend dem verstellbaren Verdrehungswinkel a zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Drehtransformators IR i ist der geometrische Ort des Vektorendes q. ein Kreis L ¢, wie in Fig. 4.a angegeben.
  • Das gleiche gilt auch für das Vektorende 5 ,des Sekundärspannungsvektors 2, 5 des Drehtransformators IR :z (geometrischer Ort L 5). Der Verdrehungswinkel a ist für beide Drehtransformatoren der gleiche, aber mit Bezug auf das Drehfeld entgegengesetzt.
  • Die an die Ständerwicklung St der Kommutatormaschine mit einem Verdrehungswinkel a für den Drehtransformator angelegte Spannung ist durch den Vektor .I, 5 dargestellt, und dieser ist durch die Anzapfung t' in der Ständerwicklung St der Kommutatormaschine halbiert. Die Bürsten B, die zu einer Phase des Läufers der Kommutatormaschine M gehören, werden mit einer Spannung 3, 6 gespeist, welche für die Zwecke vorliegender Erläuterung in einem drehzahlvermindernden Sinne sein kann, nämlich um der Kommutatormaschine M eine untersynchrone Drehzahl zu erteilen.
  • Das Verhältnis zwischen der an die Ständerwicklung St angelegten Spannung 4., 5 und der am Läufer C der Kommutatormaschine M angelegten Spannung 3, 6 bestimmt die Drehzahleinstellung der Kommutatormaschine.
  • Aus dem obigen ergibt sich, daß die Anordnung gemäß Fig. 4. verwendet werden kann, um ein veränderliches Verhältnis zwischen Spannung und Frequenz an den Schleifringen SZ des Frequenzwandlers zu erzielen und dadurch den Anforderungen von verschiedenen Antrieben gerecht zu werden, die durch von den Schleifringen SZ gespeisten Wechselstrommotoren bedient werden.
  • Wenn z. B. die Spannungen wie in dem Beispiel der Fig. q.a gewählt werden, um die Drehtransformatorsekundärspannungen i, 4. und 2, 5 gleich 3, 3 zu machen, was einer Einstellung des Drehtransformators auf a = - 9o° entspricht, um die Vektorenden 4(_9o) bzw. 5(-0o) zu erzielen, wird die in den Läuferkreis eingebrachte effektive Spannung gleich Null, so daß die KommutatormaschineM mit synchroner Drehzahl bei einem Induktionsfluß umläuft, der proportional 4(-9o), 5(-9o) ist.
  • Der maximale Induktionsfluß wird erzielt, wenn der Winkel a = o, wobei sich die Vektorenden in der Lage 4, und 50 befinden.
  • Bei dieser Einstellung ist die drehzahlregelnde Läuferspannung 3,3 und das Verhältnis zwischen Schleifringspannung und Schleifringfrequenz auf einem Höchstwert, was ein maximales Drehmomentüberlastungsvermögen der von den Schleifringen SL gespeisten Induktionsmotoren ergibt. -Bei Anwendung z. B. auf die Regelung von Bahnmotoren erzeugt die Verstellung der Drehtransformatoren von a = - 9o, bei welcher keine Spannung und Frequenz an den Schleifringen SZ vorhanden ist, auf a = o an den Schleifringen SZ eine Spannung, die sich schneller erhöht als die Frequenz; was hohe Anlauf- und Betriebsdrehmomente der von den Schleifringen SL der Kommutatormaschine M gespeisten Induktionsmotoren -zur Folge hat. Bei niedrigen Drehzahlen der Induktionsmotoren bleibt das Spannungsfrequenzverhältnis über einem beträchtlichen Winkel auf beiden Seiten von 4o, 5o (Fig. 4a) fast konstant, da sich die Ständerspannung 5, 4 in diesem Bezirk nur verhältnismäßig wenig ändert.
  • Bei weiterer Verstellung der Drehtransformatoren erhöht sich die angelegte Läuferspannung 3, 6, während sich die angelegte Ständerspannung 4, 5 verringert. Dies hat eine Abnahme der Drehzahl des Freqüenzwandlers M und damit eine Erhöhung der Frequenz an den Schleifringen SL zur Folge, wodurch eine Erhöhung der Drehzahl der von den Schleifringen SL gespeisten Induktionsmotoren bewirkt wird.
  • Bei einem Verdrehungswinkel a = 9o° der Drehtransformatoren kommen die Spannungsvektorenden 4, 5 in die Lage 4" bzw. 59o (Fig: 4a). Dies stellt einen Zustand maximaler Läuferspannung dar, der dem doppelten Betrag der Sekundärspannung der Drehtransformatoren entspricht.
  • Im letzten Teil dieser Bewegung der Drehtransformatoren ändern sich die angelegten Läuferspannungen nur wenig und die Drehzahlveränderung ist hauptsächlich der Verminderung der Ständerspannung zuzuschreiben.
  • Dies entspricht den Erfordernissen eines Antriebs, bei welchem bei hohen Motordrehzahlen nur verminderte Drehmomente gewünscht werden und die Verminderung des Induktionsflusses in den Antriebsmotoren nicht nur zulässig, sondern aus offensichtlichen Gründen auch zweckmäßig ist.
  • Gleichzeitig wird die Läuferspannung begrenzt und dadurch die Spannung zwischen benachbarten Kommutatorlamellen bei niedrigen Drehzahlen beträchtlich vermindert im Vergleich zu einer Anordnung, die auf einer konstanten Ständerspannung und einem konstanten Indüktionsfluß der Kommutatormaschine M aufgebaut ist.
  • Die Erfindung ist natürlich nicht auf die besondere Anordnung des Regel- und Schaltdiagramms, wie in den Beispielen gezeigt, noch auf die vektoriellen Größen, wie sie beispielsweise durch die verschiedenen Spannungs- und Stromdiagramme gezeigt sind, beschränkt.
  • In ähnlicher Weise ist die Wahl der absoluten und relativen Beträge dieser Größen über den Drehzahlbereich der Kommütatormaschine M eine konstruktive Angelegenheit bei der bestmöglichen Ausführung der Erfindung für die verschiedenen Anwendungszwecke.
  • Die Erfindung ist ebenfalls nicht beschränkt auf die Verwendung von Drehtransformatoren als Mittel zur Erzielung veränderlicher und regelbarer Spannungen, da andere Regeltransformatoren für diesen Zweck verwendet werden können: In diesem Zusammenhang können angezapfte Transformatorwicklungen verwendet werden, welche die Sekundärwicklungen gesonderter Regeltransformatoren oder zusätzliche Sekundärwicklungen des in den Beispielen gezeigten Haupttransformators sein können.
  • Ein Beispiel der letztgenannten Anordnung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt.
  • In dieser Figur ist wiederum nur der kombinierte Ständer- und Läuferkreis eines Phasensystems schematisch dargestellt, und die Primärwicklung des Transformators T sowie die Schleifringe der Kommutatormaschine M, wenn letztere als Frequenzwandler benutzt wird, sind zur Vereinfachung weggelassen.
  • Die Sekundärwicklung S des Transformators T ist zickzack geschaltet, wobei die beiden Spulen dieser Wicklung auf zwei verschiedenen Kernen angeordnet sind: Die Enden der so erzielten Wicklungsphase sind mit den Enden der Wicklungsphase der Ständerwicklung St der Kommutatormaschine M verbunden.
  • Eine weitere Sekundärwicklung SR ist am Transformator T vorgesehen. Diese Wicklung SR hat eine Reihe von Anzapfungen, die wählweise mit einer Kommutatorbürste B in jeder Phase am Kommutator der Kommutatormaschine M verbunden werden können.
  • Die andere Bürste B derselben Phase ist mit der Anzapfung t' der Ständerwicklung St verbünden, und der Punkt t 2 ist mit einer mittleren, mit 3 bezeichneten Anzapfung einer Phasenwicklung der Reglerwicklung SR verbunden.
  • Diese Phasenwicklung der Reglerwicklung SR ist auf dem dritten Kern des Transformators angeordnet. Jedes Phasensystem; d. h. jeder kombinierte Ständer-Läufer-Kreis, besteht daher aus zwei halben Spulen der Transformatorsekundärwicklung S auf zwei Kernen und aus einer Phasenwicklung der weiteren Transförrnatorsekundärwicklung SR auf dem dritten Kern.
  • Das Ergebnis dieser Anordnung ergibt sich aus dem Vektordiagramm der Fig.5a, aus der ohne weitere Erläuterung hervorgeht, daß die sich ergebende Ständerspannung in der beschriebenen Anordnung durch den Vektor z, 2 dargestellt ist und die in den Läuferkreis eingebrachte Spannung, die bei der in der Fig. 5 gewählten Anzapfung 3 x gleich der Spannung zwischen 3 0 und 3 x ist, zwischen Null bei Verwendung der Anzapfung 3 o der Reglerwicklung S R und 3 0 3 n bei Verwendung der mit 3n bezeichneten Anzapfung verändert werden kann. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß die Spannung der Reglerwicklung zwischen 3 und (3o) gleich 3 30 ist.
  • Die Anzahl der Zwischenstufen hängt von der Zahl der Anzapfungen der Wicklung SR ab.
  • Andere Anordnungen können gemäß der Erfindung zur Verwendung anderer Systeme und Anordnungen von angezapften Wicklungen getroffen werden.
  • Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß für die Durchführung der Erfindung gemäß dem in Fig. 5 beispielsweise dargestellten Prinzip ein gesonderter Drehtransformator oder ein gesonderter Regeltransformator nicht erforderlich ist.
  • Der Haupttransformator kann vorteilhafterweise auch ein Spartransformator sein, vorausgesetzt, daß die Speisespannung von der gleichen Größe ist wie diejenige, die an die Wicklungen und an den Läufer der Kommutatormaschine angelegt wird.

Claims (17)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltanordnung für die Drehzahl- und Spannungsregelung von ständergespeisten Wechselstrom-Kommutatormaschinen und Frequenzwandlern, deren Ständerwicklung an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (T) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung an das Wechselstromnetz angeschlossen ist, daß die Ständerwicklung (St) der Kommutatormaschine (M) sowie die Wicklungen (WS, li'R) der Regelmittel (IR) zur Erzeugung veränderlicher und einstellbarer Spannungen für die Drehzahl- und Spannungsregelung der Kommutatormaschine (M) mit ein und derselben Sekundärwicklung (S) des Transformators (T) verbunden sind, und daß die Kommutatorbürsten (B) der Kommutatormaschine (M) unmittelbar oder mittelbar mit Anzapfungen oder inneren Anschlußpunkten (t oder t') irgendwelcher dieser Wicklungen verbunden sind, um Spartransformatorschaltungen in den Regelkreisen zu erzielen.
  2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl von Phasensystemen aufweist, deren jedes eine Wicklungsphase der Sekundärwicklung (S) des Transformators (T), eine Wicklungsphase der Ständerwicklung (St) der Kommutatormaschine (M), eine Phase (zwischen den Bürsten B) des Läuferkreises der Kommutatormaschine (M) und eine Phasenwicklung der Regelwicklungen (WS, WR) enthält zur Erzeugung veränderlicher und einstellbarer Spannungen mit einer vektoriellen Lage im wesentlichen im rechten Winkel zur Spannung der erwähnten Wicklungsphase der Sekundärwicklung des Transformators.
  3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ständer bzw. am Läufer der Kommutatormaschine angelegten Spannungen gleichzeitig einstellbar sind (Fig. q.). q..
  4. Schaltanordnung nach den Ansprüchen i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Drehtransformatoren (IR i, IR 2) zur Erzielung einer veränderlichen oder einstellbaren Spannung im Regelkreis dienen.
  5. 5. Schaltanordnung nach Anspruch i, a oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine angezapfte Transformatorsekundärwicklung (SR), die eine zusätzliche Sekundärwicklung desTransformators (T) sein kann, vorgesehen ist, um die veränderlichen und einstellbaren Spannungen in den Regelkreisen zu erzielen.
  6. 6. Schaltanordnung nach Anspruch i, 2, 3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator (C) der Kommutatormaschine (M) in Mehrphasenschaltung mit offenen Phasen gespeist wird, wobei ein Ende jeder offenen Phase mit einer Anzapfung oder einem inneren Anschlußpunkt (t) der Sekundärwicklung des Transformators (T) und das andere Ende jeder offenen Phase mit einem Anschlußpunkt zwischen den- Ständer- und Läuferwicklungen (WS, WR) eines Einfachdrehtransformators (IR) verbunden ist und die freien Enden der Ständer- und Läuferwicklungen (WS, WR) des erwähnten Drehtransformators (IR) mit den freien Enden der Sekundärwicklung (S) des Transformators (T) verbunden sind.
  7. Schaltanordnung nach Anspruch i, 2, 3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator (C) der Kommutatormaschine (111) in Mehrphasenschaltung mit offenen Phasen gespeist wird, daß ein Ende jeder offenen Phase mit einer Anzapfung oder einem Anschlußpunkt (t') der Ständerwicklung (St) der Kommutatormaschine (M) und das andere Ende mit einem Anschlußpunkt zwischen der Ständer- und der Läuferwicklung (WS, WR) eines Einfachdrehtransformators (IR) verbunden ist und daß die freien Enden der Ständer- und Läuferwicklung des Drehtransformators (IR) mit den freien Enden der Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind. B.
  8. Schaltanordnung nach Anspruch i, 2, 3 oder.l, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator (C) der Kommutatormaschine (111) in Mehrphasenschaltung mit offenen Phasen gespeist wird, daß ein Ende jeder offenen Phase mit einer Anzapfung oder einem inneren Anschlußpunkt (t') der Ständerwicklung (,St) der Kommutatormaschine (M) verbunden ist, daß eine Sekundärwicklung (1VS) eines Drehtransformators oder von Drehtransformatoren (IR i, IR 2) im Läufer- und Ständerkreis der Kommutatormaschine (M) in Reihe geschaltet ist und daß die Primärwicklung (WR) des Drehtransformators oder der Drehtransformatoren mit den freien Enden der Sekundärwicklung (S) des Transformators (T) oder mit den Enden der Ständerwicklung (St) der Kommutatormaschine (1l1) verbunden ist. g.
  9. Schaltanordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Spannungskomponente im drehzahlverändernden Sinn in den Läuferkreis der Kommutatormaschine mittels Zickzackschaltungen (Fig. 2, q. und 5) der Sekundärwicklung des Transformators eingebracht ist. zo.
  10. Schaltanordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Spannungskomponente im Drehzahleinstellungssinne und/oder im Magnetisierungssinne in den Läuferkreis der Kommutätormaschine (M) mittels einer zusätzlichen Sekundärwicklung (S') am Transformator (T) eingebracht ist. zi.
  11. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungskomponente im Magnetisierungssinne in den Läuferkreis der Kommutatormaschine (Fig. i a) durch unsymmetrische Anordnung der Anzapfungen eingebracht ist, die an einer der angezapften Wicklungen zur Speisung des Kommutators der Kommutatormaschine vorgesehen sind. r?.
  12. Schaltanordnung nach Anspruch x oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatormaschine ein Frequenzwandler mit Eigenantrieb ist, dessen Schleifringe (SZ) mit einer Läuferwicklung des erwähnten Freqüenzwandlers elektrisch verbunden sind, um von den Schleifringen aus einen Wechselstrommotor _ öder Wechselstrommotoren (IM i, IM 2) von veränderlicher Drehzahl mit einer Spannung von veränderlicher Frequenz und Größe zu speisen.
  13. 13. Schaltanordnung nach Anspruch z oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Speisephasen von der Zahl der Phasen. im Läufer- und Ständerkreis der Kommutatormaschine abweicht. 1q..
  14. Schaltanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselstromnetz ein Einphasenwechselstromnetz ist und die Kommutatormaschine auch als Phasenumformer wirkt.
  15. 15. Schaltanordnung nach Anspruch 1q., dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatormaschine vom Stillstand durch das Einbringen eines Widerstandes oder eines Kondensators in eines ihrer Ständer und Läuferphasensysteme zum Anlaufen gebracht wird.
  16. 16. Schaltanordnung nach Anspruch 1q., da-durch gekennzeichnet, daß das Anlaufen der Kommutatormaschine durch einen Hilfsmotor erfolgt, der abgeschaltet wird, wenn die durch die Kommutatormaschine erreichte Drehzahl ausreicht, einen Eigenantrieb und eine Phasenumformerwirkung der erwähnten Kommutatormaschine für das Arbeiten der Anordnung zu bewirken.
  17. 17. Schaltanordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, bei welcher die Kommutatormaschine ein mit Schleifringen versehener Frequenzwandler ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsmotor für den Antrieb des Frequenzwandlers (M) mit einer oder mehreren festen Drehzahlen vorgesehen ist; um eine oder mehrere feste Frequenzen an den Schleifringen des Frequenzwändlers zu erzielen, wobei die Ständerwicklüng (St) dieses Frequenzwandlers (M) abgeschaltet ist; wenn der erwähnte Frequenzwandler von dem Hilfsmotor angetrieben wird.
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