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Einrichtung zur Regelung der Stromstärke in Wechselstromkreisen, insbesondere
bei im Nebenschluß erregten Einphasenwechselstrom-Kollektormaschinen Es. ist bekannt,
daß man bei Wech,sel#s,trom-Ko,1-1.ekto,rma!s,c#hinen, deren FeldwIddüng unter Vorschalitting
oines Kondensator% weleher im wesent-114,#hen, die induktive Feldspannung kompensieren
soll, im Nebenschluß zum Anker erregt wiedi, eine wirkungsvoIle Kompoundierung dadurch,
erzielen kann"daß man den Anker- und Erregerkre-iis über einen Ohnischen Widerstand
mkeinander likoppelt. Dai bei so,Ichen Schakungen sowohlder Ankerstrom als auch
der Feldsitrain praktiech, m#it der Netzspannung in Phase liegen, ist es selbistverständlich,
daß nur ein Ohmscher Spanntingsabfalli, wellcher durch dent Ankerstrom im Feldkrels
hervorgerufen: wl-rd" den Feldstrom inseiner Größe wiirksain be-
einflussen
kann.
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Die Verwendung sogenannter Kompoundierungstransformatoren ist deshalb
unzweckmäßig, weil durch sie im wesentl,ichen nur eine Drehung der PhasenIage cles
Feldst-romes, und dtamit ainch der Anker-EMK ;bewirkt wied, welche Ihrerseits eine
sitaxIke Phasenverschiehung zwischen Ankerstr#om und Netzspannung verursacht.
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Die Lehre für die Verwendung dier genannten Küpplungs- oder Verbundwiderstände
wurde dem Fachmann, durch üie seit vielen Jahren bekannten StromrückgewInnungsschaltungen,
für Gleichstrom-Triebfa#hrzeuge gegeben, bei welchendie Kopplung zwischen Anker-
und Erregerkreis ebenfalls mittels eines Ohmschen Widerstandes geschieht:. Diese
Widerstände- haben, nun den Na,#h--t--ili, daß siie größere Verluste mit isicli#
hringen uacl somit den Wirkungsigrad der Nutzbrernisschaltungen nicht unerheblich
versch-Jechtern.
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Bei GI!ei,dh.s#tromNutzb,re#ms!schaltungen, besteht
.die
MöglidIrkelt, auf den Y,#oppliungsw#idier.,stan#d zu, verzichten, wenn man.auf lden,
Polien der Erregermasohine oder der Fahrmotoren selbst eiine vom Ankeristrom der
Fahrmütaren #dam..affi#sisene Verbund,wicklung anordnet. Bei Wechselstromecheiget
die Verwendung von Verbundwicklunggen deshalb aus" weil t-ransifo.r.m"at#or-i#s,#he
Rückwirkungen zwiechen Erreger- und Veribundwickl#ung vorhanden sein würden. Man,
ist alsc> in diesem FPJ1 ;bisher einzig und #allein, auf iclie Verwendung eines
Verr bundwiderstandes angewiesen.
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Die Erfindung tschafft nun hier einen grum(dlegenden, Wandel, Jindem
esf durch, eie möglich wird, auf diie- Verwendung von Kopp1ungswiderst#nden, welche
von der Summe von Ankerstrom und Feld-,s-t#r,Qm durdhflossen werden, zu, verzichten,
was dadurch geschieht, daß die Kopplung, d. h. die gegenseitige Bee,influsisung
der Wedhsels,tr#omk-r-eis,e durch eine mit Gleichstrom vormagnebi:sierte, isteuerhare
Drosselspule in Verbiiindiungmiit einem Ohmschen Wideristand erfolgt. Dieser Erfindungsgledanke
hat nic, . ht nur Gültigkeit fü.r den erwähnten zspezielkn. Fall, &r
Kompchundierung von Weclm,elistrom-Ko.1-lektarinaschinen, sondern es kann# von ihm.
ganz allgemein zur Regeliung,der Stromstä#rke in Wechselsttromkreisen anderer Art
#Gehrauch gemacht wendien. Hierdurch wird ein ganz außertordentlicher Vorteil insofern
erreicht, als die, entstehenden Verlusäe- auf das technisch über#haupt mögliche
Min. destmaß beschränkt werden.
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Zu.,r näheren, ErkLuterung,der Wirkungsweiise der erfindungsgemäßen,
Ei#n-ri"dh#tun,-,in#öge -im folkenden eine bekannte Wechis,e#Istrom-Nilbzbrems;sdhabtung
für Einphasenwechselistrom-Triebfahrzeuge dienen, bei welcher, das Feld,
des Fälirmotorst unter Vorsthaltung eines Xondensators, im Nebenschlluß, zum Ankerk.reis
vom Fahrzeugtransformator aii-si erregt w-ix.d. In Abb-. i und 2 sind, Ausführiingsbei,spiele
der Erfindung dargeist#elJt; iln Abb. 3 list-die innere Schaltung der verwendeten
vo-rmagn-eti;s#ierten,Dr-osisle,1,spule veranschaulicht; Abb-. 4 und 5 zeigen
graphische Darstellungen, wekhe- --in anschaulliches, Bilidder selbsttätigen Beei.,nflussung
des# Erregersitrornes durch.,den Ankerst-r,er,m. geben.
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In den Abb. i und.2 bedeutet a den Haupttrans,-formator des Fahrzeuges,
b den Anker und c dde Feld,wicklung desi Triehmotors-; e Pstder im
Feldkrei#9,liegende Kondensatoir, weldher notwendig ilst, um die richtige Phasenlage
des Feldstromes zu erzielen. Zur Erregung de& Motürfeklesic dient. der Er-r"-ge"rtr,ans,f,o.r,rnito:r.
d" welcher prim#rseitig an den Haupttransformator. a angeschlosisen, Jet., In Abb.
i liegt parallel zu dem Kondensator e in Reihe mit einem Ohmschen Widers#tancl
f die mib Gleichstrom vorrnagnet!i!sierte DrosiseltspilIe g, deren.
In# duktivität in weiten Grenzen, veränderlich ist. In Abb. 2 liegt die vormagneti!siierte
Drosselispuile g 4n .der zur Pr#imärwi.ckl.ung des, Erre4gertr,ins.#form,ator&
d führenden Verbindungsleitung vom Haupttransfarmator a. Ein Ohm-s#dher Witderstancl
h Ist .der Drossehspule parallel geschaltet. Die Drosseil-Spule Ist -in den Abb.
i und 2 aus. Gründen, dier Übersichtlichkeit: Sie kann z. B. gemäß Abä-
3, geschaUet sein-. Auf den zwei getrennten Eisenkeirnenk, und k2 befinden
eich je
fünf Wickliungen 111 Mil l'11 01:1 Pl Un'd 12, M2, "21
021 P2- In Reihe mit. den Wicklungen 11, 12 '#St ein Trock#engl,e,ich#r.ichiterq
geschaltet, welcher einen Gleichstrom durch die beiden Steuerwickkmgen M:L, m2 schickt
und somit auf :beiden Eisenkernen eine Gleichs-tromMagnetisierung erzeugt, die-,durch,
#die eingezeichneten Pfeik- (Abb. i und 2,) igekennnzeichnet ist. Schickt man. jetzt
einen zusätzlidhen Gle-ichstrom durch die beiden Steuerwicklungen ni -und n2, so
kann.- man mit sehr kleinen Steuerleistungen iin bekannter Welse die zwischen .den
Kle:mmen A und B iliegende Induktivität in weiten Grenzen ver#,ndern. Stalt
nur eilner Steuerwicklugg aud jedem Eisenkernkünnen noch weitere vorlhanden sein,
z.. B. die SteuerwicIdungen o., Pl, 021 P2. Selbstverständlich können!die von Wech-selstram
durchflossenen Wicklungen, 1, und 12 auch parallel geschaltet sein.
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In den Abb. i und.' 2. ist -die vormagnetisierte-Drosselspule
g au& Gründen der übersiehtLichkeIt vereinfacht dlarges-telitt,
d. h. ;sie, ist so gezeichnet, alls wenn nur ein Ei sen1, zern vorhanden
w5,1,e. Durch die Verwendung zweier getrennter #Eisenker-ne, läßt ,es, siiidh#,
wie aus, Abb- 3 klar zu erkennen is-t# erreichen, #da3,in, den von iGleichstrom
ldurchflos,senen Windungen der Drosselspule kein transformatorisch übertragener
Wechselstrom fließen kann. Dies, gilit auch sinngemä3 für die in den Abbildungen
vereinfacht gezeichneten Drosselspulen.
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.Zur näheren Erläulterung der erfindungsgemäßen Einrichtung betrachtet
man, zunächst die Abb. i. Es sei angenommen, daß der Ank#erkr.eis zunächst vom Haupttrans.formatür
des. Fahrzeugesi:abgetrennt ist, da.3.-das F.;#hrze.uig eine gewis,se Geschwindiigkelt
he-:sitzt und daß #clem Erregerkreis über den Erregertransformator d eine
bestimmte Spannung aufgedirückt, wirid, welche in diesem den Erregerstrom lf.ih#ex.volru#ft.
Die vormagnetfeierte Drosselspule solli so ;bemessen sein, daß bel -der im Leerlauf
am Kondensator auftretenden Spannung der Strom ID der Dr#os,s-elisp-dJe
g :außerordentlich klein ist, wenn in den, #Steuerwicklungen n,
o, p kelne Ströme flIeßen. ' Tritt, nun nach idem Anlegen des,
Anketkreiges an den, I-Iau#ptt-ransfo-rinatoT ein Ankerstrom I" iauf, so wird über
den Stromwand# Jet r und den Trock=gJei#ehricht,--r- s der Steuerw#c-klungl
n ein dem Ankerstrom p,roportio#nailer Gleidli-g-t-r#o,m,i" zugeführt. Dieser Steuers#trom
verstärkt die -durch <lie Gleichst-romwickhung m verursachte Vormagneti-sierlung
der Drosselspule, wodurch ihre In&ikti,#v.i:tät s,ta-rk äbnimmt und der Dros,selspulenstront
ID -anwächst. Mit dem Anwachsen des Drc>sselspulenstronip-sID nehmen die Verloste,
welche in dem W.##rsta.nctf entstehen, beeträchtlich zu-, was s-i#dh praktisch in
einer Erhöhumg -des. Serienersiatzwiderstandes, des! Feldkreiseis und, !damit einer
Abnahme. des, Felidstromes; If auswirkt. Die für eine elasti-srih#e Bremsu,
ng
wünschenswerte Gegenverbundwirkung kann also durch ddese Einrichtung erzielt werden.
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Es ist nun bekannt, daß der äquivalente Serienersatzwiderstanid des,
Feldkreises, gewissen Änderungen, unterworfen ist, weliche von den in, den du.rch,
die Bürsten kurvgeschlossenen; Windungen des Ankers, fließenden Kurzschllußströmen
abhIngen. So. ist dieser Serienersatzwiderstand bei, leer laufender, erregter Masehine,
z. B. bei kleinen Drehzahlen groß und( bei, großen Drehzahlen klein, #d. h. bei,
einer bes,timmten Spannung am Erregerkrais ist der Feldistrom beikleinen Drehzahlen,
geringer ats bei 'hohen Drehzahlen. Natürlich ändert sich infolge dieser Widerstandsänderungen
auch der Kompaundierungsgraid, bezogen au-f einen bestimmten Ankerstromdes. Fahrmotors.
Wünschens, wert wäre es, wenn unabhängig von, der Geschwinundi sonstigen Einflüssent
immer einem be,-stimmten Ankerstrom auch ein, bestimniter Erregerstrom entsprechen
würde.
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Dies- kann Mit folgenden einfadhen Mitteln errei;cht werden.: Über
den im Erregerkreis! 1,tiegenden Strornwandler t und den Trockengleichnichter u
wird einer Steuerwicklung, p der Drosselspule g ein. dem Erregerstrow
If proportionaler Gleichstrom ii zugeführt. Hierbei soll die Magnetisierung durch
#di,e; Steuerwi#dklung P im gleichen Spinne wie durch die Steuerwicklung n erfolgen.
Die Drosselspule g
besitzt sehließlich noch eine #Steuerwickl!ung o, welche
von einem konstanten Gleichstrom i, durchflosisen, wird. Die Arnperewindlungen,
der Wicklung o sollen den Amperewindungen der Wicklungen, n und p entgegengerichtet
sein:. Zur näheren Erläuterung der stich, abspielenden Vorgänge be-
trachtet
man zunächst die Abb. 4. In dieser stelilt die Kurve, i die Abhängigkeit des Droeselspulenstromes
ID von, den durch,die Steuerwiickliui.n6-e#n erzeugten Steueramperewindungen dar.
Der Einfachheit haLbersind jedoch, auf Ader Absizissen.achse lediglich die Steuerströme,
i aufgetragen, d,. h. es ist bei, ahlen, drei Steuerwicklung-,en gleiche Win, dungszahl
vorausgesetzt. Die Drosselspule soll nun, ,so. bemessen werden, daß, Beie der kleinst
vo-rikommenden Brems,dr.(#h.zgh,#, d. h. beim größten äqu.ivalenten Serienersützwiderstand
ödes, Feldlkreises nur der sehr kleine Strom ID' #die Drosselispuk und, den, ihr
vorggeschalteten Wi#deistand durchfließt. Besitzen die Steuorwicklungen o und
p beispielsweise gleiche WindungszähL, so iw#i..rd Ader Stromif prak.-tisch
gleich sein dem Strom i, unter der Voraussetzung, daß im Ankerkrels. kein Strom
vorhanden ist. Wird nun aius iirge.ndeibem Grund, der äqu,i, vaIente Serienersetzwiderstand
des, Feldes, kleiner, so müßte,der Fel;d#s#trotmiIf und,diam,it if zuntehment. Diese
Zunahme bedeutet aber einen, gewissen, Überschuß# ii-i, an positivem Ste-,uerstrom.
Der Drosselspulenstrom ID' wird, also- auf einen Wert ID"' anwachsen, wodurchdie
im Feldkrei-s# entstehenden Verluste wieder um so. vieli zunehmen" daß der Feldstrom.
praktisch konstant bleibt. Dite Größe des. Fel#dstr#omes#If Jist also unabhängig
von derGeschwindigkeit, unter der Voraussetzung, daß kein Anikerstrarn fließt, durch,
die Größe desi Vorsteuerstromes i, festgelegt. Ist der Ankerkreis vom
StromI"
durchflossen, so entsteht zunächst durch den Strom i" wieder ein überschuß an poeitivem
Steuerstrom, weildieser im gleichen Sinne wieder Strom if auf die vormagnetislerte
Drosselspule wirkt. Die Induktivität Ader Dros,selispule nimmt ib.-2 und es, wied
s,ich ein Strom ID... ej'-nS#tel#ICn, welcher eine Vergrößerung der im Feldkreis
auftrete#nden Verluiste verursacht u#nd,den!F--lidstrom# If bis zu einem Weirte.,17
so weit verkleinert, daß diie Summe der Steuerströme if' und i, praktisch dem konstanten
Vorsteuerstrom i, das Gleichgewicht hält. Es. besteht also stets dtie, Bezichting
ii + i, = i,. Diese Beziehung läßt bei gegebenem. An#ker-Strom
I" den Kompoundlierungsgradi erkennen. jede Änderung von I" (ij hat allsio, eine
entsprechende Änderung von Ii (if) zur Folge.
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In der in Abb. 2 dargestellten Nu#tzb#rems#sdh#al,-tunglJegt -diie
vormagneti,sierte Drosselspuleg, wie sidhon erwähnt, im Piiimär#'#kre-i#s des. Erregertrans.-fürmatorsi
d. Parallel zur Drosselispule itst oin Ohmscher Widerstand h geschaltet.
Die Drosselspule bestitzt die gleii,che#n Steuerwicklüngen n, o., p
wie
in 4eim Schaltbild nach Ab.b. i. Die Erregung der Droseelispule muß hier im umgelQehrten
Sinne erfolgen wie in Abb. i. Ist der Ankersitrom I" Nul:I" so, muß die Induktivität.
der Drosselspule offenbar sehr klein sein" damit der iim Primä#rkreis de& Erre"gertr.an,s#fo#rmato,risi
-und damit im Erregerkreis selbst entstehende VerlInst gering ist; denn du-rch.
den zur Drolsielspule par.a1.1#--1; Megenden Widerstand, fließt idantn nur ein sehr
kleiner Strom. Der ErregerstromIf -hat altso auch, hier im Leerlanf seinen größitien;
Wert. Tritt nun -ein Ankerstrom I" auf, iso wi rd über den S tromwandLer
r und den Gleichrichter sder Steuerwicklungn ei-nGleichstrorn i" zugeführt, welchter
die fdiu,rch -die Glelichr stromwieklung m verursachte Vo#rm#ag.mt#s:ieruing .der
Droeselsipule verringert. J-Iierdurch nimmt der -indukti,ve Widerstand der Dros,selspulie
stark zu, und, der größte Teil! des im Pritm#är-kre#i:s, des Erregertransformators
d fließende Strom I, fließt über den Widerstandi h. iDer Serienersiatzwiderstand
des Erregerikreiises nimmt somit, zu" und! der Feltd#-.str.o,in# If wird abnehmen.
Es, 'kann aliso auch -hier die gewünschte Gegenkompoundieruinig erzielt werden.
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Ähnlich wie bei #&im,Sc#h"al#thi,1,d, nach, Abb. i läßt sich auch,
bei der Schaltung gemäß Abb. 2 Mit einrfadhen Mitteln erreichen, daß -unabhängig
von der Geschwindigkeit und sonnigen Einflüssen- immer einem bestimmten Ankerstrom
m.dh, ein bestimmter i Erregerstro.rn entspricht. Zu diesem Zweck sind in gleicher
Welse wite in Abb. i #clie Steuerwicklungeln o und p vorgesehen. Die Steuerwicklung
o wird #auc!h. hier von einem konstantenGleichstrom i,
gespeist, wäUrend die
Steuerwicklung P über den Tr.,iockengl-ei.6h,r.iichter, u und den S#t#romwand#l!er
t von einem dem Feldstrom, proportionalen Gleichstrom if erregt wird.
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UM auch hier die sii.dhl im einzelnen abspielenden SteueruAgsvorgänge
kennenzulernen, betrachtet man dieAbb, 5. Die eingezeichnete Kenn#lin.ie
2's-tellt ebenfalls,
wieder wie in Abb. 4 den Dros,selispulenstroni
als Funktion des Steuerstromes -dar. Die Drossel#-spule ist hier so# bemessen, daß
bei. der betriiebsmäßig vorkommenden kleinsten Bremsgeschwindigkeit, d. h.
bei größtem äqtuvaJentem Serienersatzwiderstand des Feldkreises praktisch der höchste
Drosselspulenstrom ID' fließt, welcher annähernd durch die Größe des, im Primärkreis,
des, Erregertransformators gegebenen Stromes I, festgelegt ist. Der Strom i, wirkt
nun hier im gleichen Sinne wie die durch die Wickl,tingm der 1),rosselspule, hervo-rgerufene
Vormagnet;isierung, während der Strom if der durch i, gegebenen Vormagnetisierung
entgeigenwirkt. Im Leerlauf, #d. h. bef nicht vorhandenem Ankerstrom wird sich also
je nach den durch die Änderungen, der Drehzahl, gegebenen Verhältnissen im
Feldkreis ein, Droeselspulenstrom IJ einstellen, so, daß der Feklstrom stets konstant
bleibt. Fließt ein AnkerstromI" so wird eich, je
nach der Größe dessellben
ein Drossel-spulen# strojin ID"* einstellen, d.h. die Verluste im Widerstand h werden
so weit zunehmen, daß anc-l-i hier praktisch die Bedingung ii + i"
= i, erfüllt ist.
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In Abb.:2 ist mit eing--zeichnet, wie die Wendepo-lwi,ckl=g w des,
Fahrmotots unter Vorschailtung einer Drosselspule x von einer dritten Wicklung des
Erregertransformato,rs d aus, in bekannter Weise zu,s,ä,tzlii!cb fremd, erregt
wird. Man. erkennt, daß hier mit der Regelung des Erregerstromes von der Pr-imärs-eite-
cles Erre"gertransfo-riimat.0#r!s, aus, auch gleichzeitig die zusätzliche Nebenschlußwendepolerregung
im richtigen Sinne; geändert wkd# & h. mit w.a#chsendßm Erregerstram
nimmt auchdie zuir Unterdrückung der EMK der Transfürmation erfo.r,derl'i#ch-e Wendefeldkomponente
-zu-Es sei, nocherwälmt, daß es zweckmäßig list die Wickhing o der Drosselispule
g statt ;an. eine feste Gleichstromquelle über einen Hilfstransformatür und
Trockengleichrichter an den H.auptt.ransfoirmato#renzuschliießen. Dies, hal den
Vo,rtei,% daß sich .der Steuerstrom i, und damit :auch if, d. h. der Feldstrom
Ii bzw. die EMK der Maschine proportio-na#I mit der Netzsp#ann=,g ändern.
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Anstatt die Steeuerwicklungen n undi P Über Stromwandler,zu, spelsen,
besteht Gelbstvexständlich auch die Möglichkeit, die erforderliche Spannung ähnlich
wie bei, Gleichstrom an im Anker- und Feldkreis, liegenden Widerständen abzugreifen.
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Selbstverständli,ch ist noch eine große Zalh,1, Von. AnwendungsmöglIchl#-.iten
vorhanden, die jedloch, den Erfindungsgedanken ni#dht beeinträchtigen.