DE907436C - Wechselstrom-Kommutatormaschine mit Nebenschluss- oder Fremderregung - Google Patents

Wechselstrom-Kommutatormaschine mit Nebenschluss- oder Fremderregung

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DE907436C
DE907436C DES9433D DES0009433D DE907436C DE 907436 C DE907436 C DE 907436C DE S9433 D DES9433 D DE S9433D DE S0009433 D DES0009433 D DE S0009433D DE 907436 C DE907436 C DE 907436C
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DE
Germany
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excitation
circuit
capacitor
machine according
current
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Expired
Application number
DES9433D
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Theodor Kopczynski
Dr-Ing Karl Toefflinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K27/00AC commutator motors or generators having mechanical commutator
    • H02K27/04AC commutator motors or generators having mechanical commutator having single-phase operation in series or shunt connection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Wechselstrom-Kommutatormaschine mit Nebenschluß- oder Fremderregung Es ist für die elektrische Abbremsung bei Wechselstromfahrzeugen bekannt, die Fahrmotoren mit Nebenschluß- bzw. Fremderregung zu betreiben. Dabei arbeiten die Anker der Motoren bei der Nutzbremsung auf das Fahrleitungsnetz zurück.
  • Es ist nun wenig günstig, daß die Charakteristik derartiger mit Nebenschlußerregung bzw. Fremderregung arbeitender Motoren sehr steil verläuft, denn dies hat zur Folge, daß sich das Drehmoment und der Strom bei konstanter Spannung stark mit der Drehzahl ändern. Für manche Fälle ist dies erwünscht, beispielsweise bei der Nutzbremsung auf langen Gefällestrecken. Ist aber mit plötzlichen starken Spannungsschwankungen des Netzes zu rechnen, auf das die in Nutzbremsschaltung arbeitenden Motoren arbeiten, oder soll die Nutzbremse zum schnellen Verzögern des Zuges dienen (Verzögerungsbremse), so ist es im Gegensatz zu dem vorerwähnten Fall erwünscht, daß sich der Strom und das Drehmoment der generatorisch arbeitenden Motoren nach Möglichkeit nur verhältnismäßig wenig in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Ankerspannung ändern.
  • Um diesen Bedingungen zu genügen, ist es bekannt, bei der Abbremsung von einphasigen Wechselstrom-Reihenschlußmotoren sogenannte Verbundschaltungen zu verwenden, bei denen der Ankerstromkreis und der Erregerstromkreis, die an dem Fahrzeugtransformator angeschlossen sind, über einen sowohl vom Ankerstrom wie vom Erregerstrom durchflossenen Kopplungswiderstand miteinander gekoppelt sind. Weiter sind auch ähnliche Anordnungen bekanntgeworden, bei denen der Ohmsche Widerstand dur andere Widerstände oder Widerstandskombinationen ersetzt ist. Diese Schaltungen genügen im allgemeinen den an sie gestellten Anforderungen, jedoch ist für die Erzielung einer Kompoundierung ein besonderes Schaltungselement, derKopplungswiderstand bzw. die Kopplungseinrichtung, erforderlich, wodurch ein gewisser Raum in Anspruch genommen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Schaltung für nebenschluß- oder fremderregte Wechselstrom-Kommutatormaschinen, insbesondere Einphasenmaschinen, zu schaffen, bei der eine Kompöundierung ohne zusätzlichen Gewichtsaufwand sowie zusätzliche andere Schaltungselemente wie Widerstände od. dgl. erreicht wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die nebenschluß- oder fremderregte Feldwicklung der Maschine mit einer Anzapfung versehen ist, an die der Ankerstromkreis angeschlossen wird. Infolgedessen wird das Feld der Maschine abhängig vom Ankerstrom, da dieser bzw. seine Komponenten die Feldwicklungsteile außer dem Nebenschluß- oder Fremderregerstrom durchfließen.
  • Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines in Fig. I der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Mit a ist der Anker eines Einphasen-Reihenschlußmotors, beispielsweise eines Bahnmotors bezeichnet. f ist die Feldwicklung, die durch die Anzapfung z in die Teile f1 und f2 unterteilt wird. t ist ein Wechsel stromtransformator, der mit seiner Primärwicklung an ein Netz angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung beim Bremsbetrieb die von dem Anker a erzeugte elektrische Energie zugeführt wird. Die Feld-Wicklung f ist nun über den Kondensator k an eine Teilspannung des Transformators t angeschlossen. Die eine Bürste des Ankers liegt an dem Ende der Transformatorwicklung t, während die andere Bürste mit der Anzapfung z der Feldwicklung f verbunden ist. In der Zeichnung sind die auftretenden Ströme durch Pfeile angedeutet. Infolge des Anschlusses des Ankerstromkreises an die Feldwicklungsanzapfung z ergibt sich, daß im Erregerstromkreis zwei Komponenten des Ankerstromes J auftreten; die eine Komponente J1 verläuft durch den Feldwicklungsteil f1, die zweite Komponente J2 durch den Feldwicklungsteil f2. i ist der nur in dem Erregerstromkreis auftretende Fremderregerstrom. Die Stromkomponente J1 wirkt nun, wie durch den Pfeil angedeutet ist, gegenkompoundierend, d. h. der Fremderregung durch den Strom i entgegen. Bei entsprechender Bemessung des Kondensators k bzw. der Feldwicklung f2 ergibt sich, daß auch der Strom J2 gegenkompoundierend wirken kann. Die Induktivität der Wicklung f2 ist dann durch den Kondensator k zum großen Teil kompensiert, wodurch man unter Berücksichtigung des Ohmschen Widerstandes von f2 dem Strom J2 eine gegenkompoundierende Phasenlage geben kann. Man hat es in der Hand, durch die Wahl der Lage der Anzapfung z den Grad der Gegenkompoundierung und damit die Kennlinie der Maschine weitgehend zu beeinflussen. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, die Feldanzapfung in der Nähe des mit der Transformatorwicklüng t verbundenen Endes der Feldwicklung anzuordnen. Unter Umständen können auch mehrere Anzapfungen vorgesehen sein, an die abwechselnd der Motorstromkreis angeschlossen wird.
  • Die richtige Phasenlage des Erregerfeldes kann ohne weiteres durch die Bemessung des Kondensators herbeigeführt werden. Mit Vorteil kann ein regelbarer Kondensator Anwendung finden, der selbsttätig in Abhängigkeit von einem Meßgerät so verstellt wird, daß stets ein günstiger Phasenwinkel zwischen dem Felde der Maschine und dem Ankerstrom herbeigeführt wird.
  • Selbstverständlich kann in Einzelheiten die in Fig. I angegebene Schaltung abgeändert werden, beispielsweise durch besondere Ausbildung des Erregerstromkreises, um den verwendeten Kondensator so klein Wie möglich zu halten.
  • Fig. 2 zeigt eine entsprechende Schaltung, bei der der Kondensator k nicht direkt in den Erregerstromkreis, sondern mittelbar in den Erregerstromkreis über einen Übersetzungstransformator Ü eingeschaltet ist. Man kann infolgedessen den Kondensator für eine höhere Spannung ausbilden.
  • Fig. 3 zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung, bei der der Erregerstromkreis über einen Erregertransformator et gespeist wird. Der zur Einstellung der Phasenlage des Feldes dienende Kondensator k ist hierbei in den an eine höhere Spannung angeschlossenen Primärstromkreis des Transformators et eingeschaltet. Der eigentliche, die Feldwicklung aufweisende Erregerstromkreis weist lediglich noch die Sekundärwicklung des Erregertransformators et auf. Die Wirkungsweise der in den Fig. 2 und 3 angegebenen Schaltungen unterscheidet sich von derjenigen der Schaltung nach Fig. I überhaupt nicht.
  • Bei neuzeitlichen Motoren sind die Erregerwicklungen der einzelnen Pole oft in Reihe miteinander geschaltet, so daß jeder Pol nur eine geringe Anzahl von Windungen besitzt. Beispielsweise können drei Windungen pro Pol vorkommen. In diesem Falle ist es praktisch nicht möglich, eine Anzapfung an der Feldwicklung in solcher Weise anzuordnen, daß sie die Windungen der Erregerwicklung in einem bestimmten Verhältnis, z. B. I : Io, teilt. Derartige hohe Verhältniswerte müssen aber häufig eingehalten werden, wenn eine Verbundwirkung in dem gewünschten Maße eintreten soll. In anderen Fällen bereitet die Anwendung der in Fig. I dargestellten Schaltung deswegen Schwierigkeiten, weil es nicht mehr möglich ist, an den bereits vorhandenen Motoren Feldanzapfungen in der erforderlichen Weise anzubringen. Man müßte daher unter Umständen den ganzen Ständer der Maschine vollkommen neu wickeln. Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich in diesem Fälle eine vorteilhafte Abänderung der angegebenen Anordnung dadurch, daß die für den Anschluß des Ankerstromkreises vorgesehene Anzapfung statt an der Feldwicklung an einem Stromteiler angeordnet ist, der der Feldwicklung der Maschine parallel geschaltet ist.
  • Fig. ¢ gibt die Schaltung für diesen Fall wieder. a ist wieder der Anker eines einphasigen Bahnmotors und f die zugehörige Feldwicklung (die beispielsweise beim Fahrbetrieb mit dem Anker in Reihe geschaltet sein kann), t ist die Sekundärwicklung des primärseitig an das Netz angeschlossenen Fahrzeugtransformators. Die Feldwicklung f ist über den Kondensator k an die Teilspannung Ee der Transformatorwicklung t angeschlossen. Parallel zu der Feldwicklung f liegt der Stromleiter t1. Der Ankerstromkreis ist an die Anzapfung y des Stromteilers t1 angeschlossen. Indem Stromteiler teilt sich der Ankerstrom in zwei einander praktisch phasengleiche Teile J1 und J2, und zwar gilt für die Ströme J1 und J2 folgende Beziehung: J1 : J2 = W2:W. Hierbei bedeuten W1 und W2 die Windungszahlen der beiden Zweige des Stromteilerwiderstandes. Der Stromteiler wird vorteilhafterweise so bemessen, daß er nur einen äußerst geringen Magnetisierungsstrom aufnimmt. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die Schaltung nach Fig. 4 praktisch genau so wirkt wie die Schaltung nach Fig. I.
  • Es ist rechnerisch leicht nachzuweisen, daß der Stromteiler nur eine verhältnismäßig geringe Größe erhält. Ist E die Spannung an der Erregerwicklung und J der Strom, für den sie bemessen ist, so ist E ₧ J die scheinbare Erregerleistung. Der eine Wicklungsteil des Stromteilers ist dann für die Spannung und den Strom zu bemessen. Die andere Spule ist dagegen für die Spannung und W1 + w2 den Strom zu bemessen. Die Leistung jeder der beiden Spulen beträgt also Aus diesen Betrachtungen folgt, daß für die am meisten benötigten Verhältnisse der Windungszahlen von I : 8 oder I : Io die Stromteiler sehr klein ausfallen, etwa so groß wie ein Erregertransformator, der für etwa Io % der Erregerleistung bemessen ist.
  • Bei der in Fig. 4 angegebenen Schaltung mit einem Stromteiler läßt es sich ohne Schwierigkeiten durchführen, daß der Stromteiler zwei oder mehrere Anzapfungen erhält, an die der Ankerstromkreis wahlweise angeschlossen werden kann. Man kann auf diesem Wege eine Regelung der Kompoundierungswirkung erzielen, beispielsweise derart, daß in dem oberen Geschwindigkeitsbereich eine stärkere Kompoundierung vorhanden ist, während in dem unteren Geschwindigkeitsbereich die Wirkung der Kompoundierung herabgesetzt wird. Im letzteren Falle wird eine Mehrzahl von Regelstufen vorgesehen, um im Bereiche kleinerer Geschwindigkeiten noch größere Bremskräfte erzielen zu können. Auf dem angegebenen Wege kann eine verschiedene Kompoundierungswirkung auch herbeigeführt werden, je nachdem eine Verzögerung oder Gefällebremsung vorgenommen werden soll.
  • Bei den im vorstehenden behandelten Ausführungsbeispielen war stets davon ausgegangen, daß die Erfindung in einer Nutzbremsschaltung Anwendung finden soll. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Erfindung bei einer Widerstandsbremsschaltung zu verwenden.
  • Fig. 5 und 6 zeigen schematisch die sich in diesem Falle ergebende Schaltung. Der Motoranker a ist bei den letztgenannten Schaltungen statt an den Transformator t an einen Widerstand W angeschlossen. Für die Regelung der Bremsung kann die Erregerspannung durch Änderung des Anschlusses der Erregerwicklungen an dem Transformator t geregelt werden. Fig. 7 zeigt die hierbei erzielbaren Bremskennlinien, wobei v die Bremsgeschwindigkeit und B die Bremskraft bedeuten.
  • Die Anwendung der Erfindung ist auch nicht auf den Bremsbetrieb beschränkt, vielmehr kann die Erfindung auch bei Fahrbetrieb Anwendung finden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Wechselstrom-Kommutatormaschine mit Nebenschluß- oder Fremderregung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstromkreis an eine Anzapfung der Erregerwicklung angeschlossen ist.
  2. 2. Maschine nach Anspruch I mit einem Kondensator im fremdgespeisten Erregerstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Windungszahlen der Teile der durch die Anzapfung unterteilten Erregerwicklung sowie der in dem Erregerstromkreis liegende, gegebenenfalls regelbare Kondensator so bemessen sind; daß die von dem Transformator unmittelbar in den einen Feldwicklungsteil eintretende Stromkomponente sowie die über den Kondensator und den anderen Ankerfeldwicklungsteil verlaufende Stromkomponente wegen der Phasenverschiebung der letzten gleichzeitig gegenkompoundierend wirken.
  3. 3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstromkreis über einen primärseitig über einen Kondensator gespeisten Erregertransformator den Erregerstrom erhält.
  4. 4. Maschine nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mittelbar über einen Kopplungstransformator in den Erregerstromkreis eingeschaltet ist.
  5. 5. Abänderung der Maschine nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstromkreis statt an eine Anzapfung der Feldwicklung an die Anzapfung eines Stromteilers angeschlossen ist, der zu der Feldwicklung parallel geschaltet ist.
  6. 6. Die Verwendung der Maschine nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche bei Einphasenbahnen zur Nutzbremsung oder Widerstandsbremsung.
  7. 7. Maschine nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Einrichtungen zur Verbesserung bzw. Regelung der Phasenlage von Feld und Strom vorgesehen sind.
DES9433D 1941-06-20 1941-06-20 Wechselstrom-Kommutatormaschine mit Nebenschluss- oder Fremderregung Expired DE907436C (de)

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