DE943242C - Wendepolschaltung fuer Einphasen-Reihenschlussmotoren fuer hoehere Netzfrequenz als 16 2/3 Hz - Google Patents

Description

• Wendepolschaltung für Einphasen-Reihenschlußmotoren für höhere Netzfrequenz als 162/3 Hz Das Wendefeld setzt sich bei Einphasen-Reihenschlußmotoren aus zwei Komponenten zusammen. Die eine dient zur Aufhebung der Stromwendespannung und ist mit dem Hauptstrom gleichphasig, die andere dient zur Aufhebung der Kurzschlußspannung, die auch transformatorische EMK oder EMK der Ruhe genannt wird und dem Hauptstrom um 9o° nacheilt. Der gesamte Wendepolfluß ist also gegenüber dem Hauptstrom um einen Winkel verschoben, dessen Tangens gleich dem Verhältnis von Kurzschlußspannung zur Stromwendespannung ist.
• Es muß daher der durch die Wendepolwicklung fließende Strom iw dem Hauptstrom T nacheilen. Um dieses zu erreichen, ist es bekannt, parallel zu der Wendepolwicklung einen Ohmschen Widerstand zu schalten, durch welchen der Strom iR fließt. Da die Wendepolwicklung vorwiegend induktiv ist, eilt der Strom iw, dem Strom iR um nahezu 9o° nach, wie es in Fig. I dargestellt ist.
• In diesem Parallelwiderstand entstehen. Ohmsche Verluste. Um diese herabzusetzen, ist es bekannt, in Reihe mit dem Ohmschen Widerstand einen Kondensator zu schalten. Die Reihenschaltung des Ohmschen Widerstandes mit dem Kondensator kann dabei zur Anpassung an die Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen sein, dessen Primärwicklung parallel zur Wendepolwicklung liegt.
• Bai den üblichen Wechselstrom-Bahnmotoren für I62/3 Hz liegen die Verluste in dem Parallelwiderstand in der Größenordnung von i o/o, der Motorleistung. Man hat diese Verluste bisher in Kauf genommen. Durch die oben geschilderten Mittel kann man sie weitgehend herabsetzen. Diese Herabsetzung der Verluste durch den Kondensator im Wendepolkreis macht sich-insbesondere .vorteilhaft geltend bei Motoren, die für höhere . Frequenzen als 162/3 Hz gebaut sind, also beispielsweise bei Motoren für 5o oder 6o Hz, Nimmt man zunächst einmal an, daß bei einem Motor für 5o Hz die Kurzschlußspannung und die Stromwendespannung ungefähr ebenso groß sind wie beim üblichen Motor für I62/3 Hz und daß sich auch die Blechpaketbreite und die Umfangsgeschwindigkeit nicht viel unterscheiden, so ist der Wendepolfluß bei beiden Motoren ungefähr der gleiche. Dieser Wendepolfluß induziert aber in der Wendepolwick lung des 5o-Hz-Motors eine dreimal so hohe Spannung, an welcher der Parallelwiderstand liegt. Da der Strom durch den Ohmschen Widerstand für beide Motoren ungefähr gleich groß ist, wird der Verlust in diesem beim 5o-Hz-Motor rund dreimal so groß wie, bei einem Motor von I62/3 Hz. Er liegt dann schon in der Größenordnung von rund 3% der Motorleistung.
• Das gilt jedoch nur unter der Voraussetzung, daß Kurzschlußspannung und Stromwendespannung etwa ebenso groß sind wie bei dem Motor von 16 2/3 Hz. Verwendet man dagegen. beim 5o-Hz-Motor eine zweifache Schleifenwiklung, die an sich zweckmäßiger ist, so ergeben sich noch folgende Unterschiede: Der Strombelag im Anker wird etwas geringer, also ist die Stromwendespannung kleiner. Dafür wird die Kurzschlußspannung einer Windung doppelt so groß, ,der gesamte Wendepolfluß wird entsprechend der geometrischen Summe von Stromwendespannung und Kurzschlußspannung größer und mit ihm wächst die Spannung, die in jeder Windung. der Wendepolwicklung induziert wird. Außerdem wird die erforderliche Phasennacheilung des Wendepolflusses viel größer, es muß daher auch der Wendepolstrom dem Hauptstrom stärker nacheilen, so daß man ein Stromdiagramm bekommt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
• Diese große Phasenverschiebung ist nur durch eine Vergrößerung des Stromes im Widerstand R zu erreichen, der bei gleichbleibendem Hauptstrom T eine Verminderung des Wendepolstromes zur Folge hat. Da dieser kleine Wendepolstrom aber ein stärkeres Wendefeld erregen muß, muß die Windungszahl der Wendepolwicklung erhöht werden. Da die in jeder Windung induzierte Spannung ohnehin schon größer ist, wird also die Spannung an der Wendepolwicklung und damit am Parallelwiderstand bedeutend größer als beim Motor für I62/3 Hz. 'Da ferner auch der Parallelstrom größer ist, steigen die Verluste im Parallelwiderstand erheblich.
• Bei Motoren von 5o Hz und darüber kommen die Verluste im Parallelwiderstand in die Größenordnung von 6 0/o der Motorleistung. Dies ist schon recht erheblich und kann den Vorteil der Anwendung solcher Motoren für 50 Hz zum Bahnbetrieb, nämlich den besseren Wirkungsgrad der Stromversorgung infolge Fortfalls der Umförmerverluste in der Lokomotive wieder aufheben. Außerdem werden solche Widerstände groß, und es ist schwierig, sie unterzubringen.
• Wie obenerwähnt, ist es bereits bekannt, die Kondensatoren und die Ohmschen Widerstände "über einen Transformator an die Wendepolwicklung anzuschließen. Der Transformator ermöglicht eine Anpassung der Kondensatoren und der Widerstände an die an der Wendepolwicklung auftretenden Stromspannungsverhältnisse, so daß man mit normalen Kondensatoren und Widerständen auskommt.
• Die Erfindung betrifft nun eine Wendepolschaltung für Einphasen-Reihenschlußmotoren mit höherer Netzfrequenz als 16 2/3 Hz (insbesondere 5o Hz), wobei an den Wendepolkreis über einen Transformator Kondensatoren und Parallelwiderstände angeschlossen sind. Erfindungsgemäß sind sowohl die Kondensatoren als auch die Parallelwiderstände an Anzapfungen der Transformatorwicklungen angeschlossen, so daß man durch Änderung des Anzapfpunktes sowohl die Kondensatoren als auch die Ohmschen Widerstände an die jeweiligen Betriebsverhältnisse anpassen kann. Durch die Änderung der Anzapfung kann man also den Wendepolstrom sowohl in der Größe als auch in der Phasenlage auf den günstigsten Wert einstellen und unter allen Betriebsbedingungen eine einwandfreie Kommutierung bewirken.
• Die Fig. 3 bis 6 der Zeichnung zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Fig. 3 liegt die Primärwicklung des Transformators. T parallel zur Wendepolwicklung mit dem Strom iw, und an die angezapfte Sekundärwicklung des Transformators ist der Kondensator C angeschlossen. Der Widerstand R ist ebenfalls an Anzapfungen der Primärwicklüng angeschlossen, so daß man auch leicht die Größe des Stromes iR einstellen kann.
• Eine" andere Möglichkeit besteht darin, wie in Fig. 4 dargestellt, -den Widerstand auf die Sekundärseite zu legen, so daß man dieselben Anzapfungen zur Einstellung des Stromes im Widerstand benutzen kann, die für die Einstellung des Kondensatorstromes erforderlich sind.
• Eine weitere Verfeinerung der Einstellmöglichkeiten der Kondensatoren und der Ohmschen Widerstände zeigen die Fig. 5 und 6. Fig. 5 zeigt eine Schaltung, in welcher der Kondensator sowohl der Wendepolwic'klung wie dem Parallelwiderstand vorgeschaltet ist. Die mit Anzapfungen ausgerüstete Primärwicklung des Transformators T ist an das eine Ende der Wendepolwicklung W angeschlossen. . An einer dieser Anzapfungen ist die eine Zuleitung zur Wendepolwicklung angeschlossen, und der Widerstand kann j e nach der Größe des ihn durchfließenden Stromes an eine der primären Anzapfungen angeschlossen werden; die Sekundärwicklung ist wieder mit Anzapfungen versehen und über einen Kondensator geschlossen.
• Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 6. Hier liegt die Primärwicklung des Transformators T, die mit Anzapfungen versehen ist, parallel zur Wendepolwicklung W. An Anzapfungen der Primärwicklung ist die eine Anschlußleitung und der Ohmsche Widerstand R angeschlossen. Die Sekundärwicklung ist wieder über einen Kondensator C geschlossen.
• Die Anordnungen nach den Fig.5 und 6 geben eine Fülle von Möglichkeiten, um das Wendefeld ohne Änderungen von Luftspalt, Wendepolwicklung oder Parallelwiderstand sowohl bezüglich Größe als auch bezüglich Phasenlage auf den günstigsten Wert einzustellen.
• Alle` diese Maßnahmen gestatten. es, den Wirkungsgrad des Motors um rund 5 VO, zu verbessern, was - wie bereits erwähnt -besonders vorteilhaft ist bei Motoren für 5o oder 6o Hz und zwei- oder mehrfacher Schleifenwicklung im Anker, insbesondere, wenn derartige Motoren für den Bahnbetrieb verwendet werden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: . Wendepolschaltung für Einphasen-Reihenschlußmotoren (z. B. Bahnmotoren) für höhere Netzfrequenz als I62/3 Hz (insbesondere 5o Hz), bei der in den Wendepolstromkreis über einen Transformator Kondensatoren und Parallelwiderstände eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kondensatoren als auch die Ohmschen Widerstände an unabhängig voneinander veränderbare Anzapfungen der Transformatorwicklungen angeschlossen sind.
2. 2. Wendepolschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Einphasen-Reihenschlußmotor im Anker eine zwei- oder mehrfache Schleifenwicklung besitzt.
3. 3. Wendepolschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ohmschen Widerstände an Anzapfungen der zur Wendepolwicklung parallel geschalteten Primärwicklung des Transformators angeschlossen sind.
4. 4. Wendepolschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kondensatoren als auch die Ohmschen Widerstände an Anzapfungen der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind (Fig. 4).
5. 5. Wendepolschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Transformators, die einerseits an das eine Ende der Wendepolwicklung angeschlossen ist, Anzapfungen besitzt, an denen die eine Zuleitung zur Wendepolwicklung und der Widerstand angeschlossen sind, und daß der Kondensator an der Sekundärwicklung des Transformators liegt.
6. 6. Wendepolschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung parallel zur Wendepolwicklung liegt und Anzapfungen für die eine Zuführung zur Wendepolwicklung und für den Anschluß des Widerstandes besitzt und daß der Kondensator an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 6o2 9OI, 664 734 687 794 699 o95; Grünholz: Elektrische Vollbahnlokomotiven, 1930, S. 166 und 167; Müller: Die elektrischen Vollbahnen und das 5o Per.-System, 1948, S. 40.