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Einanker-Di'ehfeld-Umformer.
Bei den bisher bekanntgewordenen Einankerumformern steht die sekundär abnehmbare Gleichstromspannung zur primären Wechselstromspannung je nach der Phasenzahl und Feldkurvenform in einem ganz bestimmten Verhältnisse und ist eine weitgehende Regelung der sekundären Gleichstromspannung nur durch eine gleichzeitige Regelung der primären Wechselstromspannung erzielbar. Ausser- dem erfordert ein solcher Umformer zur Erregung seines Feldes eine Gleichstromquelle und eine gleichzeitige Regelung des Feldstromes.
Durch vorliegende Erfindung ist es nun möglich, ohne Gleichstromquelle. lediglich aus mehrphasigem Wechselstrom, durch eine rein mechanische Regelungseinrichtung aus einemEinanker-DrehfeldUmformer sekundär Gleichstrom beliebiger Spannung und Polarität zu erhalten.
Der Einanker-Drehfeld-Umformer, bestehend aus einem Gleichstromanker mit Mehrphasen- . \nzapfungen und einem erregerwicklungsfreien Eisenrüekschlussringe, wird durch einen Doppelsynchronmotor doppelter Umformerholzahl derart in synchroner Drehung erhalten, dass das vom primären Wechsel-
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Gleichstromwieklung, je nach der relativen Lage der Kollektorbürsten zu obigem Felde, eine bestimmte Gleichstromspannung induziert.
Auf dem Eisenriickschlussringe werden die Kollektorbürsten zweckmässig fest montiert und der
Luftspalt in den Kommutierungszonen erweitert, um die Kommutierung zu erleichtern. Da dieser Ring keine Erregerwieklung trägt und vom Anker aus magnetisiert wird, kann er im Ankerfelde jede beliebige
Lage einnehmen, die Luftspalterweiterungen bleiben immer den Kommutierungszonen zugeordnet, gleichgÜltig, ob sie innerhalb oder ausserhalb der neutralen Drehfeldzonen liegen. Eine gute Kommutierung kann daher stets gesichert werden.
Der Doppelsynchronmotor seinerseits besitzt auf dem Stator wie auf dem Rotor je eine Mehr- phasenwieklung, die so an die Mehrphasenspannungen angeschlossen werden, dass letztere in Stator und Rotor gegenläufige Drehfelder erzeugen. Der Rotor muss demnach mit doppelter Synchrongesch windig- keit rotieren und sind daher bei direkter Kupplung die Mehrphasenwicklungen des Antriebsmotors mit doppelter Umformerpolzahl auszuführen. Man könnte für den Antrieb auch einen gewöhnlichen Synchron- motor wählen, der dann mit der einfachen Umformerpolzahl auszurüsten wäre und ausserdem eine Gleich- stromquelle zur Erregung erfordert.
Fig. 1 zeigt eine praktische Ausführung des neuen Umformers mit vertikaler Welle. L'stellt den Umformer dar, während A den Doppelsynchronmotor wiedergibt. In Fig. 2 ist das Gesamtschaltungs- schema für den beispielsweisen Betrieb eines zu regelnden Gleichstrommotors M niedergelegt. Die sekundäre Gleichstromspannungsregelung wird durch Verdrehen des Antriebsmotorstators gegenüber den Umformerstator bewirkt, u. zw. in Fig. 1 mittels der Kegelradübertrapiing Ü vorn Vierkant i aus oder nach Fig. 2 mittels Schneckenübertragung und Handrad H.
In Fig. 2 wird der Drehstrom durch @ die Leitungen r, s, t, dem Umformer über den dreipoligen Schalter B mit Widerstandsstufen zugeführt, der Hilfssynchronmotor A erhält seinen Strom über den Schalter C, während der Umformer beispiels- weise dem Motoranker Jf den Gleichstrom über den Schalter G liefert. Den strom für die Erregung E bekommt der Motor 11L zweckmässig durch einen gegenüber dem Ankerbürstensatz c, d, um eine halbe
Polteilung versetzten Erregerbürstensatz a, b, welchen Bürsten noch eine Lampe D oder ein Spannungs- zeiger parallel geschaltet ist.
Die Anordnung ist nun so getroffen, dass die Bürsten a, b vor Anlauf des
Motors M in der neutralen Zone des stillgesetzten Drehfeldes stehen und somit das Feld E am stärksten
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aufweisen muss.
Das Anlassen des Umformers geschieht lediglich vom Drehstromnetz aus, u. zw. auf folgende Weise : Schalter B wird langsam über die Widerstände geschlossen, der Umformeranker E beginnt innerhalb des mit einer Kurzschluss- oder Phasenwicklung versehenen Eisenringes F zu laufen u. zw. als Asynchronmotor ohne Belastung ; daher ist seine Schlüpfung gering, d. h. das Drehfeld läuft noch mit dei Sclüpfungstourenzahl, was am-langsamen Aufleuchten und Verlöschen der Lampe D zu erkennen ist. Schalter C wird nur dann geschlossen, wenn Lampe D gerade hell aufleuchtet bzw. ein an Stelle der Lampe eingeschalteter Spannungszeiger das Maximum anzeigt, denn dann haben Rotor und Stator
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Stellung, bei welcher die einander entgegenlaufenden Rotorfelder sieh decken.
Der Motor hat die doppelte Polzahl des Umformers. Bevor er angeschaltet wird, wird er vom Umformeranker mit nahezu doppeltem Synchronismus angetrieben. Wird er angeschaltet, so läuft er doppeltsynchron und gibt dem Umformeranker seine volle synchrone Tourenzahl, so dass das Umformerdrehfeld stillgesetzt wird. Am weiteren, dauernden. hellen Leuchten der Lampe bzw. am dauernden konstanten Ausschlag des Spannungszeigers hat man ein seheret Kennzeichen, dass der Umformeranker e nun synchron rotiert. Jetzt kann Schalter G geschlossen werden und kann das verlustlose Anlassen des Gleichstrommotors M beginnen, indem z.
B. der Vierkant i mittels einer Kurbel bzw. das Handrad H im einen oder ändern Sinne verdreht wird,
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legung : Man könnte die Spannungen zwischen den Bürsten a, b und e, d dadurch ändern, dass man das ganze Bürstenkreuz verstellt. Statt nun diese Verstellung vorzunehmen, wird die räumliche Lage des stillgesetzten Drehfeldes geändert. Zum Zwecke dieser Änderung wird der Stator des Motors J-mechanisch verstellt. Der Rotor des Synchronmotors muss diese Verstellung mitmachen, weil die beiden Drehfelder, die
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sche Verstellung des Motors geschieht eine räumliche Verstellung des stillgesetzten Umformerdrehfeldes.
Je nach dem Sinne der Abweichung des Fmformerdrehfeldes von der Richtung c-d erhält der Anker des zu regelnden Gleichstrommotors M einen Strom, in der einen oder andern Richtung ; die Richtung des von den Bürsten a, b abgenommenen Feldstromes bleibt ungeändert. Je grösser der Grad der Verstellung des Umformerdrehfeldes ist, desto grösser wird die dem Anker des Motors 111 aufgedruckte Spannung und desto kleiner wird die Feldspannung. Durch beide Umstände wird die Tourenzahl 7 des Motors erhöht. Wird der laufende fremd erregte Gleichstrommotor Il von aussen angetrieben, so kann er Strom an den Umformer abgeben ; er wird also zum Gleichstromgenerator (Generatornutz- bremsung).
Der Umformer gibt seinerseits die Energie wieder ans Drehstromnetz zurück.
Macht man ferner auch den Lmformerstator t mittels einer Schneekenübertragung & verdrehbar und kuppelt man die Schneckenwelle mittels einer Kupplung F mit der Welle des Motors II, so kann dadurch erreicht werden, dass der Motor durch eine ganz bestimmte Anzahl von Umdrehungen des Umfol1llerstator I mit den Gleiehstrombürsten so verdreht, dass die Ankerbürsten e, cl wieder spannungslos werden und der Motor Af in dieser bestimmten Lage stehen bleibt.
Durch eine bestimmte Verdrehung des Handrades H, welche auch von ferne durch einen Wellenstrang bewirkt werden kann (etwa von der Kommandobrücke eines Schiffes aus), macht also der Gleichstrommotor j1 eine ganz bestimmte Anzahl von Umdrehungen und kann dabei eine ganz erhebliche Arbeit leisten (etwa das Steuerruder des Schiffes
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drehen zu lassen (etwa durch ein Differenzialgetriebe oder eine sonstige mechanische Rückführung) und den Umformerstator in seiner fixen Lage zu belassen, wodurch wieder an flexiblen Kabeln gespart werden kann, was die Betriebssicherheit erhöht. Die Schalter G, Bund ein Fig. 2 sollen stets erst ge- öffnet werden, nachdem der Motor 111 zum Stillstand gekommen ist.
Handelt es sich darum, den Umformergleichstrom für andere Zwecke zu verwenden so genügt ein Gleiehstrombürstensatz, welcher den früheren Umformerbilrsten e. d entspricht. Dann wird die Lampe D oder ein Spannungszeiger an diese Bürsten gelegt und ist beim Anlassen des Umformers der Schalter B wie früher zu betätigen, während der Schalter C nun bei dunkler Lampe bzw. Nullstellung des Spannungszeigers geschlossen werden muss. wobei durch weiteres Dunkelbleiben bzw. andauernde Nullstellung eines Spannungsmessers die Richtigkeit des Einschaltvorganges deutlich ersichtlich ist.
Die gewünschte Gleiehstromspannung kann nun eingestellt werden.
Dieser Umformer kann selbstverständlich auch mit feststehenden Gleichstromanker und rotierenden Bürsten ausgeführt werden. Dieser Regelumformer ist überall anwendbar, wo aus einem Mehrphasennetz auf einfache, billige und ökonomische Weise Gleichstrom regelbarer Spannung gewonnen werden soll, ferner wo vom Wechselstromnetz aus ein Motor mit weitgehender Tourenregelung betrieben werden soll, ferner für elektrische Schiffssteueranlagen, zum verlustlosen Anlassen und häufigen Umsteuern grosser Gleichstrommotoren mit Nutzbremsung, insbesondere für Schachtförderungen, für Hebekrane mit Nutzbremsung beim Senken usw.