CH86774A - Hochspannungs-Gleichstrom-Motor. - Google Patents

Description

      Hochspannungs-Gleichstrom-motor.            Gegenstand    dieses Hauptpatentes ist ein       Hochspaunungs-Gleichstromniotor,    bei wel  chem der Anker eine     Mehrphasenwicklung     besitzt, die über einen     Hochspannungskollektor     durch den Netzstrom gespeist wird. Der       Hochspannungs-Gleiclistrom    wird vermittelst  dieses Kollektors unter dem     Eiuflusse    der in  den     Maschinenphasen    in bestimmter Weise ver  laufenden     Motor-Gegen-EMKe    für die Phasen  belastung in     Pliasenstrominipulse    aufgelöst.

    Der Kollektor besteht aus einem lediglich  als     Stromschaltapparat    wirkenden Ventil  gleichrichter, zwischen dessen Anoden jeweils       nur    geringe     Phasendifferenzspannungen    be  stehen und aus einem als     Spannungsschalt-          apparat    wirkenden     Lamellenkommutator,    der  jedoch nicht wie in     gewohnter    Weise als       Stromwender,    sondern als     Leerlaufsschalt-          apparat    arbeitet.  



       Fig.    1 zeigt schematisch ein Ausführungs  beispiel des Hochspannungsmotors. Der Hoch  spannungsanker besitzt beliebig viele     (je)    stern  geschaltete Phasen<B>IV</B> und der Ventilgleich  richter eben so viele elektrische, nach einer  gemeinsamen Kathode     mündende    Ventile     j'.     Der     Kommutator        S    hingegen weist für jeden    Phasenzweig einen Phasenkontakt auf, der  zum Zwecke des     Phasenbetriebes    jeweils die  Verbindung - von der betreffenden Phasen  wicklung des Maschinenankers nach der hierzu  gehörigen     f@leichrichteranode    herstellt.

   Der       Hochspannungs-Gleichstrom    wird durch die  Netzklemmen     k'.    I>" in der Richtung über den       Phasensternpunkt    0 nach der G     leichrichter-          katliode    K aufgenommen.  



       Lm    die kontinuierliche Netzspannung für  die     Motorphasen    in     getrennte    Spannungs  impulse zu zerlegen, ist ein bestimmter perio  discher Verlauf der     Gegen-EMKe    der Motor  phasen nötig. Die Kurve     ev        (Fig.    2) veran  schaulicht den vollständigen Verlauf der in  der     Motorphase    v induzierten Gegenspannung.  Für die einen, zum Beispiel positiven Halb  wellen lassen sich drei Zeitbereiche mit ver  schiedener Spannungshöhe unterscheiden.

   Der  mittlere Bereich ist die     Betriebszone        i3,        bezw.     die     Durchlasszone    des     Pliasenvollstromes    mit  einer gegenüber der Gleichspannung     Eg    des       Netzes    etwas geringeren     Spannung        E;

      die  beiden äussern Zeitbereiche, die     Überlappungs-          zonen   <I>ö',</I>     ü",    hingegen haben bei der Kommu  tation im Ventilgleichrichter die Stromunter-           drückung    hervorzurufen und     besitzen    eine  meist     wesentlioli    höhere Spannung     Ba    als die  Gleichspannung.

   Dies ist beim     1 < Totor    für  solche kurzzeitige     Phasenintervalle    möglich,  da die     Afotorgegenspannungen    unter der     Ein-          ivirkung    der kinetischen Energie des beweg  ten     Maschinenrotors    im Erregerfeld in gleicher  Weise wie bei einem Generator als     genei#a-          torische        EMKe    induziert werden, und es ist  dabei wohl möglich, dass für hinreichend  schmale Phasenzonen die     Momentanspannun-          gen    wesentlich höher als die Gleichspannun  gen werden,

   sofern nur die Phasen hierfür  durch genügend starke Feldzonen erregt  werden. Ganz entsprechend sind die     EMK-          Verläufe    für die vor- und nacheilenden Pha  sen     (ev,-l,        ev+t),    und diese schliessen sich  im Diagramm so au die Spannungswelle der  Phase v, dass die Betriebszonen lückenlos       aneinandergrenzen    und von den     Überlappungs-          zonen    der benachbarten Phasen     überläppt     werden.

   Die besprochenen     EM        i-Formen    sind  unter der     Voraussetzung    notwendig,     dal')    beim  Gleichrichter der Strom in der Richtung von  den Anoden nach der Kathode durchgelassen  und in der umgekehrten Richtung unterdrückt  wird. Strom     kann    dann vom speisenden  Gleichstromnetze her in einer Phase nur auf  genommen     werden,    wenn ihre     Klenimspan-          nung    geringer ist als die Gleichspannung, und  sonst bleibt er aus.

   Die erhöhten Spannungen  der Ü     berlappungszonen    haben deshalb den  Zweck, die Spannungsabfälle beim Gleich  richter für die     Phasenstromunterbrechung    in  Spannungsanstiege zu verwandeln. In Wirk  lichkeit spielen bei der Stromkommutation  durch den Gleichrichter die in den Phasen  wicklungen durch die Selbstinduktion und  gegenseitige Induktion der     Spulenströme    her  vorgerufenen     induktiven        Zusatz-ElfIKe    noch  eine grosse Rolle, indem sie die Phasenspan  nungen derart beeinflussen, dass die Phasen  ströme an den Betriebszonengrenzen nicht  momentan,

   sondern innerhalb einer durch die       Wicklungsinduktivitäten    bestimmten Zeitbe  grenzung von den belasteten Wicklungen auf  unbelastete übergeleitet werden.  



  Damit die     li < ;chste    Spanirungsbeanspru-         chung        zwischen    den     Gleichrichteranoden    nur  von der grössten Ordnung     e    = -     L'    wird  und mithin der Gleichrichter nur für diese       Spamiungshöhe    zu     dimensionieren    ist,     werden     die Phasen v jeweils nur für eine Kontakt  zeit     i        an    die     (;

  leicliricliteranoden        geschlossen     und für den übrigen Teil der Wechselperiode  T durch die     Kommutatorkontakte    davon     ge-          trennt.-2    Irr den negativen     Spannungswerten     kann der     MIK-Verlauf,    wie dies in     Fig.    2  angedeutet ist, zum     positiven    vollständig     s'--          rnetrisch,    aber auch     ganz.        beliebig    wirr.

   Ent  sprechendes gilt dann auch     für        den    periodi  schen Verlauf des Feldes     (I),,    das auf jede  Phasenwicklung wirkt.  



  In     Fig.    3 ist ein spezielles     Konstruktions-          beispiel    eines Hochspannungsmotors mit ver  teilter     Mehrphasenwicklung    des     Ankers    dar  gestellt.

   Die Erregung weist vier Pole     finit     drei verschiedenen     Luftübertrittsstufen    nach  dem Eisenkörper des Rotors auf.     An    den       Feldpolschuhen    besitzt die     liniere    Betriebs  stufe     /.den        gr@@sseren        Luftiil)ertrIttswidei--          stand,    während die beiden     itiihern        Stufen   <B>0</B>',  ö" einen etwas geringeren     Übertrittswider-          stand    haben.

   Durch die letzteren werden die  erhöhten Stufen der Halbwellen der     (Tegen-          EM        ie    erzeugt. Für den     Anker    sind     sl)eziell     vier Betriebsphasen     angenommen.    wovon jede  nach dem Typus der     Wellenwicklung    als  fortschreitender,     offener        Wicldunt;szug    ge  zeichnet ist. In diesen Phasen     werden    vier  um     1/4    Wechselperiode     vei,scliol,)ene    Span  nungswellen induziert.  



  Für Maschinen, bei welchen, wie bei der  eben     beschriebenen,    nur die einen Phasen  halbwellen für die Belastung benutzt.     werden.     gelten folgende     Dimensionierungsfornieln        für     eine beliebige     Erregerpolzahl        iia    und     Auker-          phasenzahl        ii.:     
EMI0002.0103     
  
          Selbstverständlich    kann die Wicklungs  armatur statt als     Wellenwicklung    auch als           Schleiferrwichlung        konstruiert        seilt    :

   jede     Nrase     bestellt     dann    aus einer Anzahl gleicher, über  je eine Polteilung sich     erstrechender    Spulen  von beliebiger     Windungszahl,    die irr Reihe  oder parallel geschaltet sind und je dieselben       Spannungen    au den     Betrieb    liefern.

   Es ist  auch der Fall nicht     ausgeschlossen,        daLi    die  verstärkten     I'eldzonen    der     Überlapliungsge-          biete    anstatt durch die Hauptpole der Er  regung durch besondere Nebenpole mit     er-          höllter        Magnetisierung    erzielt     werden.     



       Auher    dem bisher besprochenen Motor  betriebe. bei welchem die     Hochspannungc-          pliasen    stets nur für die positiven Halbwellen  der     Gegen-EMKe    strombelastet werden,     1 < iht          sieh    ein Motor bauen, bei dem die     -Phasen-          belastung        auch    für die negative     ENIK.Halb-          welle    stattfindet. Dies ist insofern von Vor  teil, als die     untere    Grenze der Betriebs  pliasenzahl dann nicht bei 4, sondern bei der       Zahl    ? liegt.

   Die     2-Phasenmaschine    lässt sich       aus    der     4-Phasenmaschine    erhalten,     inderu     die Gegenphasen mit dein     entgegengesetzten          Spannungsverlauf    invers. d. h. bei Vertau  schung der Phasenenden mit der richtigen  Spannungspolarität     serie-    oder parallelge  schaltet werden.

      In     Fig.    4 ist beispielsweise das     Seliait-          schema    und der     Konnnutator    einer     2-Pliasen-          inaschine    gezeichnet,     welches    für den Betrieb  den     Maschinentyp    nach     Fig.    3 mit     serie-          geschalteten    Gegenphasen     1I',    33',     bezw.        22',     44' vorsieht.

   Jede     Seriephase    wird im Ver  lauf einer Wechselperiode je zweimal, aber  mit Vertauschung     voll    Phasenanfang und  Phasenende, zwischen die     Kominutatorbürsten     geschaltet. Nach der Figur bestellt     der          Kommutator    aus zwei getrennten Ringen mit  je zwei Lamellen, die mit zwei nach den       Gleichrichteranoden        d",        1=        verbundenen    Bür  sten     Bi,        B_    Kontakt machen;

       auf)erdeni    lie  gen noch zwei zu diesen ersten Bürsten     dia-          inetrale    Bürsten     B3,        B-i    an den     Konimutator-          ringen,    welche unter sich leitend verkettet  sind.

   Die     Verkettungsleitung    0 und     Gleich-          richterkathode    K bilden die Anschlüsse     voll     den     Hochspannungsnetzpolen   <I>I.',</I>     L".       Die     Wirkungsweise    einer in dieser Weise       geschalteten        Maschine    beruht     (I'ig.    5)     darauf,          daf:

  ')    durch das     mechanische    Kommutieren der  Phasenzweige nach jeder Halbperiode die  negativen Halbwechsel     11"(-)    der Phasen  wellen in bezog auf den     Gleichstromkreis    in  positive umgeschaltet  erden.  



  Bei Verwendung beider Halbwellen der       1Iotor-(xegen-E-1IKe    stellt sich     dieLeitnia.terial-          ausnützung    des     Ankers    möglichst günstig.  Die     Ankerstromwürrne    ist nämlich ganz     un-          abliängig    von der Phasenzahl lediglich durch  den Phasenwiderstand bestimmt, während das  gesamte     Ankerdrahtgewicht    entsprechend der       -Phasenzahl    sich aus den Phasengewichten  summiert.

   Geht     malt        voll    der     4-Phasen-    auf  die     2-1'liasenmaschine    über, so sinkt das auf  eine     bestimmte        Ankerstroinwärme    bezogene       Ankerdrabtgewicht    rund auf die Hälfte.  



  Die     Fig.    6 zeigt als Ausführungsbeispiel       eitre    solche     Maschine    mit sechs Erregerpolen  und zwei Betriebsphasen 1.1', ??'; die an der       Ankerperipherie    direkt um die Betriebsstufen  breite gegeneinander verschoben sind.  



       i\Iascbinen,    bei denen die positiven und  negativen     Halbwellen    für die     Belristung    ge  nützt werden,     sind    für eine beliebige Erreger  polpaarzahl     rra        ('2)    und     Betriebspliasenzahl          @r.        (#2)    herzustellen nach den folgenden     Di-          nieusionierungsformeln     
EMI0003.0116     
  
     Die     Maschine        voll        Fig.    6 induziert pro       Rotorunilauf    nicht nur eine,

   sondern drei  Wechselperioden. Die     Lamellenanordnung    des       Kommutators    nach     Fig.    4 verdreifacht sich  dann     längs    der     Kornrnutatorperipherie,    und es  gibt stets drei     Lamellen,    welche dem gleichen       Phasenende    entsprechen,     bezw.    für dieses durch       j.duipotentialverbindungen    miteinander ver  bunden sind,     derweise,

      dass jede Phase während  einer     Rotorunldrehung    dreimal mit der einen  und dreireal mit der andern     Spulenrichtung          zwischen    die verketteten     -Netz-    und Anoden-      bürsten der     lla,chine    geschaltet wird     und     somit sechsmal in Betrieb kommt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: H(chspannunys-Gleichstrornmotor, gekenn- zeichnet durch einen mittelst C1-leichstrorn- polen erregten --tlehrphasenanker, der aus dein Hochspannungs-l@leichstromnetz über einen aus einem Ventilgleichrichter und einem La- mellenkommutator bestehenden Hochspan- nungskollektor derart gespeist wird, dass der Hochspannungs-tTleichstrorn mittelst dieses Kollektors für die.

   Phasenbelastung in Phasen stromimpulse aufgelöst wird, und zwar -Unter denn Einflusse von in den Ankerphasen er zeugten Gegen-E-3IK-@Vellen, von denen we nigstens eine der beiden Halbwellen in ihrem mittleren Bereiche (Betriebszone) einen gegenüber der Gleichspannung etwas gerin geren, nahezu konstanten Wert besitzt und in ihren darangrenzenden beiden äussern Be reichen, die Gleichspannung etwas überragende Werte aufweist.

   wobei die innern Bereiche der arifeiriarrdei-f,1genden Phasen sich lücken los aneinanderschliessen und somit-die äussern Bereiche (jJberlappungszonen) über die innern Berei < ühe der benachbarten Phasen hinüber greifen lind der Larnellenkommutator die Phasenwicklungen abwechselnd zii Zeiten, welche in die äuhern Bereiche fallen, leerlaufend an di,

   _ Anoden des V eritilgleichrichters schal tet, bezw. vors denselben abschaltet. UNTERANSPRÜCHE: 1. Hochspannungs-Gleiehstrommotornachdern Patentanspruche, dadurch gekennzeichnet, dal;

   zur Erzeugung der Phasen-EMKe nach Fig. \ü mit dem geringeren EMK-Werte für die Betriebszonen und dein erhöhten EIIh- Werte für die sich daran,chliessenden hberlappungszonen, die Erregerpole in der Richtung der Ankerperipherie in drei Stufen ausgebildet sind,

   von denen der mittleren in elektrischen Graden eine Stufenbreite von der Grösse des Differenzwinkels von zwei benachbarten Phasen und die gröP)ei-e Luftstrecke nach dem Anker, den beiden äussern hingegen je eine beliebigr_>. Stufen breite und eine kleinere Luftstrecke nach dein Anker entspricht. 2.

   Hochspanritings-Gleichsti oniinotor@nachdem Patentanspruch und Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Phasen- wicklungen des Ankers als verteilte Arnia- tLIrWickltirigeii ausgebildet sind, welche auf eiiiern Arikei-lzürpei- von zylindrischer Grund form untergebracht sind. 3.

   Iiochspannungs-Gleichstromrnotor nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 mil ?, dadurch gelzennzeichnet, dass bei den Motorphascn des Ankers je beide Wicklungsenden reit zwei Kommutator- larnellen verbunden sind,

   welche jeweils nach Ablauf einer Wechselhalbperiode ge genseitig vertauscht mit den an den Gleich richter angeschlossenen Anodenbürsten lind den unter sich verketteten Netzbürsten der Kommutatorringe Kontakt machen, so dass die Phasen für beide Halbwechsel der Phasen-EllKe mitübereinstimmender Span- nungsrichtung an das IIochpannungsnetz geschaltet werden und während jeder vollen Wech,

   elperiode durch den Gleichrichter zwei Stromimpulse aufnehmen.