DE207951C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 207951 KLASSE 21 r/. GRUPPE

ROBERT MOSER in CHARLOTTENBURG.

für Einphasenstrom.

Zusatz zum Patente 207707 vom 21. März 1908.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. Juni 1908 ab. Längste Dauer: 20. März 1923.

Gegenstand der Erfindung ist die Weiterbildung der Maschine nach Patent 207707 in der Richtung, daß sie zur Erzeugung von einphasigem Wechselstrom tauglich wird. .Die

strenge Übertragung der Drehstromschaltung auf Einphasenstrom liefert nämlich keine befriedigende Anordnung, Eine solche würde in Fig. ι dargestellt sein,, bei welcher beispielsweise die festen ' Amperewindungen durch Gleichstrom erzeugt werden. Es bedeutet wieder s den Ständer der Hauptmaschine, e die Erregerwicklung, k die mit Gleichstrom gespeiste Wicklung des Läufers. Der Einfachheit halber ist der Erregertransformator in der Figur fortgelassen und die Erregerwicklung β durch Bürsten ζ unmittelbar an die Ständerwicklung s angeschlossen gezeichnet. Ebenso sind sämtliche Regulierwiderstände hier wie in den folgenden Figuren, soweit sie nicht für die Arbeitsweise geradezu erforderlich sind, weggelassen. Eine solche Maschine nach Fig. 1 kann nun natürlich nicht selbsterregend sein, da sich die Ständerwicklung s zur Erregerläuferwicklung β in dieser Schaltung genau so verhält, wie wenn die Maschine in Ruhe wäre, wie wenn sich also die beiden Wicklungen auf einem ruhenden Transformator befänden.

Es ist gemäß der Erfindung vielmehr notwendig, die einphasige Erregung nahezu ganz oder teilweise in eine Drehfelderregung überzuführen, und das kann nach Fig. 2 in an sich bekannter Weise bei Synchronismus durch ein zweites Paar kurzgeschlossener Bürsten χ geschehen. Denkt man sich aber in Fig. 2 vorerst die Gleichstromläuferwicklung k stromlos und durch irgendein Mittel in die Erregerbürsten ζ einen synchronen Wechselstrom eingeleitet, so wird die an diese Bürsten anzulegende Spannung bekanntlich nahezu in Phase mit dem Strome sein. Hingegen ist die Ständerspannung, welche durch das vom Strome erzeugte Läuferfeld hervorgebracht wird, um 90 ° gegen den Strom verschoben. Die Ständerspannung kann also nicht an die Bürsten ζ zur Erzeugung dieses Erregerstromes unmittelbar gelegt werden, sondern es müßte eine Drosselspule oder ein Kondensator 0 in die Erregerleitung eingefügt werden. Die Bürsten werden im allgemeinen auch aus der gezeichneten Stellung mehr oder weniger herausgedrückt werden müssen. Es ist weiter zu beachten, daß im Läufer doch ein geringes Wechselfeld vorhanden bleibt, das durch den ohmischen Abfall in der Erregerwicklung e und bei Belastung durch die Streuung zwischen den beiden Läuferwicklungen bedingt ist. In der Läuferwicklung k wird also eine geringere Wechselspannung auftreten, die immerhin ungefähr von der Größenordnung

der Gleichstromspannung ist und einen übergelagerten . Wechselstrom in der Leitung erzeugen wird. Um diesen Wechselstrom zu verbinden, kann eine Drosselspule η in die Gleichstromleitung eingeschaltet werden.

Die Drosselspule (oder der Kondensator) ο in der Erregerleitung ließe sich ersparen, wenn man die Kurzschlußbürsten χ ungefähr in die Achse der Ständerwicklung stellt, wie es in

ίο Fig. 3 angegeben ist. Die Erregung findet dann gewissermaßen durch die %-Bürsten statt, und die Ständerspannung ist mit der anzulegenden Läuferspannung in Phase. Der Kurzschluß über die «-Bürsten hat aber gleichzeitig die Eigenschaft, die Ständeramperewindungen teilweise aufzuheben. Die Anordnung gleicht dann, abgesehen von der Gleichstromwicklung k, einer selbsterregenden und kompoundierenden Maschine, wodurch sie für den Zweck der Erfindung etwas unstabil wird. Es ist daher günstig, die Bürsten χ aus der Achse der Ständerwicklung herauszudrehen, um die Kompoundiemngswirkung abzuschwächen. Dann ist aber wieder zur Herstellung einer vollkommenen Selbsterregung eine Induktionsspule 0 o. dgl. in der Erregerleitung erforderlich, wenn auch von kleineren Abmessungen wie in Fig. 2.

Anstatt die Läuferwicklung k mit Gleichstrom zu speisen, kann dies, ähnlich wie bei der Drehstromanordnung, auch mit Drehstrom oder Wechselstrom geschehen, der von einer zwangläufig gekuppelten Erregermaschine geliefert wird. Eine gleichwertige Abänderung der Schaltung nach Fig. 3 mit nur einer Läuferwicklung ist in Fig. 4 gezeichnet, wo die festen Amperewindungen durch die einphasige Erregermaschine d hervorgerufen werden. Letztere ist mit der Läuferwicklung I und mit den Klemmen der Ständerwicklung (bzw. dem nicht gezeichneten Erregertransformator) in Reihe geschaltet. Bei dieser Anordnung besitzt die Erregermaschine schon eine genügende Selbstinduktion, so daß eine weitere Induktionsspule überflüssig wird. Die Bürsten werden also ungefähr in die angegegebene Lage gebracht werden müssen.- Es läßt sich beweisen, daß sich mit einer solchen Anordnung ein vollkommen unveränderlicher oder ein in gewissen, leicht zu bestimmenden Grenzen veränderlicher Strom bei beliebigen Verhältnissen im Netz erzielen läßt, genau so wie bei Drehstrom.

Anstatt die Wechselfelder durch ein Paar kurzgeschlossener Bürsten' in Drehfelder überzuführen, kann dies auch durch eine auf dem Läufer neben den anderen Wicklungen befindliche Kurzschlußwicklung j wie in Fig. 5 geschehen. Ein den Bürsten ζ zufließender synchroner Wechselstrom erzeugt mit Hilfe dieser Wicklung in der Hauptsache ein fast vollkommenes und synchrones Drehfeld, wobei die anzulegende Spannung nahezu in Phase mit dem Erregerstrome ist. Wie sich leicht finden läßt, muß die Achse der Bürsten ζ ebenfalls nahezu senkrecht zur Ständerachse stehen, wenn Selbsterregung stattfinden soll. Diese Anordnung entspricht also jener in Fig. 3; dagegen würde eine mit Fig. 4 gleichwertige Anordnung mit einer zwangläufig gekuppelten Einphasenerregermaschine in Fig. 6 dargestellt sein. Hier sind die Wicklungen e und k ebenfalls in eine einzige I vereinigt.

An Stelle der Hintereinanderschaltung von Erregermaschine d, gemeinsamer Läuferwicklung I und Erregertransformator (Ständerklemmen) kann wie bei Drehstrom eine Parallelschaltung unter den dort angegebenen Vorsichtsmaßregeln stattfinden. Als Beispiel ist' eine solche in Fig. 7 angeben, wo die Erregermaschine sechsphasig mit den Bürsten y an die Läuferwicklung I. angeschlossen ist, dagegen der Erregerstrom über einen Widerstand w zu zwei gemeinsamen Bürsten z, y zugeführt wird. Es könnten auch besondere Erregerbürsten angewendet und, wie z. B. in Fig. 8, die Erregermaschine einphasig mit einem zu den ^-Bürsten senkrechten Bürstenpaar y angeschlossen werden. Der Widerstand w ist dann auch nicht unbedingt erforderlich.

Noch eine weitere Abänderung läßt sich bei Anwendung der Kurzschlußwicklung erreichen, wenn man den einphasigen Erregerstrom des Erregertransformators durch einen mit geradliniger Sättigungskurve arbeitenden Phasenumformer in Drehstrom umwandelt, so daß der Läuferstromkreis eine durchweg mehrphasige Schaltung erhalten kann.

Weiter kann die Kurzschlußwicklung, wie bekannt, durch zwei zueinander senkrecht stehende kurzgeschlossene Bürstenpaare ersetzt werden. Ferner ist die Vereinigung der Schaltung nach Fig. 3 und 5 oder 4 und 6 möglich.

• Bekanntlich hat die Kurzschlußwicklung auch die Eigenschaft, die Kommutierung wesentlich zu verbessern. Dies wäre ein Grund, dieselbe auch bei Drehstrom anzuwenden. Die Bemessung der Leiterquerschnitte in dieser Wicklung würde dort aber nach anderen Ge-Sichtspunkten zu erfolgen haben, da nur geringere Feldschwankungen auszugleichen sind; Im äußeren würde aber dann die Drehstromanordnung mit der Einphasenschaltung, abgesehen von der Phasenzahl, übereinstimmen, so daß sich bei entsprechender Ausbildung der Kurzschlußwicklung eine für beide Stromarten verwendbare Anordnung, nach passender Ein- _λ stellung der Bürsten und der übrigen Teile, erreichen läßt.· Die hier zu verwendenden

Drehstrom- oder Wechselstrommaschinen werden natürlich auch, wie gewöhnliche Wechselstrommaschinen, mit Dämpferwicklungen zu versehen sein, um die störenden Wirkungen der Feldpulsationen zu vermeiden.

Die angegebenen Anordnungen sind zwei; polig dargestellt, lassen sich natürlich aber mit beliebiger Polzahl ausführen.

Das Verfahren zur Einstellung der Bürsten

ίο kann in derselben Schaltung wie bei Drehstrom mit Hilfe einer fremden, zwangläufig synchronen Stromquelle ausgeführt werden. Soll vollkommen unveränderlicher Strom erreicht werden, müssen, wie dort, alle Teile so eingestellt sein, daß bei beliebiger zugeführter Ständerspannung der Ständerstrom Null ist. Die Erregermaschine muß hier bei dem Versuch im Gegensatz zu Drehstrom stets, auch bei getrennten Läuferwicklungen k und e, betriebsmäßig angeschlossen bleiben, damit die Rückwirkung der wenn auch kleinen Wechselfelder auf die Erregermaschine berücksichtigt wird.

Soll sich der Strom nur in gewissen Grenzen ändern, so war für Drehstrom eine Regel gegeben, nach welcher bei dem Versuch die Bürsten so eingestellt werden müssen, daß das Verhältnis »Ständerstrom zu Ständerspannung« am kleinsten ist. Nimmt man. , nun den Ständer als verlustlos an, so gibt diese Stellung bei dem Versuch einen Zustand, bei dem die Ständeramperewindungen in Phase sind mit den resultierenden Läuferamperewindungen (letztere bei Einphasenstrom natürlich bezogen auf die Achse der Ständerwicklung). Das bedeutet auch, daß die Phasenverschiebung zwischen Ständerstrom und -spannung 90 ° beträgt, und dieses Kennzeichen soll bei Einphasenstrom benutzt werden, um eine leicht berechenbare (begrenzte) Stromänderung zu er- - reichen.

Es muß hinzugefügt werden, daß das Verfahren zur Einstellung der Bürsten, wie auch bei Drehstrom, nicht auf die Anordnungen zur Erzeugung von Strom begrenzter Stärke beschränkt, sondern auch für andere selbsterregende Maschinen mit Stromwender anwendbar ist. Unter »Ständerstrom« kann man streng genommen den wahren Strom im Ständer der Hauptmaschine oder auch den vor der Maschine gemessenen Gesamtstrom verstehen, der . auch den Erregerstrom in sich schließt. Da letzterer nur einen geringen Bruchteil (meist kaum 2 bis 3 Prozent) des Ständerstromes beträgt, ist es nicht von Belang, ob man den Ständer- oder Gesamtstrom mißt.

Auch als Synchronmotor kann eine Maschine für Einphasenstrom nach vorliegender Erfindung mit denselben Eigenschaften wie bei Drehstrom Verwendung finden. Wie dort könnte man z. B. einen solchen Motor (z. B. leerlaufend) mit einem elektrische Energie verzehrenden Apparat (z. B. für metallurgische Zwecke) in Reihe schalten. Dann würde man die in den Apparat von einem Netz aus zufließende Stromstärke beliebig einstellen können, und diese Stromstärke würde unbedingt aufrechterhalten werden, wenn sich auch der Widerstand des Apparates beliebig verändert. Die Einstellung der Stromstärke erfolgt nur durch Regelung des Gleichstromes bei den Anordnungen nach Fig. 1, 2, 3 und 5 oder durch alleinige Regelung der Erregung an der Erregermaschine, z. B. bei den Anordnungen nach Fig. 4, 6, 7 und 8.

Man hat also die Einstellung der Stromstärke des Apparates vollkommen in der Hand.

Wenn man die in den Fig. 2 und 3. angegebene und in Fig. 5 ebenfalls anwendbare Drosselspule 0 in der Erregerleitung reichlich bemißt, ist die .Maschine imstande, auch bei veränderter Umdrehungs-, also auch Periodenzahl einen Strom begrenzter Stärke zu liefern. Denn dann wird z. B. bei geringerer Periodenzahl die Drosselspule einen ungefähr in demselben Verhältnis vergrößerten Erregerstrom hindurchlassen, so daß wieder die Bedingungen der Selbsterregung angenähert erfüllt sind. Dasselbe würde auch bei Drehstrom eintreten.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Synchron -Wechselstrommaschine zur Erzeugung eines Stromes begrenzter Stärke nach Patent 207707 für Einphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur gänzlichen oder teilweisen Aufhebung aller Wechselfelder oder zu deren Überführung in Drehfelder kurzgeschlossene Bürsten oder eine Kurzschlußwicklung auf dem Läufer angewendet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Amperewindungen durch Gleichstrom erzeugt werden, wobei. in die Gleichstromleitung eine Drosselspule eingeschaltet wird, wenn dort ein übergelagerter Wechselstrom verhindert werden soll.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Amperewindungen durch eine zwangläufig gekuppelte, ein- oder mehrphasige Wechselstrommaschine erzeugt werden.

4. Verfahren zur Einstellung der Bürsten bei den Anordnungen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungen wie nach dem Hauptpatent betriebsmäßig geschaltet und bei unterbrochenem Gleichstrom oder bei unerregter 120.

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Erregermaschine an eine zwangläufig synchrone Stromquelle angeschlossen werden, und hierauf für vollkommen unveränderlichen Strom die Bürsten in diejenige Stellung gebracht, ferner die Widerstände und Transformatoren so eingestellt werden, daß bei beliebiger zugeführter Spannung der Ständer- oder Gesamtstrom Null ist, während für nicht ganz unveränderlichen Strom die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Ständer- oder Gesamtstrom ungefähr 90 ° betragen soll.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.