DE501402C - Einrichtung an elektrischen Maschinen zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung - Google Patents

Einrichtung an elektrischen Maschinen zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung

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DE501402C
DE501402C DEA52227D DEA0052227D DE501402C DE 501402 C DE501402 C DE 501402C DE A52227 D DEA52227 D DE A52227D DE A0052227 D DEA0052227 D DE A0052227D DE 501402 C DE501402 C DE 501402C
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BBC Brown Boveri France SA
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)

Description

  • Einrichtung an elektrischen Maschinen zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung Es ist bekannt, daß die Betriebsspannung von Gleichstrommotoren hauptsächlich durch die Lamellenspannung am Kollektor und die zugehörige Lamellenzahl, somit also durch die Kommutierungsschwierigkeiten begrenzt ist. Man hat bereits vorgeschlagen, die Stromwendung am Kollektor durch Verwendung von Ventilen zu verbessern. Hierbei hat man die Schleifbürsten des Kollektors in mindestens zwei Teilbürsten aufgelöst und zwischen die Teilbürsten die Ventile eingeschaltet. Bei Einrichtungen zum Umformen von Gleichstrom in Wechselstrom hat man auch vorgeschlagen, den Gleichstrom über Ventile unmittelbar auf die Wicklung des Umformers zu leiten. Mit den hierbei für die Kom:mutierung des Gleichstromes angegebenen Mitteln wird .aber im praktischen Betrieb das angestrebte Ziel noch nicht erreicht. Es hat sich nun herausgestellt, d.aß es möglich ist, diese Schwierigkeiten dadurch zu umgehen, daß die mechanische Kommutierung des Gleichstrommotors durch einen Kommutierungsvorgang ersetzt wird, wie er z. B. in einem Ouecksilberdampfgleichrichter stattfindet.
  • Bei einer Einrichtung zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung, bei der die verschiedenen Speisepunkte nacheinander unter Umgehung mechanischer, den Arbeitsstrom führender Kommutatoren über Ventile oder Lichtbögen mit der Gleichstromzu- oder -ableitung verbunden werden, wird nun gemäß der Erfindung dem in den Ventilanoden fließenden Arbeitsstrom ein Wechselstrom überlagert, dessen Frequenz größer ist als die Frequenz der Grundharmonischen des gleichzeitig in der M:ehrphasenwicklung :erzeugten Mehrphasenstromes. Dieses geschieht dadurch, daß die verschiedenen Anzapfpunkte einer Gleichstromankerwicklung zwangsläufig über Ventile oder Lichtbögen :mit der Gleichstromzu-oder -.ableitung verbunden werden. Die Anwendung von Elektronenröhren zu diesem Zweck ist ohne weiteres möglich. Will man aber zwecks Aufnahme größerer Leistung die Elektronenröhren durch Quecksilberdampfventile ersetzen, so tritt ;insofern eine Schwierigkeit auf, als ein einmal gezündeter Quecksilberd.ampflichtbogen durch eine an das zugehörige Gitter angelegte Minusspannung nicht ohne weiteres gelöscht werden kann. Es ist vielmehr nur möglich, mit Hilfe dieser Minusspannung das Zünden des Lichtbogens, also das Entstehen eines Stromes, zu verhindern. Dieser Nachteil bei Anwendung des Ouecksiiberdampfgleichrichters für den vorliegenden Zweck kann dadurch vermieden werden, daß die ,Stromzu- bzw. -ableitun.g je an mindestens zwei Punkten der Ankerwicklung getrennt erfolgt und daß zwischen die Anschlußpunkte die Wechselspannung gemäß der Erfindung gelegt wird. Diese Wechselspannung erzeugt einen Wechselstrom, der dem ,eigentlichen Arbeitsgleichstrom überlagert ist, der zu jie gleichen Teilen in den verschiedenen Zu- oder Ableitungen der Ankerwicklung fließt. Die Amplitude des Wechselstromes stellt sich ohne weiteres so groß,ein, wie der betreffende Teilgleichstrom in den Zu- oder Ableitungen. Damit ist :erreicht, daß die Teilgleichströme in den Zu- bzw. Ableitungen zum Anker periodisch durch Null gehen, während der durch den Anker geführte Gleichstrom durch den überlagerten Wechselstrom nicht berührt wird. Dieser periodische Durchgang der Teilströme durch Null gestattet nun die Beeinflussung des Quecksilberdampflichtbogens durch ein gesteuertes Gitter mit Hilfe der im nachstehenden beschriebenen Schaltungen, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es ist angenommen, daß das Feld umläuft und der Anker stillsteht. Mit dem Feld a, b mechanisch starr verbunden sind derKommutator c und die Schleifringe d, e. Die Ankerwicklung f ist der übersichtlichkeit wegen in acht gleiche Teile unterteilt; die Anschlußpunkte sind mit I bis VIII bezeichnet. Diese Punkte sind zu den Doppelventilen g,-g, geführt, deren Steuergitter an den Kommutator c geführt sind, und zwar sind die Gitter der diametral gegenüberliegenden Doppelventile derart verbunden, daß das den Einlaß steuernde Gitter des einen mit dem den Auslaß steuernden Gitter des anderen Ventils über eine :gemeinsame Schleifbürste :mit dem Kommutator c verbunden ist. Der Kommutator c besitzt zwei Lamellen x, y, von denen die :eine mit dem Schleifring d und die andere mit dem Schleifring e leitend verbunden ist. An d-en Schleifring d ist die positive Gittersteuerspannung aus der Batterie B, und an den Schleifring e die negative Gittersteuerspannung der Batterie B; gelegt. Die Elektroden der Doppelventile sind zu .Sammelleitungen h geführt, die von den Wechselstromquellen. W" W. gespeist werden. Die Nullpunkte der Wechselstroemquellen W,, W> sind herausgeführt und mit der Gleichstromzu- und -ableitung verbunden, ebenso sind die Gittersteuerbatteri:en B,, B. an die Nullpunkte angeschlossen.
  • Bei dem gezeichneten Beispiel liegen die nicht mit der Ankerwicklung verbundenen Anoden der Ventile g,-g$ an den beiden äußeren positiven Ringleitungen h der Stromzuleitung, die Kathoden aber an den beiden inneren negativen Ringleitungenh der Stromableitung. Die Ventile g. und g" wirken in der gezeichneten Stellung als Einlaßventile und die diametral gegenüberliegenden. Ventile g, und g., als Auslaßventile. Der Gittersteuerstrom aus der Batterie B, drückt den durch Schleifbürsten untereinander verbundenen Gittern i., i3, i, i7 dieser Ventile ein zusätzliches Pluspotential über den Schleifring d und die Pluslamelle x des Kommutators c auf. Diese Ventile sind also leitend, so daß der Strom aus den positiven äußeren Ringleitungen h .über die Ventile g2 und g3 zu den Punkten II, III der Ankerwicklung fließt und sich zu beiden Seiten verteilend an den Punkten VI, VII über die Ventile g,,, g., in die negativen Ringleitungen h austritt. Bei der hierdurch hervorgerufenen Drehung des Ankers gegenüber dem Feld in der Pfeilrichtung gleitet die Bürste des Gitters i., von der Pluslamelle x des Kommutators c ab und gelangt auf die Minuslamelle y derselben. Das Gitter i7 und das über die Schleifbürste mit ihm verbundene Gitter i3 werden hiermit an die negative Gittersteuerspaunung gelegt, während _ gleichzeitig die Schleifbürste des Gitters i. des Ventils g, auf die Pluslamelle des Kommutators c aufläuft. Damit ist das Ventil g, und das mit ihm diametral verbundene Ventil g 1 leitend gemacht, und diese übernehmen nun die Stromführung zusammen mit den noch erregten Ventilen g., g,;. Dieses Spiel wiederholt sich mit der weiteren Drehung des Erregerfeldes. Der Kominutator c kann auch, unter Weglassung des Erregerfeldes, relativ zu den Bürsten mit beliebiger Tourenzahl rotieren zwecks Erzeugung eines Drehfeldes beliebiger Drehzahl oder von Mehrphasensystemen beliebiger Frequenz.
  • Die Frequenz der Wechselstromquellen TV, und W, muß ein Vielfaches der Frequenz des im Anker selbst erzeugten Mehrphasenstromes sein. Der Grund, warum dieFrequenz der Hilfswechselstromquellen ein Vielfaches der Frequenz des im Anker erzeugten Wechselstromes sein muß, liegt darin, daß das Verhältnis der Frequenzen zueinander mindestens gleich der Hälfte der Zahl :der auf dem Mehrphasensystem wirksamen Speisepunkte ist, weil während einer Arbeitsperiode der Ventile der Hilfswechselstrom mindestens einmal vom Scheitelwert in der einen Richtung zum Scheitelwert in der anderen Richtung variiert, also mindestens eine Halbperiode durchlaufen muß, damit der zugeordnete Gesamtstrom mit Einbezug &s Arbeitsgleichstromes -vom Maximalwert auf den Wert Null gebracht und die Kommutier ung möglich wird. Der Einfachheit halber wird man W, und W. als Transformatoren ausbilden, die von einem gemeinsamen Generator gespeist werden. Die Primärwicklungen der Transformatoren können in Serie geschaltet werden zu dem Zweck, eine Gleichheit der Amplituden der Wechselströme zuerzwingen.
  • Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist nicht auf dieVerwendung beiHochspannungsgl.eichstroinmotoren beschränkt, sondern ist auch anwendbar bei Gleichstrom-Gleichstrom-Hochspannungsumformern, indem man beispielsweise das im Anker erzeugte elektrische Mehrphasensystem mit einem künstlichen Nullpunkt versieht und durch Primäranzapfungen am Nullpunkttransformator oder von der Sekundärseite desselben über einen Gleichrichter die gewünschte niedere Gleichspannung erzeugt, oder aber, indem man auf dem Anker selbst eine zweite in Stern geschaltete Mehrphasenwicklung mit beliebiger Windungszahl anbringt, von der man über einen Gleichrichter oder über einen Kommut.ator die gewünschte Gleichspannung abnimmt. Die Einrichtung ist auch verw.end@bar für Gleichstrom-Drehstrom- sowie für Frequenzumformer. Die Trommelwicklung kann sinngemäß durch die Wicklung eines Mehrphasentransformators ersetzt werden in Vieleckschaltung, oder einer Verbindung der Vieleckschaltung mit der Sternschaltung. Hierbei können flie Bürstensätze mechanisch mit beliebiger, der gewünschten Frequenz entsprechender Tourenzahl gedreht werden.
  • Zwecks Verbesserung der Verteilung des Arbeitsgleichstromes auf die verschiedenen Zu- und Ableitungen können neben der Haupterregerwicklung noch eine Kompensationswicklung und Wendepole vorgesehen werden.
  • Der für die Kommutierung erforderliche Wechselstrom kann auch einem Hilfsmehrphasensystem entnommen werden, dessen Frequenz so groß sein muß, daß während einer Periode desselben :der Verteiler je eine der den einzelnen Phasen des Hilfs,mehrphasensystems zugeordneten -Anoden zum .,nsprechen bringt, in ähnlicher Weise wie für Einphasenstrom beschrieben.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung .an elektrischen Maschinen zur Kommutierung v an Gleichstrom in .einer Mehrphasenwicklung, bei der die verschiedenen Speisepunkte nacheinander unter Umgehung mechanischer Kommutatoren über Ventile oder Lichtbogen mit der Gleichstromzu- oder -ableitung verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem in den Ventilanoden fließenden Arbeitsstrom ein Wechselstrom überlagert ist, dessen Frequenz größer ist als d;ie Frequenz der Grundharmonischen des gleichzeitig in der Mehrphasenwicklung erzeugten M.ehrphasenstromes. @. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Arbeitsstrom überlagerte Wechselstrom höherer Frequenz so groß ist, daß der resultierende Anodenstrom periodisch annähernd auf den Wert Null sinkt. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d,aß der Wechselstrom nur in den durch die kommutierenden Wicklungsteile und die zugehörigen Anoden gebildeten Stromkreis geschickt wird. ,1.. Einrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrphasenwicklung (f) über Doppelventile (gl-gs) an die Zu- und Ableitung angeschlossen ist, wobei d:ie Steuergitter (i) der einander diametral gegenüberliegenden Ein- und Auslaßventile abwechselnd an die positive und die negative Gittersteuerspannung gelegt werden und ihre Elektroden einerseits über Ringleitungen (h.) mit Hilfsw:echselstromquellen (W1, W,), andererseits mit der Mehrph.asenwicklung (f) verbunden sind, und daß der Nullpunkt der Hilfswechselstromquellen (W1, W@) mit der Zu- und Ableitung und gleichzeitig mit ilem einen Pol der Gittersteuerbatterien (B1, B,) verbunden ist. Einrichtung nach Anspruch .4., dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (i) der diametral gegenüberliegenden Doppelventile (g,-gu) derart verbunden sind, daß das den E,inlaß steuernde Gitter (i » des einen (g.) mit dem den :luslaß steuernden Gitter (i") des andren Ventils (g") über eine :gemeinsame Schleifbürste mit einem K mmutator (c) verbunden ist. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die den Ein-und Auslaß steuernden Gitter (i) der Doppelventile (gl-gs) über getrennte Kommutatoren (c, t) gespeist werden, und daß der Kom@mutator 1 f) für die den Eimaß steuernden Gitter mit Lamellen versehen ist, die in Potentioineterschaltung unter sich durch Widerstände und m,it zwei Punkten der Gittersteuerbatterien verbunden sind, die je um einen bestimmten Betrag unterhalb des Plus- und Minuswertes d.er Arbeitsspannung liegen. 7. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung in Transformatoren erzeugt wind, die von einem gemeinsamen Generator gespeist werden. S. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen der Transformatoren in Serie geschaltet werden, zu dem Zweck, die Gleichheit der Amplituden der Wechselströme zu erzwingen. g. Einrichtung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, d@aß der Kommutator mechanisch mit einem gleichstromerregten Erregerfeld verbunden ist, das der als Anker dienenden Mehrphasenwicklung gegenüberliegt, wobei die gesteuerten Ventile die Funktion des Kollektors einer Gleichstrommaschine ausüben. io. Einrichtung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator bei Weglassung des Erregerfeldes mit beliebiger Tourenzahl gedreht wird zwecks Erzeugung von Drehfeldern und elektrischen Mehrphasensystemen beliebiger, veränderlicher Tourenzahl bzw. Frequenz in der Mehrphasenwioklung. ii. Einrichtung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, @daß die Mehrphasenwicklung durch die Prianärwicklung ,eines Transformatorensystems gebildet wird zwecks Erzeugung von Mehrphasensystemen beliebiger Phasenzahl mit veränderlicher Frequenz.
DEA52227D 1927-10-16 1927-10-16 Einrichtung an elektrischen Maschinen zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung Expired DE501402C (de)

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DE (1) DE501402C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE745452C (de) * 1940-12-18 1944-03-13 Aeg Gleichstrommaschine fuer grosse Leistungen mit stetiger Felderregung
DE967598C (de) * 1942-07-10 1957-11-28 Siemens Ag Anordnung zur Steuerung von Schaltungs- und Stromwendungsvorgaengen bei Gleich- und Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter Stromrichter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE745452C (de) * 1940-12-18 1944-03-13 Aeg Gleichstrommaschine fuer grosse Leistungen mit stetiger Felderregung
DE967598C (de) * 1942-07-10 1957-11-28 Siemens Ag Anordnung zur Steuerung von Schaltungs- und Stromwendungsvorgaengen bei Gleich- und Wechselstrom mit Hilfe gittergesteuerter Stromrichter

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