DE544811C - Staendergespeister Wechselstrom- oder Drehstromkollektornebenschlussmotor - Google Patents

Description

Die Drehzahlregelung von ständergespeisten Kollektornebenschlußmotoren wird bekanntlich entweder durch Veränderung der den Kollektorbürsten zugeführten Spannung 5 oder durch Verschieben der Kollektorbürsten bei konstanter zugeführter Spannung oder endlich durch Kombination beider Maßnahmen durchgeführt.

Die veränderliche, den Bürsten aufgedrückte Spannung wird entweder von einem eigenen Hilfstransformator mit entsprechenden Anzapfungen oder von einer im Ständer des Motors liegenden Hilfswicklung, die ebenfalls mit Anzapfungen versehen ist, abgenommen; zur Schaltung ist dann ein Stufenschalter erforderlich. Zur Phasenkompensation muß außerdem eine HilfsSpannung in den Kollektorstromkreis mit Hilfe eines eigenen Hilfstransformators eingeführt werden.

Die erforderlichen Einrichtungen sind mithin verhältnismäßig umständlich und teuer. Die Regelung durch Bürstenverschiebung allein ist bei größeren Regelbereichen deswegen nicht durchführbar, weil die den Bürsten zuzuführende Spannung bei Synchronismus oder Synchronismusnähe einen sehr großen Strom über den Kollektor treibt, der entweder einen phasenvor- oder nacheilenden Blindstrom im Ständer erzeugt, dessen Größe nur von dieser, für die Drehzahlregelung bemessenen Spannung abhängt und daher bei größerem Regelbereich übermäßig hoch ausfällt.

In ähnlicher Weise wirkt ein Drehregler, der eine phasenveränderliche konstante Spannung feststehenden Bürsten zuführt; auch hier ergibt sich in Synchronismusnähe der unerwünschte Blindstrom.

Die Drehreglerregelung, die im übrigen, infolge des Entfalls des Stufenschalters und der beliebig feinstufigen Einstellung der Drehzahl, sehr erwünscht wäre, ist aus diesem Grunde in dieser einfachen Form nicht durchführbar. Es wurden daher, um nur die Größe und nicht die Phasenlage der den Bürsten zugeführten Spannung zu verändern, Doppel- 4ξ drehregler verwendet. Um außerdem Phasenkompensation zu erhalten, müssen die Doppeldrehregler mit Hilfe eines entsprechenden Getriebes entweder so eingestellt werden, daß sich die für die Kompensation notwendige Spannungskomponente in allen Stellungen ergibt, oder es muß die Einstellung des Drehreglers mit einer entsprechenden Verstellung der Bürsten verbunden werden.

Es ist ferner auch eine Anordnung bekannt geworden, die einen Einfachdrehregler zusammen mit einer mit dessen Sekundärwicklung in Reihe geschalteten Zusatzspannung unter gleichzeitiger Verschiebung der Bürstenbrücke benutzt. Hier muß die jeweilige Lage der Bürstenbrücke entsprechend der Phasenlage und Größe der Summenspannung von Drehreglersekundärspannung und fester Zusatzspannung derart eingestellt werden, daß neben der drehzahlregelnden Komponente der Gesamtspannung eine entsprechende Kompensationsspannung sich ergibt.

Nach der Erfindung wird durch entspre- -. chende Bemessung der Drehreglersekundärspannung und der festen Zusatzspannung der Größe und Phasenlage nach eine derartige Summenspannung an den Kollektorbürsten während des ganzen Regelbereiches erhalten, daß die Forderung der Drehzahlregelung

einerseits und der Phasenkompensation andererseits ohne Verschiebung der Bürstenbrücke erreicht wird. Die Anordnung arbeitet mithin mit einem festen Bürstensatz, dessen Vorteile in bezug auf Einfachheit und Wirtschaftlichkeit der Konstruktion, Betriebssicherheit und gute Kommutierung ohne weiteres klar sind.

Die allgemeine Anordnung ist in zwei Ausführungsformen aus Abb. ι und 2 zu ersehen. vS" bedeutet den dreiphasig gewickelten Ständer, A den mit Gleichstromwicklung versehenen Anker der Maschine mit dem Kollektor K und Bürstensatz B. D ist der Einfachdrehregler, dessen Primärwicklung D₁ beispielsweise von dem gleichen Netz wie der Motor gespeist wird, dessen Sekundärwicklung D₂ in offener Schaltung mit je einem Endpunkt fest an den zugehörigen Bürsten und mit dem anderen Ende an die hier im Ständer des Motors gelegene Zusatzwicklung Z angeschlossen ist. In Abb. 2 ist die Zusatzwicklung Z statt im Ständer des Motors im Primärteil des Drehreglers vorgesehen, ist also transformatorisch mit der Wicklung D₁ verkettet. Die Zusatzwicklung kann erfindungsgemäß auch als Sekundärwicklung eines eigenen Hilf stransformators T (Abb. 2 a) ausgebildet sein. Selbstverständ-Hch kann statt der in den Abbildungen eingezeichneten dreiphasigen Kollektorspeisung auch eine sechsphasige Speisung vorgenommen werden, in welchem Fall die Zusatzwicklung ebenfalls offen auszuführen ist und ihre freien Wicklungsenden an den hinzukommenden neuen Bürstensatz anzuschließen sind.

Die Einstellung erfolgt nun so, daß in der Zusatzwicklung Z eine Spannung erzeugt wird, die für sich allein, also ohne die Wirkung der in Reihe geschalteten Sekundärwicklung des Drehreglers, einen Strom derartiger Phasenlage erzeugen würde, daß der Motor induktiven Blindstrom aufnimmt. Die Zusatzwicklung Z ist also so geschaltet, daß sie eine Entmagnetisierungsspannung erzeugt (ihre vektorielle Lage ist mithin, z. B. gegenüber dem kompensierten Heylandmotor, um i8o° verdreht).

Um in der Abbildung die um 90 ° verschobene Phasenlage der primären Zusatzwicklung Z anzudeuten, ist diese in Dreieck geschaltet gezeichnet. Ebensogut kann die richtige Phasenlage, entweder durch örtlich phasenverschobene Lage der Zusatzwicklung im Ständer des Motors, entsprechend der erforderlichen elektrischen Phasenverschiebung, oder noch einfacher durch entsprechende Bürstenstellung am Kollektor, erzielt werden.

In dem Vektordiagramm (Abb. 3) ist diese Gegenkompensationsspannung e_g eingezeichnet. Zur Drehzahlregelung im übersynchronen Bereich sind nach oben gerichtete, im untersynchronen Spannungsbereich nach unten gerichtete Spannungsvektoren notwendig. Der Vektor der Spannung der Sekundärwicklung des Drehreglers e_d bewegt sich auf dem Kreis K mit dem Mittelpunkt o. Benutzt wird hierbei nach der Erfindung der Teil des Kreises, der in der Abbildung nach rechts zeigt. Die nicht der Drehzahlregelung dienenden, also wattlosen Komponenten der Drehreglerspannung e_d wirken also nach den angenommenen Vektorrichtungen entgegengesetzt der Zusatzspannung e_g; sie dienen demnach der Erzeugung des Magnetisierungsstromes im Läufer und damit der Phasenkompensation der Maschine.

Da die beiden Spannungen e_g und e_d in Reihe geschaltet sind, sind sie vektoriell zu addieren. Die resultierende Spannung e_r nach Abb. 3 ergibt sich durch Verdrehung der Sekundärwicklung des Drehreglers um den Winkel cc aus der Mittellage m heraus.

Der geometrische Ort für die resultierende Spannung ist daher der Kreis K', der den gleichen Radius e_d wie der Kreis K hat, dessen Mittelpunkt aber um die Gegenkompensationsspannung e_g nach links verschoben erscheint. Es ist nun ersichtlich, daß alle Spannungskomponenten, die in der Richtung der Ordinatenachse liegen, drehzahlregelnd sind, während die Spannungskomponenten in der Richtung der Abszissenachse nur auf den Magnetisierungsstrom und daher auf den Leistungsfaktor der Maschine einwirken. Die in der Mittellage in dieser Richtung allein wirkende Spannung"oxist daher proportional dem auftretenden Magnetisierungsstrom im Synchronismus. Ohne die Zusatzspannung e_g würde die Magnetisierungsspannung om wirken, die gleich der vollen Regelspannung e_d ist und einen übermäßigen Magnetisierungsstrom hervorrufen würde.

Wird nur der zwischen 2 bis 3 liegende Teil des Kreises K' zur Einstellung der Drehzahl ausgenutzt, so ergibt sich eine Drehzahlregelung entsprechend den Strecken +cTibis —ö~3· Hierbei enthält die resultierende Spannung immer eine Komponente im Sinne der Phasenkompensation, deren maximaler Betrag die Spannung <5~ϊ ist. Bei den äußersten Grenzdrehzahlen 2 und 3 ist eine Phasenkompensation nicht mehr vorhanden. Durch entsprechende Bemessung der Spannung^unde_s können die Wirk- und Blindspannungen auf jeden gewünschten Betrag eingestellt werden. Wird der Regelbereich noch etwas verkleinert, z. B. auf den Kreisabschnitt zwischen den Punkten 4 und 5, entsprechend +_ r, so ändert sich die Magnetisierungsspannung im ganzen Bereich nur in geringem Maße. Wird z. B. im Synchronismus leichte Überkompen-

sation eingestellt, so läßt sich unschwer auch in den äußeren Lagen noch ein sehr günstiger und nahe an ι liegender Leistungsfaktor durch die dort wirkenden Spannungskomponenten 5~4 bzw. 7*5 erreichen. Hierbei wird, wie ersichtlich, der Regelbereich des Drehreglers nur um einen verhältnismäßig geringen Wert verringert.

Die Verminderung der Kompensationsspannung in den äußeren Regelstellungen ist für den Betrieb sogar zweckmäßig, weil dadurch bei den höchsten und tiefsten Drehzahlen der Kollektorstrom abnimmt. Für den unteren Drehzahlbereich ist dies mit Rücksicht auf die in der Regel verminderte Ventilation von Vorteil, in den oberen Drehzahllagen wird die Kommutierung dadurch erleichtert. Abgesehen davon, werden die untersten. Drehzahlen bei den normalen Verwendungszwecken (z.B. Textil- und Papierfabrikationsantriebe) nur verhältnismäßig kurzzeitig benötigt, so daß hier auf die Kompensation teilweise oder ganz verzichtet werden kann. In dem oberen Drehzahlbereich arbeitet der Motor an sich auch ohne besondere Kompensationsspannung bekanntlich mit günstigem Leistungsfaktor.

Es kann ferner zweckmäßig sein, der Spannung der Zusatzwicklung e_g eine andere vektorielle Lage zu geben, z. B. zu dem Zweck, den Regelbereich gegenüber dem Synchronismus nach oben oder nach unten zu verschieben. Eine Maschine, die z. B. für 1000 synchrone Umdrehungen gebaut ist und zwischen 600 und 1100 Umdrehungen pro Minute geregelt werden soll, würde eine ungünstige Ausnutzung des Drehreglers nach oben ergeben. Durch eine die Drehzahl vermindernde Spannungskomponente der Spannung (e_gk, Abb. 3) wird der Mittelpunkt des Kreises K" der resultierenden Spannung von 0' nach o" verschoben, so daß in der Mittellage des Drehreglers nicht die synchrone Drehzahl, sondern eine kleinere Drehzahl sich ergibt und der Drehregler nach beiden Richtungen hin in gleicher Weise ausgenutzt werden kann.

Ferner ist es bei der vorstehenden Anordnung zweckmäßig, den Drehregler im übersynchronen Bereich weiter als im untersynchronen Bereich auszunutzen, da im letzteren eine höhere Kompensationsspannung notwendig ist, um einen günstigen Leistungsfaktor zu erzielen als bei entsprechender übersynchroner Drehzahl. Es kann also in diesem Fall zweckmäßigerweise, z. B. auch bei gleichem Regelbereich + r der Teil 8"cj des Kreises K" verwendet werden. Im untersten Punkt 9 ist dann noch die volle Kompensationsspannung vorhanden.

Diese Anordnung hat weiter auch noch den Vorteil, daß zum Zweck des Anlaufs die Sekundärspannung des Drehreglers auf ihren tiefsten Wert, Punkt 10, eingestellt werden kann, wodurch im Sekundärkreis des Motors eine den Einschaltstrom stark verminderte Spannung eingeführt wird. Auf diese Weise kann bei entsprechendem Regelbereich des Drehreglers ein besonderer Anlaßwiderstand ο. dgl. überhaupt erspart bleiben.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Regelbarer ständergespeister Wechselstrom- oder Drehstromkollektornebenschlußmotor mit in den Ankerstromkreis eingeschaltetem Einfachdrehregler und einer in Reihe geschalteten Zusatzwicklung fester Spannung und Phasenlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Zusatzwicklung zweckmäßig kleiner als die Sekundärspannung des Drehreglers ist und gegenüber deren magnetisierenden Blindspannungskomponente um etwa 180 ° phasenverschoben ist und entmagnetisierend wirkt.
2. 2. Wechselstrom- oder Drehstromkollektornebenschlußmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Zusatzwicklung (e_g!l) auch eine drehzahlerhöhende oder -erniedrigende Komponente erhält.
3. 3. Wechselstrom- oder Drehstromkollektornebenschlußmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drehzahlregelung nur der Teil des Regelbereiches des Drehreglers verwendet wird, an dessen Grenzen eine genügende Phasenkompensation vorhanden ist.
4. 4. Wechselstrom- oder Drehstromkollektornebenschlußmotor nach den Ansprüchen. i,2und3, dadurch gekennzeichnet, daß. zur Einschaltung und zum Anlassen des Motors die tiefste Einstellung des Drehreglers benutzt wird.
5. 5. Wechselstrom- oder Drehstromkol- _1Og lektornebenschlußmotor nach den Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklung im Ständer des Hauptmotors oder im Primärteil des Drehreglers oder als Sekundärwicklung eines besonderen Hilfstransformators angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen