DE680281C - Gleichstrom-Gleichstrom-Einankerumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrischen Gleichstrom- Gleichstrom - Ein ankerumformern, die einen veränderlichen Gleichstrom konstanter Spannung in einen konstanten (oder veränderlichen) Gleichstrom von veränderlicher Spannung umformen oder umgekehrt. Ein Umformer dieser Art kann in Verbindung mit einem geeigneten Gleichstrommotor mit einer Stromspannungscharakteristik arbeiten, nach welcher er zwischen gewissen, Grenzen eine konstante Leistung aufnimmt. Eine solche Kombination weist jedoch den Nachteil auf, daß, falls der Motor zum Antrieb eines Kranes, eines Aufzuges ο. dgl. benutzt wird, der Steuerschalter zum Lastsenken nicht eingestellt werden kann, so daß also die Gefahr der Erreichung einer gefährlichen Geschwindigkeit besteht. Die Hauptaufgäbe der Erfindung ist, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Umformer zu schaffen, der für verschiedene Zwecke neuartige und vorteilhafte Merkmale ergibt, sowie einen wirkungsvollen und wirtschaftlichen elektrischen Antrieb für Fahrzeuge, Hebezeuge, Winden u. dgl. zu liefern, wobei sich für die letzterwähnten Zwecke eine Grenzgeschwindigkeit für sämtliche Belastungen ergibt.

Es sind bereits Gleichstrom-Gleichstrom-Einankerumformer bekanntgeworden, bei denen zur Beeinflussung des Feldes des Generatorteiles eine vom Generatorstrom durchflossene, in Richtung der stromabgebendea Bürsten wirkende Wicklung verwendet wird, welche an den Motorbürsten eine elektromotorische Kraft erzeugt, die das im wesentlichen in der Achse der Motorbürsten verlaufende Generatorfeld bei zunehmendem Generatorstrom schwächt. Dabei müssen aber Wendepole oder Aussparungen im Eisen des Magnetgestells vorgesehen werden, d. h. die Wendepole sind an den Hauptpolen der Maschine angeordnet, und der Anker muß daher eine Vollschrittwicklung (Durchmesserwicklung) besitzen. Im Gegensatz hierzu ist die Ankerwicklung bei der vorliegenden Erfindung eine Sehnen- oder Kurzschrittwicklung (90 elektrische Grade bei einer Zweipolmaschine) ; dies ist aber für den Betrieb des Umformers gemäß der Erfindung von Bedeutung.

Weiterhin ist ein Gleichstrom-Gleichstrom-Einankerumformer bekanntgeworden, der zwar vier getrennte Hauptpole aufweist, jedoch in Wirklichkeit als Zweipolmaschine arbeitet, und zwar insofern, als von den vier Polen

immer zwei Nachbarpole die gleiche Polarität aufweisen, während die beiden angrenzenden Nachbarpole die entgegengesetzte Polarität haben. Bei dieser bekannten Anordnung muß ebenfalls die Ankerwicklung wieder eine Vollschrittwicklung (180 elektrische Grade) sein.

Erfindungsgemäß hat ein solcher Umformer wenigstens eine kompensierende Erregerspule an den Hauptpolen des Motorstromkreises, welche von Sekundärstrom durchflossen ist und die Wirkung der durch den Sekundärstrom im Anker und durch dessen Einwirkung auf die Hauptpole des Motors entstehenden Ankerreaktion mehr oder weniger kompensiert oder aufhebt. Außerdem sind an dem Magnetgestell noch vier Wendepole für je ein Paar von Hauptpolen pro Stromkreis vorgesehen, d. h. ein Wendepol für je einen Hauptpol der Gesamtanzahl der Hauptpole am Umformer; jeder Wendepol hat zwei Erregerspulen, wobei eine dieser Spulen mit dem Generator- oder Sekundärstromkreis des Umformers und die andere mit dem Primär- oder Speisestromkreis des Umformers in Reihe geschaltet ist.

Auch kann auf jedem Generatorhauptpol eine Kompensationsspule angeordnet sein, welche vom Motorstrom durchflossen, ist und dazu dient, die Wirkung der durch den Primärstrom im Anker und durch seine Einwirkung auf die Generatorhauptpole erzeugten Ankerreaktion aufzuheben oder zu kompensieren.

Bei der Anordnung nach der Erfindung braucht der Strom im Sekundärstromkreis nicht immer konstant zu sein, sondern er kann auch veränderlich sein, je nach der Art der gewünschten Stromspannungscharakteristik. Im folgenden können unter konstantem Strom auch Ströme verstanden werden, welche mit der Spannung sich in beliebiger Weise ändern.

Der Umformer nach der Erfindung, welcher einen veränderlichen Gleichstrom von konstanter Spannung in einen konstanten oder veränderlichen Gleichstrom von veränderlicher Spannung oder umgekehrt umformt, hat nur einen einzigen Anker und ein FeIdmagnetgestell mit zwei Sätzen von Hauptpolen, und zwar einem Satz für den Motorstromkreis und einem Satz für den Generatorstromkreis, wobei die dem einen Stromkreis zugehörigen Hauptpole mit den Hauptpolen des anderen Stromkreises in der Umfangsrichtung des Umformers abwechseln und beide Sätze von Hauptpolen auf den einzigen Anker einwirken. Der Umformer.besitzt zwei Sätze von Kommutatorbürsten, von welchen der eine für den Primärstromkreis und der andere für den Generatorstromkreis vorgesehen ist. Der Anker ist mit wenigstens einer Ankerwicklung ausgerüstet, deren Wicklungsschritt ungefähr 90 elektrische Grade aufweist, so daß die Seiten einer Ankerspule, die gerade unter den Bürsten des einen Stromkreises, z. B. des Primärstromkreises, kommutiert, außerhalb des Einflusses der benachbarten Hauptpole des anderen Stromkreises stehen.

Auf den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. ι ist eine schematische Ansicht des magnetischen Kreises des Umformers.

Fig. 2 zeigt den Umformer mit Kompensationswicklungen lediglich an den Motorpoleri.

Fig. 3 zeigt eine Abänderung, bei welcher sowohl die Motorpole wie auch die Generatorpole mit Kömpensations wicklungen versehen sind.

Fig. 4 zeigt die Anwendung des Umformers nach Fig. 2 bei einem elektrischen Fahrzeug.

Fig. 5 zeigt den Umformer nach Fig. 3 in seiner Anwendung zum Speisen eines Elektromotors, der z.B. zum Antrieb einer Schiffswinde benutzt wird.

Fig. 6 zeigt charakteristische Stromspannungskurven, die mit den verschiedenen Kornbinationen der beschriebenen Maschinen erhältlich sind.

Fig. 7, 8, 9 und 10 zeigen die Wirkung der Wendepole bei verschiedenen Belastungen durch Angabe der Flußrichtung.

Im nachstehenden wird angenommen, daß die Spannung des Speisestromes konstant und die Spannung des gelieferten Stromes bei konstanter (oder veränderlicher) Stromstärke veränderlich ist; es ist aber selbstverständ- '°° Hch, daß durch die Benutzung von entsprechenden Verbindungen die Maschinen auch umgekehrt betrieben werden können.

Bei den beschriebenen Umformern besteht das magnetische Feld aus zwei Polsätzen, deren einer der Motor- oder Speiseseite und der andere der Generator- oder Lieferseite zugehört, wobei der Anker derart gewickelt ist, daß er zur Hälfte der Gesamtanzahl der Pole paßt. Auf Fig. 1 ist eine zweipolige Maschine gezeigt, welche vier ausgeprägte Hauptpole aufweist, von denen zwei (7VZ₁ und M₂) die Motorpole und zwei (G₁ und G₂) die Generatorpole sind; außerdem sind auch noch Wendepole I₁, I₂, /_s und I₄ vorgesehen. Der Anker A hat eine Kurzschrittwicklung, und zwar umspannen die Seiten einer jeden Spule W ungefähr 90 elektrische Grade, d. h. bei einer zweipoligen Maschine nach Fig. 1 90 räumliche Grade. Die Seiten 1, 2 der Spule W sind somit außerhalb des Einflusses der Pole M₁, M_s, wenn sie unter der Bürste 5_g

kommutieren, jedoch sind sie unter dem Einfluß der Wendepole I₁ und I₂. Die Generatorpole G₁, G₂ sind, wie bei J₁, J₂ angedeutet, mit abgeschrägten Luftspalten versehen, oder sie können auch so ausgebildet sein, daß, wie mit vollen Linien gezeigt ist, der Luftspalt konstant bleibt.

Der Anker A hat einen einzigen Kommutator C mit vier Bürsten, von welchen zwei,

ίο B₁, B₂, den Speise- oder Motorstrom und zwei, B₃, B₄,, den Generatorstrom führen. Fm und Fg sind die Richtungen der Ankerquerfelder, die dadurch entstehen, daß die Motor- und Generatorströme im Anker fließen, und zwar erhält man diese Richtungen bei Drehrichtung R, wobei die abgeschrägten Luftspalte (wenn solche benutzt sind) in der Ankerdrehrichtung auseinanderlaufen.

Fig. 2 zeigt die Verbindungen einer Maschine, die zum Speisen von Fahrzeugmotoren o. dgl. geeignet ist. Die Motorpole M₁, M₂ tragen in den Sekundärstromkreis C₁, C₂ eingeschaltete Reihenschlußspulen 2, 2, die die Ankerreaktion Fg kompensieren, welche durch den Sekundärstrom C₁, C₂ hervorgerufen wird. An den Motorpolen M₁, M₂ sind auch Nebenschluß wicklungen ι, ι angebracht, denen die konstante Primärspannung aufgedrückt wird. An den Generatorpolen G₁, G₂ sind Spulen 3, 3 angebracht, d;e ebenfalls an der Primärspannung hängen (entweder unmittelbar oder über einen Spannungsteiler, wie in Fig. 4 und S gezeigt) und das Ankerquerfeld Fm, das von dem Primärstrom V₁, V₂ herrührt, der zwischen den Bürsten B₁, B₂ fließt, unterstützen. Die im Sekundärstromkreis C₁, C₂ eingeschalteten Reihenschlußspulen 4, 4 wirken den Spulen 3, 3 und auch dem Ankerquerfeld Fm entgegen.

Die Wendepole haben je zwei Spulen, wovon ein Satz mit den Spulen 6 im Sekundärkreis C₁, C₂ und der andere Satz mit den Spulen 5 im Primärkreis V₁, V₂ eingeschaltet ist. Diese Spulen 5,6 sind so verbunden, daß jede Gruppe zufolge ihres eigenen Stromes der quermagnetisier enden magnetomotorischen Kraft des Ankers entgegenwirkt. So sind in Fig. 2 die magnetomotorischen Kräfte der Spulen 5 und 6 an den Wendepolen I₁ und /₄ in gleicher Richtung und an den Wendepolen I₂, I₃ entgegengesetzt gerichtet, wenn die magnetomotorischen Kräfte des Ankers im Primär- und Sekundärkreis (Fm und Fg), wie in Fig. 2 gezeigt ist, gerichtet sind.

Bei Fig. 3 sind ähnliche Spulen und zum selben Zweck wie bei Fig. 2 vorgesehen, und außerdem sind die Generatorpole G₁, G₂ mit kompensierenden Spulen 7, 7 versehen, die im Primärstromkreis V₁, V₂ liegen und die magnetomotorischen Kräfte des Ankers, die von dem Primärstrom herrühren, ausgleichen.

Ferner können die kompensierenden Spulen 2, 2 und 7, 7, wie in dieser Figur gezeigt, noch die zu beiden Seiten der entsprechenden Hauptpole liegenden Wendepole umfassen. So wird z. B. die Spule 2 am Pol M₁, die Wendepole I₁ und J₃ und die Spule 7 am Pol G₁ die Wendepole I₁ und I₂ umfassen.

Wie ersichtlich, ist die Geschwindigkeit des Umformers, da in Fig.2 und 3 die Spulen2,2 die Ankerreaktion in ihrer eigenen Achse ausgleichen, konstant, falls der Umformer von der Seite V₁, V₂ mit konstanter Spannung gespeist wird, da die Erregung der Nebenschlußspulen ι, ι konstant ist. In Fig. 2, wo die Ankerreaktion Fm nicht ausgeglichen ist, wird diese die Sekundärspannung beeinflussen, wogegen in Fig. 3, wo die Kraft Fm ausgeglichen ist, die Sekundärspannung nur von den Spulen. 3, 3 und 4, 4 abhängt und nicht von der magnetomotorischen Kraft Fm des Ankers.

Um die charakteristische Stromspannungskurve des beschriebenen Umformers nach Wunsch abzuändern, können die magnetomotorischen Kräfte Fm₁ Fg des Ankers in jedem gewünschten Grade über- oder unterkompensiert werden. Zu diesem Zweck können an irgendeinem der Pole zusätzliche Wicklungen angebracht sein, und zwar entweder go neben oder anstatt der beschriebenen Wicklungen. Die Wendepole und die Ausgleichspulen an den Motorpolen werden jedoch in jedem Falle in der beschriebenen Form beibehalten. Z. B. können an den Generatorpolen an die Sekundärbürsten B₃, B₁ angeschlossene Nebenschlußspulen angebracht werden, entweder zur Ergänzung oder zum gänzlichen oder teilweisen Ersatz der Wicklungen 3, 3 oder in der Weise, daß sie der 1100 Haupterregung entgegenwirken. Ferner kann die Kompensationswirkung der Ausgleichspulen auf jeden Wert zwischen Null und einer Überkompensierung von jedem gewünschten Grad an den Generatorpolen eingestellt werden; die Kompensationswirkung der Ausgleichspulen an den Motorpolen soll jedoch nur zwischen sehr engen Grenzen verändert werden, z. B. zwischen 10 °/o Unter- und Überkompensierung.

Fig. 4 zeigt eine für einen Straßenbahnwagen oder einen Oberleitungsmotorwagen geeignete Einrichtung, bei welcher ein Umformer Y mit einfacher Kompensation nach Fig.2 benutzt ist, um zwei Straßenbahnmotoren T₁ und T₂ einen veränderlichen Strom von veränderlicher Spannung zu liefern. Über die Abnahmeleitung D, welche durch den Abnehmerarm F mit dem Schalter S verbunden ist, erhalten der Umformer Y und damit auch die Motoren T₁ und T₂, deren jeder mit einer Hälfte des Umformers parallel

geschaltet ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, elektrische Energie zugeführt. Der Motor T₁ ist zwischen Abnahmeleitung und Bürste 5₄ des Umformers und der Motor T₂ zwischen Bürste Β_Ά des Umformers und Schienen E eingeschaltet.

Die Feldwicklungen io, io der Motoren T₁ und T₂ sind an die gegenüberliegenden Bürstenpaare angeschlossen, d. h. der Anker von T₁ ist zwischen Abnahmeleitung D und Bürste B_it seine Feldspulen io, io jedoch zwischen Bürste Bi und Schiene B eingeschaltet. Aus dieser Verbindung ergibt sich, daß, wenn die Spannung an dem Anker A₁ von T₁ am höchsten ist, die Spannung an der Feldwicklung 10 am niedrigsten ist und umgekehrt. Wie Fig. 4 zeigt, arbeitet der Umformer mit voller positiver Spannung über die Bürsten B₃, B₄. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, deren Kurve 1 eine geeignete Stromspannungscharakteristik für einen für Fahrzeugantrieb verwendeten Umformer darstellt, weist die Spannung über den beiden Ankern^, A₂ (mit den Spannungsteilerkontakten X₁ und X₂ in der auf Fig. 4 dargestellten Lage) den Betrag Q R auf, wobei diejenige über beiden Sätzen von Motorfeldern P Q ist und der Strom (in dieser Lage an der Kurve) 52 Ampere beträgt. Beim Anlassen des Fahrzeugs mit dem Spannungsteiler in der auf Fig. 4 gezeigten Lage ist die Maschine im Kurzschluß; der Strom beträgt dabei 100 Ampere und die Spannung an den Ankern A₁, A₂ ist Null, je-, doch beträgt die Spannung an jedem Motorfeld volle 500 Volt. In dem Maße, wie die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zunimmt, nimmt der Strom allmählich ab, bis bei Höchstgeschwindigkeit der Strom durch die Anker A₁, A₂ minimal ist und die Felder 10, 10 ebenfalls eine minimale Erregung erhalten. Falls das Fahrzeug sich auf einer geringen Vorwärtsneigung befindet, fällt der Strom auf Null herab und die Motoren wie auch der Umformer arbeiten auf das Leitungsnetz zurück..

Um den Wagen zum Stillstand zu bringen, werden die Kontakte X₁, X₂ des Spannungsteilers umgelegt, wodurch die Relativstellung des Feldes und des Ankers umgekehrt wird; es entsteht elektrische Nutzbremsung, d. h. der Wagen wird schnell zum Stillstand gebracht, ohne die Verwendung von mechanischen Bremsen.
Da die maximale Spannung des Umformers bei Vorwärtsfahrt, falls er nach Kurve 1 (Fig. 6) arbeitet, immer etwas niedriger sein muß als die Leitungsspannung, wird nicht der ganze Widerstand^ des Spannungsteilers durch die Kontakte X₁, X₂ (Fig. 4) überbrückt. Beim Halten bewegt sich jedoch der Kontakt X₁ nach Z und der Kontakt X₂ nach W und verursacht so eine Erhöhung der Spannung des Umformers auf Fahrdrahtspannung, wodurch im Ankerkreis "der Motoren T₁, T₂ jeder Strom unterdrückt wird. Das Feld 3, 3 des Umformers ist so stark oder kann so stark gemacht werden, daß ein ' genügendes Drehmoment nach rückwärts vorhanden ist, um den Wagen auf einer Neigung ohne Anwendung mechanischer Bremsen festzuhalten.

Zwecks Anlassens des Umformers wird der Spannungsteilerwiderstand in die der in Fig. 4 gezeigten entgegengesetzte Lage eingestellt und der Schalter .S" wird geschlossen. Die Schütze 11 und 12 sind mit dem Spannungsteilerwiderstand R₂ und mit den Motorfeldwicklungen ι, ι des Umformers in Reihe geschaltet. Sobald die Motorfelder des Umformers ihre volle Erregung erreicht haben, wird der Kontakt 12 geschlossen, wodurch das Anlassen des Umformers über den Widerstand R₃ erfolgt. Beim Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit nach einem geeigneten Zeitabstand wird der Kontakt 11 ge- schlossen, wodurch der Widerstand R₃ ausgeschaltet wird. Um das Fahrzeug anzulassen, werden die Spannungsteilerkontakte in die in Fig. 4 gezeigte Lage umgelegt, wodurch das Fahrzeug mit voller Beschleunigung angelassen wird. Zwischenbeschleunigungen und Zwischengeschwindigkeiten kann man durch Zwischenstellungen des Spannungsteilers erhalten.

Für die entgegengesetzte Fahrtrichtung werden die Felder 10, 10 der Motoren T₁, T₂ mittels eines Umschalters (nicht gezeigt) umgepolt. In den Stromkreis der Spulen 10, 10 können Widerstände in der Stillstandlage des Spannungsteilers eingeschaltet werden, die das Überhitzen dieser Felder beim Halten des Fahrzeugs für eine längere Zeit bei einer Endstation oder anderswo verhindern. Falls in der Reihenschaltung von 11, 12, R₂ und der Felder 1., 1 eine Unterbrechung entsteht, so wird die ganze Einrichtung abgeschaltet, da die Kontakte 11, 12 herausfallen. Es können in Fällen, wo eine Unterbrechung der Felder an den Kontaktstellen der Kontakte zu befürchten ist, Feldentregungswiderstände (nicht no gezeigt) verwendet werden. Auch können die Widerstände R₂ des Spannungsteilers mit den Feldern 1, 1 parallel geschaltet werden.

Fig. 5 zeigt einen Umformer ähnlich wie in Fig. 3, d. h. mit doppelter Kompensierung, welcher im Zusammenhang mit einem einen Aufzug oder eine Winde antreibenden Motor Verwendung findet.

Beim Schließen des Schalters S₁, S₂ werden die Feldwicklungen 8, 8 des Motors, die Feldwicklungen 1, 1 der Motorpole des Umformers, die Bremsmagnetspule 2Ό, der Span-

nungsteilerwiderstand R₂ sowie die Schützspule 12, die alle in Reihe geschaltet sind, mit der Leitung V₁, V₂ von konstanter Spannung verbunden. Sobald die Felder 8, 8 und ι, ι ihre volle Stärke erreicht haben, wird der Kontakt E geschlossen, und der Umformer wird über den Widerstandes angelassen. Nach einem entsprechenden Zeitraum wird der Kontakt D geschlossen und der Widerstand R₃ ausgeschaltet, so daß nunmehr der Motor ^₁ durch Betätigung des Spannungsteilers R₂ beeinflußt werden kann. Die Kontakte X₁, X₂ sind in der Stellung des Vorwärtslaufens gezeigt, bei Umlegung wird der Sekundärstrom C₁, C₂ umgekehrt, wodurch auch die Drehrichtung umgekehrt wird.

Der Motor T hat eine Wicklung 9, 9, die die besonders erregte Feldwicklung· 8, 8 in der Vorwärtsrichtung unterstützt, jedoch der-

ao selben beim Rückwärtslaufen entgegenwirkt. Die magnetomotorische Kraft dieser zusammengesetzten Wicklung ist jedoch klein, da ihr Hauptzweck darin besteht, die Stabilität des Antriebes zu erhöhen.

Fig. 6 zeigt typische Stromspannungskurven, die durch die verschiedenen dargelegten Verbindungen erhältlich sind. Wenn man annimmt, daß die Umformerfelder vollkommen ungesättigt sind, dann ist die Formel, die für das Verhältnis zwischen dem Sekundärstrom und der Sekundär spannung maßgebend ist, die folgende:

E~

= Ish I

E -e

für die auf Fig. 2 gezeigte Maschine, d. h. mit einfacher Kompensierung.

In dieser Formel ist I₂ Sekundärstrom bei irgendeiner Sekundärspannung e, I_sh Kurzschlußstrom (O₁ C in Fig. 6), C₁ Höchstspannung an den Generatorbürsten B₃, B₄ (O, D auf Fig. 6), B konstante Spannung (O, F auf Fig. 6), % in der Achse G₁, G₂ wirkende effektive Ankeramperewindungen (Fm in Fig. 1, 2, 3 usw.), «2 Gegenamperewindungen (von dem Sekundärstrom in den Spulen 4, 4 in Fig. 2, 3 usw. herrührend).

Die Kurvenform (bei Nichtberücksichtigung der Sättigung hängt vom Verhältnis

zwischen — und — ab.
e_x n₂

Falls — etwas größer ist als —, dann er-

^el ^M2

gibt sich eine Kurve von der Form 1. Falls — ausgesprochen größer ist als -i, dann ergibt sich eine Kurve wie 2. Falls— = —,

e_x n₂ dann erhält man eine konstante Kurve wie

A-B. Falls — kleiner ist als — , dann hat die e_x «₂

Maschine die Tendenz, unbeständig zu sein.

Um den Umformer bei Belastungsschwankungen stabil zu machen, ist es daher wünschenswert, die Maschine so zu konstruieren,

daß — etwas größer ist als —, falls eine ei ° H₂

Kurve ähnlich wie 1 (Fig. 6) angestrebt wird. Falls die Speisespannung z. B. 500 Volt beträgt, dann kann O, D (Fig. 6) 490 bis 495 Volt betragen.

Die obigen Zahlen ergeben sich ohne Sättigung der Felder. Falls für die Generatorpole ein abgeschrägter Luftspalt wie J₁, J₂ in Fig. i, benutzt wird und die Generatorpole derart konstruiert sind, daß Polschuhe und Ankerzähne bei dem schmalen Luftspalt leicht gesättigt sind, dann wird die Kurve 1 (Fig. 6), wie bei 1A mit punktierter Linie gezeigt, verändert. Diese Kurve ist der Kurve 1 vorzuziehen, da dann die Gefahr von Stromschwankungen, die durch Veränderungen der Netz- bzw. Fahrdrahtspannung entstehen und den Umformer labil machen, nicht besteht.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Maschine, bei welcher die Ankerreaktion bei beiden Polsätzen kompensiert ist, wird — e Null, da die

n₂

Amperewindungen M₁ kompensiert sind, so daß die Formel sich wie folgt gestaltet:

Dies ist eine gerade Linie, und die Kurven 3 und 4 zeigen die Stromspannungskennlinie, i_Oo die von einer Maschine wie in Fig. 3 zu erwarten ist, falls die Ankerreaktion bei beiden Polsätzen vollkommen ausgeglichen ist. In diesem Falle bezeichnet e_x die Höchstspannung O, G (Kurve 4), die von den Bürsten B₃, B± abgenommen wird, falls im Anker und in den Rücklaufreihenspulen kein Strom fließt.

Die Form der Kurven 3, 4 kann auch in diesem Falle durch die Anwendung von abgeschrägten Luftspalten nach oben beschriebener Weise verändert werden, und zwar dadurch, daß Sättigung an der Polspitze am schmaleren Ende des Luftspaltes angestrebt wird.

Ferner kann ein abgeschrägter Luftspalt benutzt werden, um die Gegenverbundwieklung 4 (Fig. 2 und 3) zu ersetzen, da der Luftspalt (mit oder ohne Sättigung des Magnetkreises) in seiner Wirkung einer Gegenverbundwicklung gleichwertig ist.

Wie ersichtlich, wird für jeden Hauptpol ein Wendepol verwendet, obzwar jeder Kreis

nur die Hälfte der Gesamtanzahl der Hauptpole ausnutzt. So stellt z. B. Fig. ι einen zweipoligen Umformer dar, obwohl vier Hauptpole verwendet sind. Es gibt also für jeden zweipoligen Umformer im Gegensatz zu gewöhnlichen Maschinen (Motor oder Dynamo) vier Wendepole.

Fig. 7, 8, 9 und io zeigen die Wirkung der Ankerfelder bei verschiedenen Belastungszuständen.

Fig. 7 zeigt die Richtung der Ankerfelder bei normaler Vollbelastung. Die Wendepole I₁ und /₄ sind voll erregt und wirken der resultierenden magnetomotorischen Kraft des Ankers entgegen, wobei die Wendepole I₂ und /₃ nicht erregt sind.

Es ist angenommen, daß in diesem Falle Motor- und Generatorstrom gleich sind. Falls sie nicht gleich sind, wie bei Kurzschluß, ist ao das durch den Generatorstrom erzeugte Ankerfeld Fg durch beide Sätze von Wendepolen, die nach Fig. 8 wirken, ausgeglichen. Falls die Maschine auf das Netz zurückarbeitet, werden bei einem Umformer, der nach Fig. 2 geschaltet ist und mit einem veränderlichen gelieferten Strom nach Kurve 1 (Fig. 6) arbeitet, beide Ankerfelder Fg und Fm umgekehrt. Dieser Zustand ist in Fig. 9 gezeigt, wobei wieder angenommen wird, daß Motor- und Generatorstrom gleich sind.

In dem Fall, wo der Umformer mit konstantem Primärstrom arbeitet, findet Energie·^ rücklieferung ohne Wechsel in der Stromrichtung statt; dieser Zustand ist in Fig. 10 gezeigt. Fg ist nicht verändert, aber Fm •vird umgekehrt, und die sich ergeben^'·' magnetomotorische Kraft des Ankers verdreht sich um 90⁰ statt i8o° wie in Fig. 7 und 9. Es ist deshalb im Interesse einer guten Kommutierung wichtig, zweimal soviel Wendepole zu benutzen, als Hauptpole in jedem Stromkreis vorhanden sind, d. h. vier Wendepole für einen zweipoligen Motor- oder Generatorkreis oder einen Wendepol für jeden Hauptpol, wobei man alle Hauptpole mitzählt. Zur Vermeidung von Störungen an Umformern, die etwa von einer Unsymmetrie in dem mehrere Motoren enthaltenden Sekundärkreis (vgl. z. B. Fig. 4) herrühren können, kann der Anker des Umformers auch mit zwei getrennten Kurzschrittwicklungen und mit zwei Kommutatoren ausgerüstet sein, wovon eine Kurzschrittwicklung und ein Kommutator für den Generatorstromkreis und die andere Kurzschrittwicklung und der andere Kommutator für den Motorstromkreis bestimmt sind. In diesem Fall sind bei einem zweipoligen Umformer zwei Bürsten für jeden Kommutator vorgesehen. Die beiden Ankerwicklungen können auch untereinander verbunden sein. Es ist auch möglich, die beiden Ankerwicklungen in Reihe zu schalten, und zwar so, daß die Sekundärwicklung mit oder entgegen der Primärwicklung arbeitet.

Claims (1)

1. Patentanspruche:

   ι. Gleichstrom-Gleichstrom-Einankerumformer, der einen veränderlichen Gleichstrom von konstanter Spannung in einen konstanten oder veränderlichen Gleichstrom von veränderlicher Spannung oder umgekehrt umformt und je einen Satz von Hauptpolen für den Motor- und Generatorstromkreis besitzt, wobei Motor- und Generatorpole in der Umfangsrichtung des Umformers abwechseln, sowie je einen , Satz von Kommutatorbürsten für den Mo-■ tor- und Generatorstromkreis und außerdem eine Kurzschrittwicklung auf dem Anker aufweist, bei der die gerade unter den Bürsten des einen, z. B. des Primärstromkreises kommutierenden Änkerspulen außerhalb des Einflusses der benachbarten Hauptpole des anderen Stromkreises stehen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine vom Sekundärstrom durchflossene Erregerspule (2) an den Hauptpolen (M₁, M₂) des Motorstromkreises angeordnet ist, die das durch den Sekundärstrom im Anker erzeugte und go über die Hauptpole des Motorstromkreises sich ausbreitende Feld mehr oder weniger vollkommen kompensiert, daß ferner vier Wendepole (I₁, I₂, I₃, /4) für einen zweipoligen Umformer, d. h. ein Wendepol für je einerf Motor- oder Generatorhauptpol vorgesehen ist und daß jeder Wendepol zwei Erregerwicklungen (5, 6) besitzt, von denen die eine vom Primärstrom und die andere vom Sekundärstrom durchflössen ist.

   ,2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Generatorpolen (G₁, G₂) vom Primärstrom durchflossene Erregerwicklungen (7) angeord- : net sind, die das vom Primärstrom im Anker erzeugte und über die Generatorpole sich ausbreitende Feld mehr oder weniger vollkommen kompensieren.

   3. Umformer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine an das Primärnetz angeschlossene Nebenschlußwicklung oder -wicklungen (1, 3), die auf den Motor- und Generatorhauptpolen angeordnet sind, sowie durch eine vom Sekundärstrom durchflossene Reihenschlußwicklung (4) auf den Generatorhauptpolen (G₁, G₂), die der oder den Nebenschlußwickluiig oder -wicklungen (3) auf diesen Polen entgegenwirkt.

   4. Umformer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompen-

   sationswicklung oder -wicklungen (2, 7) an den Motor- und Generatorhauptpolen auch die beiden Wendepole zu beiden Seiten der entsprechenden Hauptpole umfassen.

   5. Umformer nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt unter den Generatorhauptpolen in Richtung der Ankerdrehung zunimmt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen