DE681753C - Einrichtung an Wechselstromreihenschlussmotoren zur Unterdrueckung der negativen Drehmomentkomponente - Google Patents

Description

Es ist eine bekannte Erscheinung, daß bei Wechselstromreihenschlußmotoren, wie sie zum Antrieb von Eisenbahnfahrzeugen häufig Anwendung finden, das Drehmoment pulsiert und daß dabei das Drehmoment negative Werte annehmen kann. Das Auftreten einer negativen Momentkomponente ist besonders unangenehm deswegen, weil dadurch, wie sich im Betrieb von Wechselstromfahrzeugen gezeigt hat, leicht Rüttelerscheinungen an den beispielsweise in Tatzenlageraufhängung angeordneten Motoren hervorgerufen werden. Weiter ist das Auftreten einer negativen Momentkomponente auch im Hinblick darauf äußerst unerwünscht, als dadurch die gerade beim Anfahren benötigten Zugkräfte nicht unbeträchtlich herabgemindert werden.

Geht man der Ursache für das Auftreten einer negativen Momentkomponente nach, so

ao ergibt sich, daß diese durch die auftretenden Bürstenkurzschlußströme bedingt ist, die namentlich beim Anfahren sehr beträchtliche Werte annehmen. Die Bürstenkurzschlußströme haben nun zur Folge, daß eine erhebliche Phasenverschiebung zwischen dem Hauptfeld der Maschine und dem durch den Anker fließenden Strom eintritt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, durch Anwendung geeigneter Mittel das Hauptfeld in seiner Phasenlage wenigstens beim Anfahren derart zu beeinflussen, daß trotz des Einflusses der Bürstenkurzschlußströme das Hauptfeld und der Ankerstrom im wesentlichen die gleiche Phasenlage haben. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zu der Hauptfeldwicklung ein Nebenschluß angeordnet wird und daß infolge Bemessung des wirksamen Widerstandes sowohl des Nebenschlusses wie des die Hauptfeldwicklung enthaltenden Stromzweiges der

Strom in der Hauptfeldwicklung und damit das Hauptfeld so beeinflußt wird, daß die Phasenlage des Hauptfeldes angenähert die gleiche ist wie die des den Anker durchfließenden Stromes.

Im-folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Zeichnung erläutert werden.

Fig. la zeigt zunächst die normale Schaltung eines Einphasenreihenschlußmotors. »ο α ist der Anker, e die damit in Reihe geschaltete Erregerwicklung. In der kommutierenden Zone werden bei der Kommutierung die jeweils unter den Bürsten befindlichen Spulen kurzgeschlossen. Bei dieser Schaltung ergibt sich das in Fig. ib angedeutete Diagramm. In diesem Diagramm ist J₀ der den Anker durchfließende Strom, T_k bedeutet einen den Bürstenkurzschluß strömen entsprechenden Strom. Aus der Summe dieser beiden Ströme ergibt sich der ideelle Erregerstrom J_e> der für die Entstehung des Feldles der Maschine bestimmend ist. Man erkennt ohne weiteres, daß dieser Strom gegenüber dem Ankerstrom beträchtlich in der Phase verschoben ist. Unter dem Einfluß der Eisenverlustströme wird die Phasenverschiebung des Feldes gegenüber dem Ankerstrom selbst noch erhöht. Φ bedeutet in der Zeichnung das tatsächlich vorhandene Feld. Fig. 2 a gibt eine Schaltung wieder, bei der erfindungsgemäß Mittel angewendet sind, um die Phasenlage des Hauptfeldes mit der des Ankerstromes in Übereinstimmung zu bringen. Mit der mit dem Anker α in Reihe liegenden Feldwicklung e ist bei dieser Schaltung ein Ohmscher Widerstand r in Reihe geschaltet. Außerdem ist zu der Feldwicklung und dem Ohmschen Widerstandr eine Drosselspule d parallel geschaltet. Der den Anker durchfließende Strom ist mit J_a, der Erregerstrom der Feldwicklung mit I_e und der Strom in dem Nebenschluß zweig (in der Drosselspule) mit/_d bezeichnet. In dem in Fig. 2 a gezeigten Diagramm sind die sich bei dieser Schaltung ergebenden elektrischen Verhältnisse veranschaulicht. Der Ankerstrom T_a ist durch die Summe des Feldstromes J_e und des Drosselspulenstromes J_d gegeben. Der Erregerstrom 7g besitzt infolge der Parallelschaltung der Drosselspule d und der Reihenschaltung des Widerstandes r mit der Feldwicklung eine so große Phasenverschiebung, daß sich unter Berücksichtigung der punktiert eingetragenen Bürstenkurzschluß ströme 7& der ebenfalls punktiert eingetragene ideelle Erregerstrom 7g und damit ein Feld Φ ergeben, das unter Berücksichtigung der Eisenverluste praktisch die gleiche Phasenlage besitzt wie der Anker strom 7_e. Senkrecht zu dem Vektor des Feldes Φ liegt der Spannungsvektor E_e, welcher die an der Feldwicklung liegende Spannung wiedergibt. E_r bedeutet den Ohmschen Spannungsabfall an dem Widerstandr, der die gleiche Phasenlage, aber umgekehrte Richtung hat wie der Strom 7g. Die Summe von E_e und von E₁. ist E_d, die an der Drosselspule liegende Spannung. Diese Spannungskomponente muß auf dem Stromvektor 7_ä senkrecht stehen.

Fig. 3 a zeigt eine etwas abgeänderte Schaltung, bei der mit der Feldwicklung e ein Kondensator c in Reihe geschaltet und diesen beiden Elementen eine Drosselspule d parallel geschaltet ist. Fig. 3 b ist das zugehörige Diagramm. Aus der Summe des Erregerstromes J_e und des Drosselspulenstromes T_d ergibt sich wieder der Ankerstrom J_a. T_e ist so infolge der Anwendung der Drosselspule und des Kondensators in der Phase gegenüber 7_e verschoben·, daß das tatsächlich von J_e hervorgerufene Feld, das infolge der Bürstenkurzschlußströme stark in der Phase gegenüber dem Erregerstrom verschoben ist, die gleiche Phasenlage besitzt wie J_a. Senkrecht zu dem Felde Φ liegt der Vektor der Erregerspannung E_e, welche zusammen mit der Kondensatorspannung E_c, die auf dem Vektor J_e senkrecht steht, die Drosselspulenspannung E_d ergibt. Die Drosselspulenspannung E_d steht wiederum senkrecht auf dem Drosselspulen- s° strom J₄. Der Kondensator kann vorteilhafterweise über einen Transformator angeschlossen sein.

Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, die gewünschte Beeinflussung der Phasenlage des Hauptfeldes mit Hilfe von zusätzlichen Spannungen zu erzielen; welche die Stromverteilung in der aus der Feldwicklung und einem Nebenschluß bestehenden Stromver- ■ zweigung beeinflussen»

Fig. 4 zeigt eine derartige Schaltung: t ist der Haupttransformator, an den der Motoranker α angeschlossen ist. Mit dem Anker liegt die Feldwicklung e in Reihe. Zu der Feldwicklunge ist die Drosselspule d parallel geschaltet. In dem Stromzweig der Drosselspule liegt noch der Teil ζ der Transformatbrwicklung t, der hinter dem geerdeten Nullpunkt des Transformators angeschlossen ist. Durch den Wicklüngsteil 2 wird eine zusatz- no liehe Spannungskomponente in dem Stromzweig der Drosselspule hervorgerufen.

Eine verbesserte Anordnung zeigt Fig. S a, die sich im wesentlichen von der Anordnung nach Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß ein "5 besonderer, zwei Wicklungen aufweisender Zusatztransformator ζ vorgesehen ist, dessen Primärwicklung an der Spannung U₂ des Haupttransformators t liegt, während die Sekundärwicklung in Reihenschaltung in den Stromkreis der zu der Feldwicklung e parallel geschalteten Drosselspule d eingeschaltet

ist. CZ₁ bedeutet die von dem Transformator abgegriffene Motorspannung. Fig. S b zeigt das zugehörige Diagramm. Hinsichtlich des Stromteiles des Diagramms ist überhaupt kein Unterschied vorhanden, so daß sich weitere Ausführungen erübrigen. Die Spannung E_e an der Feldwicklung ergibt sich als Summe der Drosselspulenspannung E_d, die senkrecht auf dem Strom J_d steht, und der

ίο Spannung ü · U₂, welche an der Sekundärwicklung des Hilfstransformators auftritt. Darin bedeutet ü das Übersetzungsverhältnis des Hilfstransformators z. Gleichzeitig ist in Fig. 5 b noch das Spannungsdiagramm für den Motor eingetragen. Der Spannungsvektor U₁ setzt gich dabei aus der Summe der Spannung E₀ an der Feldwicklung, dem gesamten Spannungsabfall J₈ · Z an dem Motor und der Rotationsspannung E% an dem Motor zusammen.

Eine weitere verbesserte Schaltung, bei der in den Nebenschlußkreis zu der Feldwicklung eine Zusatzspannung übertragen wird, ist in Fig. 6 a wiedergegeben. Bei dieser Schaltung ist über einen Transformator y zu der Feldwicklung e ein Kondensator c parallel geschaltet. Der Kondensatorstromkreis ist dabei derart an dem Haupttransformator t angeschlossen, daß in dem Nebenschlußkreis ein Teil der Haupttransformatorwicklung mit der Spannung U₂ liegt. Fig. 6 b zeigt das zugehörige Diagramm für diesen Fall, das nach den vorstehenden Ausführungen ohne weitere Erläuterungen verständlich sein dürfte.

Fig. 7 zeigt schließlich eine ähnliche Schaltung, bei der der Kondensator c auf der Primärseite des Zweiwicklungstransformators y angeordnet ist und bei der der Primärkreis des sekundärseitig im Nebenschluß zu der Erregerwicklung e angeordneten Transformators stets an die gleiche Spannung angeschlossen wird wie der Motor selbst. Man kann die Schaltung aber auch so wählen, daß die zusätzliche Spannung im Parallelkreis zur Feldwicklung nach einem beliebigen Gesetz sich ändert, beispielsweise von einem Höchstwert verringert wird.

Wie bereits erwähnt, soll die Anordnung nach der Erfindung in erster Linie zur Verbesserung der Anfahrverhältnisse der Motoren dienen. Sobald die Motoren angelassen sind, kann die Schaltung ohne weiteres derart abgeändert werden, daß eine künstliche Beeinflussung der Phasenlage des Hauptfeldes nicht mehr stattfindet und die erfindungsgemäß vorgesehenen Mittel unwirksam sind. Zu diesem Zweck sind geeignete Schalter vorhanden.

Außer der Vermeidung größerer negativer Momentkomponenten hat die Anordnung nach der Erfindung den sehr bedeutenden Vorteil zur Folge, daß infolge Vermeidung der Schwächung des Drehmomentes der Motoren die beim Anfahren auftretenden Ströme erheblich verringert werden. Auch hinsieht-Hch der Kommutierung hat die Anordnung nach der Erfindung erhebliche Vorteile, weil infolge der Beeinflussung der Phasenlage des Hauptfeldes die zur Unterdrückung der Transformatorspannung dienende Wendefeldkomponente. nunmehr gegenüber der Transformatorspannung wieder die richtige Phasenlage besitzt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung an Wechselstromreihenschlußmotoren zur Unterdrückung der negativen Drehmomentkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß durch Parallelschaltung, eines Nebenschkißkreises zu der Erregerwicklung und durch geeignete Abstufung der Widerstände des Stromkreises der Feldwicklung und des Nebenschlußstromkreises die Phasenlage des die Erregerwicklung .durchfließenden Stromes und damit des Hauptfeldes so beeinflußt wird, daß praktisch unter Berücksichtigung des Einflusses der Bürstenkurzschlußströme das Hauptfeld die gleiche 9*> Phasenlage besitzt wie der den Anker durchfließende Strom.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Feldwicklung ein Ohmscher Widerstand in Reihe geschaltet und zu beiden Teilen eine Drosselspule parallel geschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Feldwicklung ein Kondensator mittelbar oder unmittelbar in Reihe geschaltet und zu beiden Teilen eine Drosselspule parallel geschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Parallel-Stromkreis zu der Feldwicklung eine zusätzliche Spannung eingefügt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus einer Drosselspule gebildeten Parallelzweig zur Feldwicklung ein Teil der Hauptwicklung des den Motor speisenden Haupttransformators liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den aus einer Drosselspule gebildeten Parallelstromkreis ein Transformator sekundärseitig eingeschaltet ist, der primärseitig an eine Anzapfung des den Motor speisenden Haupttransformators angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu der FeId-

wicklung ein Kondensator parallel geschaltet und in den Parallelstromkreis eine Zusatzspannung eingeschaltet ist, die beispielsweise von dem Haupttransformator abgegriffen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch i/ dadurch gekennzeichnet, daß zu der Feldwicklung die Sekundärwicklung eines Transformators parallel geschaltet ist, dessen Primärwicklung mit einem Kondensator in Reihe geschaltet ist und an eine gegebenenfalls veränderliche Spannung, beispielsweise die dem Motor zugeführte Spannung, angelegt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen