DE697457C - Staendergespeister Drehstrom-Nebenschluss-Kollektormotor - Google Patents
Staendergespeister Drehstrom-Nebenschluss-KollektormotorInfo
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- DE697457C DE697457C DE1936SC109241 DESC109241D DE697457C DE 697457 C DE697457 C DE 697457C DE 1936SC109241 DE1936SC109241 DE 1936SC109241 DE SC109241 D DESC109241 D DE SC109241D DE 697457 C DE697457 C DE 697457C
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K27/00—AC commutator motors or generators having mechanical commutator
- H02K27/12—AC commutator motors or generators having mechanical commutator having multi-phase operation
- H02K27/16—AC commutator motors or generators having mechanical commutator having multi-phase operation in shunt connection with stator feeding
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
° Das Drehzahlverhalten von Drehstfom-Nebenschluß-Kollektormotoren
bei wechselnder Belastung ist ebenso wie die Größe der jeweils fließenden Kollektor ströme abhängig
von den induktiven und Ohmschen Widerständen im Läuferstromkreis einschließlich der auf denselben reduzierten Primärwiderstände
des Motors und des allenfalls zur Verwendung
gelangenden Regeltransformators (Stufentransformator, Einfach- oder Doppeldrehregler
einschließlich Kompensation^- und etwaiger Zusatztransformatoren u. dgl.). Weiter
ist von entscheidendem Einfluß für die Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik der Motoren die im Läuferkreis eingeführte Kompensationsspannung,
welche bekanntlich als Komponente der Regelspannung oder als durch eine besondere Hilfswicklung eingeführte
Spannung oder schließlich als Kombi- ·· nation . zweier oder mehrerer derartiger
Spannungen auftritt. Auf der einen Seite wird durch die Kompensationsspannung die
Phasenlage des Belastungsstromes im Sinne der Voreilung verschoben und hierdurch die
induktive Komponente des Spannungsabfalls, die bei induktivem Strom drehzahlerniedrigend
wirkt, in ihrer Wirkung auf die Drehzahl verkleinert oder sogar aufgehoben. Auf der anderen Seite hat aber eine große Kompensationsspannung
zur Folge, daß. der große kapazitive Leerlaufstrom infolge der Induktivität des Kollektorstromkreises eine Drehzahlerhöhung
hervorruft, die die zunächst zu erwartende, Verringerung des Drehzahlunterschiedes
zwischen Leerlauf und Vollast wieder aufhebt.
Die große Kompensationsspannung muß' ,häufig auch deswegen eingeführt werden, um,
insbesondere bei tiefen Drehzahlen, die nötige ' Überlastungsfähigkeit des Motors zu gewährleisten,
die ebenfalls durch die unvermeidlichen großen induktiven Widerstände im Kollektorstromkreis begrenzt ist. .Um die
nötige Stabilität zu gewährleisten, wird vielfach
eine Kompensationskomponente, insbe-"sondere im untersynchronen Drehzahlbereich,
verwendet, deren Größe einen Kollektorstrom im Leerlauf hervorruft, der für den Kollektor
und die. Ankerwicklung nicht mehr zu- " lässig ist, so daß derartige Maschinen im
Leerlauf, also ohne mechanische Belastung, überhaupt nicht betrieben werden dürfen.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine
Behebung dieser Übelstände erreicht. Das Wesen der Erfindung soll an Hand der Abbildüngen
erläutert werden. Die Abb. 1 und 2 stellen Beispiele von Schaltungen der erfindungsgemäßen
Anordnung dar. Die Vektordiagramme der Abb. 3 bis 5 beziehen sich auf bereits bekannte Anordnungen, das Vektordiagramm
der Abb. 6 auf die" Anordnung nach der Erfindung.
Der Erfindung liegt zugrunde ein ständergespeister Drehstrom-Nebenschluß-Kollektor- motor,
wie er in den Abb. 1 und 2 in einem Schaltungsbeispiel dargestellt ist. Die Regelung
erfolgt gemäß den Abbildungen, auf die im übrigen noch weiter unten zurückgekom- ·
men wird, mit Hilfe von Drehreglern, deren Sekundärspannung als Regelspannung in den
Kollektorstromkreis der Nebenschlußmotoren eingeführt wird. Die Art der Erzeugung.
dieser Regelspannung ist jedoch für die. Εξ findung unerheblich. In Abb. 3 ist ^d
Vektordiagramm der üblichen Anordnung* ständergespeister Drehstrom - Nebenschluß Kollektormotoren
mit Regeltransformator irgendwelcher Art und in den Kollektor-. Stromkreis eingeführter Kompensationsspannung
normaler Größe aufgezeichnet.
In allen Vektordiagrammen liegt die Kollektorspannung vektoriell in der Ordinatenachse.
Die Stillstandskollektorspannung E20
ist aus dem Diagramm ersichtlich, sie entspricht der synchronen Drehzahl ns. Der
jeweilige Betriebspunkt ist in bezug auf seine Drehzahl stets durch seine Ordinate gekennao
zeichnet. Angenommen sei bei allen Diagrammen weiter eine Belastung entsprechend
einer Wattkomponente des Belastungsstromes/„,,
und ferner sei zugrunde gelegt, daß ein bestimmter untersynchroner Betriebspunkt
i, entsprechend einer Drehzahl Ji1, verglichen
wird. Der Betriebspunkt 1 muß bei einer bestimmten Belastung /,„ sich auf dem
geometrischen Ort α befinden, α ist eine durch
den Synchronslaufspunkt O gelegte Gerade, deren Abschnitt auf der Abszissenachse gleich
dem induktiven Spannungsabfall im Ständer Jw ' X1, reduziert auf den Kollektorstromkreis
ist.
Die durch den Regeltransformator und die allenfalls vorhandene Kompensationswicklung
in den Kollektorstromkreis eingeführte Spannung En deren Vektorspitze mit 2 bezeichnet
ist, muß zur Erreichung des Belastungspunktes ι so gelegt werden, daß das Spannungsabfall
dreieck mit seiner Spitze auf 1 fällt. Es ergibt sich dann zur Erfüllung der gestellten Bedingung, d. h. zur Erreichung des
Belastungspunktes 1, ein erforderlicher Strom J2, der bei der üblichen Anordnung
nach Abb. 3 eine erhebliche Phasenverschiebung φ aufweist und dessen Spannungsabfälle J2, r2 und J2, X2 die eingezeichnete Lage
haben. Unter dem Einfluß der Kompensationskomponente Ek der Gesamtregelspannung
Er fließt nun im Leerlauf ein voreilender Magnetisierungsstrom I0 im Kollektorstromkreis,
der sich daraus ergibt, daß sein Ohmscher Spannungsabfall J0 · r2 gleich Ek
ist. Dieser Magnetisierungsstrom ruft einen induktiven Spannungsabfall /0 · X2 hervor,
der zur Folge hat, daß sich der Leerlaufpunkt 3 einstellt, entsprechend einer Leerlaufdrehzahl
M10. Wie ersichtlich, ergeben sich recht ungünstige Verhältnisse; Zunächst
wird ein sehr großer Kollektorstrom im Belastungszustand erforderlich, dessen Phasenlage
ungünstig ist. Außerdem entsteht ein sehr großer Drehzahlabfall M10-B1 zwischen
Leerlauf und Vollast.
Außerdem ist aus dem Diagramm ohne ^-weiteres zu erkennen, daß die Überlastungs-
«s "fähigkeif des Motors eine außerordentlich geringe
ist, ~da schon eine verhältnismäßig kleine Vergrößerung der Wattkomponente /,„
zu einer starken Vergrößerung von J2 und einem dementsprechend größeren Spannungsabfall
führen muß, so daß der Punkt 1 stark
nach unten rückt und bei Erreichen des Schnittpunktes von α mit der Abszissenachse
der Kurzschlüßpunkt erreicht wird.
In Abb. 4 sind die Verhältnisse dargestellt für den bereits früher vorgeschlagenen Weg,
den Ohmschen Widerstand im Sekundärkreis zu erhöhen. Dies führt, wie der Vergleich
des Vektordiagrammes mit dem der Abb. 3. zeigt, zwar zu einer etwas verbesserten Phasenlage
von J2 und zu einem geringeren Leerlaufstrom J0 und einem damit verbundenen
geringeren Drehzahlanstieg infolge des Leerlaufstromes. Hierdurch wird eine gewisse
Verbesserung erzielt.
In Abb. 5 ist ein anderer häufig benutzter Weg dargestellt, die Verhältnisse durch eine
größere Kompensationskomponente· £& zu
verbessern. Es gelingt auf diese Weise tatsächlich, den Läuferstrom J2 in Phase mit der
Spannung zu bringen und das Spannungsabfalldreieck dementsprechend zu verkleinern
und zu verdrehen, so daß der Drehzahlabfall, herrührend von der Belastung, verringert
wird.
Es muß aber in Kauf genommen werden, daß infolge der .großen Kompensationskomponeräe
Ek ein Strom J0 fließt, der den Volllaststrom weitaus überschreitet und überdies
eine drehzahlerhöhende Spannung /0, X2 hervorruft,
die den Gewinn im Drehzahlabfall nahezu ausgleicht, so daß die Leerlaufdrehzahl
M10 nicht nennenswert kleiner ist als im Falle der Abb. 3. Der Motor hat überdies
den Nachteil, daß er im Leerlauf und bei geringer
Belastung nicht betrieben werden kann, es sei denn, daß man den Kollektor für
diesen großen Strom auslegt und die hohen Verluste mit in Kauf nimmt. Aber selbst
dann, wenn der betreffende Antrieb keine derartigen Belastungszustände erfordert,
bleibt der Nachteil der verhältnismäßig steil abfallenden Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik
erhalten.
In Abb. 6 ist endlich die erfindungsgemäße Anordnung vektoriell dargestellt, bei der eine
hohe Kompensationsspannung kombiniert wird mit einem, zusätzlichen Widerstand rz,
wodurch sämtliche Nachteile der bekannten Anordnungen beseitigt werden. Wie ersichtich,,
ist immer beim selben Belastungspunkt 1 ■*·
das Spannungsabfalldreieck zwischen 2 und 1
derart gelagert, daß sich wieder ein _ geringster,
mit der Spannung phasengleicher KdI-lektorstrom J2 ergibt. Der Leerlaufstrom /0
ist durch den zusätzlichen Ohmschen Widerstand
auf denselben Wert gebracht wie der Kollektorstrom /2. Es wird daher trotz der
erhöhten Kompensationsspannung nur ein geringer induktiver Spannungsabfall und damit
eine geringe Drehzahlerhöhung bei Leerlauf "hervorgerufen, 'die sogar niedriger ist
als bei normaler Kompensationsspannung. Die Leerlauf drehzahl W10 ist also gegenüber
dem Vektordiagramm nach Abb. 5 erheblich 'S und auch demgegenüber dem Vektordiagramm
nach Abb. 4 vermindert. Der Drehzahlunterschied zwischen Leerlauf und Volllast
ist infolge des verhältnismäßig geringen Spännungsabfalles des Belastujigsstromes und
der geringen Drehzahlerhöhung durch den induktiven Spannungsabfall des Leerlaufstromes
gegenüber allen bisher bekannten Anordnungen nicht unerheblich vermindert. Hierbei sind, wie aus dein Vergleich der Vek-
»5 tordiagramme ohne weiteres hervorgeht, auch die verschiedenen Nachteile der bekannten
Anordnungen vermieden. Der Kollektörstrom erreicht im Betriebszustand den
kleinstmöglichen Wert. Die Verluste sind daher verhältnismäßig gering im Vergleich
zu der bekannten Anordnung nach Abb. 4 mit • zusätzlichem Widerstand. Dieser Anordnung
gegenüber besitzt die erfindungsgemäße Anordnung noch den Vorteil der erheblich höhe-*
.35 heren Überlastungsfähigkeit und des besseren Leistungsfaktors. Gegenüber der Anordnung
mit der höheren Kompensationsspannung nach Abb. 5 besitzt die erfindungsgemäße
Anordnung den Vorteil, daß der Leerlaufstrom auf zulässige Werte beschränkt ist
und daher der Motor ohne weiteres im Leerlauf 'und bei geringer Belastung, ohne daß
eine größere Bemessung der Maschine notwendig wäre, betrieben werden kann. ' Die
Leerlaufverluste sind dementsprechend geringer und der Teillastwirkungsgrad höher.
In den Abb. 1 und 2 bedeuten M die Drehstrom - Nebenschluß - Kollektormotoren, St
deren Ständer- und K deren Läuferwicklungen mit Kollektor und Bürsten. Im>
Falle der Abb. ι erfolgt die Regelung durch einen Doppeldrehregler
D und die Einschaltung der Kompensationsspannung durch eine Kompensationswicklung
C, die im -Ständer des Motors untergebracht ist. Der zusätzliche Wi-' derstand W ist in offener Schaltung in den
Läuferstromkreis eingeschaltet . und kann durch den Schalter Sch überbrückt werden.
Die geschilderten Schwierigkeiten in bezug
auf die Phasenlage des Kollektorstromes, der Überlastungsfähigkeit und des Drehzahlabfalles
treten sowohl absolut als relativ am stärksten im Untersynchronismus und da insbesondere
bei ganz tiefen Drehzahlen auf. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße
Anordnung auch für diesen Drehzahlbereich ; am wertvollsten. Mit zunehmender Drehzahl
kann häufig auf die normale Schaltung und Bemessung zurückgegangen werden. Dementsprechend
ist in dem Beispiel der Abb. 1 die Anordnung so getroffen, daß bei höheren
Drehzahlen durch' einen Hilfskontakt H, der
mit der Stellung des Doppeldrehreglers. in
Verbindung steht,: der Schalter Sch eingelegt wird. Da die Doppeldrehfeglerstellung ihrerseits
die Drehzahl bestimmt, entsteht mittelbar eine drehzahlabhängige Schaltung.
Ebenso kann die Kurzschließung des Widerstandes abhängig gemächt werden unmit-"
telbar ν,οη der Drehzahl des Motors selbst,
also beispielsweise von einem Zentrifugalschalter oder einer Tachometerdynamo, Zugleich
mit der Abschaltung des Widerstandes wird erfindungsgemäß die erhöhte Kompensationsspannung
herabgesetzt. '
.In Abb. 2 ist an einem weiteren Ausführungsbeispiel
eine derartige Anordnung dargestellt. Die Kompensationswicklung C ist
als Sekundärwicklung eines Kompensations-• transformator Tk ausgeführt, dessen Primärwicklung
eine Anzapfung besitzt, " die durch einen Umschalter U an das Netz gelegir
werden kann: Die Stellung 1 des Umschalters entspricht der offenen Stellung des
Schalters Sch, also dem Betriebszustand bei tiefer Drehzahl mit erhöhter Kompensationsspannung und eingeschaltetem Widerstand.
Die Stellung 2 des Umschalters U entspricht der geschlossenen Stellung des Schalters Sch,
also überbrückten! Widerstand und verringerter Kompensationsspannung für den Betrieb
mit höherer Drehzahl. Die beiden Schaltvorgänge können zweckmäßig, miteinander
gekuppelt und in der gleichen Weise gesteuert werden wie oben beschrieben. '
An Stelle der als -Beispiel dargestellten Veränderung der Kömpensationsspannung
durch eine Umschaltung kann auch durch entsprechende Bürstenstellung eine ähnliche
Wirkung erzielt werden. Es wird zu diesem «0
Zweck die Bürstenstellung des Kollektormotors so gewählt, daß die Regelspanuungen
außer einer drehzahlverändernden auch eine in die Kompensationsachse fallende' Spannungskomponente
besitzen. Diese Spannungskomponente wird nun im untersynchronen Bereich kompensierend und im übersyn-,chronen
Bereich entmagnetisierend gewählt. Hierdurch ergibt sich eine verstärkte Korn-. pensation
in jenem Bereich, in dem der Wi- iao derstand eingeschaltet ist.
Besonders günstig wirkt'sich die Einschal-
tung eines derartigen Widerstandes bei gleichzeitig erhöhter Kompensation aus für
den Betrieb mit ganz tiefen Drehzahlen, z. B. zum Zweck der Einleitung eines Arbeitsprozesses,
wie beim Einziehen in verschiedenen Maschinen der Papier- und Textilindustrie. Der Widerstand kann gleichzeitig zur Begrenzung des Anlaufstromes beim Einschalten
dienen, in welcher Hinsicht er trotz seines verhältnismäßig geringen Ohmwertes in
den meisten Fällen ausreichend ist, so daß ein besonderer Anlaßwiderstand hierdurch erspart
werden kann. Die gleichzeitig erhöhte Kompensationsspannung wirkt überdies, da
sie das Kippmoment des Motors erhöht, in der Richtung höherer Anlaufmomente.
Claims (2)
- Patentansprüche:i. Ständergespeister Drehstrom-Nebenao schluß-Kollektormotor, dadurch gekennzeichnet, daß im untersynchronen Regelbereich in den Kollektorstromkreis eine Kompensationsspannung solcher Größe eingeführt wird, daß durch diese allein der Leerlaufstrom größer als der normale Kollektorstrom wird, daß außerdem in den Kollektorstromkreis ein Ohmscher Widerstand solcher Größe eingeschaltet wird, daß der Leerlaufstrom einen Wert etwa gleich dem normalen Kollektorstrom erreicht, und daß ferner Kompensationsspannung und Ohmscher Widerstand so groß gewählt werden, daß der Drehzahlabfall zwischen Leerlauf und Vollast einem Mindestwert angenähert wird.
- 2. Ständergespeister Drehstrom-Nebenschluß-Kollektormotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmender Drehzahl die Kompensationsspannung zugleich mit dem Ohmschen Widerstand vermindert und gegebenenfalls auf den Wert Null gebracht wird.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1936SC109241 DE697457C (de) | 1936-02-15 | 1936-02-15 | Staendergespeister Drehstrom-Nebenschluss-Kollektormotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1936SC109241 DE697457C (de) | 1936-02-15 | 1936-02-15 | Staendergespeister Drehstrom-Nebenschluss-Kollektormotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE697457C true DE697457C (de) | 1940-10-15 |
Family
ID=7448841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1936SC109241 Expired DE697457C (de) | 1936-02-15 | 1936-02-15 | Staendergespeister Drehstrom-Nebenschluss-Kollektormotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE697457C (de) |
-
1936
- 1936-02-15 DE DE1936SC109241 patent/DE697457C/de not_active Expired
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