DE968096C - Kollektorloser Stromrichtermotor mit Gleichstromerregung - Google Patents

Description

Es sind schon regelbare Elektromotoren vorgeschlagen worden, die nach dem Prinzip der Gleichstrom- oder Synchronmaschinen arbeiten, bei denen aber die Stromwendung in der Arbeitswicklung nicht durch einen Kommutator erfolgt, sondern durch Stromrichter, die mit festen Anzapfungen der Arbeitswicklung verbunden sind. Die Stromrichter hatten dabei gleichzeitig die Aufgabe, den aus einem Wechsel- oder Drehstromnetz entnommenen Strom gleichzurichten.

In der Praxis konnten sich solche Maschinen gegenüber normalen, über gesteuerte Gleichrichter gespeisten Gleichstrommaschinen mit Kommutator bisher nicht durchsetzen. Der Grund lag vor allem darin, daß bei den bisher bekanntgewordenen An-Ordnungen entweder nur immer ein Teil der Arbeitswicklung gleichzeitig stromdurchflossen war, so daß die Wicklung schlecht ausgenutzt wurde, oder daß ein Aufwand an Stromrichtereinheiten erforderlich war, der kostspieliger war als die durch Wegfall des Kollektors erzielte Ersparnis.

Die Erfindung betrifft Anordnungen für Stromrichtermotoren, bei denen der Aufwand an Stromrichtergruppen nicht oder nicht wesentlich größer ist, als er auch allein zur Gleichrichtung erforderlieh wäre, während andererseits die ganze Arbeitswicklung des Motors dauernd stromführend ist. Sehr wesentlich ist dabei, daß die Hintereinander-

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schaltung zweier Ventile vermieden wird, die sich durch einen doppelten Spannungsabfall im Lichtbogen auf den Wirkungsgrad ungünstig auswirken würde.

Stromrichter motor en ähnlicher Bauart sind zwar an sich bekannt, z. B. solche mit mindestens zwei Ventilgruppen, bestehend aus vier ekianodigen gittergesteuerten Ventilen, von denen je zwei gegensinnig parallel geschaltet sind und die aus Transformatorwicklungen mit Mittelanzapfung gespeist werden.

Diese bekannte Anordnung bedingt jedoch, daß sowohl Ankerwicklung als auch Feldwicklung des Motors Wechselstrom führen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der Erregermagnetkreis aus lameliiertem Eisen aufgebaut sein muß und dadurch teurer wird. Außerdem entstehen in dem mit Wechselstrom erregten Magnetkreis zusätzliche Eisenverluste, wodurch sich der Wirkungsgrad der Maschine verschlechtert.

Die bekannte Ausführung verlangt außerdem mehrere primärseitig in Reihe geschaltete Einphasentransformatoren oder Transformatoren mit unbewickelten Kernschenkeln, wodurch ein erhöhter Materialaufwand bedingt ist.

Durch die Erfindung werden alle diese Nachteile vermieden.

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Stromrichtermotor mit Gleichstromerregung, bei dem die Stromwendung in der Arbeitswicklung bzw. in Teilen dieser Wicklung durch mit festen Punkten dieser Wicklung verbundene gesteuerte Ventile erfolgt, deren Gittern einerseits Steuerimpulse von der Frequenz des speisenden Wechsel-Stromnetzes, andererseits Steuerimpulse von einer der Motordrehzahl proportionalen Frequenz zugeführt werden. Gekennzeichnet ist die Erfindung durch die Verwendung von mindestens zwei Ventilgruppen, bestehend aus vier einanodigen, gittergesteuerten, von einer Transformatorwicklung mit Mittelanzapfung gespeisten Ventilen, von denen je zwei den Plus- und Minuspol eines Gleichrichters in Vollwegschaltung bilden, wobei Plus- und Minuspol im Gegensatz zu der vorerwähnten bekannten Anordnung über eine Glättungsdrossel mit Mittelanzapfung und die Mittelpunkte der Transformatorwicklung und der Drossel mit elektrisch gegenüberliegenden Punkten der Arbeitswicklung des Motors verbunden sind, und daß die Stromrichter so gesteuert werden, daß alle Teile der Arbeitswicklung des Motors ganz oder nahezu dauernd vom Arbeitsstrom durchflossen werden.

In der Abb. 1 ist ein Stromrichtermotor nach der Erfindung schematisch dargestellt. Die Transformator-Sekundärwicklungen mit den Mittelanzapfungen α speisen die einanodigen gesteuerten Stromrichterventile b, c, d und e bzw. /, g, h und i. Es handelt sich dabei um Gefäße bekannter Art mit Metalldampffüllung mit Anode, Kathode und Steuerorgan. Sie sollen im folgenden kurz als Ventile bezeichnet werden. Diese Ventile sind über Glättungsdrosseln mit Mittelanzapfung k mit vier um je 90 elektrische Grade versetzten Punkten der Arbeitswicklung des Motors verbunden. Ihre Gitter erhalten Steuerimpulse abhängig von den Umdrehungen der Maschine — etwa durch einen mit der., Welle gekuppelten Kontaktgeber —, denen weitere netzfrequente Steuerimpulse überlagert sind.

Werden ζ. ±5. die beiden Ventile b und c, die zusammen gleichzeitig die Gleichrichtung des aus der Transformatorwicklung α entnommenen Stromes in bekannter Weise bewirken, freigegeben, während alle übrigen Ventile gesperrt sind, so fließt der Gleichstrom von Punkt I zu Punkt III der Arbeitswicklung des Motors, und zwar je zur Hälfte links und rechts herum. Hat die Maschine eine Viertelumdrehung ausgeführt, so werden die Ventile b und c gesperrt und die Ventile / und g freigegeben. Der Strom fließt nun von Punkt II zu Punkt IV. Nach einer weiteren Viertelumdrehung werden die Ventile f und g gesperrt und d und e freigegeben, wodurch der Gleichstrom von Punkt III nach Punkt I fließt, stets je zur Hälfte durch den rechten" und linken Zweig der Wicklung. Für das letzte Viertel der Umdrehung werden die Ventile h und i freigegeben, wobei sich ein Stromfluß von IV nach II ergibt. Nach jeder vollen Umdrehung wiederholt sich das gleiche Spiel.

Um eine genügend schnelle Umkehr der Stromrichtung in den einzelnen Wicklungsteilen zu erzwingen, muß in diesen ebenso wie bei einer Gleichstrom-Kommutatormaschine eine »Wendespannung« erzeugt werden, welche die induktive Trägheit des Wicklungsteiles zu überwinden in der Lage ist. Im Gegensatz zur Kommutatormaschine ist aber hier eine zu große Wendespannung nicht nachteilig, da mit dem Verlöschen des betreffenden, inzwischen gesperrten Ventilpaares die Stromunterbrechung automatisch nach Beendigung der Stromwendung erfolgt. Die Erzeugung der Wendespannung kann dadurch erfolgen, daß die Wendezone unter die Hauptpole verlegt wird; es können aber auch besondere Pole hierfür vorgesehen werden. Die Wendepole sollen wie bei einer normalen Gleichstrommaschine proportional der Motorleistung erregt werden. Da aber an keiner Stelle der Schaltung ein kontinuierlicher Gleichstrom fließt, ist dies nicht in der bei Gleichstrommaschinen üblichen Weise möglich. Es gelingt aber, wenn man die Wendepolwicklung in eine Anzahl paralleler Wicklungen — im Beispiel der Abb. ι vier — aufspaltet und diese Teilwicklungen in die Zuleitungen zu den Glättungsdrosselspulen bei entsprechendem Wickelsinn einschaltet. Da nun diese Teilwicklungen nacheinander Ströme gleicher Richtung führen, ergeben alle zusammen eine der Motorbelastung proportionale Gleichstrom-Amperewindungszahl. Die Induktivität der Werfdepole unterstützt dabei die Wirkung der Glättungsdrosseln und macht diese gegebenenfalls ganz überflüssig. Um die durch die geringe Zahl der »Lamellen« bedingten Pulsationen des Wendefeldes zu kompensieren, können die Polschuhe der Wendepole noch mit einem Dämpferkäfig ausgestattet werden.

In der gleichen Weise, wie bei den Wendepolen,

können durch Wicklungsaufspaltung in parallele Zweige auch Kompoundierungs- oder Gegenkompoundierungs-Amperewindungen auf den Hauptpolen geschaffen werden.

Bei einer Maschine mit rotierenden Polen würde die Wicklungsaufspaltung zu einer sehr großen Zahl von Schleifringen führen. In diesem Falle wird man daher zweckmäßig eine besondere kleine

ίο Erregermaschine vorsehen, deren Feld durch eine aufgespaltene Wicklung, der beschriebenen Art erregt wird und deren Anker, dann einen der Gesamterregung proportionalen Strom für die Wendepole bzw. Kompoundwicklung liefert.

In bekannter Weise kann die Drehzahl der Maschine durch zeitliche Verschiebung der netzfrequenten Steuerimpulse geregelt werden.

Nach Darstellung der Abb. 1 sind die Transformatoren, die die Stromrichtergruppen speisen, phasengleich an ein Einphasen-Wechselstromnetz angeschlossen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die einphasige Schaltung beschränkt. Die beiden Transformatoren können auch an zwei um 90 elektrische Grade versetzte Spannungen eines Zweiphasen-Netzes oder in der sogenannten Scottschen Schaltung an ein Dreiphasen-Netz angeschlossen sein.

Die Zahl der zu verwendenden Stromrichtergruppen ist nicht auf zwei beschränkt. 'In der Abb. 2 ist ein Stromrichtermotor mit drei solchen Gruppen dargestellt. Die Wirkungsweise ist sinngemäß die gleiche wie bei der Anordnung nach Abb. i. Die Ventilpaare arbeiten hier während je ¹Ze Umdrehung in der durch die beigesetzten Zahlen 1 bis 6 gekennzeichneten Reihenfolge.

Auch hier ist es nicht erforderlich, die drei Ventilgruppen mit Spannungen der gleichen Pasenlage zu betreiben. Sie können unter den gleichen Voraussetzungen wie oben erwähnt, z. B. durch die dreiPhaseneinesDrehstromsystems^espeistwerden.

Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, drei

Einphasentransformatoren zu verwenden. Sowohl bei einphasiger wie bei mehrphasiger Schaltung kann auch ein gemeinsamer Transformator bei sinngemäßer Schaltung verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Motoren mit geschlossener Wicklung (Trommelwicklung) beschränkt.

Abb. 3 zeigt- eine Anordnung für eine Maschine mit offener Arbeitswicklung (Sternwicklung) unter Verwendung der gleichen Stromrichtergruppen nach der Erfindung. Die Rückleitungen zu den Mittelpunkten der Transformator wicklungen a können auch zu einer gemeinsamen Leitung zusammengefaßt werden.

Bei dieser Anordnung arbeiten stets drei Ventilpaare gleichzeitig, so daß alle drei Teilwicklungen des Motors gleichzeitig stromdurchflossen sind. Die Ausnutzung der Ventile ist dadurch noch günstiger als bei den vorher beschriebenen Schaltungen und der dafür erforderliche Aufwand noch geringer.

Der Erfindungsgedanke gestattet auch noch weitere Variationsmöglichkeiten. Zum Beispiel können statt der Ventilpaare, deren Kathoden direkt miteinander verbunden sind (b, c und /, g in Abb. 1 und 1, 3 und 5 in Abb. 2), auch zweianodige Stromrichter mit gemeinsamer Kathode verwendet werden. Die Zahl der Stromrichtergruppen kann weiter erhöht und damit eine weitere Unterteilung der Arbeitswicklung erzielt werden.

Die beschriebenen Anordnungen sind sämtlich auch geeignet für einen Betrieb der Maschine als Generator, z. B. beim Bremsen. Hierzu ist es notwendig, die den Stromrichterventilen zugeführten Steuerimpulse um im wesentlichen 180 elektrische Grade zu verschieben.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Stromrichtermotor mit Gleichstromerregung, bei dem die Stromwendung in der Arbeitswicklung bzw. in Teilen dieser Wicklung durch mit festen Punkten dieser Wicklung verbundene gesteuerte Ventile erfolgt, deren Gittern einerseits Steuerimpulse von der Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes, andererseits Steuerimpulse von einer der Motordrehzahl proportionalen Frequenz zügeführt werden, gekennzeichnet durch die Verwendung von mindestens zwei Ventilgruppen, bestehend aus vier einanodigen gittergesteuerten, von einer Transformatorwicklung (a) mit Mittelanzapfung gespeisten Ventilen (b, c, d, e), von denen je zwei den Plus- und Minuspol eines Gleichrichters in Vollwegschaltung bilden, wobei Plus- und Minuspol über eine Glättungsdrossel (&) mit Mittelanzapfung und die Mittelpunkte der Transformatorwicklung' und der Drossel mit elektrisch gegenüberliegenden Punkten der Arbeitswicklung (/) des Motors verbunden sind, und daß die Stromrichter so gesteuert werden, daß alle Teile der Arbeitswicklung des Motors ganz oder nahezu dauernd vom Arbeitsstrom durchflossen werden.

2. Stromrichtermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit Wendepolen ähnlich denen einer gewöhnlichen Gleichstrom-Kommutatormaschine ausgerüstet ist.

3. Stromrichtermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe der Wendepole mit einem Dämpferkäfig versehen sind.

4. Stromrichtermotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung der Wendepole in mehrere parallele Zweige aufgespalten ist, die in Reihe mit den Hälften der Drosselspulen geschaltet zusammen eine kontinuierliche Gleichstromerregung ergeben.

5. Stromrichtermotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Reihenschlußwicklung auf den Hauptpolen, welche in mehrere parallele Zweige aufgespalten ist, die zusammen eine kontinuierliche Gleichstromerregung ergeben.

6. Stromrichtermotor nach Anspruch ι bis S, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Erregermaschine, deren Erregerwicklung in mehrere parallele Zweige aufgespalten ist, die zusammen eine kontinuierliche Gleichstromerregung ergeben und die einen, dem Arbeitsstrom der Hauptmaschine proportionalen Ankerstrom für die Wendepolwicklung oder die Reihenschlußwicklung der Hauptmaschine liefert.

in Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 587 211, 609632.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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