Einrichtung mit Gleichstrommotor für hohe Speisespannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit Gleichstrommotor für hohe Speisespannung, deren umlaufender Teil zwei separate, je an einen Kollektor angeschlossene, in einem festen Verhältnis zueinander stehende elektromotorische Kräfte er zeugende Ankerwicklungen aufweist, von welchen Wicklungen die eine eine niedrigere Spannung als die andere erzeugt, und deren fester Teil Feldwin dungen trägt,
welche Feldwindungen derart in bezug auf die Ankerwicklungen und ein stromsteuerndes Hilfsorgan geschaltet sind, dass die Feldamperewin- dungen während des Anlassens des Motors wesentlich durch den Strom durch die Ankerwicklung für die höhere .Spannung bestimmt werden rund während des normalen Betriebes nahezu proportional zur Klein menspannung der
Ankerwicklung für die niedrigere Spannung sind.
In Gleichstrommotorfahrzeugen für Eisenbahn- verkehr hat man bereits einen Umformer verwendet, dessen Motor durch das Gleichstromspeisenetz für hohe Spannung (1500 Volt) gespeist wird und dessen Generator trotz ider im Netz vorkommenden starken. Spannungsschwankungen (1000-1800 Volt) eine konstante niedrigere Gleichspannung erzeugt.
Der Motor eines bekannten Umformers dieser Art ist mit zwei separaten Feldwicklungen versehen, von denen die eine in Reihe mit der Ankerwicklung für die höhere Spannung geschaltet ist und durch einen Schalter überbrückt werden kann und die andere parallel zur Ankerwicklung für die niedrigere Spannung angeschlossen ist.
Dieser zusammengesetzte Gleichstrommotor wind als Reihenschlussmotor an gelassen und wirkt während des normalen Betriebes als Nebenschlussmotor.
Die Erfindung hat den Zweck, den bekannten Gleichstrommotor dieser Art zu vereinfachen. Sie besteht darin, dass alle Feldwindungen .in Reihe mit- einander und mit der Ankerwicklung für die höhere Spannung zwischen den Anschlussklemmen ides Mo tors geschaltet sind und die Ankerwicklung für die niedrigere Spannung in Reihe mit dem Hilfsorgan parallel zur Reihenschaltung der Feldwindungen an geschlossen ist. Das :stromsteuernde Hilfsorgan kann ,ein Schalter oder eine veränderliche Impedanz, z. B. eine Drosselspule ,sein.
Der erfindungsgemässe Motor braucht nur mit einer einzigen Feldwicklung aus geführt zu werden.
Die Erfindung wird im untenstehenden an Hand von in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Aus- führungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 das elektrische .Schema .eines Gleichstrom motors nach der Erfindung mit einem einzigen magnetischen Kreis und einem stromsteuernden Hilfs organ in der Form eines Schalters, Fig. 1a ein Teil des elektrischen Schemas einer Variante des Gleichstrommotors nach Fig. 1, wobei das stromsteuernde Hilfsorgan eine Drosselspule ist,
Fig. 2 das elektrische Schema eines Gleichstrom motors nach der Erfindung mit zwei gesonderten magnetischen Kreisen und einem stromsteuernden Hilfsorgan in der Form eines Schalters und Fig. 2a ein Teil ödes Schemas einer Variante des zusammengesetzten Motors. nach Fig.2, wobei das stromsteuernde Hilfsorgan eine Drosselspule äst.
In Fig. 1 der Zeichnung ist 1 die Fahrleitung eines Gleichstromspeisesystems für Eisenbahnver kehr. Die Speisespannung zwischen der Fahrleitung und Erde kann z. B. 1500 Volt nominal betragen, aber kann abhängig vom Betrieb sehr ;stark, z. B. zwischen 1000 und 1800 Volt, schwanken. Durch das Speisenetz wird ein Motor 2, z. B. der Motor eines Gleichstromumformers mit einem separaten Generator 3, der eine konstante niedrigere Spannung liefern muss, gespeist.
Der Motor 2 ist mit einem einzigen Ständer mit einer Feldwicklung 4 und .einem einzigen Läufer mit zwei separaten Ankerwicklun gen 5, 6 versehen, die mit dem Kollektor 7 bzw. 8 verbunden sind. Die in den Ankerwicklungen 5, 6 erzeugten elektromotorischen Kräfte stehen in einem feisten Verhältnis zueinander, (das durch ,die Win- dungszahl und die Schaltung der Wicklungen be stimmt ist.
Die Ankerwicklung 5 ist in Reihe mit der Feldwicklung 4 zwischen den Anschlussklemmen 9, 10 des Motors geschaltet und die Ankerwick- lung 6 ist in Reihe mit einem Schalter 11 parallel zur Feldwicklung 4 verbunden. Ein Schalter 12 dient zum Ein- und Ausschalten des Motors.
Wird angenommen, :dass das feste Verhältnis zwischen den elektromotorischen Kräften und mit Annäherung also das Verhältnis zwischen Iden Klemmenspannungen der zwei Ankerwicklungen 9 :
1 ist, und dass im normalen Betriebszustand 90 % ,der Speisespannung über die Ankerwicklung 5 und 10 % dieser Spannung über die Feldwicklung 4 liegt, so wird in diesem Zustand die Klemmenspannung der Ankemicklung 6 also auch 10 % der Speisespannung betragen.
Der Motor wird durch das Schliessren des Schal ters 2 angelassen. Der Schalter 11 ist dann geöffnet. Der Motor wird also als Reihenschlussmotor ange lassen,
so sdass ursprünglich nahezu die ganze Speise spannung über (der Feldwicklung 4 liegt und beim Zunehmen der Geschwindigkeit des .Motors die Span nung über die Ankerwicklung 5 zunimmt und die- jenige über die Feldwicklung 4 abnimmt,
bis der Betriebszustand erreicht wind und dabei über (den Kollektor 7 ungefähr 90 % und über die Feldwick lung 4 nahezu 10 % der Speisespannung liegt. Da die Spannung am Kollektor 8 sich nahezu pro portional zu derjenigen am Kollektor 7 ändert, ward die Spannung der Ankerwicklung 6 während des Anlassvorganges !des Motors von ungefähr Null bis zu 10 % der Speisespannung zunehmen.
Sind die Spannungen über die Feldwicklung 4 und den Kollek tor 8 einander gleich, d. h. im Beispiel 10 % der Speisespannung, :
so wird ,der Schalter 11 geschlossen und der Motor wirkt ,dann als Nebenschlussmotor. Das Wesentliche ist im vorliegenden Falle nicht, dass die Ankerwicklung 5 und die Feldwicklung 4 in Reihe geschaltet bleiben, sondern dass diese Reihenschaltung bei einer Änderung ,der Belastung keinen Einfluss mehr auf den ,durch die Feldwick lung 4 hindurchströmenden Strom hat.
Durch die Wirkung der Ankerwicklung 6 im normalen Betrieb bleibt der Strom in der Feldwicklung 4 nahezu kon stant, d. h. der Feldstrom ist unabhängig von der Belastung geworden. Bei einer grösseren Belastung sind die Ströme in den beiden Ankerwicklungen 5 und 6 grösser und der Strom bleibt in der Feld wicklung 4 praktisch konstant, so idass der Motor wie ein Nebenschlussmotor wirkt.
Durch ,diese Aus- führung des Motors kann dieser daher durch eine ,einfache Schalthandlung und ohne Unterbrechung der Speisung von Reihenschlussmotor für dass Anlassen in einen Nebenschlussmotor für den normalen Betrieb geändert werden.
Nach dem Schliessen des Schalters 11 äst somit ,die Spannung über ,der Feldwicklung 4, idalher jauch der Strom durch dieselbe bei gleichbleibender Speise spannung unabhängig von der Belastung und daher nahezu konstant. Wohl ist der Strom durch die Ankerwicklung 6 stark von der Belastung abhängig.
Bei Nullast sind die elektromotorische Kraft ,der Ankerwicklung 6 und ,der durch diese Wicklung hindurchfliessende Strom gleichgerichtet und diese Wicklung wirkt als Generatorwicklung und bei Voll last sind die elektromotorische Kraft dieser Anker wicklung :und der ,durch diese Wicklung fliessende Strom entgegengesetzt gerichtet, :so !dass ,die Wick lung dann als Motorwicklung arbeitet.
Bei einer bestimmten Belastung zwischen Nullast und Voll- last ist der Strom durch die Ankerwicklung 6 gleich Null.
Wird die Windungszahl der Feldwicklung 4 bei unverändertem Drahtquerschnitt vergrössert, so nimmt .der Wicklungswiderstand proportional zu und der Strom nimmt umgekehrt proportional ab. Die Amperewindungszahl der Feldwicklung bleibt dann aber konstant. Dies macht .es möglich, den Wider stand der Feldwicklung 4 iso hoch zu wählen, ,dass während des Anlasseis der Strom auf einen zulässigen Wert, z.
B. 250 % des Vollaststromes, beschränkt wird. Ein separater Reihenwiderstand zum Anlassen des Motors kann dann unterbleiben. Die Feldwicklung 4 braucht nur für eine Spannung von einem kleinen Teil, z. B. 10 % der Speisespannung bemessen zu sein. Der Übergang vom Anlasszustand zum Betriebs zustand geht ohne Stromunterbrechung vor sich.
Wenn beim Umformer 2, 3 die Generatorspan- nung durch Regelung ,der Motorgeschwindigkeit ge regelt (konstant gehalten) werden muss, so kann der Motor 2 mit einer zweiten Feldwicklung 13 versehen sein, die unabhängig, z. B. durch eine Batterie ge speist und durch den Spannungsregler des Systems beeinflusst wind.
In Fig. la ist der Schalter 11 durch eine Drossel spule 14 ersetzt worden. Diese Drosselspule arbeitet mehr oder weniger als der Schalter 11, da, wenn der Motor angelassen wird, die Stromänderung in der Ankerwicklung 6 sehr schnell und daher die Impedanz der Drosselspule 14 sehr gross ist.
Sobald aber :der normale Betrieb erreicht worden äst, wird die Impedanz dieser Spule bei stabilen Verhältnissen nicht viel mehr als der Ohmsche Widerstand der selben sein. Die Drosselspule 14 arbeitet völlig selbsttätig. Ein zweiter Vorteil derselben ist, dass sie Stromstösse infolge wesentlicher Schwankungen der Speisespannung abschwächt.
Bei elektrischen Motorfahrzeugen können oft kurze spannungslose Zeitspannen auftreten, was zu starken Stromschwan kungen Anlass gibt.
Anstatt eines einzigen Motors mit einem Läufer mit zwei Wicklungen und zwei Kollektoren können auch zwei gesonderte, mechanisch gekuppelte Gleich- Strommotoren verwendet werden, (die je mit einer einzigen Feldwicklung, einer einzigen Ankerwicklung und einem Kollektor versehen sind. Die zwei Feld wicklungen dieser Motoren werden dann in Reihe geschaltet (siehe Fig.2 und 2a).
In Fig.2 ist die Reihenverbindung der zwei Feldwindungen <I>4a 4b</I> und des als Schalter ausgeführten stromsteuernden Hilfsorgans parallel zur Ankerwindung 6 geschaltet und in Fig. 2a ist der Schalter 11 durch eine Drossel spule 14 ersetzt worden.
In Fig. la und 2a isst der Schalter 11 in punk tierten Linien angegeben worden. Auch wenn eine Drosselspule 14 verwendet wird, kann es vorteil haft ;sein, dass im normalen Betrieb diese Drossel spule durch den Schalter 11 kurzgeschlossen wird.
Weiter ist es möglich, in Reihe mit der Feldwick lung 4 und der Drosselspule 14 einen zweiten Schal ter anzuordnen. Mit Hilfe ider zwei Schalter hat man ,die Wahl, die Drosselspule beim Anlassen und im normalen Betrieb ja oder nicht zu verwenden.
Device with direct current motor for high supply voltage The invention relates to a device with direct current motor for high supply voltage, the circumferential part of which has two separate, each connected to a collector, in a fixed ratio to each other electromotive forces it has generating armature windings, one of which is the windings generates lower voltage than the other, and the fixed part of which carries field windings,
Which field windings are connected in relation to the armature windings and a current-controlling auxiliary element in such a way that the field ampere windings during the start of the motor are essentially determined by the current through the armature winding for the higher voltage, and during normal operation almost proportional to the low voltage of the
Armature winding for the lower voltage are.
A converter has already been used in direct current motor vehicles for railroad traffic, the motor of which is fed by the direct current supply network for high voltage (1500 volts) and whose generator is in spite of the strong ones in the network. Voltage fluctuations (1000-1800 volts) produce a constant lower DC voltage.
The motor of a known converter of this type is provided with two separate field windings, one of which is connected in series with the armature winding for the higher voltage and can be bridged by a switch and the other is connected in parallel with the armature winding for the lower voltage.
This composite DC motor is left on as a series motor and acts as a shunt motor during normal operation.
The purpose of the invention is to simplify the known direct current motor of this type. It consists in that all field windings are connected in series with one another and with the armature winding for the higher voltage between the connection terminals of the engine and the armature winding for the lower voltage is connected in series with the auxiliary element in parallel with the series connection of the field windings. The: current-controlling auxiliary organ can, a switch or a variable impedance, z. B. a choke coil.
The motor according to the invention only needs to be performed with a single field winding.
The invention is explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the accompanying drawing. In the drawing is:
Fig. 1 shows the electrical .Scheme .a direct current motor according to the invention with a single magnetic circuit and a current-controlling auxiliary organ in the form of a switch, Fig. 1a part of the electrical diagram of a variant of the direct-current motor according to FIG. 1, the current-controlling Auxiliary organ is a choke coil,
Fig. 2 is the electrical scheme of a direct current motor according to the invention with two separate magnetic circuits and a current-controlling auxiliary member in the form of a switch and Fig. 2a is a part of the schematic of a variant of the assembled motor. according to Figure 2, wherein the current-controlling auxiliary member Äst a choke coil.
In Fig. 1 of the drawing, 1 is the contact line of a direct current feed system for rail traffic. The supply voltage between the contact line and earth can, for. B. 1500 volts nominal, but depending on the operation can be very; strong, z. B. between 1000 and 1800 volts, fluctuate. Through the feed network, a motor 2, z. B. the motor of a DC converter with a separate generator 3, which must supply a constant lower voltage, fed.
The motor 2 is provided with a single stator with a field winding 4 and .einem single rotor with two separate armature windings 5, 6 which are connected to the collector 7 and 8, respectively. The electromotive forces generated in the armature windings 5, 6 are in a fine relationship to one another (which is determined by the number of turns and the switching of the windings.
The armature winding 5 is connected in series with the field winding 4 between the connection terminals 9, 10 of the motor and the armature winding 6 is connected in series with a switch 11 parallel to the field winding 4. A switch 12 is used to switch the motor on and off.
It is assumed that: the fixed ratio between the electromotive forces and, as an approximation, the ratio between the terminal voltages of the two armature windings 9:
1, and that in the normal operating state 90% of the supply voltage is across the armature winding 5 and 10% of this voltage is across the field winding 4, so in this state the terminal voltage of the anchor winding 6 will also be 10% of the supply voltage.
The engine is started by closing the switch 2. The switch 11 is then open. The motor is therefore started as a series motor,
so that originally almost the entire supply voltage lies over (the field winding 4 and as the speed of the motor increases, the voltage over the armature winding 5 increases and that over the field winding 4 decreases,
until the operating state is reached and is about 90% of the supply voltage over (collector 7 and nearly 10% over field winding 4. Since the voltage on collector 8 changes almost proportionally to that on collector 7, the voltage of the armature winding was 6 during the starting process of the motor, increase from approximately zero to 10% of the supply voltage.
Are the voltages across the field winding 4 and the collector 8 equal to each other, d. H. in the example 10% of the supply voltage,:
so the switch 11 is closed and the motor then acts as a shunt motor. In the present case, the essential thing is not that the armature winding 5 and the field winding 4 remain connected in series, but that this series connection no longer has any influence on the current flowing through the field winding 4 when there is a change in the load.
Due to the action of the armature winding 6 in normal operation, the current in the field winding 4 remains almost constant, i.e. H. the field current has become independent of the load. With a greater load, the currents in the two armature windings 5 and 6 are greater and the current remains practically constant in the field winding 4, so that the motor acts like a shunt motor.
Because of this design of the motor, it can be changed to a shunt motor for normal operation by a simple switching operation and without interrupting the supply from the series motor for starting.
After the switch 11 is closed, the voltage across the field winding 4, idalher yes also the current through the same with constant supply voltage, eats regardless of the load and therefore almost constant. The current through the armature winding 6 is highly dependent on the load.
At zero load the electromotive force of the armature winding 6 and the current flowing through this winding are rectified and this winding acts as a generator winding and at full load the electromotive force of this armature winding: and the current flowing through this winding are directed in the opposite direction, see above ! that the winding then works as a motor winding.
At a certain load between no load and full load, the current through the armature winding 6 is zero.
If the number of turns of the field winding 4 is increased with the wire cross-section unchanged, the winding resistance increases proportionally and the current decreases inversely proportionally. The number of ampere turns of the field winding then remains constant. This makes .es possible to choose the resistance of the field winding 4 iso high, that during the starter ice the current to a permissible value, z.
B. 250% of the full load current is limited. A separate series resistor for starting the engine can then be omitted. The field winding 4 only needs for a voltage of a small part, e.g. B. to be dimensioned 10% of the supply voltage. The transition from the starting state to the operating state takes place without a power interruption.
If in the converter 2, 3 the generator voltage has to be regulated (kept constant) by regulating the motor speed, the motor 2 can be provided with a second field winding 13 which is independent, e.g. B. powered by a battery and wind influenced by the voltage regulator of the system.
In Fig. La the switch 11 has been replaced by a choke coil 14. This choke coil works more or less than the switch 11 because, when the engine is started, the current change in the armature winding 6 is very rapid and therefore the impedance of the choke coil 14 is very large.
But as soon as: normal operation has been reached, the impedance of this coil will not be much more than the ohmic resistance of the same under stable conditions. The choke coil 14 works completely automatically. A second advantage of the same is that it attenuates current surges due to significant fluctuations in the supply voltage.
In electric motor vehicles, short periods of no voltage can often occur, which gives rise to strong current fluctuations.
Instead of a single motor with a rotor with two windings and two collectors, two separate, mechanically coupled DC motors can be used (which are each provided with a single field winding, a single armature winding and a collector. The two field windings of these motors are then connected in series (see Fig. 2 and 2a).
In FIG. 2, the series connection of the two field windings <I> 4a 4b </I> and the current-controlling auxiliary element designed as a switch is connected in parallel to the armature winding 6 and in FIG. 2a the switch 11 has been replaced by a choke coil 14.
In Fig. La and 2a, the switch 11 has been indicated in dotted lines. Even if a choke coil 14 is used, it can be advantageous that this choke coil is short-circuited by the switch 11 during normal operation.
It is also possible to arrange a second scarf ter in series with the Feldwick development 4 and the inductor 14. With the help of two switches, you have the choice of whether or not to use the choke coil when starting and in normal operation.