DE851223C

DE851223C - Anordnung fuer die automatische Feldschwaechung von mit einer konstanten Spannung gespeisten Motoren

Info

Publication number: DE851223C
Application number: DEP28056D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Weier
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown AG
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown AG
Priority date: 1947-03-05
Filing date: 1948-12-30
Publication date: 1952-10-02
Also published as: CH253800A

Description

Anordnung für die automatische Feldschwächung von mit einer konstanten Spannung gespeisten Motoren Für den Antrieb elektrischer Fahrzeuge, Krane, Winden u. dgl. wird im allgemeinen der Serienmotor verwendet. Um höhere Drehzahlen bei einem gegebenen Drehmoment zu erreichen, wird die Serienerregerwicklung geshuntet oder mit Anzapfungen versehen. Bei hohem Shuntungsgrad und vielen Motoren bedingt aber diese Art der Feldschwächung einen bedeutenden Aufwand an Apparaten und Widerständen und hat auch wesentliche Verluste zur Folge. Ferner treten bei starker Shuntung große Überlastungen auf.
Die Wirkungsweise dieser bekannten Erregungsarten ist aus den in Fig. i dargestellten Kurven ersichtlich, wobei die Ordinate (Spannung, Drehzahl und Drehmoment) sowie die Abszisse (Strom) in Prozenten angegeben sind.
Die Kurve i der Fig. i zeigt die Drehzahl und die Kurve :2 das Drehmoment in Funktion des Stromes für einen mit konstanter Spannung gespeisten reinen Serienmotor. Wenn die Serienwicklung geshuntet wird, ergibt sich ein Drehzahlverlauf nach Kurve 3, und das Drehmoment verläuft nach Kurve 4. Werden aber z. B. 6o % der Serienwicklung durch eine Nebenschlußwicklung ersetzt, so erhält man die Drehzahlkurve 5.
Die Erfindung bezieht sich nunmehr auf eine automatische Feldschwächung von mit einer konstanten Spannung gespeisten Motoren, wobei gemäß der Erfindung die gewünschte Drehzahlregelung dadurch erreicht wird, daß der Motor außer mit einer Serienerregerwicklung noch mit einer Regulierwicklung versehen wird, die in Abhängigkeit vom Motorstrom selbsttätig derart geregelt wird,- daß bei abnehmendem Strom das Motorfeld geschwächt wird.
Durch die Feldschwächung mittels einer Regulierwicklung gemäß der Erfindung ist es nunmehr ohne weiteres möglich, die Drehzahlregelung in gewünschter Weise vollständig selbsttätig zu gestalten, im Gegensatz zu den nichtautomatischen, bekannten Feldschwächungsanordnungen.
In den Fig. 2 bis 5 sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Weise veranschaulicht.
In Fig. 2 bedeutet 20 einen Gleichstrommotor, der vom Netz 21 aus mit einer konstanten Spannung gespeist wird. Dieser Motor 2o ist mit einer Serienerregerwicklung 22 versehen und besitzt außerdem eine zusätzlich regelbare Erregerwicklung 23, die sogenannte Regulierwicklung. Diese Regulierwicklung 23 wird mittels eines Wälzsektorreglers z4 in Abhängigkeit vom Motorstrom geregelt und ist an den Mittelpunkt des Regelwiderstandes 25 angeschlossen, so daß in positivem und negativem Sinne geregelt werden kann. Der Reglerwiderstand 25 ist über einen einstellbaren Widerstand 26 parallel zum Motor 20 geschaltet, während 27 die Erregerwicklung des Reglers ist, die über den Shunt 28 vom Motorstrom gespeist wird. Durch den einstellbaren Widerstand 26 kann eine beliebig kleinere Spannung als die Klemmenspannung des Motors für den Regler abgegriffen werden. Dieser Reglerwiderstand kann auch direkt an den Motorklemmen oder an einer fremden Stromquelle liegen.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Steigt der Strom über den Dauerstrom (too o/o), so befindet sich der Regler 24 in seiner Endlage, und zwar so, daß die Regulierwicklung 23 in ihrer Wirkung. die Serienerregerwicklung 22 unterstützt. Sobald jedoch der Motor 2o entlastet wird, sinkt der Strom in der Reglerwicklung a7 z. B. auf etwa So °/o, worauf der Regler 24 in Tätigkeit tritt und den Strom in der zusätzlichen Erregerwicklung 23 herabsetzt, wobei, sobald der Mittelpunkt des Reglerwiderstandes 25 überschritten wird, der Strom in der Wicklung 23 seine Richtung umkehrt. Dadurch ergibt sich bei hohen Strömen praktisch ein Drehzahlverlauf wie bei einem reinen Serienmotor, und erst bei kleinen Strömen wird die Drehzahl gemäß Kurve 8 selbsttätig geregelt.
In solchen Fällen, wo die Leistung der Regulierwicklung zu groß ist für den Regler, kann eine Anordnung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, zur Anwendung kommen. Hier wird zwischen der Regulierwicklung 23 des .Serienmotors 20 und dem Reglerwiderstand 3o eine Zwischenerreger- bzw. eine Reguliermaschine 31 gesvhaltet, die von einem Hilfsmotor 32 angetrieben wird. Dieser Motor 32 wird von einer konstanten Stromquelle 33 aus gespeist, und der Reglerwiderstand 30 liegt ebenfalls an dieser Stromquelle 33. Selbstverständlich könnte der Reglerwiderstand 30, ähnlich wie bei der Anordnung 'gemäß Fig. 2, auch an der Netzspannung 21 angeschlossen sein.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird die Erregerwicklung 34 der Reguliermaschine 31 durch den Regler 24 in Abhängigkeit vom Hauptmotorstrom beeinflußt. Der Strom in der Erregerwicklung 34 wird infolge der Mittelanzapfung am Reglerw-iderstand 30 positiv und negativ geregelt. Durch den Zwischenerreger 31 wird der Strom in der Regulierwicklung 23 des Motors 20 ebenfalls entsprechend beeinflußt; d. h. bei hohen Motorströmen wirkt die Regulierwicklung 23 feldverstärkend, während bei kleinen Strömen der Strom in der Wicklung seine Richtung umkehrt und feldschwächend wirkt, so daß sich beispielsweise wieder ein Drehzahlverlauf gemäß Kurve 8 ergibt.
Der bei den zwei bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen für die automatische Feldschwächung verwendete Regler kann auch durch einen Zwischenerreger bzw. eine Reguliermaschine ersetzt werden, wie die Anordnung gemäß Fig.4 zeigt. Diese Reguliermaschine 41, die die zusätzliche Erregerwicklung 23 des Motors 20 speist, wird mit einem Hilfsmotor 42 starr gekuppelt und ist mit zwei. Erregerwicklungen 43 und 44 versehen. Die eine Erregerwicklung 43 wird über einen Widerstand 45 in Abhängigkeit des Hauptstromes erregt, während die andere Wicklung 44 eine konstante Gegenerregerwicklung ist, die an der Klemmenspannung des Motors 2o liegt. Diese Gegenerregerwicklung 44 kann natürlich ebensogut über einem Parallelwiderstand an der Netzspannung 21 liegen oder von irgendeiner anderen konstanten Spannungsquelle aus gespeist werden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung beruht darauf, daß die Erregerwicklung 43 nur so stark bemessen wird, daß bei hohen Strömen die Erregung dieser Wicklung 43 diejenige der Gegenerregerwicklung 44 überwiegt, so daß die Regulierwicklung 23 feldverstärkend wirkt. Bei abnehmendem Motorstrom dagegen nimmt die Wirkung der Erregerwicklung 43 ab, bis schließlich ein Punkt erreicht wird, wo die Gegenerregung durch die Wicklung 44 überwiegt, so daß der Strom in der Regulierwicklung 23 umkehrt. Es wird daher eine automatische Feldschwächung bei abnehmendem Motorstrom erreicht, die einen Drehzahlverlauf nach Kurve 9 zur Folge hat. Die Kurve 9 weicht von der Kurve 8 etwas ab, weil bei einer Regelung mit einer Reguliermaschine an Stelle eines Reglers die Regulierung keine Grenzstellungen besitzt, wie dies bei einem Wälzsektorregler der Fall ist.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit dargestellt, die sich von derjenigen nach Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß die Reguliermaschine 41 für die Regelung der zusätzlichen Erregerwicklung 23 des Motors 2o in Serie mit einer konstanten Hilfsnetzspannung 46 arbeitet. In diesem Fall ist die Reguliermaschine 41 nur mit einer einzigen Erregerwicklung 43 versehen, die in Abhängigkeit vom Motorstrom erregt wird. Bei hohem Motor-

strom ist die Reguliermaschine 41 stark erregt und

gibt eine höhere Spannung als die Hilfsnetzspan-

nung 46. Die Regulierwicklung 23 ist dabei so ge-

schaltet, daß die Serienwicklung22 desTriebmotors

2o von dieser ersteren unterstützt wird. Nimmt

aber der Motorstrom ab, so nimmt die Spannung

der lZegulierniascliine 41 auch ab, und der Strom in

der Wicklung 23 wird wieder kleiner, um schließ-

lich timzukeliren tind feldschwächend zu ivirkeit.

Auf diese `'eise ergibt sich wieder ein Drehzahl-

verlauf gemäß Kurve g.

Falls es erwiiiisclit ist, mit den Anordnungen

nach Fig. 4 und 5 einen Drehzahlverlauf gemäß

Kurve S statt Kurve 9 zu bekommen, so kann dies

erreicht werden, wenn die Erregerwicklung 43 der

Reguliermaschine 41 durch einen Regler gesteuer:

wird, und zwar in Abhängigkeit vom Motorstrom.

Alle die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind

sehr vorteilhaft, wenn mehrere Motoren parallel

arbeiten niiissen, cla mit einem Regler die Leisttnig

sämtlicher 1Zegtilierivicklutigen bewältigt werden

kann. Dahei können die Regulierwicklungen in

Reihe oder parallel geschaltet sein. Ferner kann die

T)relizalili-e-,elung jeweils so eingerichtet werden,

daß die Regulierwicklung zu einem beliebigen Zeit-

punkt wirksam wird bzw. die Feldschwächung bei

Erreichung eines beliebigen Motorstromes einge-

leitet wird.

Die Regulier-,vicklung wird auf einen oder

mehrere Pole verteilt, wobei diese Pole entweder

nur die Regulierwicklung allein oder gleichzeitig

auch die Serienerregerwicklung des Motors tragen.

Beispielsweise ist es möglich, bei einer vierpoligen

Maschine auf eifitem der Pole die Regulierwicklung

anzubringen, während die. Serienwicklung auf die

anderen drei Pole verteilt wird.

Claims

PATENT AN-, Pr,i;citL: i. Anordnung für die automatische Feldschwächung von mit einer konstanten Spannung gespeisten elektrischen Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor außer mit einer Serienerreger#,wicklung noch mit einer Regulierwicklung versehen ist, welch letztere in Abhängigkeit vorn Motorstrom selbsttätig derart geregelt wird, daß bei abnehmendem Strom das Motorfeld geschwächt wird.
2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regelung der Regulierwicklung in Potentiometerschaltung unmittelbar durch einen in Abhängigkeit vorn Xlotorstrorn ansprechenden Regler erfolgt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerwiderstand an den Motorklemmen liegt.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerwiderstand an einem parallel zu den Motorklemmen liegenden einstellbaren Widerstand angeschlossen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerwiderstand an einer fremden Stromquelle angeschlossen ist.
6. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regelung der Regulierwicklung mittelbar über einen stromabhängigen Regler erfolgt, der die Erregung einer dieRegulierwicklung speisendenReguliermaschine steuert.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung der lZeguliermaschine durch den Regler im positiven und negativen Sinn geregelt wird. B.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerwiderstand an einer den Antriebsmotor der Reguliermaschine speisenden konstanten Stromquelle angeschlossen ist. cg.
Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerwiderstand an der Klemmenspannung des Hauptmotors angeschlossen ist. io.
Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regelung der Regulierwicklung unmittelbar über eine diese Wicklung speisende Reguliermaschine erfolgt, deren Erregung durch den Strom des Hauptmotors beeinflußt wird. i i.
Anordnung nach Anspruch i o, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliermaschine zwei Erregerwicklungen besitzt, wovon die eine vom Hauptstrom durchflossen ist, während die andere konstant erregt ist, und diese beiden Wicklungen so bemessen und gegeneinandergeschaltet sind, daß bei abnehmendem Motorstrom die Erregung der Reguliermaschine abnimmt und schließlich umkehrt.
12. Anordnung nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß die konstant erregte Wicklung vom gleichen Netz aus gespeist wird, an dem der Hauptmotor angeschlossen ist.
13. Anordnung nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, d'aß die konstant erregte Wicklung an einer konstanten Hilfsspannung angeschlossen ist.
14. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regelung der Regulierwicklung unmittelbar Tiber eine diese Wicklung speisende Reguliermaschine erfolgt, die in Reihe mit einer konstanten Hilfsnetzspannung liegt und mit einer F remderregerwicklung versehen ist, die vom Strom des Hauptmotors erregt wird.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reguliermaschine von einem Hilfsmotor angetrieben wird, der von derselben Hilfsnetzspannung gespeist wird, mit welcher die Reguliermaschine in Reihe geschaltet ist.
16. Anordnung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderlich erregte Erregerwicklung der Reguliermaschine mittels eines Reglers in Abhängigkeit vom Hauptstrom geregelt wird.
17. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung der Reguliermaschine mittels eines Reglers in Abhängigkeit vom Hauptstrom geregelt wird.
18. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierwicklung auf mindestens einem Pol angeordnet ist. i9. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Pol des Motors nur mit einer Regulierwicklung allein versehen ist. 2o. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierwicklung im beliebigenZeitpunkt zti-oder abgeschaltetwerden kann.