DE579890C - Einphasenkollektormotor fuer Netzfrequenzen ueber 25 Hertz - Google Patents

Description

Bei Einphasenvollbahnen konnte bisher die Netzfrequenz nicht über 25 Hz gesteigert werden. Es gibt wohl vereinzelte Ausführungen von Einphasenbahnen bis 5° Hz, diese sind aber Nebenbahnen mit kleinen Motorleistungen. Der Einphasenvollbahnbetrieb mußte sich dagegen bisher mit wesentlich niedrigerer Frequenz (i6²/₃ Hz) begnügen. Eine der Hauptursachen hierfür liegt wohl in den Bedingungen für gute Stromwendung. Die transformatorische Funkenspannung zwischen zwei Kollektorlamellen, die dem Kraftfluß und dessen Frequenz proportional ist, läßt sich mit den heutigen Mitteln nur für jeweils eine einzige bevorzugte Betriebsdrehzahl des Motors kompensieren und kommt mit bis zum Stillstand abnehmender Motordrehzahl zu immer stärkerer Auswirkung. Ein solcher Motor würde also zwar auch bei 50 Hz einem bestimmten Drehzahlbereich entsprechen können, nicht aber für die gleichen Anfahrverhältnisse ausreichen, wie sie bei den heute gebräuchlichen 16²/₃-Hz-Motoren in Frage kommen.

Der zweite Grund gegen die höhere Frequenz liegt in der Forderung nach einem möglichst hohen Leistungsfaktor. Der induktive Spannungsabfall nimmt mit der Netzfrequenz verhältnisgleich zu, ist also bei 50 Hz dreimal so groß wie bei i6²/₃ Hz. Der Leistungsfaktor ist dann entsprechend schlechter.

\^rom Leistungsfaktor und vom induktiven Spannungsabfall hängt die Drehzahlcharakteristik des Motors besonders ab. Je größer der induktive Spannungsabfall ist, bei um so kleinerem Drehmoment wird bei gegebener Spannung für die Drehzahl Null der Kurzschlußpunkt erreicht, und um so· größer sind demnach die Drehzahländerungen bei Lastschwankungen. In der Drehzahl allzu nachgiebige Motoren erfordern für das Einhalten eines erwünschten Beharrungszustandes dauernd Überwachung und Nachsteuerung, was im Vollbahnbetrieb mit stark wechselndem Fahrwiderstand unerfüllbar wäre.

Die Erfindung betrifft nun einen Einphasenkollektormotor für Netzfrequenzen über 25 Hz, insbesondere einen Reihenschlußkollektormotor für 50 Hz, der die erwähnten Forderungen befriedigt. Erfindungsgemäß erhält der Motor die Kombination folgender an sich bekannter Mittel: eine Schleifenwicklung mit vermehrter Lamellenzahl, daneben ausgeprägte Wendepole und ein gegen das Hauptfeld zeitlich phasenverschobenes Wendefeld, wodurch die transformatorische Spannung

*.) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Alfred Grabner in Wien,

zwischen benachbarten Kollektorlamellen gleich oder kleiner als die Stromwendespannung pro Stab für die bevorzugte Betriebsdrehzahl gemacht wird. Die transformatorische Funkenspannung wird also einerseits beschränkt, andererseits wird ein guter Leistungsfaktor und damit eine befriedigende Drehzahlcharakteristik erreicht. Mit den gewöhnlichen Ankerwicklungen, die bei Frequenzen über 25 Hz viel zu hohe transformatorische Funkenspannungen ergeben, läßt sich die Erfindung allerdings nicht verwirklichen. Es gibt aber besondere Wicklungsarten, die nun erfindungsgemäß bei Einphasenkollektormotoren über 25 Hz angewendet werden sollen. Es sind dies die Wicklungen mit vermehrter Lamellenzahl, also solche mit mehr als einer Lamelle je Windung des geschlossenen Wicklungszuges. Hierzu gehören die vom Gleichstrommaschinenbau her bekannten und nur vereinzelt für wendepollose Kollektormotoren zur Behebung anderer Schwierigkeiten benutzten Schleifenwicklungen' mit Zwischenverbindungen zwischen den Spulenköpfen und den in der Zahl vermehrten Kollektorlamellen. Bei diesen Wicklungen umschließt beispielsweise der zwischen zwei benachbarten Kollektorlamellen angeschlossene Teil der Ankerwicklung nur eine halbe PoI-fläche. Zwischen zwei Nachbarlamellen kommt daher nur die halbe transformatorische Windungsspannung des ganzen Polfeldes zur Auswirkung.

In Fig. ι ist eine derartige Wicklung mit vermehrter Lamellenzahl wiedergegeben. Jede zweite Kollektorlamelle ist mittels eines Zwischenverbinders α durch die Ankerbleche hindurch an die Abzweigstellen I, II, III usw. der Spulenköpfe angeschlossen. Die Wicklung hat wegen der unter dem Blechpaket hindurchzuführenden Zwischenverbindungen eine gewisse Verwandtschaft zur Ringwicklung. Um bei 50 Hz einen guten Leistungsfaktor zu erreichen, ist noch ein hoher Ankerstrombelag bei möglichst großer Ankerumfangsgeschwindigkeit notwendig. Es muß also mit der Wicklung eine entsprechend hohe Stromwendespannung im Betriebe erreicht werden können. Die Wicklung kann also für den Erfindungszweck nur mit ausgeprägten Wendepolen und phasenverschobenen Wendefeldern verwendet werden, außerdem müssen sämtliche Bürstenkurzschlußkreise möglichst gleiche Induktivität erhalten. Die Anzahl der Zwischenverbindungen α entspricht der halben Kollektorlamellenzahl. In diesem Falle beteiligt sich jede Kollektorlamelle voll an der Stromwendung, die für jeden Stab gesondert vor sich geht, wodurch sich die Stromwendespannung beträchtlich ermäßigt. Ausgleichsverbindungen A zwischen äquipotentialen Punkten der Wicklung sorgen für gleichmäßige Stromverteilung.

Die Anzahl der Zwischenverbindungen a kann verringert werden, indem auf beiden Seiten des Ankers Ausgleichsverbindungen A nach Fig. 2 angebracht werden. Die Zahl der Zwischenverbindungen α beträgt nunmehr die Zahl der Kollektorlamellen für ein Polpaar.

Diese Wicklungen werden nach der weiteren Erfindung wesentlich verbessert, indem die mit allen Nachteilen der Ringwicklung behafteten, unter dem Ankerblechpaket durchgeführten Zwischenverbindungen beseitigt werden. Erfindungsgemäß erhalten die Hauptpole eisenfreie und damit praktisch feldfreie Zonen, durch die die jeweils kommutierenden Zwischenverbindungen geführt werden. Diese müssen also nicht mehr durch die Ankerbleche durchgeführt werden, sondern können am Ankerumfang, d. i. in der genuteten Zone des Ankers, vorzugsweise in den Wicklungsnuten verlaufen. Fig. 3 zeigt das Wicklungsschema mit den nunmehr unterteilten Polen, Fig. 4 einen Nutenquerschnitt. Die eisenfreien bzw. feldfreien Zonen in den Hauptpolen haben annähernd gleiche Breite, wie die am Ankerumfang gemessenen Wendefelder. Die Zwischenverbindungen werden zweckmäßig nach Fig. 4 unmittelbar an die Nutöffnung gelegt, darunter liegt die als Stabwicklung ausgebildete zweischichtige Arbeitswicklung. Um die geringstmögliche Leiterzahl zu erreichen, enthält jede Ankernut höchstens drei Leiter: zwei Wicklungsstäbesundi und eine Zwischenverbindung a. Damit die eisenfreien Zonen auch wirklich feldfrei bleiben, werden ferner die Erregerwicklungen der Teilpole voneinander gesondert; die Tr<ennungszonen sind also von keinen Erregerwicklungen umschlungen.

Die Spaltung der Pole kann noch weiter getrieben werden. Die Pole zerfallen dann nicht nur in je zwei, sondern in mehr Teilpole. Gegenüber einer gewöhnlichen Schleifenwicklung erhält der Kollektor soviel mal mehr Lamellen, als Unterteilungen des Hauptpoles vorgenommen wurden. Die transformatorische Funkenspannung zwischen benachbarten Lamellen ermäßigt sich im gleichen Verhältnis wie der Kraftfluß des Teilpoles.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Einphasenkollektormotor für Netzfrequenzen über 25 Hz, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit ausgeprägten Wendepolen und einem gegen das Hauptfeld zeitlich verschobenen Wendefeld und ferner in an sich bekannter Weise mit einer als Schleifenwicklung ausgebildeten Ankerwicklung mit einer Lamellen-

   zahl, die im wesentlichen einem ganzen Vielfachen der bei einer normalen Schleifenwicklung gebräuchlichen Lamellenzahl entspricht, ausgerüstet ist.
2. 2. Einphasenkollektormotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung in an sich bekannter Weise als Schleifenwicklung mit Zwischenverbindungen (<z) zwischen den Spulenköpfen

   ίο und den zusätzlichen Kollek'torlamellen 'ausgeführt ist, bei der zwischen je zwei benachbarten Kollektorlamellen nur ein Teil der Windungsspannung des ganzen Polfeldes transformatorisch übertragen wird.
3. 3. Einphasenkollektormotor nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerhauptpole, z. B. in den Polmitten, eisenfreie (feldfreie) Zonen enthalten und daß die Zwischenverbindungen (α) am Ankerumfang vorzugsweise durch Wicklungsnuten verlaufen.
4. 4. Einphasenkollektormotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eisenfreien Zonen annähernd gleiche Breite wie die am Ankerumfang gemessenen Wendefelder haben.
5. 5. Einphasenkollektormotor nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole mehrfach durch eisenfreie Zonen unterteilt sind, unter denen kommutierende Zwischenverbindungen verlaufen.
6. 6. Einphasenkollektormotor nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Zwischenverbindungen an der Nutöffnung der Wicklungsnuten liegen.
7. 7. Einphasenkollektormotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ankernut höchstens drei Leiter enthält, und zwar zwei Wicklungsstäbe und eine Zwischenverbindung.
8. 8. Einphasenkollektormotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die eisenfreien Zonen getrennten Teilpole gesonderte Erregerwicklungen besitzen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen