DE664178C - Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von Kommutatormaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kommutatormaschinen und ist darauf gerichtet, die Kommutierungsverhältnisse bei diesen Maschinen zu verbessern und zu diesem Zwecke insbesondere die nachteilige Wirkung der Streuflüsse kommutierender Spulen zu beheben. Insonderheit erstreckt sich die Erfindung darauf, hierdurch den Bau von Bahnmotoren für Wechselstrom, vorzugsweise von Industriefrequenz, vorteilhaft zu gestalten.

Die kommutierenden Spulen von Kommutatormaschinen sind mit Streuflüssen verkettet, die bei der Stromwendung die sog. Reaktanzspannung zur Folge haben und dadurch eine Ursache für Bürstenfeuer bilden. Die Streuflüsse werden besonders groß, wenn das Ständereisen aus lameliiertem Eisen besteht. In diesem Falle machen sich insbesondere auch Streuflüsse stark geltend, die sich über den Wendepol schließen.

Zur Verbesserung der Kommutierung und insbesondere der Bekämpfung des Bürstenfeuers werden nun nach der Erfindung Kondensatoren (Schaltkondensatoren) verwendet, und zwar in der Weise, daß Wicklungen, die zur Verkettung von Streuflüssen kommutierender Spulen mit den Kondensatoren dienen, durch Nuten o. dgl. hindurchgeführt sind, durch welche die bzw. jeder der Wendepole in zwei oder mehr Zähne bzw. Teilpole aufgespalten sind.

Die Erfindung ermöglicht es dadurch, mit den Kondensatoren auch den Streufluß einer kommutierenden Spule zu erfassen, der sich über den Wendepol schließt, also in den Wendepol eintritt und wieder aus dem Wendepol austritt. Die Kondensatorkreise werden erfindungsgemäß so ausgelegt, daß die-,Kondensatoren als Schaltkondensatoren wirken und die magnetische Energie des sich über den Wendepol schließenden Streufluss-es wesentlich aufnehmen können. Auf diese Weise werden die Bürsten entlastet, und die Kommutierung wird zweckmäßig verbessert und insbesondere ein praktisch funkenfreier Lauf der Maschine erzielt. Die Wicklungen (Kondensatorwicklungen), die zur Verkettung der sich über die über Wendepole schließenden Streuflüsse mit Kondensatoren dienen, können erfindungsgemäß so gewählt werden, daß sie nur die sich über Wendepole schließenden Streuflüsse erfassen, oder aber in vielen Fällen vorteilhaft so, daß sie außerdem noch mit sich über Hauptpole schließenden Streuflüssen verkettet sind. Die angegebenen Kondensatorwicklungen können erfindungsgemäß auch in Verbindung mit Kondensatorwicklungen, die (nur) mit Hauptpolen verkettet sind, verwendet und gegebenenfalls mit diesen zusammengeschaltet werden.

Es ist bereits bekanntgeworden, den Wendepol in mehrere Zähne aufzuspalten und jeden Zahn mit einer besonderen Wicklung zu versehen. Bei diesen bekannten Anordnungen handelt es sich jedoch darum, auf

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Paul Rauhut in Berlin-Karlshorst.

diese Weise eine ganz bestimmte Verteilung des von dem Wendepol erzeugten Flusses zu erzielen.

Ferner sind Maschinen bekanntgeworden,^ bei denen ein Kondensatorkreis vorgesehen^.' ist, um die sog. Lamellenoberwellen zjpi. unterdrücken oder Feldpulsationen in defl' Wendepolen abzudämpfen. Bei diesen bekannten Anordnungen ist die Einrichtung so ίο getroffen, daß entweder der Kondensatorkreis an die Erregerwicklung der Maschine angekoppelt ist oder der Kondensatorkreis mit dem Feld des Wendepoles derart gekoppelt ist, daß die Wicklung, an die der Kondensator angeschlossen ist, den gesamten Wendepol oder den. Hauptpol umschlingt bzw. mit dem HauptfLuß des Wendepoles gekoppelt ist.

Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich demgegenüber darum, einen Kondensatorkreis zur Erleichterung der Kommutierung zu verwenden, und zwar in der Weise, daß die zur Ankopplung des Kondensators dienenden Wicklungen durch Nuten oder zwischen Zähnen des Wendepoles hindurchgeführt sind. Hierdurch wird im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen erreicht, daß der vom Anker zu einem Wendepol übergehende Streufluß 3 (Abb. i) mit dem Kondensator verkettet ist und dadurch der nachteilige Einfluß des genannten Streuflusses auf die Kommutierung herabgemindert bzw. praktisch unterdrückt ist.

Der Verlauf der Streuflüsse von kommutierenden Stäben ist in Abb. 1 schematisch angedeutet. Mit ι sind die kommutierenden Stäbe bezeichnet, mit 2, 3> 4 Streuflüsse. Es sind folgende Wege für die Streuflüsse möglich:

Mit 2 ist ein Streufluß angedeutet, welcher sich um den kommutierenden Stab im Läufer selbst schließt und allgemein als Nutenstreufluß bezeichnet wird. Nicht gezeichnet ist der Stirnkopfstreufluß. Besteht der Wendepol oder wenigstens der Wendepolschuh aus lamelliertem Eisen, so kann ein Streufluß 3 entstehen, der sich über den Wendepol schließt. Ist das ganze Ständereisen geblättert, so ist noch ein Streufluß 4 möglich, welcher seinen Weg über die Hauptpole und das Ständerjoch nimmt. Bei massiven Wendepol schuhen bzw. massiven Wendepolen und bei massivem Ständereisen sind die Streuflüsse 3 und 4 in ihrer Ausbildung gehindert.

Die Erfindung bietet nun eine Möglichkeit, die Streufiüsse 3 und 4 mit Schaltkondensatoren zu erfassen. Aus vorstehendem geht hervor, daß die erfindungsgemäße Anordnung sich in erster Linie auf Wechselstromkommutatormaschinen bezieht, bei denen ja das Ständereisen vollständig geblecht wird; aber auch bei Gleichstrommaschinen und Einankerumformern hat die Erfindung fefedeutung, wenn die Wendegolschuhe bzw. W-endepoIe oder das ganze Ständereisen 'flarnelliert werden. Die Verbesserung der kommutierung durch Kondensatorkreise erstreckt sich nicht nur auf die Stromwendespaixniung, sondern sie kommt auch bei Unterdrückung der Transformatorspannung bei Wechselstrommaschinen zur Geltung, da ja auch hier durch das Streufeld der Komponente des durch die Transformatorspannung verursachten Bürstenkurzschlußstromes eine Verkettung mit Schaltkondensatoren erfolgt.

Die Unterbringung der Kondensatorwicklungen erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Wendepole durch Nuten o. dgl. in zwei oder mehr Zähne gespalten werden. Die Nuten dienen einerseits zum Aufnehmen von Wicklungen, andererseits ermöglichen sie die Spaltung des über den Wendepol sich schließenden Streuflusses 3 in zwei Teile, nämlich den eintretenden und den austretenden Streufluß. Man kann dann den Streufluß leichter mit Wicklungen verketten. Die Wendepolnuten kann man zur besseren Führung des Streufeldes mit Kupfer- oder Aluminiumblechen o. dgl. auskleiden. Die Bleche dämpfen den Kraftlinienübertritt quer zu den Wendepolnuten; sie verdrängen gewissermaßen den Streufluß aus der Nut und zwingen ihn, seinen Weg um die Nut herum zu nehmen.

Die Verkettung der Kondensatorwicklung mit Streuflüssen auf den Wendepolen kann nach der Erfindung durch Spulen im Wendepol selbst, durch von den Wendepolnuten über das Ständerjoch oder über den Anker geführte Spulen oder in beliebiger Kombination solcher Anordnungen durchgeführt werden, wobei die Verkettung 1 an einer oder mehreren Stellen vorgenommen werden kann.

Erfindungsgemäß kann man derartige Kondensatorwicklungen auf den Wendepolen auch mit Streuflüssen verketten, die sich über Hauptpole schließen, wofür an sieh, wie oben erwähnt, derartige Kondensatorwicklungen bekannt sind. Man kann diese Verkettung im Hauptpol selbst, im Ständerjoch oder über den Anker oder in beliebiger Kombination solcher Anordnungen durchführen. Hierbei kann man die Wicklungen, die mit dem über den Wendepol sich schließenden Streufluß verkettet sind, und die Wicklungen, die mit dem über Hauptpole sich schließenden Streufluß verkettet sind, zu Wicklungen, die beide Streuflüsse gemeinsam umschlingen, zusammenfassen. Man kann die beiden

Streuflüsse auch einzeln mit getrennten Wicklungen verketten.

Es bestehen sehr verschiedene Möglichkeiten, Wicklungen anzuordnen, die mit solchen Streuflüssen verkettet sind. Die Schaltung der Wicklungen untereinander kann man beliebig vornehmen; man wird aber im allgemeinen solche Schaltungen .bevorzugen, die eine möglichst hohe Spannung

ίο am Kondensator ergeben, da dies für die Größe und den Preis desselben im allgemeinen wohl am günstigten ist. In den meisten Fällen dürfte deshalb die Reihenschaltung zur Anwendung kommen.
Für die Rückleitungen der Wicklungen bestehen erfindungsgemäß verschiedene Möglichkeiten. Sie können über Nuten in den Wendepolen oder durch die Hauptpole bzw. durch Nuten in denselben oder durch die Erregernuten oder um die Außenseite des Ständerblechpakets herum erfolgen. In manchen Fällen, insbesondere bei Bahnmotoren, wird die Rückleitung zweckmäßig so vorgesehen, daß die Maschinen ein mögliehst kleines Volumen erhalten. Es empfiehlt sich in solchen Fällen, die Rückleitungen durch die Ankerbohrung hindurch zu verlegen. Man kann auch die Welle selbst als Rückleitung benutzen, indem man an beiden Enden Bürsten auf dieselbe oder auf den Läuferkörper o. dgl. aufsetzt oder die Bürsten auf an beiden Enden der Welle angebrachten Schleifringen schleifen läßt. Anstatt der Welle kann man Leiter benutzen, die durch das Ankerloch geführt sind und an beiden Enden an Schleifringe angeschlossen sind. Schließlich kann man noch die Welle als Hohlwelle ausbilden und durch dieselbe die Rückleitungen in beliebiger Windungszahl ruhend durchführen. Vorteilhaft wird man dann die Welle aus unmagnetischem Metall herstellen.

Zur Erhöhung oder Regelung der Wirkung der Kondensatoren kann man in für den Anschluß von Kondensatoren bekannter Weise einen gegebenenfalls regelbaren Zwischentransformator vorschalten. Man kann diesen z. B. als Schubtransformator oder als Drehregler oder als Stufentransformator

o. dgl. zur Regelung der wirksamen Kapazität ausbilden.

Nach der Erfindung kann weiterhin zum Kondensator ein Parallelwiderstand von vorzugsweise Ohmschem Charakter vorgesehen werden. Dieser kann mit Vorteil zur Aufnahme der Schaltenergie der Bürsten herangezogen werden. Ferner kann auch eine gegebenenfalls regelbare Einschaltimpedanz angeordnet werden, die man vorteilhaft zur Regelung der wirksamen Kapazität verwenden kann. Die Regelung derselben kann

z. B. bei Änderungen der Netzfrequenz oder des Flusses oder der Drehzahl der Maschine notwendig sein und kann in gegebenenfalls selbsttätiger Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Maschinen vorgenommen werden.

Die Kondensatorkreise können auch zur Phasenkompensation herangezogen werden.

Eine weitere Verbesserungsmöglichkeit für die Kommutierung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Sättigung im Anker- bzw. Ständerjoch hoch gewählt wird (z. B. größer als 13000 bis 14000 Gauß). Auf diese Weise kann bei hoher Sättigung des Ankerjoches für die Streuflüsse 2, 3, 4 der Abb. 1 der magnetische Widerstand vergrößert werden. Ebenso erreicht man durch Erhöhung der Sättigung im Ständerjoch eine Vergrößerung des magnetischen Widerstandes der Streuflüsse3 und 4.

Mit besonderem Vorteil ist der Erfindungsgegenstand auch anwendbar bei Wechselstromkollektormaschinen, bei denen zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen der von einem durch eine Bürste kurzgeschlossenen Stromweg umschlungene Hauptfluß abgedrängt wird auf einen von keinem kurzgeschlossenen Stromweg umschlungenen Hauptflußweg. go

Ein besonders geeignetes Anwendungsgebiet für die Erfindung ist der Bau von Bahnmotoren für Industriefrequenz (in Deutschland 50 Hz, in LTSA 60 Hz).

Die Abb. 2 bis 12 stellen Ausführung«- formen des Erfindungsgegenstandes dar. Abb. 2 zeigt die Umschlingung zweier Wendepolhälften. Abb. 3 zeigt die Umschlingung des Ständerjoches radial zum Wendepol. Abb. 4 zeigt die Umschlingung eines Teiles des Wendepoles. Abb. S zeigt die Umschlingung des Ankereisens, wobei Rückleitungen durch die Bohrung der Welle oder über an Schleifringen angeschlossene, durch das Ankerloch gelegte Stäbe vorgenommen werden können. Abb. 6 zeigt die gemeinsame Umschlingung einer Wendepol- und einer Hauptpolhälfte. Abb. 7 zeigt die gemeinsame Umschlingung eines Hauptpoles und zweier benachbarter Wendepolhälften. Abb. 8 zeigt die gemeinsame Umschlingung eines Hauptpoles und einer Wendepolhälfte. Abb. 9 zeigt die Umschließung des den Hauptpol durchsetzenden Streuflusses. Abb. 10 zeigt die gemeinsame Umschlingung eines Hauptpoles und von je zwei angrenzenden Dritteilen von Wendepolen. Abb. 11 zeigt die gemeinsame Umschlingung eines Hauptpoles und von je zwei angrenzenden Dritteilen von Wendepolen. Abb. 12 zeigt die getrennte Umschlingung von Wendepoldritt eilen.

Die dargestellten Wicklungen kann man in beliebiger Weise kombinieren, also verschiedene derartige Wicklungen zusammenschalten. Man kann statt einer Reihenschaltung auch eine Reihenparallelschaltung oder eine Parallelschaltung vornehmen. Man kann die Wendepole auch in andersartiger Weise unterteilen.
Die Beispiele sollen die Möglichkeit der

ίο Verkettung mit Streuflüssen keinesfalls erschöpfend darstellen. Sie lassen sich noch durch ähnliche Anordnungen erweitern. Wesentlich ist, die Kondensatorkreise und die Kapazitäten so anzuordnen, daß sie besonders geeignet sind, die durch den Streunuß in den Wendepol übertretende Schaltenergie unter den Bürsten aufzufangen und, ohne dadurch wiederum schädliche Funkenbildung zu verursachen, weiterzuleiten.

Unter Schaltkondensatoren sind nach der Erfindung insbesondere Kondensatoren zu verstehen, die so bemessen sind, daß sie zur Funkenlöschung dienen.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von Kommutatormaschinen mit lameliiertem Ständereisen und auf den Wendepolen aufgebrachten, an Kondensatoren angeschlossenen zusätzlichen Wicklungen, insbesondere für Wechselstrombiahnmotoren, vorzugsweise von Industriefrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungen, die zur Verkettung von Streuflüssen kommutierender Spulen mit Kondensatoren (Schaltkondensatoren) dienen, durch Nuten o. dgl. hindurchgeführt sind, durch welche die bzw. jeder der Wendepole in zwei oder mehr Zähne bzw. Teilpole aufgespalten sind.

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorwicklungen außer mit dem über den Wendepol sich schließenden Streufluß auch noch mit dem über Hauptpole sich schließenden Streufluß verkettet sind, wobei die Wicklungen, die mit dem über den Wendepol sich schließenden Streufluß verkettet sind, und die Wicklungen, die mit dem über den Hauptpol sich schließenden Streufluß verkettet sind, zu Wicklungen^ die beide Streuflüsse gemeinsam umschlingen, zusammengefaßt sein können oder auch aus Wicklungen bestehen körinen, die die beiden Streuflüsse einzeln umschlingen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorwicklungen Rückleitungen durch den Hauptpol bzw. Nuten in demselben erhalten.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorwicklungen Rückleitungen durch das Ankerloch (Abb. 5), insbesondere ruhende Rückleitungen durch eine vorzugsweise aus unmagnetischem Metall bestehende Hohlwelle, besitzen (Abb. 5).

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorwicklungen Rückleitungen auf der Außenseite des Ständerblechpakets erhalten (Abb. 3).

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorwicklungen Rückleitungen durch die Erregernut erhalten (Abb. 2).

7. Kondensatorkreise nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit vorgfeschaltetem, gegebenenfalls regelbarem Zwischentransformator.

8. Kondensatorkreise nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit gegebenenfalls regelbarem Widerstand von vorzugsweise Ohmschem Charakter parallel zum Kondensator.

9. Kondensatorkreise nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit gegebenenfalls regelbarer Vorschaltimpedanz vor dem Kondensator.

10. Kondensatorkreise nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität auch zur Phasenkompensation der Maschine herangezogen wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verringern des Streuflusses der kommutierenden Spule die Sättigung im Anker j och groß gewählt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verringern des Streuflusses der kommutierenden Spule die Sättigung im Ständerjoch groß gewählt ist.

13. Anordnung nach Anspruch 1 oder ,einem der folgenden, verwendet für Maschinen, die nach dem Prinzip der Flußabdrängung arbeiten, vorzugsweise für solche nach dem Prinzip der Flußabdrängung im Ankereisen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen