-
Anordnung zur Verbesserung der Kommutierung von Gleich-. und Wechselstromkommutatormaschinen
Um die Stromwendespannung sowohl von Wechsel- als auch Gleichstromkommutatormaschinen
in unschädlichen Grenzen zu halten, wurde vorgeschlagen, eine zur Hauptwicklung
parallel geschaltete Hilfswicklung als Dämpfungseinirichtung anzuordnen, die an
die gleichen Kollektorsegmente wie die Hauptwicklung angeschlossen wird und derart
in den Nuten angeordnet ist, daß der Grad der magnetischen Verkettung der Wicklungsteile
derart wechselt, daß nicht oder nur lose miteinander verkettete, in verschiedenen
Nuten liegende, also aufeinander nicht dämp= fend wirkende Wicklungsteile der Hauptwicklung
mit eng verketteten, in den gleichen Nuten liegenden, also aufeinander stark dämpfend
wirkenden Teilen der Hilfswicklung parallel geschaltet sind, und umgekehrt. Dadurch
wird erreicht, daß nicht nur in den infolge ihrer von vornherein günstigen .Verkettung
aufeinander dämpfend wirkenden Teilen der Hauptwicklung einte entsprechende Unterdrückung
der Stromwendespännung erhalten wird, sondern auch in den Teilen der Hauptwicklung,
die wegen ihrer Lage in verschiedenen Nuten selbst nicht ohne weiteres
aufeinander
in der erforderlichen Weise dämpfend wirken können.
-
Es wurde auch schon vorgeschlagen, Teile der Hauptwicklung selbst
als Dämpfungseinrichtungen zu verwenden, indem jedes Wicklungselement, das als letztes
einer Nut aus dem Kurzschluß austritt, über die folgenden noch im Kurzschluß befindlichen
Wicklungselemente mit gedämpften Wicklungsteilen der Hauptwicklung magnetisch verkettet
oder elektrisch parallel geschaltet ist, die sich entweder selbst im Kurzschluß
befinden oder durch benachbarte, im Bürstenkurzschluß befindliche Spulen vollständig
gedämpft sind. Der Dämpfungskreis ist bei dieser Anordnung ein ziemlich weltgezogener,
die Dämpfung daher dementsprechend nur eine beschränkte.
-
Die Erfindung verwendet gleichfalls Teile der Hauptwicklung selbst
zur Dämpfung, unterscheidet sich jedoch in ihrer Wirkung von der erwähnten bekannten
Anordnung wesentlich dadurch, daß eine weit stärkere Dämpfung erreichbar ist. Nach
der Erfindung ist jedes zwischen zwei Kommutatorsegmenten liegende ungedämpfte Element
der Ankerwicklung über Ausgleichverbinder mit einem im Abstand von annähernd 36o
elektrischen Graden oder einem Vielfachen davon liegenden gedämpften Wicklungselement
der Hauptwicklung unmittelbar verbunden. Eine allgemein anwendbare und einfache
Anordnung gemäß der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die je auf einen magnetischen
Kreis (doppelte Polteilung) entfallende Nutenzahl eine gebrochene Zahl (unechter
Bruch) ist und die dadurch in; ungleiche Nutenlage zueinander kommenden äquipotentialen
Ankerwindungen verschiedener magnetischer Kreise je durch Ausgleichv erbindungen
einander parallel geschaltet sind.
-
In Fig. i der Zeichnung ist eine derartige Ausführungsform der Erfindung
an Hand einer vierpoligere Maschine mit eingängiger Schleifenwicklung erläutert.
a bedeutet die Ankerwicklung, von der nur ein Teil der Windungen gezeichnet ist,
b sind die Kollektorlamellen, c die- Bürsten der Maschine. Die Nutenaufteilung der
Maschine ist mit d in der Mitte der Ankerstäbe angedeutet. die einzelnen ,Tuten
sind mit den Ziffern i bis 21 bezeichnet. Auf jedes Polpaar der Maschine entfällt
eine Nutenzahl von 10,5, also eine gebrochene Zahl. Dadurch wird zwangläufig erreicht,
daß an äquipotentialen, also im Abstand von zwei Polteilungen angeordneten Kollektorlamellen
angeschlossene Windungen ungleiche Nutenlage haben. Während z. B. die zwischen den
Lamellen 1,:2 und 2, 3 angeschlossenen Windungen also in derselben .Nut, nämlich
in der Nut i, liegen, liegen die dazu äquipotentialen Windungen zwischen den Lamellen
22, 23 und 23,24 in verschiedenen Nuten, nämlich in den Nuten i i und 12. Je äquipotential
gelegene Kollektorlamellen sind durch Parallelschaltverbindungen c miteinander verbunden.
-
Bewegen sich die Bürsten c im Verhältnis zum Kollektor z. B. nach
rechts, so werden die Windungen zwischen den Kollektor-Lamellen 1, 2 bzw. 22, 23
abgeschaltet. Die Windung 1, 2 ist durch die folgende. in der gleichen -Nut i befindliche
Windung 2, 3 voll vornherein gedämpft, nicht aber die 1%'indung 22, 23. In dieser
würde die volle Öffnungsspannung beim Abschalten auftreten. wenn die zusätzliche
Dämpfung nach der Erfindung nicht vorgesehen wäre.
-
Da nach der Erfindung je eine gedämpfte Windung mit einer ungedämpften
Windung gleichen Potentials parallel geschaltet ist, kann sich die magnetische Energie,
die beim Abschalten der an sich ungedämpften Windung 22, 23 frei wird, über die
Parallelschaltverbindungen auf die gedämpfte Windung 1, 2 und von dort auf die Nachbarwindung
2. 3 entladen. Ein Teil der Abschaltenergie der Windung 22, 23 wird ferner zugleich
auch auf die Windung 21, 22 und von dieser auf die Windung 4.2, i übertragen und
weiter auf die Windung .41, .a.-2 usw. Die ablaufende Bürstenkante hat somit also
in jedem Fall, ob es sich nun um die Abschaltung einer schon an sich durch ihre
Nutenlagegedämpften Windung handelt oder nicht, nur einen Bruchteil jener Energie
zu bewältigen, die bei nicht gedämpfter Windung auftritt.
-
Die Parallelschaltverbindungen e nach der Erfindung unterscheiden
sich von gewöhnlichen Ausgleichverbindungen dadurch, daß sie wesentlichen Anteil
an der Stromwendung nehmen, während die üblichen Ausgleichverbinder in der bekannten
Verwendung im allgemeinen nur dazu dienen, etwaige L"nsvmmetrien der Spannung auszugleichen
und y somit theoretisch stromfrei sind. Es ist daher wesentlich, daß die Parallelschaltverbinder
gemäß Erfindung an der Kollektorseite an die Wicklung angeschlossen sind. Sie müssen
ferner so verlegt werden, daß die zu benachbarten Lamellen führenden Parallelverbindungen
möglichst bifilar verlaufen. um die zusätzliche Induktion durch die Ausgleichströme
gering zu halten.
-
Wegen der gebrochenen Nutenzahl liegen die parallel verbundenen Windungen,
die verschiedenen magnetischen Kreisen angehören, nicht vollkommen gleichphasig
bezüglich des Hauptfeldes. Die Parallelschaltverbindungen werden daher normalerweise
Strom führen. Durch Wahl entsprechend kleiner Hutteilung können die Potentialunterschiede
zwischen
den Windungen jedoch gering gehalten werden. Erforderlichenfalls
können die Parallelschaltverbinder aus Stoff mit höherem elektrischem Widerstand
hergestellt werden, der so zu wählen ist, daß die dauernd fließenden Ausgleichströme
nicht zu groß werden, die Dämpfungswirkung aber erhalten bleibt.
-
Bei Maschinen mit fünf magnetischen Kreissen (fünf Polpaare, p = 5)
führt die Forderung einer gebrochenen Nutenzahl, aber einer ganzen Lamellenzahl
je Polpaar, auf Nuten mit 2 X 5 Leitern bzw. fünf Lamellen je Nut. Dies würde eine
verhältnismäßig grobe Nutung und starke Unterschiede in der Phasenlage parallel
geschalteter Windungen bedingen. In solchen Fällen können vorteilhaft im Sinn der
Erfindung immer abwechselnd Nuten mit je 2 X 3 und je 2 X:2 Leitern vorgesehen werden,
so daß also Nuten verschiedener Breite längs des Ankerumfangs aufeinanderfolgen.
Ähnliches gilt sinngemäß für Maschinen mit beispielsweise sieben Polpaaren und allgemein
für alle Maschinen, deren Polpaarzahl eine Primzahl größer als Drei ist.
-
Die Erfindung ist auch auf Maschinen mit mehrgängigen Schleifenwicklungen
anwendbar, insbesondere auch auf mehrgängige Schleifenwicklungen mit Zwischenverbindungen.
Fig. 2 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine zweigängige Wicklung
mit Zwischenverbindern. Diese Anordnung hat 11,5 Nuten zu je 2X2 Leitern und 23
Kollektorlamellen j e Polpaar. Durch die Zwischenverbinder wird jede Windung der
Ankerwicklung in zwei Halbwindungen unterteilt, die Wirkungsweisse der Anordnung
ist aber grundsätzlich die gleiche wie bei eingängigen Schleifenwicklungen. Bewegen
sich z. B. die Bürsten aus der gezeichneten Stellung im Verhältnis zu den Kollektorlamellen
nach rechts, so wird der Leiter 3, 3' und der Leiter 26, 26' abgeschaltet. Dieser
ist ungedämpft, sein Streufeld kann sich aber über die Lamellen 26, 27 und 3, q.
auf den gedämpften Leiter 3, 3' entladen, so daß auch hier die Öffnungsspannung
beim Abschalten der einzelnen Teilwinr dungen entsprechend herabgesetzt wird. Die
Verteilung der Streufeldenergie beim Kommutierungsvorgang erfolgt auch hier grundsätzlich
in gleicher Weise wie bei den eingängigen Wicklungen vom kommutierenden Leiter ausgehend
nach beiden Richtungen.
-
Bei Betrachtung der Potentialverteilung ergibt sich, daß die Zwischenverbinder
nicht durchweg unter gleichartigen Verhältnissen stehen. Während jede erste; dritte,
fünfte usw. Verbindung genau potentialgleiche Punkte miteinander verbindet, trifft
dies für die dazwischenliegenden Verbindungen nicht zu. Es kann infolgedessen auch
hier notwendig werden, die letztgenannten Verbindungen aus Stoff höheren elektrischen
Widerstandes herzustellen. Für die Parallelschaltverbindungen zwischen den Lamellen
gilt auch hier das bei der eingängigen Wicklung Gesagte. Da übrigens praktisch meistens
die Nutenzahl wesentlich größer gewählt wird als in den gezeichneten Beispielen,
ergeben sich in der Regel nur geringe Potentialunterschiede zwischen den parallelgeschalteten
Windungen oder Leitern.
-
Je mehr Leiter in einer Nut angeordnet sind, desto größer ist die
gegenseitige Dämpfung. Dagegen ist die Potentialverteilung etwas ungünstiger. In
diesem Fall können erforderlichenfalls jene Zwischenverbinder weggelassen werden,
die die größten Potentialunterschiede kurzschließen,, ohne daß die innere Dämpfung
der Wicklung dadurch wesentlich beeinträchtigt wird. Es wird dann fallweise bei
der Kommutierung eine ganze Windung abgeschaltet, zu der jedoch ebenfalls immer
eine andere ganze Windung parallel geschaltet ist, so daß der Ausgleich der Streufelder
auch hier gewährleistet wird.