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In vorzugsweise nur einer Drehrichtung betriebene
Gleichstrommaschine
Die Erfindung betrifft eine in vorzugsweise nur einer Drehrichtung betriebene Gleichstrommaschine, die Haupt-und Wendepole aufweist und zusätzliche Windungen auf diesen Haupt-und Wendepolen zwecks
Unterdrückung der transformatorischen EMK.
Bei Gleichstrommaschinen, die vorwiegend in einer Drehrichtung oder nur in einer Drehrichtung lau- fen und ausserdem, z. B. durch Schaltvorgänge, raschen Änderungen des Hauptfeldes unterworfen sind, entsteht in den während der Kommutation kurzgeschlossenen Ankerwindungen eine sogenannte transformatorische EMK, welche Bürstenfeuer verursacht.
Aus der brit. Patentschrift Nr. 647, 825 und der USA-Patentschrift Nr. 1, 447, 163 sind Gleichstrommaschinen bekanntgeworden, wobei man durch Anordnung von zwei zusätzlichen Wicklungen auf den Hauptpolen und auf den Wendepolen und durch zweckmässige Reihenschaltung dieser Wicklungen ein zusätzliches Wendefeld erzeugt, mittels dessen die transformatische EMK durch eine Rotations-EMK aufgehoben wird.
Die Erfindung bezweckt eine Vereinfachung der bekannten Anordnungen dadurch, dass die zusätzlichen Windungen jeweils einen Hauptpol sowie den in der bevorzugten Drehrichtung folgenden Wendepol gemeinsam umfassen und in sich geschlosen sind. Eine solche Anordnung ermöglicht eine einfache Herstellung und erfordert wenig Material, da der Querschnitt und die Länge der Windung klein sind. Weiter sind keine Verbindungen nötig, da diese in der Kurzschlusswindung enthalten sind. Schliesslich ist auch der Platzbedarf gering.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
Fig. 1 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemässen Maschine, Fig. 2 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise und in Fig. 3 wird eine Abwicklung der Haupt-und Wendepole schematisch wiedergegeben.
Fig. 1 zeigt die wesentlichsten Teile eines zweipoligen Gleichstrommotors. Hiebei sind mit N, S der Nord- und Südhauptpol, mit N, S der Nord- und SUdwendepol bezeichnet. 1 ist das Ständerjoch, 2 der Anker, dessen Drehrichtung der Pfeil n angibt. Eine gerade in der Kommutation befind- liche, d. h. durch nicht dargestellte Bürsten kurzgeschlossene Spule hat das Bezugszeichen 3. Die Ankerstromrichtung wird durch Kreuze und Punkte gekennzeichnet. Ein Kreuz bedeutet hiebei einen in die Zeichenebene eintretenden, ein Punkt einen hieraus austretenden Strom. Die Wendepole haben bekanntlich unter anderem die Aufgabe, das Ankerquerfeld A aufzuheben. Daher folgt beim Motor in Drehrichtung auf einen Hauptpol gegebener Polarität ein Wendepol mit gleicher Polarität.
Die in sich kurzgeschlossenen Statorzusatzwindungen 4 umschliessen jeweils einen Hauptpol und den in Drehrichtung folgenden Wendepol. 4'sind die Stirnverbindungen der Zusatzwindungen. Um eine übersichtliche Darstellung zu ermöglichen, wurden die Hauptpol- und Wendepolwicklungen, der Kollektor usw. in Fig. 1 nicht eingezeichnet.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise dient Fig. 2. Gleiche Teile weisen dort dieselben Bezugszeichen auf wie in Fig. 1. Elemente, welche zum Verständnis der Funktion nicht unmittelbar erforderlich sind,
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wurden fortgelassen. Es sei nun angenommen, dass der Fluss 1 des Polpaares Nul, sil plötzlich ab- nehme. Dann entsteht in den kurzgeschlossenen Zusatzwindungen 4 eine EMK bzw. ein Strom mit der eingezeichnetenRichtung, da eine kurzgeschlossenespule stets den mit ihr verketteten magnetischen Fluss konstant zuhalten sucht. Dasselbe gilt auch für die kommutierende Windung 3, deren durch die Ände- rung von < . verursachte transformatorische EMK mit ET bezeichnet ist.
Die Zusatzwindungen 4 erzeugen im Wendepolkreis N2, S2 einen Zusatzfluss fi, welche in der Spule 3 eine EMK der
Rotation EZ zur Folge hat, die ET entgegengerichtet ist. Analoge Zusammenhänge gelten auch für einen Gleichstromgenerator bzw. bei einer plötzlichen Zunahme des magnetischen Flusses #1.
Der Erfindungsgegenstand ermöglicht eine weitgehende Unempfindlichkeit der Kommutation gegen- über Schaltvorgängen, bei welchen der Erregerstrom ein-oder ausgeschaltet wird. Dies erfolgt beispiels- weise dann, wennschutzschalter ansprechen oderFahrzeugstromabnehmer abspringen. Ferner bewährt sich die Anordnung auch bei periodischen Flussänderungen, wie sie in Maschinen auftreten, die aus einem
Wechselstromnetz über Gleichrichter gespeist werden.
Im letzteren Fall entsteht eine dauernde Wärmeentwicklung in den Zusatzwindungen 4, was unter
Umständen unerwünscht sein kann. Es ist dann zweckmässig, zumindest einen Teil der Zusatzwindungen in Reihe zu schalten und über einen ausserhalb der Maschine befindlichen Widerstand zu schliessen. Fig. 3 zeigt eine solche Anordnung. Sie gibt die Abwicklung einer vierpoligen Maschine wieder, wobei die Hauptpole wieder durch den Index 1, die Wendepole durch den Index 2 gekennzeichnet sind. Die in Reihe liegenden Zusatzwindungen 4, deren Anzahl gleich der Polzahl ist, schliessen sich über den
Widerstand 5.
Die EMK EZ (Fig. 2) kann die EMK ET nur bei einer ganz bestimmten Drehzahl vollständig kompensieren. Läuft die Maschine mit annähernd konstanter Geschwindigkeit, so ist die Zusatzwindung hiefür zu dimensionieren. Liegt hingegen ein grosser Drehzahlbereich vor, so ist dem Entwurf eine mittlere Drehzahl zugrunde zu legen. Vorzugsweise soll der Widerstand R4 der Zusatzwindung 4 zumin- dest annähernd der Beziehung R4 = 0,8# #2 # (1/#W) # D # n # 10-8(#) genügen, wobei 1 (cm) die Ankerlänge, 6w (cm) den Wendepolluftspalt, D (cm) den Ankerdurchmesser und n (sec-1) die Dreh- zahl bedeuten. Damit dieser Widerstand auch bei stark veränderlichen Temperaturen der Zusatzwindùngen gleich gross bleibt, können diese zweckmässigerweise aus Widerstandsmaterial mit niedrigem Temperaturkoeffizienten bestehen.
Die Zusatzwindungen 4 gemäss Fig. 1 haben nur für die dort angegebene Drehrichtung ihre vorteilhafte Wirkung. Bei Drehrichtungsumkehr tritt eine Verschlechterung des Stromwendevorganges ein. Um dies zu vermeiden, mUssen weitere Zusatzwindungen vorgesehen werden, welche dann den Hauptpol N, und den links benachbarten Wendepol sowie den Hauptpol S und den hiezu in Drehrichtung folgenden Wendepol umfassen. Ausserdem wären Schalter in den Zusatzwindungen vorzusehen, die man je nach der Drehrichtung zu schliessen bzw. zu öffnen hätte. Falls die Drehzahl in Gegenrichtung relativ klein bleibt oder die Schaltvorgänge vorwiegend in einer bestimmten Drehrichtung auftreten, brauchen die Zusatzwindungen nur für diese vorgesehen zu werden.
Schliesslich sei bemerkt, dass die Zusatzwindungen dann am günstigsten wirken, wenn nicht nur der Rotor, sondern auch der magnetische Kreis des Stators der Gleichstrommaschine zumindest teilweise lamelliert wird und die Zusatzwindungen gegenüber dem Statoreisen isoliert sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. In vorzugsweise nur einer Drehrichtung betriebene Gleichstrommaschine, die Haupt- und Wendepole aufweist und zusätzliche Windungen auf diesen Haupt- und Wendepolen zwecks Unterdrückung der transformatorischen EMK, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Windungen jeweils einen Hauptpol (N S) sowie den in der bevorzugten Drehrichtung folgenden Wendepol (N, S ) gemeinsam umfassen und in sich geschlossen sind.