DE254022C - - Google Patents
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- DE254022C DE254022C DENDAT254022D DE254022DA DE254022C DE 254022 C DE254022 C DE 254022C DE NDAT254022 D DENDAT254022 D DE NDAT254022D DE 254022D A DE254022D A DE 254022DA DE 254022 C DE254022 C DE 254022C
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/40—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits
- H02K23/42—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits having split poles, i.e. zones for varying reluctance by gaps in poles or by poles with different spacing of the air gap
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
- JVl 254022 KLASSE 21 d. GRUPPE
ALEXANDER HEYLAND in BRÜSSEL.
induzierten Spannungen.
Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Dezember 1911 ab.
Bekannt ist bei Gleich- und Wechselstrom-Kommutatormaschinen, die durch die Kommutierung
des Stromes in der jeweils durch eine Kommutatorbürste kurzgeschlossenen Spule erzeugte Stromwende- oder Reaktanzspannung
durch ein mit Hilfe des Bürstenstromes in der Kommutierungszone erzeugtes Hilfs- oder
Wendefeld aufzuheben. Die Reaktanzspannung ist proportional dem Strome und der Tourenzahl,
bei Wechselstrommaschinen liegt sie gleichfalls genau in Phase mit dem Strome und
läßt sich deshalb durch einmalige richtige Einstellung der Stromwindungen des Wendefeldes,
für variable Tourenzahl und Belastung selbsttätig richtig wirkend, aufheben.
Bekannt ist ferner, insbesondere bei Wechselstrom-Kommutatormaschinen,
andere wie z. B. die durch das Drehfeld erzeugten Spannungen in der jeweils durch eine Kommutatorbürste
kurzgeschlossenen Spule durch Einstellung eines diesen entsprechenden Hilfsfeldes in der Kommutierungszone
aufzuheben. Diese Hilfsfelder passen sich jedoch im allgemeinen nicht in einer ähnlich ausreichenden Weise der Wirkungsweise
der betreffenden Maschinen an.
Endlich ist auch eine Anordnung bekannt, die darin besteht, daß zwei oder mehrere
diesen letztgenannten Zwecken dienende, verschieden erzeugte Hilfsfelder oder die. diese
Hilfsfelder erzeugenden Stromquellen in ihrer Wirkung übereinander gelagert werden.
Dieses Verfahren sei hier zunächst an einigen Beispielen erläutert.
B'
In Fig. ι stellt die ausgezogene Kurve —
35
für eine Drehfeldmaschine, beispielsweise einen Dreiphasenkommutatormotor, das Verhältnis
zwischen der Felddichte B' in der Kommutierungszone und der normalen Felddichte B des
Motors dar, welches bei verschiedenen Tourenzahlen des Motors eingestellt werden müßte,
um die durch das Drehfeld induzierte Spannung aufzuheben und, also abgesehen von der
Aufhebung der Reaktanzspannung, bei diesen Tourenzahlen funkenlosen Gang zu erzielen.
Nennt man s die Schlüpfung, wobei + s Untersynchronismus, — s Übersynchronismus
bedeutet, so lautet die Beziehung:
B1
B
I — S
50
Wir sehen, bei Synchronismus wird das Verhältnis = i. Bei Untersynchronismus müßte
B' je nach der Tourenzahl des Motors größer, bei Ubersynchronismus in geringerem Maße
kleiner gemacht werden. Die bekannten Mittel, derartige Hilfsfelder zu erzeugen, sind
bei Motoren, die untersynchron arbeiten sollen, den Luftraum in den Kommutierungszonen
entsprechend kleiner, bei solchen, die übersynchron arbeiten sollen, entsprechend größer
zu machen, oder man legt auf den Zahn in der Bürstenachse eine Hilfsspule, welche man
an eine entsprechend angeordnete Statorspule anschließt. Je nach dem gewählten Windungs-
verhältnis kann man dann die Dichte B' nacli
Wunsch einstellen. In allen jenen Fällen ist
Dl
das so erhaltene Verhältnis — konstant und |
ließe sich in Fig. ι durch irgendeine horizontale
gerade Linie darstellen, wobei in dem
B> Punkte, wo sie die theoretische Kurve ,
schneidet, funkenloser Gang eintreten würde.
ίο Schließt man nun aber eine derartige Hilfsspule
parallel zu den gleichachsigen Bürsten des Kommutators an, so wird in derselben ein Feld erzeugt, welches der Bürstenspannung,
also der Schlüpfung s, proportional ist, und man erhält eine Summen wirkung, welche der
Beziehung (a -f- b · sj entspricht, wobei die
Konstanten α und b beliebig nach Wunsch eingestellt werden können.
Dieses ist aber die Gleichung einer gegen die Horizontale geneigten Linie, welche leicht
so gewählt werden kann, daß sie sich der
Dl
theoretischen Beziehung für — in weiten Gren-
zen sehr nahe anschmiegt. In der Nähe des Synchronismus würde dieses beispielsweise der
Fall sein für (1 + s) und in weiteren Grenzen für (τ,τ -f- *λ In Grenzen für s = 20 bis 40Prozent
bzw. 10 bis 50 Prozent, wie die Gerade (x 4- y) zeigt, wäre die Beziehung (0,85 4- 2 s);
in Grenzen —10 bis — 80 Prozent, wie die Gerade (z — v) zeigt, (0,92 -J- 0,5 s).
Man könnte also an einem Teile der Kommutierungszonen Hilfspole durch an entsprechende
Statorspulen angeschlossene Hilfsspulen, an einem anderen Teile durch an die
Bürsten angeschlossene Hilfsspulen erzeugen. Oder man könnte auch die Hilfsfelder in denselben
Hilfspolen übereinanderlagern, indem man dieselben Hilfsspulen an die Stator- und
Bürstenspannung in Serie anschließt, sei es direkt oder zweckmäßiger unter Zwischenschaltung
von Transformatoren, durch welche die Summenspannung sich dann noch nachträglich
genau einstellen ließe.
Endlich könnte man der vorliegenden Erfindung gemäß auch an einem Teile der Kommutierungszonen
Hilfspole durch Veränderung des Luftraumes an einem anderen Teil durch an die Bürsten angeschlossene Hilfsspulen erzeugen.
Ganz andere und besonders interessante Anordnuugen erhält man für Maschinen, bei
welchen nicht wie bei normalen Motoren die Statorfrequenz konstant, sondern variabel ist.
In Fig. 2 stellt die ausgezogene Kurve --
beispielsweise für einen Frequenzwandler, welcher mit der Ankerwicklung durch Schleifringe
an eine gegebene Frequenz angeschlossen sei und an seinen Kommutatorbürsten eine
variable Frequenz entwickeln soll, das oben definierte theoretische Verhältnis dar. In der
obigen Beziehung ist hierbei nur s durch — zu ersetzen, und wir erhalten die Beziehung:
B' s
I — S
Wir sehen, die Verhältnisse liegen hier ganz anders. Bei Synchronismus müßte B' = 0
sein, bei Untersynchronismus negativ zum Hauptfelde werden und bei Ubersynchronismus
langsam ansteigen. Auch hier läßt sich zu-
JS'
nächst ein künstlich erzeugtes —-· konstant
nächst ein künstlich erzeugtes —-· konstant
B. '5
einstellen, auch negativ, indem man in der Kommutierungszone liegende Hilfsspulen im
entgegengesetzten Sinne an die betreffende Statorspule anschließt. Dieses läßt sich wieder
in der Fig. 2 durch irgendwelche horizontale, über oder unter der Nullinie liegende gerade
Linie darstellen, wobei in dem Punkte, wo
Di
sie die Kurve — schneidet, auch hier funkenloser Gang eintreten würde. .
Andererseits scheint hier zunächst der Anschluß der Hilfsspulen an die Bürstenspannung
keinen Erfolg zu versprechen, weil hier, infolge des reziproken Einflusses der Schlüpfung,
offenbar ein durch die Bürstenspannung bestimmtes Hilfsfeld in Beziehung zum Hauptfelde
durch eine Gleichung von der Form
B s
gegeben wäre. Dieses wäre eine Kurve von mit abnehmender Schlüpfung stark zunehmendem
Verlauf, welcher sich dem oben aufge-
TJt
stellten gewünschten Verlauf für -_r zunächst in
b
B
keiner Weise anpassen würde.
Nun zeigt sich aber, daß infolge der erstens hierbei auftretenden Frequenzänderung der
Bürstenspannung, durch den in die Bürstenabzweigung eingeschalteten Transiormator und
durch den Widerstand dieser Abzweigung selbst diese Kurve einen ganz anderen Verlauf
erhält, der auch noch in verschiedener Weise, beispielsweise durch Einschaltung eines
massigen Widerstandes in die Bürstenabzweigung, geregelt werden kann.
In dem für die Regelung in Betracht kommenden Tourenbereiche erhält dann die obige
Beziehung für das durch die Bürstenspannung , erzeugte Hilfsfeld ungefähr den Verlauf einer
geraden Linie wie y in Fig. 2. Lagert man dieses Hilfsfeld in seiner Wirkung dann hier
für Untersychronismus den im entgegengesetzten Sinne von der Statorspannung aus erzeugten
Hilfsfelde über, welches durch die Beziehung — χ in Fig. 2 gegeben sei, so
setzen sich beide zu der Linie — '(% — y) zu-
samnien, welche sich auch hier bei richtiger
Wahl der Verhältnisse zunächst der theore-
R'
tischen Kurve -- bereits sehr nahe anschmiegt.
Nun kommt zweitens für derartige, wie hier für einen Frequenzwandler erläutert, mit
variabler Bürsten- und Statorfrequenz arbeitende Maschinen der weitere Vorteil hinzu,
daß dies immer Maschinen sind von solcher
ίο Wirkungsweise, daß sie nicht mit einem konstanten
Felde zu arbeiten haben, sondern bei Synchronismus nur mit sehr schwachem Felde,
und bei den übrigen Tourenzahlen -ungefähr proportional der Schlüpfung zunehmendem
Felde und zunehmender Spannung. Die Folge hiervon ist, daß bei kleiner Schlüpfung s die
hier in Frage kommenden Spannungen ihrem Absolutwerte nach ungefähr proportional s2
sind 'und eine Ungenauigkeit in der Einstellung sich gleichfalls in diesem Verhältnisse
reduziert und bei kleinen Schlüpfungen überhaupt keinerlei Bedeutung mehr haben würde.
Infolge der gleichzeitigen und ineinandergreifenden Touren-, Feld-, Spannungs- und
Frequenzvariationen am Kommutator wird die Wirkungsweise der Anordnung bei entsprechender
Ausführung hier eine sehr vollkommene, und es genügt selbst, dieselbe auch nur für die höheren Schlüpfungsbereiche
richtig einzustellen.
In der Fig. 2 sind außerdem rechts auch die Beziehungen für den übersynchronen Betrieb
angegeben, und dieselben ergeben sich ohne weiteres durch entsprechende Umschaltung
der an die Hilfsspulen angeschlossenen Statorspannung im gleichen Sinne zu diesen.
Bei kontinuierlichem Betriebe ist also beim Übergange von Unter- zu Übersynchronismus
eine Umschaltung vorzunehmen. Dieselbe bietet aber keine Schwierigkeiten, zumal diese
Stromkreise bei Synchronismus hier strom- und spannungslos werden und in der Nähe
des Synchronismus überhaupt ausgeschaltet bleiben könnten. Die Umschaltung könnte
natürlich auch irgendwie selbsttätig bewirkt werden.
In der · praktischen Ausführung wird die Umschaltung besonders einfach dadurch, daß
sich zeigt, daß bei gewisser. Wahl der Verhältnisse das Übersetzungsverhältnis der
Bürstenspannung überhaupt nicht geändert zu werden braucht und, da die Richtung dieser
Spannung sich selbsttätig umkehrt, dieser Stromkreis eingeschaltet bleiben kann und
nur die betreffende Statorphase ihrer Richtung und Windungszahl nach umzuschalten ist.
Die in Fig. 2 für den Übersynchronismus gegebene Beziehung z, welche das durch den
Anschluß der Hilfsspule an die Statorspannung erzeugte Hilfsfeld im Verhältnis zur
Dichte des Hauptfeldes B darstellt, führt noch zu einem anderen interessanten Resultate.
Dieses Hilfsfeld könnte zunächst, anstatt durch die genannten Hilfsspulen, auch durch eine
entsprechende Vergrößerung des Luftraumes in den Kommutierungszonen erzeugt werden.
Ersetzt man außerdem diese Beziehung ζ durch den absoluten Wert des ihr entsprechenden
Hilfsfeldes, indem man sie hier, wie oben erläutert war, im Verhältnisse von B, d. h.
annähernd dem Verhältnisse der Schlüpfung reduziert, so ergibt sich, daß dieser bereits
dem der Kurve — für B' entsprechenden
sich sehr nähert, insbesondere wenn man den Luftraum noch etwas mehr vergrößert, so
daß die Beziehung ζ etwas tiefer zu liegen kommt. Man könnte also, wenn es sich nur
um die Verminderung der durch das Drehfeld erzeugten Lamellenspannung handelte und
dieses auch nur bis zu einer gewissen Grenze, für den hier betrachteten Fall im übersynchronen
Betriebe dieses auch eventuell ohne sonstige Hilfsspulen lediglich durch entsprechende
Vergrößerung des Luftraumes in den Kommutierungszonen erreichen.
Diese Anordnung ist jedoch zunächst praktisch nicht ausführbar, weil der hier erfor- *
derliche Wert von ζ hier eine ziemlich starke Vergrößerung des Luftraumes in den Kornmutierungszonen
bedingen würde und deshalb hiermit auch der Platz für die zur Aufhebung der Reaktanzspannung erforderlichen
Wendepole und Wendespulen verloren gehen würde. Aus dem Beispiele geht aber bereits
ziemlich gut hervor, daß die Beherrschung der durch das Drehfeld erzeugten Lamellenspannungen
bei diesen Maschinen sogar bedeutend einfacher ist als beispielsweise bei normalen Drehfeldmotoren, bei welchen die
J5'
oben in Fig. 1 dargestellte Beziehung -—- gleich-
oben in Fig. 1 dargestellte Beziehung -—- gleich-
zeitig den- Maßstab für den absoluten Wert des erforderlichen Feldes B' in der Kommutierungszone
gibt, und es ist ersichtlich, daß ein durch den Luftraum bestimmtes konstantes Hilfsfeld hier sich der Kurve in keiner
Weise anschmiegt.
Weiter führen die hier erläuterten Unterschiede zwischen den erstgenannten, mit variabler
Rotorfrequenz, und den zweitgenannten, mit variabler Statorfrequenz arbeitenden Maschinen bezüglich der letzteren noch zu der
sehr wertvollen, den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Anordnung, welche
gestattet, durch Überlagerung der Wirkung verschieden erzeugter Hilfsfelder die zu ihrer
Erzeugung erforderlichen Stromwindungen bedeutend zu reduzieren.
Die Anordnung soll wiederum darin bestehen, daß der Stator in der Weise, wie dies
auch vielfach üblich ist, nur an einem Teile
der Kommutierungszonen Hilfspole erhält, die zu dem vorliegenden oder zu anderen Zwecken,
beispielsweise zur Aufhebung der Reaktanzspannung, dienen können, und an einem anderen
Teile, beispielsweise allen freibleibenden Kommutierungszonen, Aussparungen, d. h.
offene Nuten oder Löcher, welche eine ihnen entsprechende Vergrößerung des magnetischen
Widerstandes und Schwächung des Feldes in
ίο der Kommutierungszone bewirken.
Der. Vergleich der obigen Figuren . zeigt, daß, während in Fig. ι das Hilfsfeld um den
Wert ι schwanken soll und seine Erregung bei Ubersynchronismus dem Hauptfelde entgegen,
bei Untersynchronismus in Richtung des Hauptfeldes liegen muß, so daß es bei s = 50 Prozent den Wert 2 erreicht, in Fig. 2
das Hilfsfeld um den Wert 0 schwanken soll, so daß seine Erregung immer dem Hauptfelde
entgegen sich von diesem subtrahieren muß bzw. negativ addieren, so daß es bei s = 50 Prozent
den Wert — 1 erreicht, während die hierzu erforderlichen Stromwindungen etwa den zweifachen
Wert erreichen müßten.
Dieses hätte einerseits zwar wohl den Vorteil, daß die maximale Sättigung der Anker-
♦ zähne, welche schließlich das maximal erreichbare Hilfsfeld begrenzt, im zweiten Falle in
ganz normalen Grenzen bliebe, während sie beim ersten Falle auf den doppelten Wert
steigen müßte, andererseits aber den Nachteil, daß die Stromwindungen, wenn auch
nicht den zweifachen, so doch einen bedeutend höheren Wert erreichen müßten als im
ersten Falle.
Ersetzt man dann aber einen Teil, z. B. die Hälfte der Hilfspole, durch derartige Löcher,
so verschwindet auch dieser Nachteil, indem diese Löcher bei entsprechender Dimensionierung
eine dem Felde pro Pol annähernd entsprechende Strom windungszahl ersetzen können,
so daß die totale Stromwindungszahl aller Hilfspole um einen diesen gleichen Betrag
reduziert werden kann.
Die Anordnung leistet desgleichen auch die besten Dienste für den übersynchronen Betrieb,
wobei dann hier eventuell außer den zur Aufhebung der Reaktanzspannung dienenden
Wendespulen alle anderen Hilfsspulen auf den Hilfspolen auch in Fortfall kommen können.
Reduziert man beispielsweise die Hilfspole auf die Hälfte, so könnten dieselben eventuell
lediglich zur Aufnahme der Wendespulen dienen, wenn man an jeder zweitfolgenden Wendezone
Löcher vorsieht, d. h. ebensoviel Löcher wie Hilfspole. Die Wirkung ist dann bei
entsprechender Dimensionierung annähernd genau dieselbe, als wenn man zwei Hilfsfelder
von der Beziehung B'j B gleich 1 und—] J2 übereinander
lagert, und man erhält B'/B = 1J2,
welcher Wert in Fig. 2 der Beziehung ζ entsprechen würde, welche, wie wir oben bereits
gesehen hatten, infolge des Verlaufes von B dem sich ergebenden absoluten Werte für B'
sehr nahe kommt.
Auch vom konstruktiven Standpunkte bietet die Anordnung verschiedene Vorteile, da es
für die Dimensionierung der Maschine keinen Unterschied bedeutet, ob man an einzelnen
Stellen Hilfspole oder Löcher vorsieht und die Hilfsspulen sich gut auf die Hälfte der Kommutierungszonen
verteilen lassen. Außerdem können die so erhaltenen Löcher zur Aufnahme eines Teiles der zur Erregung der
Hilfsspulen dienenden Statorspulen dienen, so daß hier direkt nutzbarer Wicklungsraum gewonnen
wird.
Was die gleichzeitige Anordnung der zur Aufhebung der Reaktanzspannung dienenden
Wendespulen anbetrifft, so wird deren Arbeitsweise und Schaltung als bekannt vorausgesetzt,
desgleichen auch die bekannten Methoden zur störungsfreien Znsammensetzung des
Kommutierungsfeldes. Bei der vorliegenden Anordnung dürfte es sich empfehlen, in den
hier benutzten Hilfsstromkreis eine Drosselspule zu schalten, so daß die durch die
Wendespule bewirkte Verschiebung der Phase des Hilfsfeldes eine entgegengesetzte Verschiebung
in der Drosselspule erzeugt oder, noch besser, dieselbe durch in entsprechender Weise
auf die Drosselspule gelegte Stromwindungen zu unterstützen. Diese Drosselspule könnte
dann gleichzeitig auch zur genaueren Einregelung des HilfsStromkreises mit benutzt werden.
Eine andere, insbesondere bei Frequenzwandlern in den Kommutierungszonen auftretende
und leicht zur Funkenbildung führende Spannung läßt sich gleichfalls in verhältnismäßig
einfacher Weise durch zweckmäßige Übereinanderlagerung von verschieden erzeugten Feldern vermindern oder annähernd
aufheben. Bei derartigen Maschinen ergeben sich infolge des Anschlusses der Bürsten des
Kommutators an eine Frequenz und des Anschlusses der Ankerwicklung selbst durch feste
Punkte derselben (Schleifringe) an eine andere Frequenz zwei Stellungen, welche z. B. bei
Frequenzwandlern für Dreiphasenstrom, auf zweipolige Anordnung bezogen, um 30 ° auseinanderliegen.
In der einen Stellung liegen die Stromzu- und -abführungszonen genau in derselben Lage, und der Strom kann zwischen
Schleifringen und den Bürsten direkt überfließen, bzw. er fließt so, daß er kein Feld
erzeugen kann. In der anderen Stellung liegen die Stromzu- und -abführungszonen um
30° auseinander, und der durch die Ankerwicklung fließende Strom erzeugt in der Kornmutierungszone
ein Feld, welches infolge der Drehung des Ankers zwischen den durch die
Claims (2)
1. Verfahren zur Verminderung der in den Kommutierungszonen bei Kommutatormaschinen
induzierten Spannungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil aller Kommutierungszonen mit Hilfspolen bzw.
Hilfsspulen versehen ist und ein anderer Teil mit Aussparungen, offenen Nuten oder
Löchern, welche eine ihnen entsprechende Vergrößerung des magnetischen Widerstandes
und ein diesem entsprechend schwächeres Feld erzeugen und in ihrer Wirkung sich der Wirkung der übrigen Wendepole
überlagern.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch ι für Maschinen, die mit festen
Punkten (Schleifringen) der Ankerwicklung an einen, mit den Kommutatorbürsten an
einen anderen Stromkreis angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die angeschlossenen
festen Punkte ungleichmäßig über die Ankerwicklung versetzt sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE254022C true DE254022C (de) |
Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT254022D Active DE254022C (de) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE254022C (de) |
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