DE283721C - - Google Patents
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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
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- Power Engineering (AREA)
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
Vr 283721 -KLASSE
21 d. GRUPPE
in BERLIN.
Bei elektrischen Motoren mit Kollektor, insbesondere solchen für Wechselstrom, zeigt sich
bisweilen die Erscheinung, daß bei der Rotation infolge sogenannter Selbsterregung
schädliche Ströme entstehen, die gewöhnlich eine große Stärke annehmen, viel Kraft verzehren
und eine starke Erhitzung der Maschine herbeiführen. Die Erscheinungen sind sehr mannigfaltiger Natur. Sie können in der
ία Ausbildung des Motors selbst begründet, also
unabhängig von der äußeren Schaltung sein; in diesem Falle tritt die Selbsterregung auch
dann ein, wenn der Stromkreis des Motors vollständig geöffnet ist und der Antrieb von
außen her auf irgendwelche Weise erfolgt. Oder aber die Entstehung der schädlichen
Ströme kann ihren Grund in der Schaltungsart des Motors in Verbindung mit dem speisenden
Transformator haben, wie z. B. bei doppelt gespeisten Kollektormotoren im Anschluß
an Transformatoren mit Anzapfungen, wie sie bei elektrischer Traktion viel verwendet
werden. Diese zweite Ursache der Selbsterregung wird hier nicht weiter behandelt.
Es soll zunächst die Ursache der Erscheinung näher erläutert werden.
Liegt die Erscheinung in der Bauart des Motors selbst begründet, so tritt die Selbsterregung
nur bei Maschinen mit mindestens vier Polen ein. Voraussetzung ist ferner, daß
mindestens die Ankerwicklung — Trommelwicklung vorausgesetzt — eine Parallelwicklung
(sogenannte Schleifenwicklung) ist. Bei gewöhnlichen Ringwicklungen ist diese Bedingung
gleichfalls erfüllt. Es muß ferner im Ständer die Wicklung in bestimmten Gruppen
parallel geschaltet sein, oder es muß das Eisen mit ausgeprägten Polen versehen sein. Sind
die Spulen der Ständerwicklung unter sich sämtlich in Reihe oder sämtlich parallel, und
ist ferner das Eisen gleichmäßig verteilt, so tritt Selbsterregung" ■ innerhalb des Motors
nicht auf.
In vielen Fällen spielt sich die Erscheinung so ab, daß eine Selbsterregung nicht eintritt,
wenn die Bürsten genau in der neutralen Zone oder im Sinne der Drehrichtung verschoben
stehen, daß sie dagegen eintritt, sobald man die Bürsten gegen die Drehrichtung zurückzieht.
Dies gilt insbesondere für den Fall, daß ausgeprägte Pole an der Entstehung der Ströme schuld sind. . ' .
Bei Selbsterregung innerhalb des Motors verlaufen die erzeugten Ströme stets so, als ob
die Maschine nur 1Z2 oder l/3 oder V4 usw. soviel
Pole hätte, wie sie in Wirklichkeit hat. Deshalb kann bei einer zweipoligen Maschine
eine derartige Erregung nicht auftreten, es sind vielmehr mindestens vier Pole nötig; ferner
ist aus demselben Grunde die Erscheinung besonders häufig bei solchen Maschinen, deren
Polzahl durch möglichst viel kleinere ganze Zahlen teilbar ist, z. B. bei einer I2poligen
Maschine, teilbar in 2, 3, 4, 6, bei einer 24poli-
gen außerdem in 8 und 12. Erheblich seltener
und schwächer tritt die Erscheinung meistens auf bei Maschinen mit 6, 10, 14 usw.
Polen.
Am leichtesten verständlich ist die Entstehung der selbsterregten Ströme, wenn ausgeprägte.
Pole daran schuld sind. Man denke sich gemäß Fig. 1 einen gewöhnlichen zweipoligen
Motor mit ausgeprägten Polen und dazwischen einen Anker mit Kollektor, aber beliebiger sonstiger Ausführung. Führt man
dem Anker durch die Bürsten Strom zu, läßt aber die Feldspulen vollständig ausgeschaltet,
so wird der Anker magnetisiert, und es bilden sich zwei Pole N und 5. Solange die Bürsten
in der Neutralen stehen, verläuft die magnetische Achse des Ankers genau senkrecht zu
der Achse der Ständerpole, es tritt also keinerlei Rückwirkung auf den Ständer ein. Das
20' ändert sich aber, sobald die Bürsten aus der Neutralen in beliebigem Sinne verschoben werden.
Dann fällt eine Komponente der Ankeramperewindungen in die Achse der Ständerpole
und erzeugt dort gleichfalls magnetische
Pole 5" und N. Der Ankerpol N wird von dem
Ständerpol S angezogen, der Anker läuft also an und steigert seine Drehzahl, bis nach den
bekannten Grundgesetzen ein Gleichgewichtszustand erreicht wird. . Bei der Darstellung in
Fig. ι würde die Ankerdrehung im Sinne des Uhrzeigers erfolgen.
Diese Erscheinung ist nun auch umkehrbar. Läßt man die Bürsten in derselben Stellung
stehen, treibt aber den Anker von außen her im umgekehrten Sinne, also gegen den Uhrzeiger
an und schließt die Bürsten kurz, so erregt sich die Maschine wie eine gewöhnliche Reihenschlußmaschine
; mit wachsendem Strom wächst auch das Feld und dadurch wieder der Strom, bis endlich wiederum nach den bekannten
Grundgesetzen ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Nun übertrage man denselben Gedankengang auf eine 4polige Maschine (Fig. 12), bei
der die Bürsten gleichfalls gegen die Neutrale im Sinne des Uhrzeigers verschoben sind. Bekanntlich
sind bei derartigen Maschinen die beiden +-Bürsten 5 und 6 unter sich verbunden
und an die Stromzuleitung angeschlossen,
desgleichen die beiden —-Bürsten 7 und 8. Wenn auch die Zu- und Ableitungen abgeschaltet
sind, so bleibt doch jedenfalls die Verbindung der gleichnamigen Bürsten. Betrachtet
man nun z. B. die beiden Bürsten 5 und 6 und läßt die Bürsten 7 und 8 vorläufig ganz
außer acht, so erkennt man durch Vergleich mit Fig. ι ohne weiteres die Analogie. Treibt
man den Anker auf irgendwelche Weise gegen den Uhrzeiger an, so kann bei dem 4poligen
Motor von Fig. 12 eine Selbsterregung in genau gleicher Weise entstehen wie in Fig. 1. Die
beiden Pole 1 und 2 der Fig. 12 spielen dabei dieselbe Rolle wie der Ständerpol S der Fig. 1,
ebenso die Pole 3 und 4 von Fig. 12 wie Pol N
von Fig. i. Daß zwischen dem Pol 1 und 2 ein Ausschnitt ist, bewirkt nur, daß die Erscheinung
ein wenig schwächer auftritt, hat aber im übrigen keinen Einfluß.
Man erkennt aus dieser Betrachtung, daß eine mehrpolige Maschine Voraussetzung ist,
und daß ferner zwei oder mehr gleichnamige, unter sich verbundene Bürstensätze vorhanden
sein müssen. Man sieht ferner, daß die Ankerwicklung derart beschaffen sein muß, daß ein
Strom, der beispielsweise von Bürste 5 durch den Anker zu Bürste 6 verläuft, in dem Anker
auch tatsächlich ein zweipoliges Magnetfeld erzeugt ; das trifft zu bei der' gewöhnlichen
Ringwicklung und bei Trommelwicklung in Schlei fen form, dagegen nicht bei Trommelwicklung
in Wellenform. Bei der Schleifenwicklung ist noch zu erwähnen, daß eine 4polige Schleifenwicklung mit' sogenanntem
Durchmesserschritt in bezug auf 2polige Ankererregung eine Sehnenwicklung darstellt, bei
der der Schritt gleich dem halben Durchmesser ist; infolgedessen ist auch nur der halbe Ankerumfang
für die Selbsterregung wirksam, und die Erscheinung wird hierdurch etwas geschwächt,
aber nicht am Auftreten verhindert.
In Fig. 12 ist der Verlauf des selbsterregten Stromes durch Pfeile angegeben. Es ist angenommen,
daß der Strom durch Bürste. 5 eintritt, durch den Anker nach Bürste 6 verläuft und durch die Verbindung zwischen beiden
Bürsten nach 5 zurückkehrt. -Es ist ferner angenommen, daß dabei unter der Bürste 5 wieder
ein Nordpol n, unter Bürste 6 ein Südpol ί
entsteht, und daß die Pole ι und 2 Südpole, die Pole 3 und 4 Nordpole werden, indem die Drehung
des Ankers gegen den Uhrsinn erfolgt.
Die Bürsten 7 und 8 können nun genau die gleiche Erscheinung erzeugen wie die Bürsten
5 und 6. Die von beiden Bürstensätzen erzeugten magnetischen und elektrischen Ströme haben aber eine gewisse Rückwirkung
aufeinander, und wie der Versuch zeigt, ist der Verlauf der Erscheinung alsdann gewöhnlich
der, daß zunächst in dem einen Stromkreis ein Strom in der oben angegebenen Weise ent- u0
steht, dann infolge der Rückwirkung dieses Stromkreises auch ein Strom im zweiten
Stromkreis. Dieser zweite Strom drängt allmählich gewissermaßen den ersten zurück, so
daß dieser auf Null herabsinkt und dann im entgegengesetzten Sinne auftritt; darauf spielt
sich derselbe Vorgang in dem zweiten Stromkreis ab usf. Es bleiben also schließlich zwei
periodisch verlaufende Wechselströme mit einer gewissen Phasenverschiebung zwischen
den beiden Stromkreisen übrig. Die Erscheinung ist aber nicht immer die gleiche; es ist
auch beobachtet worden, daß in beiden Stromkreisen Gleichstrom entsteht und bestehen
bleibtj sowie auch, daß in beiden Stromkreisen Wechselströme von verschiedener Frequenz
auftreten.
Da es ganz gleichgültig ist, auf welche Weise der Motor angetrieben wird, so kann
man ihn, statt ihn durch besondere Mittel anzutreiben, auch in ganz gewöhnlicher Weise
ίο durch Stromzuführung von außen her laufen
lassen, wobei es wieder gleichgültig ist, ob der Motor sonst noch belastet ist oder leer läuft.
Der von außen zugeführte Strom nimmt dabei den gewöhnlichen Verlauf, und die selbsterregten
Ströme lagern sich einfach darüber. Bei dem Motor in Fig. 12 muß dann natürlich auch
Strom durch die Feldspulen geschickt werden, und zwar in' solchem Sinne, daß der Anker
entgegen dem Uhrzeigersinn umläuft! Es ist ferner gleichgültig, ob der zugeführte Strom
ein Wechselstrom oder ein Gleichstrom ist, vorausgesetzt natürlich, daß der Motor seiner
Schaltung nach mit der einen oder anderen Stromart betrieben werden kann.
Weiterhin1 sei nun der Fall ins Auge gefaßt,
daß die Selbsterregung nicht durch ausgeprägte Ständerpole, sondern durch die Ständerwicklung
hervorgerufen wird. Dieser Fall liegt dann vor, wenn die Ständerwicklung oder Teile derselben gruppenweise parallel geschaltet
sind und hierdurch Stromwege von solcher Art entstehen, daß ein innerhalb derselben verlaufender
Strom ein Magnetfeld im Ständer erzeugt, das- Vs oder Vs oder V* usw· soviel
Pole besitzt,-wie der Motor in bezug auf den von außen zugeführten Strom hat.
In Fig. 13 ist beispielsweise ein 4poliger
Motor dargestellt mit vier Ständerspulen 1, 2, 3,4. Der Anker ist demgemäß gleichfalls
4polig; die zwei gleichnamigen Bürsten 5,6 sind miteinander verbunden, desgleichen die
Bürsten 7 und 8. Wie der Motor im übrigen geschaltet ist, ob als Reihenschlußmotor, Repulsionsmotor
o. dgl., ist für die vorliegende Frage gleichgültig. Der von außen her zugeführte
Arbeitsstrom tritt bei dem Punkt a in die Ständefwicklung ein, verteilt sich auf die
beiden Wicklungszweige 1-2 und 3-4 und verläßt den Ständer in b. Er erzeugt beispielsweise
in Pol 1 einen Nordpol N, in Pol 2 einen Südpol S, in Pol 3 einen Nordpol N und in
. Pol 4 einen Südpol S=
Sieht man nun von dem äußeren Strom und den Zu- und Ableitungen ganz ab und betrachtet
nur die offene; Ständerwicklung an sich, so Aväre innerhalb der letzteren lediglich ein
Stromverlauf denkbar, der beispielsweise von a über Pol 1 und 2, über b und Pol 3 und 4 zum
Punkt α zurückläuft. Dieser Strom würde in Pol ι einen Nordpol n, in Pol 2 einen Südpol
s, in Pol 3 einen Südpol i, in Pol 4 einen Nordpol« erzeugen; denn dieser Strom durchl.äuft
die Spule 1 und 2 im gleichen, die Spulen
3 und 4 im entgegengesetzten Sinne wie der normale Arbeitsstrom, der von außen her
zugeführt wird.
. Dieser innerhalb der Ständerwicklung sich schließende Strom erzeugt, wie man hieraus
sieht, ein 2poliges Magnetsystem im Ständer; denn die Pole η und.? wechseln nicht miteinander
ab, sondern es liegen zwei w-Pole, desgleichen zwei J-PoIe nebeneinander. Man kann
sich die beiden ersteren zu einem gemeinsamen Nordpol zusammengefaßt denken, ebenso die
beiden letzteren zu einem gemeinsamen Südpol. .
Es besteht also an sich die Möglichkeit der Erzeugung eines zweipoligen Magnetsystems
im Ständer, vorausgesetzt, daß ein entsprechender Strom irgendwie hervorgerufen wird.
Das geschieht nun sehr leicht, weil im Anker ja ebenfalls zweipolige Stromwege vorhanden
sind, nämlich über die Verbindungsleitungen der gleichnamigen Bürsten. Denkt man sich
(Fig. 14) des leichteren Verständnisses halber die beiden Spulen 1 und 4, welche die Pole η
erzeugen, zu einer gemeinsamen Spule vereinigt, desgleichen die beiden Spulen 2 und 3,
und nimmt eine Drehung entgegen dem Uhrzeiger an, so würden die Bürsten 7 und 8 Gelegenheit
zur Entstehung innerer Ströme geben können, bei entgegengesetzter Drehung die Bürsten 5 und 6. Denn wie man aus Fig. 14
ersieht, bildet der Anker und die Bürsten 7 und 8 samt ihrer Verbindungsleitung einerseits
und das Spulensystem des Ständers anderseits einen Repulsionsmotor mit kurzgeschlossener
Ständerwicklung, dessen Anker gegen den Uhrzeiger angetrieben wird, und bei dem die Bürsten gegen den Drehsinn gegenüber der
Ständerachse zurückgezogen sind. Es ist bekannt, daß eine derartige Maschine sich erregt
(Repulsionsgenerator), ganz ähnlich wie ein Reihenschlußgenerator, und zwar rriit einem
periodisch verlaufenden Wechselstrom von unregelmäßiger Kurvenform.
Genau das Gleiche tritt also auch bei der Schaltung Fig. 13 ein. Im Anker verläuft der
Strom über die Bürsten 7 und 8, im Ständer durchläuft er die Spulen 1, 2, 3, 4 hintereinander
und kehrt dann über α zur Spule 1 zurück.
Da es gleichgültig ist, wodurch der Anker angetrieben wird, so kann man ihn auch durch
äußeren Strom in Umdrehung versetzen. Führt man beispielsweise über α Strom zu,
so daß der Strom sich über die beiden Stromzweige i, 2 und 3, 4 verteilt, führt den Strom
dann von b weiter, beispielsweise zu den Bürsten 7 und 8, so daß sich der Strom auf diese
beiden Bürsten verteilt, durch den Anker fließt, ihn durch die Bürsten 5 und 6 verläßt und dann ·
zur Stromquelle zurückkehrt, so ist das Ganze ein gewöhnlicher 4poliger Reihenschlußmotor.
Er wird durch den zugeführten Strom in Umdrehung versetzt; sobald die genügende Geschwindigkeit
erreicht ist, tritt -die Selbsterregung wie eben geschildert ein, wobei sich
der selbsterregte Strom über den von außen her zugeführten Strom lagert, ohne aber die
;,; Stromkreise des Motors zu verlassen, da er ίο sich ja innerhalb des Motors schließt.
Aus diesen Erklärungen ersieht man wiederum, daß eine Voraussetzung für die Möglichkeit
der Selbsterregung das Vorhandensein eines Stromweges innerhalb der Ständerwicklung
ist, durch den ein Feld von 1Z2 oder V3
oder Y4 usw. soviel Polen erzeugt wird, wie
der Motor normal hat, ferner das Vorhandensein einer Parallelwicklung im Anker und von
einem Bürstensystem, bei dem die gleichnamigen Bürsten unter sich verbunden sind. Die
Stellung der Bürsten ist in diesem Ealle gleichgültig, da in jeder Stellung wenigstens eine
Bürstengruppe vorhanden ist, die in bezug auf das selbsterregende Ständersystem in einer
Generatorstellung steht.
Gegenstand der Erfindung sind nun die besonderen
Mittel, mit denen man das Auftreten der Selbsterregung verhindern kann.
Ein solches Mittel besteht darin, daß man nicht, wie üblich, die gleichnamigen Bürsten
unter sich verbindet, sondern daß zum mindesten die Bürstengruppe der einen Polarität
aufgelöst und jede Bürste einzeln an die entsprechende Spule der Ständerwicklung angeschlossen
wird. In Fig. 2 ist beispielsweise eine 8polige Maschine dargestellt, bei der die
Ständerspulen zu je zwei in Reihe, vier Spulenpaare unter sich parallel geschaltet sind.
Der Anker hat die normale Schaltung; es sind also 4 +-Bürsten unter sich verbunden, desgleichen
4 Bürsten. Angenommen ist ferner die bei Kollektormotoren meist übliche
Reihenschaltung von Feld- und Ankerwick-
. ■ lung. Bei einer solchen Maschine würde nach dem oben Gesagten Selbsterregung eintreten
können.
Wenn die Maschine in normaler Weise als Motor betrieben wird, so ist der Stromverlauf
beispielsweise der, wie er in der Figur angegeben ist. Der von außen zugeführte Strom
tritt zunächst in den äußeren Sammelring a, läuft von hier aus durch Spule 1 und 2 nach
dem inneren Sammelring b, ebenso durch die
, Spulen 3 und 4 und die übrigen. Vom inneren Sammelring. & der Ständerwicklung tritt der
Strom dann in den äußeren Sammelring c der Bürsten, tritt beispielsweise durch die Bürsten
12, 14 usw. in den Anker ein und verläßt ihn
■: ■ über die Bürsten 11, 13 usw. Von der die
letzteren verbindenden Sammelschiene d geht der Strom dann zur Stromquelle zurück. Da
die Maschine hierbei als Motor arbeitet, so muß die durch die Drehung erzeugte Gegen-E.
M. K. im Anker in entgegengesetzter Richtung verlaufen wie der Strom. Erzeugt die
Spule ι einen Nordpol N und die Spule 2 einen Südpol S, so ruft N' in dem Ankerabschnitt
zwischen den Bürsten .11 und 12 eine Spannung
hervor, die von der Bürste 11 nach der Bürste 12 gerichtet ist, und der Südpol S erzeugt
in dem Ankerabschnitt 12, 13 eine E. M. K., die von 13 nach 12 gerichtet ist.
Der selbsterregte Strom dagegen nimmt einen Verlauf, wie er in Fig. 15 angegeben ist.
In Spule 1 beispielsweise möge er in einem bestimmten Zeitpunkt nach wie vor von der
äußeren Leitung α zu der inneren Leitung" b fließen. In Spule 1 erzeugt er also wieder
einen Nordpol n, in Spule 2 einen Südpol s. Durch die innere Leitung b läuft er dann zur
Spule 4, durch diese und durch Spule 3 hindurch zur äußeren Leitung α und kehrt durch
diese zum Anfang der Spule 1 zurück. In den Spulen 5 undo bzw. 7 und 8 wiederholt sich
derselbe Verlauf.
Spule 3 erzeugt also einen Südpol s, Spule 4 ■■
einen Nordpol n. Die beiden Pole 2 und 3 kann man sich zu einem gemeinsamen Südpol
vereinigt denken. Nun erzeugt der Südpol von Spule 2 innerhalb des Ankerabschnittes
12, 13 eine E. M. K. in Richtung von 13 nach
12, also muß auch bei der betrachteten Stromrichtung in den Ständerspulen die Stromrichtung''im
Anker. von 13 nach 12 gehen. Der Strom verläuft also von 13 nach 12, tritt durch
Bürste 12 in den äußeren Sammelring c der Bürsten, durch diesen zurück zur Bürste 14
und von 14. wieder zu dem Punkt 13 der Ankerwicklung.
Die Bürsten 13 und 11 spielen bei diesem Vorgang keine Rolle.
Wenn man nun gemäß Fig. 3 die Parallelschaltung der Ständerspulen und der Bürsten
aufhebt, so ergibt sich folgende Wirkung:
Betreibt man die Maschine in normaler Weise mit von außen zugeführtem Strom als
Motor, so ist eigentlich keine Änderung gegen früher vorhanden. Angenommen, der Strom
tritt beispielsweise ■ in Spule 2 von außen her ein, läuft durch diese hindurch von außen nach
innen und geht dann in Bürste 12 und in den Anker, so wird in 2 wieder ein Südpol 6" erzeugt
; dieser ruft bei der Rotation in dem Ankerabschnitt 12, 13 eine E.'M. K. entgegen der
Stromrichtimg, also in Richtung 13, 12, her-"
vor. 1X5
Mit der Selbsterregung dagegen verhält es sich ganz anders. Wird die Maschine angetrieben
und ist in dem Pol 2 ein gewisser r.emanenter Magnetismus vorhanden (und zwar Süd), so erzeugt dieser bei der Rotation in
dem Ankerabschnitt 12, 13 eine E. M. K. in
der Richtung 13, 12. Diese E. M. K. erzeugt
einen kleinen Strom, der, wenn er durch Bürste 12 austritt, nun nicht mehr, wie in
Fig. 15, zur Bürste 14 laufen kann, sondern
unbedingt durch die Ständerspule 2 laufen muß. Und zwar muß er hierin von innen nach
außen laufen, erzeugt also einen entgegengesetzten Magnetismus wie früher, d. h. Nordmagnetismus.
Dieser vernichtet den ursprünglich als vorhanden angenommenen remanenten
Südmagnetismus, der Selbsterregungsanstoß wird somit nicht verstärkt, sondern abgetötet.
Selbst wenn der zuerst erzeugte, kleine Strom nicht dutch Bürste 12 austritt, sondern
im Anker weiterläuft und durch irgendeine andere Bürste, z. B. Bürste 11, austritt, so ergibt
sich genau das gleiche Bild. Von Bürste 11 muß er unbedingt durch die Ständerspule 1,
durchläuft diese von innen nach außen, erzeugt dort einen Nordpol n, dieser Nordpol erzeugt
ao in dem Ankerabschnitt 11, 12 eine E. M. K. in
Richtung 11, 12, die dem kleinen Strom entgegenwirkt,
ihn also vernichtet.
Wie also auch der Strom im Anker verlaufen mag, immer muß er beim Austreten aus
den Bürsten durch die zugehörige Ständerspule, und diese erzeugt unter allen Umständen
in dem zugehörigen Ankerabschnitt eine E. M. K., welche diesem Strom entgegenwirkt,
also ihn nicht verstärkt, wie es die Voraus-Setzung der Selbsterregung ist, sondern ihn
abtötet.
Die Wirkungsweise hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Parallelbetrieb von Reihenschlußmotoren.
Denkt man sich nach Fig. 5 zwei 2polige Reihenschlußmotoren mit den
Feldspulen 1, 2 bzw. 3, 4 und den Bürsten 11,
12 bzw. 13, 14 parallel geschaltet, so besteht
bekanntlich keine Schwierigkeit, solange nicht die beiden Bürsten 11, 13 miteinander verbunden
werden. Denn solange dies nicht der Fall ist, muß der Strom des Ankers 11, 12 unbedingt
durch die zugehörigen'Feldspulen 1,2 gehen. Wird also aus irgendwelchem Grunde
der Strom in diesem Motor etwas stärker, so werden auch die Feldspulen stärker erregt, die
Gegen-E. M. K. wächst und bringt somit den Strom auf den ursprünglichen Wert zurück.
Sind dagegen -die Bürsten 11 und 13 unter
sich verbunden und ist aus irgendwelchem Grunde der Strom in den Spulen 1, 2 etwas
stärker als in 3,4, so wird im Anker 11, 12 eine stärkere Gegen-E. M. K. erzeugt als in
13, 14. Der erstere drängt also den Strom gewissermaßen
weg und in den Anker 13, 14 hinüber.
Denkt man sich die beiden 2poligen Motoren
zu einem einzigen 4poligen Motor vereinigt, so erhält man das Bild Fig. 4, wobei
wiederum die Bürsten 11 und 13 miteinander
verbunden zu denken sind. Läßt man diese Verbindungsleitung weg, so erhält man die
Schaltung nach dem Prinzip der Fig. 3 (allerdings nur bei den Bürsten der einen Polarität).
Das soeben behandelte Mittel der Verbindung der Bürsten mit einzelnen Feldspulen ist
sehr wirksam und bringt auch sonst noch gewisse elektrische Vorteile mit sich, hat aber
bisweilen bauliche Schwierigkeiten im Gefolge, namentlich dann, wenn einzelne Bürsten unzugänglich
sind und der. Bürstenring deswegen zum Zweck, diese Bürsten nachzusehen, drehbar
gemacht werden muß. In diesem Falle müßte man alle die einzelnen Bürstenanschlüsse
lösen und nach dem Zurückdrehen des Bürstenringes wieder befestigen. '
Es genügt bisweilen, wenn man nur die " Bürsten der einen Polarität in der geschilderten Weise auflöst, wie es in den Fig. 9 und 10
dargestellt ist. · In Fig. 9 sind sämtliche Bürsten aufgelöst. Fig. 10 zeigt dieselbe Maschine,
wenn nur die Bürsten der einen Polarität Einzelanschlüsse .erhalten. In manchen
Fällen kann man noch weiter gehen und kann von den Bürsten j eder Polarität gewisse Gruppen
bilden. So ist z. B. in Fig. 11 eine Maschine mit 24 Polen dargestellt,-bei der immer
vier Feldspulen und vier Bürsten zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Die Anordnung
ist dabei so getroffen, daß die Feldspulen I, 7, 13 und 19 unter sich parallel oder in Reihe
geschaltet werden, ebenso die Bürsten 1,7, 13 und 19, und so die genannten Feldspulen und
Bürsten in Reihe geschaltet werden, ebenso die Feldspulen 3, 9, 15 und 21 sowie die Bürsten
gleicher Nummern, ebenso die Feldspulen und Bürsten 5, 11, 17 und 23. Hiermit sind sämtliche
Bürsten der einen Polarität angeschlossen; von den Bürsten der anderen Polarität
werden entsprechend die Bürsten 2, 8, 14 und 20 unter sich parallel geschaltet und mit den
Feldspulen gleicher Nummern verbunden. Ebenso die Bürsten 4, 10, 16 und 22 und endlich
die Bürsten 6, 12, 18 und 24. Diese Schaltung
ist in der Fig. 11 dargestellt. Selbstverständlich können auch andere Kombinationen
getroffen werden, beispielsweise statt 6 Grup- · pen von je 4 Spulen, 8 Gruppen von je 3 Spulen,
12 von je 2 oder auch 4 von je 6, 3 von je.8. In allen Fällen ist es aber von Wichtigkeit,
daß die unmittelbar miteinander verbundenen, gleichnamigen Bürsten möglichst weit
voneinander, entfernt liegen. Der Grund hierfür ist leicht einzusehen. Wenn beispielsweise,
wie in dem genannten· Beispiel angegeben, Bürste I mit Bürste'7 verbunden ist, so
wird hierdurch ein Kurzschlußstromkreis gebildet, der sich über 6 Pole erstreckt. Das
durch die Eigenerregung sich bildende Magnetfeld muß dann ebenfalls sich über 6 Magnetpole
erstrecken, es muß also den Eisenrücken in Ständer und Läufer auf eine verhältnismäßig
lange Strecke durchlaufen; zur Er-
regung sind also verhältnismäßig viel Amperewindungen
nötig, und dadurch wird bekanntlich die Eigenerregung erschwert.
Eine weitere Erregung kann in an sich bekannter Weise dadurch herbeigeführt werden,
daß das Eisen in der Mittellinie eines jeden Poles stark eingezogen, mit Ausschnitten versehen
wird o. dgl.
Eine noch weitergehende Vereinfachung
ίο kann in solchem Falle vorgenommen werden,
wo der Ständer mehrere Wicklungen, z. B. eine Feldwicklung und eine Kompensationswicklung,
enthält, und wo bei der im Betrieb benutzten Bürstenstellung die Bürsten gegenüber
der einen, aber nicht gegenüber beiden Wicklungen derart liegen, daß sie zur Selbsterregung
geeignete Stromkreise bilden. Es kann z. B. die Sache so liegen, daß die Feldwicklung
an sieb mit der Ankerwicklung keine Selbsterregung gibt, wohl aber die Kompensationswicklung.
Hier läßt sich nun die Erscheinung dadurch vermeiden, daß man nicht
j ede Wicklung des Ständers für sich behandelt, sondern in einzelne Spulen auflöst, wobei
natürlich beide. Wicklungssysteme eine gleichwertige Schaltung erhalten müssen. Es werden also die Spulen nicht, wie in Fig. 6 dargestellt,
beispielsweise sämtlich parallel geschaltet, sondern man verbindet gemäß Fig. 7 von
den äußeren Spulen, die z. B. die Feldspulen darstellen, Spulen 1, 2 usw. bis 6, nur die äußeren
Enden miteinander, geht aber mit den inneren Enden einzeln zu den äußeren Enden der
Spulen 11 bis 16 (die beispielsweise Kompensationsspulen
sind), während das andere Ende der letzteren gemeinsam verbunden wird. Dann bilden beispielsweise die Spulen 1 und 11
gewissermaßen ein Ganzes, ebenso 2 und 12 usw. In den Fällen, wofür die vorliegende
Schaltung sich eignet, hat dann das gemeinsame Spulensystem 1-11, 2-12 usw. nicht mehr
eine solche Lage gegenüber den Ankerbürsten, daß sich eine Selbsterregung bilden kann,
während beispielsweise in Fig. 6 die Spulen
45- 11, 12 usw. für sich allein, eine solche Lage
hätten.
Dies letztere Mittel scheint von dem in Fig. 3 dargestellten verschieden zu sein, ist
aber in Wirklichkeit dem inneren Wesen nach dasselbe. Da sich nämlich Anker und Kompensation gegenseitig transformatorisch beeinflussen,
so erreicht man dasselbe, wenn man irgendeine Maßnahme mit der Kompensationswicklung
vornimmt, wie mit der Ankerwicklung. Das bekannteste Beispiel dafür bildet der Repulsionsmotor, bei dem bekanntlich
die Kompensationswicklung vollständig die Rolle der Ankerwicklung übernimmt. Wenn also in Fig. 7 die Verbindung zwischen
den Anfängen der Spulen 11 bis 16 aufgehoben
wird, so ist dies dem Wesen nach ein gleichwertiges Mittel, wie wenn in Fig. 3 die Verbindung
zwischen den Bürsten 11 bis 17 aufgehoben
wird.
Welche von beiden Schaltungen man anwendet, hängt von den Umständen ab. Die Schaltung
Fig. 3 ist die gegebene, wenn keine Kompensation oder nur eine Kurzschlußkompensation
vorhanden ist; den Drehsinn des Motors kann man umkehren, indem man entweder
die Bürsten um i8o° elektrisch verschiebt oder
indem man die Anschlüsse der Spulen an den Bürsten zyklisch vertauscht, also Spule 1 an
Bürste 12, Spule 2 an Bürste 13 usw., Spule 8 an Bürste 11 legt.
Bei der Schaltung- nach Fig. 7 muß, gleichgültig, ob Bürstenverschiebung verwendet wird
oder nicht, beim Wechsel der Drehrichtung jede einzelne Kompensationsspule gegen jede
einzelne Feldspule umgeschaltet werden, d. h. der Umschalter muß aus so viel Einzelschaltern
bestehen, wie Stromzweige vorhanden sind. Da in Wirklichkeit die Kompensationsspulen 11 bis 16 gegenüber den Feldspulen 1
bis 6 um 900 elektrisch verschoben sind, kann es von Vorteil sein, gleichzeitig mit dem Umschalter
eine zyklische Vertauschung der Anschlüsse vorzunehmen derart, daß beim Linkslauf
beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestellt, Feldspule i mit Kompensationsspule 11, Feldspule
2 mit Kompensationsspule 12 verbunden ist usw., bei Rechtslauf dagegen Feldspule i
mit Kompensationsspule 16, .Feldspule 2 mit Kompensationsspule 11, Feldspule 3 mit Kompensationsspule
12 usw. Einen dementsprechend eingerichteten Umschalter zeigt schematisch
Fig. 8, wobei jeder Einzelschalter in an sich bekannter Weise aus vier Kontakten besteht,
die durch je zwei Kontaktbrücken in Form von Viertelkreisbögen derart verbunden sind, daß jeweils entweder zwei horizontal
nebeneinander liegende oder beim anderen Drehsinn je zwei vertikal übereinander liegende
Kontakte verbunden sind. In der in Fig. 8 dargestellten Lage des Umschalters ist
die Schaltung dieselbe wie in Fig. 7; von Spule ι geht der Strom über die Kontakte a, b
durch Spule 11, über die Kontakte g, h und
die Sammelschiene η an den Anker; wird der
Umschalter umgelegt, so würde der Strom von Spule ι über die Kontakte a, c durch Spule 16,
über die Kontakte k, m und die Sammelschiene η an den Anker gehen; von Spule 2
über die Kontakte e, g durch Spule 11, über die Kontakte b, d ebenfalls nach n. Es ist also
eine zyklische Vertauschung der· Spulen- :
anschlüsse erreicht, ohne daß der Umschalter deswegen , irgendwie kompliziert zu sein
braucht. : ■
Bei solchen Maschinen, die im Ständer keine getrennte Feld- und Kompensationswicklung
haben, sondern nur eine gemeinsame
einachsige Wicklung, kann man die beiden Schaltungen gewissermaßen vereinigen, indem
man nach Fig. 9 die Ständerwicklung in ebensoviel Einzelspulen zerlegt, wie Pole vorbanden
sind, und jede Bürste der einen Polarität einzeln mit der zugehörigen Ständerspule
in Reihe schaltet, ebenso jede Bürste der anderen Polarität einzeln mit ihrer zugehörigen
Ständerspule, so daß insgesamt die eine Hälfte der Ständerspulen den einen Endpol der Maschine
bildet, die andere Hälfte der Ständerspulen den anderen. Die freien Enden der Ständerspulen werden, wie Fig. 9 zeigt, an je
eine gemeinsame Sammelschiene angeschlossen.
Hierbei sind, wie gesagt, beide Schaltungen vereinigt. Denn jede Ständerspule bildet sowohl
eine Feld- wie eine Kompensationsspule; es sind also die Feldspule und die Kompensationsspule
jedes Poles unmittelbar in Reihe geschaltet und nur die freien Enden oder vielmehr
sogar nur das eine freie Ende verbunden. Ferner ist die Ständerwicklung in einzelne
Spulen aufgelöst und einzeln mit den Ankerbürsten verbunden.
Auch für diese Schaltung läßt sich die gruppenweise Zusammenfassung der Spulen durchführen.
Claims (4)
- Patent-An Sprüche:i. Schaltung zur Beseitigung der durch Selbsterregung induzierten inneren Ströme bei mehrpoligen Kollektormaschinen für Gleich- oder Wechselstrom mit oder ohne Bürstenverschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß
ι. in solchen Fällen, wo die Selbsterregungunabhängig von der Ständerwicklungauftritt, die gleichnamigen Bürsten nicht unmittelbar durch Sammelschienen unter sich verbunden sind, sondern daß wenigstens von den Bürsten der einen Polarität jede einzelne Bürste mit einer einzelnen Feldspule der Ständerwicklung unmittelbar in Reihe geschaltet wird, wobei jede Bürste mit einer solchen Feldspule verbunden wird, daß x deren zugehöriger, vom inneren Strom erregter Pol bei der Drehung die an der betreffenden Bürste auftretende innere Selbsterregerspannung schwächt,
2. in solchen Fällen, wo die Ständerwicklung die Quelle der Selbsterregung bildet, die einzelnen Spulen der Feldwicklung sowohl wie auch der Kompensationswicklung nicht je für sich einzeln oder gruppenweise parallel geschaltet sind, sondern daß jede einzelne Spule oder Spulengruppe der Kompensationswicklung mit jeder einzelnen Spule oder Spulengruppe der Feldwicklung für sich in Reihe geschaltet wird und nur die äußeren freien Enden der Spulenkombinationen an gemeinsame Sammelschienen angeschlossen werden. - 2. Elektrische Maschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung der Drehrichtung zugleich mit der Umschaltung auch eine zyklische Vertauschung der Anschlüsse zwischen den Feldspulen und Bürsten oder zwischen den Feld- und Kompensationsspulen vorgenommen wird.
- 3. Elektrische Maschine nach Anspruch i, bei der Feld- undKompensationswicklung von vornherein zu einer gemeinsamen Wicklung vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese gemeinsame Ständerwicklung in einzelne Spulen aufgelöst ist, von denen nur je ein Ende an Sammelschienen angeschlossen wird, während das andere Ende jeder einzelnen Ständerspule unmittelbar an die zugehörige Bürste gelegt wird.
- 4. Elektrische Maschine nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse- und Ankerwicklung nicht in einzelnen Spulen, sondern in Gruppen von je zwei, drei oder mehr Spulen mit den entsprechenden Bürsten verbunden werden. g0Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
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