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Einrichtung an elektrischen Maschinen zur Kommutierung von Gleichstrom
in einer Mehrphasenwicklung Es ist bekannt, daß die Betriebsspannung von Gleichstrommotoren
hauptsächlich durch die Lamellenspannung am Kollektor und die zugehörige Lamellenzahl,
somit also durch die Kommutierungsschwierigkeiten begrenzt ist. Man hat bereits
vorgeschlagen, die Stromwendung am Kollektor durch Verwendung von Ventilen zu verbessern.
Hierbei hat man die Schleifbürsten des Kollektors in mindestens zwei Teilbürsten
aufgelöst und zwischen die Teilbürsten die Ventile eingeschaltet. Bei Einrichtungen
zum Umformen von Gleichstrom in Wechselstrom hat man auch vorgeschlagen, den Gleichstrom
über Ventile unmittelbar auf die Wicklung des Umformers zu leiten. Mit den hierbei
für die Kom:mutierung des Gleichstromes angegebenen Mitteln wird .aber im praktischen
Betrieb das angestrebte Ziel noch nicht erreicht. Es hat sich nun herausgestellt,
d.aß es möglich ist, diese Schwierigkeiten dadurch zu umgehen, daß die mechanische
Kommutierung des Gleichstrommotors durch einen Kommutierungsvorgang ersetzt wird,
wie er z. B. in einem Ouecksilberdampfgleichrichter stattfindet.
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Bei einer Einrichtung zur Kommutierung von Gleichstrom in einer Mehrphasenwicklung,
bei der die verschiedenen Speisepunkte nacheinander unter Umgehung mechanischer,
den Arbeitsstrom führender Kommutatoren über Ventile oder Lichtbögen mit der Gleichstromzu-
oder -ableitung verbunden werden, wird nun gemäß der Erfindung dem in den Ventilanoden
fließenden Arbeitsstrom ein Wechselstrom überlagert, dessen Frequenz größer ist
als die Frequenz der Grundharmonischen des gleichzeitig in der M:ehrphasenwicklung
:erzeugten Mehrphasenstromes. Dieses geschieht dadurch, daß die verschiedenen Anzapfpunkte
einer Gleichstromankerwicklung zwangsläufig über Ventile oder Lichtbögen :mit der
Gleichstromzu-oder -.ableitung verbunden werden. Die Anwendung von Elektronenröhren
zu diesem Zweck ist ohne weiteres möglich. Will man aber zwecks Aufnahme größerer
Leistung die Elektronenröhren durch Quecksilberdampfventile ersetzen, so tritt ;insofern
eine Schwierigkeit auf, als ein einmal gezündeter Quecksilberd.ampflichtbogen durch
eine an das zugehörige Gitter angelegte Minusspannung nicht ohne weiteres gelöscht
werden kann. Es ist vielmehr nur möglich, mit Hilfe dieser Minusspannung das Zünden
des Lichtbogens, also das Entstehen eines Stromes, zu verhindern. Dieser Nachteil
bei Anwendung des Ouecksiiberdampfgleichrichters für den vorliegenden Zweck kann
dadurch vermieden werden, daß die ,Stromzu- bzw. -ableitun.g je an mindestens zwei
Punkten der Ankerwicklung getrennt erfolgt und daß zwischen die Anschlußpunkte die
Wechselspannung gemäß der Erfindung gelegt wird. Diese
Wechselspannung
erzeugt einen Wechselstrom, der dem ,eigentlichen Arbeitsgleichstrom überlagert
ist, der zu jie gleichen Teilen in den verschiedenen Zu- oder Ableitungen der Ankerwicklung
fließt. Die Amplitude des Wechselstromes stellt sich ohne weiteres so groß,ein,
wie der betreffende Teilgleichstrom in den Zu- oder Ableitungen. Damit ist :erreicht,
daß die Teilgleichströme in den Zu- bzw. Ableitungen zum Anker periodisch durch
Null gehen, während der durch den Anker geführte Gleichstrom durch den überlagerten
Wechselstrom nicht berührt wird. Dieser periodische Durchgang der Teilströme durch
Null gestattet nun die Beeinflussung des Quecksilberdampflichtbogens durch ein gesteuertes
Gitter mit Hilfe der im nachstehenden beschriebenen Schaltungen, die ebenfalls Gegenstand
der Erfindung sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
Es ist angenommen, daß das Feld umläuft und der Anker stillsteht. Mit dem Feld
a, b mechanisch starr verbunden sind derKommutator c und die Schleifringe
d, e. Die Ankerwicklung f ist der übersichtlichkeit wegen in acht gleiche
Teile unterteilt; die Anschlußpunkte sind mit I bis VIII bezeichnet. Diese Punkte
sind zu den Doppelventilen g,-g, geführt, deren Steuergitter an den Kommutator c
geführt sind, und zwar sind die Gitter der diametral gegenüberliegenden Doppelventile
derart verbunden, daß das den Einlaß steuernde Gitter des einen mit dem den Auslaß
steuernden Gitter des anderen Ventils über eine :gemeinsame Schleifbürste :mit dem
Kommutator c verbunden ist. Der Kommutator c besitzt zwei Lamellen x, y, von denen
die :eine mit dem Schleifring d und die andere mit dem Schleifring e leitend verbunden
ist. An d-en Schleifring d ist die positive Gittersteuerspannung aus der Batterie
B, und an den Schleifring e die negative Gittersteuerspannung der Batterie B; gelegt.
Die Elektroden der Doppelventile sind zu .Sammelleitungen h geführt, die von den
Wechselstromquellen. W" W. gespeist werden. Die Nullpunkte der Wechselstroemquellen
W,, W> sind herausgeführt und mit der Gleichstromzu- und -ableitung verbunden, ebenso
sind die Gittersteuerbatteri:en B,, B. an die Nullpunkte angeschlossen.
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Bei dem gezeichneten Beispiel liegen die nicht mit der Ankerwicklung
verbundenen Anoden der Ventile g,-g$ an den beiden äußeren positiven Ringleitungen
h der Stromzuleitung, die Kathoden aber an den beiden inneren negativen Ringleitungenh
der Stromableitung. Die Ventile g. und g" wirken in der gezeichneten Stellung als
Einlaßventile und die diametral gegenüberliegenden. Ventile g, und g., als Auslaßventile.
Der Gittersteuerstrom aus der Batterie B, drückt den durch Schleifbürsten untereinander
verbundenen Gittern i., i3, i, i7 dieser Ventile ein zusätzliches Pluspotential
über den Schleifring d und die Pluslamelle x des Kommutators c auf.
Diese Ventile sind also leitend, so daß der Strom aus den positiven äußeren Ringleitungen
h .über die Ventile g2 und g3 zu den Punkten II, III der Ankerwicklung fließt und
sich zu beiden Seiten verteilend an den Punkten VI, VII über die Ventile g,,, g.,
in die negativen Ringleitungen h austritt. Bei der hierdurch hervorgerufenen Drehung
des Ankers gegenüber dem Feld in der Pfeilrichtung gleitet die Bürste des Gitters
i., von der Pluslamelle x des Kommutators c ab und gelangt auf die Minuslamelle
y derselben. Das Gitter i7 und das über die Schleifbürste mit ihm verbundene Gitter
i3 werden hiermit an die negative Gittersteuerspaunung gelegt, während _ gleichzeitig
die Schleifbürste des Gitters i. des Ventils g, auf die Pluslamelle des Kommutators
c aufläuft. Damit ist das Ventil g, und das mit ihm diametral verbundene Ventil
g 1 leitend gemacht, und diese übernehmen nun die Stromführung zusammen mit den
noch erregten Ventilen g., g,;. Dieses Spiel wiederholt sich mit der weiteren Drehung
des Erregerfeldes. Der Kominutator c kann auch, unter Weglassung des Erregerfeldes,
relativ zu den Bürsten mit beliebiger Tourenzahl rotieren zwecks Erzeugung eines
Drehfeldes beliebiger Drehzahl oder von Mehrphasensystemen beliebiger Frequenz.
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Die Frequenz der Wechselstromquellen TV,
und W, muß ein Vielfaches
der Frequenz des im Anker selbst erzeugten Mehrphasenstromes sein. Der Grund, warum
dieFrequenz der Hilfswechselstromquellen ein Vielfaches der Frequenz des im Anker
erzeugten Wechselstromes sein muß, liegt darin, daß das Verhältnis der Frequenzen
zueinander mindestens gleich der Hälfte der Zahl :der auf dem Mehrphasensystem wirksamen
Speisepunkte ist, weil während einer Arbeitsperiode der Ventile der Hilfswechselstrom
mindestens einmal vom Scheitelwert in der einen Richtung zum Scheitelwert in der
anderen Richtung variiert, also mindestens eine Halbperiode durchlaufen muß, damit
der zugeordnete Gesamtstrom mit Einbezug &s Arbeitsgleichstromes -vom
Maximalwert auf den Wert Null gebracht und die Kommutier ung möglich wird. Der Einfachheit
halber wird man W, und W. als Transformatoren ausbilden, die von einem gemeinsamen
Generator gespeist werden. Die Primärwicklungen der Transformatoren können in
Serie
geschaltet werden zu dem Zweck, eine Gleichheit der Amplituden der Wechselströme
zuerzwingen.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist nicht auf dieVerwendung beiHochspannungsgl.eichstroinmotoren
beschränkt, sondern ist auch anwendbar bei Gleichstrom-Gleichstrom-Hochspannungsumformern,
indem man beispielsweise das im Anker erzeugte elektrische Mehrphasensystem mit
einem künstlichen Nullpunkt versieht und durch Primäranzapfungen am Nullpunkttransformator
oder von der Sekundärseite desselben über einen Gleichrichter die gewünschte niedere
Gleichspannung erzeugt, oder aber, indem man auf dem Anker selbst eine zweite in
Stern geschaltete Mehrphasenwicklung mit beliebiger Windungszahl anbringt, von der
man über einen Gleichrichter oder über einen Kommut.ator die gewünschte Gleichspannung
abnimmt. Die Einrichtung ist auch verw.end@bar für Gleichstrom-Drehstrom- sowie
für Frequenzumformer. Die Trommelwicklung kann sinngemäß durch die Wicklung eines
Mehrphasentransformators ersetzt werden in Vieleckschaltung, oder einer Verbindung
der Vieleckschaltung mit der Sternschaltung. Hierbei können flie Bürstensätze mechanisch
mit beliebiger, der gewünschten Frequenz entsprechender Tourenzahl gedreht werden.
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Zwecks Verbesserung der Verteilung des Arbeitsgleichstromes auf die
verschiedenen Zu- und Ableitungen können neben der Haupterregerwicklung noch eine
Kompensationswicklung und Wendepole vorgesehen werden.
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Der für die Kommutierung erforderliche Wechselstrom kann auch einem
Hilfsmehrphasensystem entnommen werden, dessen Frequenz so groß sein muß, daß während
einer Periode desselben :der Verteiler je eine der den einzelnen Phasen des Hilfs,mehrphasensystems
zugeordneten -Anoden zum .,nsprechen bringt, in ähnlicher Weise wie für Einphasenstrom
beschrieben.