DE623955C - Abwechselnd als Motor und als Generator laufende Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine - Google Patents
Abwechselnd als Motor und als Generator laufende Gleichstrom-Hauptstrom-MaschineInfo
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- DE623955C DE623955C DEA72582D DEA0072582D DE623955C DE 623955 C DE623955 C DE 623955C DE A72582 D DEA72582 D DE A72582D DE A0072582 D DEA0072582 D DE A0072582D DE 623955 C DE623955 C DE 623955C
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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
- H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
- H02K23/20—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having additional brushes spaced intermediately of the main brushes on the commutator, e.g. cross-field machines, metadynes, amplidynes or other armature-reaction excited machines
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc Machiner (AREA)
- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBENAM
9. JANUAR 1936
REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
M 623955 KLASSE 2Id1 GRUPPE
Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Februar 1934 ab
Von dem Bau der Hochspannungs-Gleichstrom-Maschinen her ist die Tatsache bekannt,
daß Gleichstromgeneratoren mit mehr als zwei Polen und Hauptstromschaltung in der einen Drehrichtung stärker zu Kollektorüberschlägen
neigen als in der anderen, sofern diese Maschinen weniger Bürsten besitzen, als ihrer Polzahl entspricht. Diese Erscheinung
ist in der verschiedenen Länge des Weges begründet, den ein solcher Überschlag zwischen zwei Bürsten in der einen und anderen
Drehrichtung zurücklegen muß.
In der Abb. 1 ist eine normale vierpolige Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine mit Wendepolen
dargestellt. Sie besitzt, wie1 es z. B. auch bei Bahnmotoren die Regel ist, nur zwei
Bürsten A und B. Die anderen beiden diametral gegenüberliegenden Bürsten sind aus
Gründen der baulichen Vereinfachung oder wegen der schlechten Zugänglichkeit (etwa
bei Bahnen) fortgelassen. Die Erfahrung· lehrt, daß solche Maschinen, sofern sie als
Generator laufen, in der mit dem Pfeil r bezeichneten Drehrichtung' leichter zu Über-
schlagen neigen als in der anderen Drehrichtung entsprechend dem Pfeil s. Voraussetzung
ist hierbei, daß die Maschine gemäß Abb. ι geschaltet ist. Die Bürstet bildet
den Minuspol und die Bürste I? den Pluspol.
L ist der von der Maschine gespeiste Verbraucher,
α ist der Anker, f die Erregerwicklung und -w die Wendepolwicklung der Maschine.
......
Die beiden Wege längs des Kollektorumfanges, die einem Bürstenüberschlag zur
Verfügung stehen, sind mit I und II bezeichnet. Der Weg II ist dreimal so lang wie der
Weg I. Er enthält annähernd an der Stelle K, an der gegenüber der Bürste A eine weitere
Bürste angeordnet werden könnte, eine neutrale Zone, welche zur Löschung eines zwischen
zwei Lamellen bestehenden Lichtbogens beiträgt. Ein Überschlag zwischen den Bürsten A und B längs des Weges II
kann daher kaum zustande kommen, weil der Lichtbogen an der der Bürste^! diametral
gegenüberliegenden Stelle K des Kollektors zum Verlöschen gebracht, wird.
Der Weg I enthält keine solche neutrale Zone und ist außerdem bedeutend kürzer,, so
daß für ihn die Wahrscheinlichkeit eines vollständigen
Überschlages zwischen den Bürsten^ und B bedeutend größer ist als für
den Weg II.
Von der Elektronentheorie her ist es bekannt, daß ein Lichtbogen stets vom. nega-
: tiven Pol, d.i. der Kathode, ausgeht. Bedingung
ist hierbei, daß die Kathode eine so
*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:
Dr.-Ing. Walter Volkers in Berlin-Wilmersdorf.
023955
hohe Temperatur besitzt, daß sie genügend Elektronen zur Ionisierung· der EntLadungsstrecke
aussendet. Die Temperatur der Anode ist dagegen auf das Zustandekommen des Lichtbogens praktisch ohne Einfluß.
Stellt man sich nun vor, daß beide Bürsten A und B im Betrieb hüpfen, und betrachtet
man einen Augenblick, in dem jede von ihnen ein gewisses Stück vom'Kollektor ab-
XO gehoben ist, so hat man zwei Lichtbögen
zwischen Kohle und Kollektor vor sich, von denen naturgemäß jeder eine Kathode und
eine Anode besitzt. Bei dem Lichtbogen unter der Bürste!? bildet die Bürstenkohle die Kathode·
und die gegenüberliegende Lamelle; die
Anode, während bei dem Lichtbogen unter der Bürste A die Kathode durch die
.Kommutatorlamelle und die Anode durch.
die Bürstenkohle verkörpert wird. Die Kathode des Lichtbogens bei B
< steht demnach still, während, die Kathode des»
anderen Lichtbogens, mit dem Kommutator wandert. Die letztere ist also die für den
Betrieb= gefährlichere;,, denn sie·, wird durch
die Gleitbewegung zwischen Kohle und Kollektor nicht gekühlt,, was bei der anderen- Kathode
(Bürste i?) der Fall ist. Hieraus erklärt sich auch die aus der Praxis bekannte
Erscheinung, daß bei einem Gleichstromgenerator der Überschlag stets von der Minus.'
bürste ausgeht.
Beim Matorbetrieh Eegen die Vefhiältnisisiq
umgekehrt. Hier hat man (bei unveränderter Polarität der Burster«) in beiden, Lichtbogen
zwischen- Bürste und Lamelle die entgegengesetzte? Stromrichtung wie beim GeneratorbetrieK
Infolgedessen-geht jetzt ejn Kollek,-torüberschlag
von. demjenigen Lichtbogen zwischen Bürste, und Lamelle aus» der beim
Generatorbetrieb, der weniger gefährlichere war„ d,h. er bildet, sich an der Plusbürste·,
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es bei abwechselnd als Motor und als
Generator lauf enden-Gleichstrom-Hauptstrom·*
Maschinen mit weniger Bürsten; als Pole«
zweckmäßig, ist* bei der Wahl der Bürstenanschlüsse;
die? für den, Generatorbetrieb günstigere Schaltung zugrunde zu. legen. Diese
Maßnahme ergibt sich* aus der Tatsache, daß
5Q. bei solchen; Maschinen die Ankerspannung,
und damit auch die. Lamellenspannung; beim
Bremsen. (Generatofwirkung); größer ist alsbeim Fahren (MotOEwirkung).
Betrachtet man als Beispiel eines Betriebes
55, mit HauptstrommotoreUj die abwechselnd
zum Fahren und Bremsen benutzt werden, eine Straßenhahn mit 50Q Volt Fahrdrahtspannung,
so können an den Motorbürste!! während des Fahrens niemals höhere Spannungen
als 500 Volt auftreten. Während des Anlassens steigt die Spannung an· den Motor-Klemmen
allmäHiclh von NuE Ms auf 500 Volt
und bleibt auf diesem Wert, nachdem der Führer die Anlasserkurbel in die höchste
Fahrstellung gedreht hat. Für die Leistung N der Bahnmotoren gelten hierbei, abgesehen
vom Wirkungsgrad, die folgenden Beziehungen:
i. N = B·· I, worin E die konstante Spannung
von 500 Volt und / den Motorstrom bedeutet.
2f. N=V-Z, wobei V die Geschwindigkeit
und Z die Motorzugkraft ist.
Da ferner die Zugkraft Z annähernd dem Strom J proportional ist, läßt sich auch
schreiben:
3, N = k-V-J.
Sofern nach Beendigung des .Anlassens die
Zugkraft der Motoren größer als die Bewegungswiderstände des Fahrzeuges ist — beispielsweise
bei der Fahrt in der Ebene —, steigt die Geschwindigkeit weiter an. Infolgedessen
erhöht sich, auch die Gegen-EMK der Motoranker, d. h. der Strom / sinkt. Weil
aber B konstant ist, muß sich auch N vermindem. Mit wachsender Fahrgeschwindigkeit
sinkt also die Motorleistung N=V-Z. Da V
langsam wächst, muß Z in entsprechendem verstärktem Maße zurückgehen, damit das Produkt N bei wachsendem V kleiner wird.
'Die. Motoren: des Straßenbahnwagens entwickeln
demnach beim Fahren nach Beendigung des Anlassens eine kleiner und kleiner
werdende Zugkraft, während die Geschwindigkeit steigt, '
Beim Bremsen- wird dagegen von den Motoren auch bei hohen. Geschwindigkeiten eine
große Zugkraft verlangt, die im allgemeinen mindestens ebenso- gro,ß sein muß wie die Anfahrzugkraft
vor Beendigung des Anlassens. Aus der Gleichung N ^=V · Z folgt aber, daß
beim Bremse» im Bereiche hoher Fahrgeschwindigkeiten die Motorleistung größer
sein muß, als wenn die Motoren bei denselben hohen Geschwindigkeiten im Fahrbetrieb
am Netz liegen. Aus der anderen Beziehung N == B' J ergibt sich ferner, daß diese erhöhte
Leistung au*· auf Kosten einer ,Steigerung
der- Spannung £ möglich ist, wenn man sich gleichzeitig noch vor Augen hält, daß
sich die Zugkraft Z annähernd proportional mit dem Strom/ ändert« Behält man daher
beim! Bremsen dasselbe / bei wie während
des Anlassens, so/ wächst die beim Kurzsehlußbremsen
erzeugte Ankerspannung auf einen Wert, der- um so· viel größer als die
Netzspannung ist, als die beim Einsetzen der Bremsen vorhandene Fahrgeschwindigkeit
über der Geschwindigkeit im Augenblick der Beendigung des Anlassens liegt.
Das Anlassen möge -beispielsweise bei 15 km/h Tjeendet worden sein, während die
023055
Zugkraft jedes Motors in diesem Augenblick ioookg betrug. Bremst der Führer einige
Zeit später aus einer Geschwindigkeit von 45 km/h mit ebenfalls iooo kg je Motor ab,
so ist die Motorleistung dreimal größer als im zuerst betrachteten Augenblick und infolgedessen
auch die Ankerspannung, d. h. die letztere steigt auf 1500 Volt.
Die Gefahr eines Burstenubersciilages- ist
Die Gefahr eines Burstenubersciilages- ist
to demnach beim Bremsen wesentlich größer als . beim Fahren.
Die Erfindung besteht nun in der Nutzanwendung dieser Erkenntnis in der Weise,
daß bei einem Fahrzeug mit Gleichstrom-Hauptschluß-Maschinen, die abwechselnd zum
Antrieb und Bremsen benutzt werden, unter den beiden möglichen Schaltungen der Anker
und Felder bei allen Maschinen diejenige Schaltung gewählt wird, welche die in bezug
auf Burstenuberschlage für das Kurzschlußbremsen
günstigere Polarität besitzt. Diese Schaltung ergibt sich, wie gezeigt wurde, wenn man dafür sorgt, daß in der Drehrichtung
des Kollektors der größere Weg von der Minusbürste zur Plttsbürste vorhanden ist.
Beim Fahrbetrieb kann dann entweder die ungünstigere Schaltung beibehalten werden
oder aber, wie im folgenden weiter gezeigt werden soll, durch Anordnung von zusätzliehen
Bürsten am Kollektor dafür gesorgt werden, daß sowohl beim Bremsen als auch
beim Fahren die günstigere Bürstenschaltung besteht. Man rüstet zu diesem Zweck beispielsweise
den normalen vierpoligen Bahnmotor, der sonst nur zwei Bürsten besitzt,
mit einer dritten Bürste aus und legt die vom Fahrschalter kommenden Ankerkabel jeweils
an zwei verschiedene von diesen drei Bürsten, je nachdem ob der Motor zum Bremsen oder
zum Fahren benutzt wird.
In Abb. 2 ist ein solcher Motor im Bremsbetrieb und in Abb. 3 im Fahrbetrieb dargestellt.
Abb. 2 entspricht bezüglich Drehrichtung, Bürstenpolarität usw. vollkommen der Abb. 1 ;
sie unterscheidet sich von dieser nur durch eine Zusatzbürste An die diametral gegenüber
der Bursters auf dem Kommutator angeordnet
ist, jedoch keinen Anschluß besitzt.
Wie schon an Hand von Abb. 1 gezeigt wurde, ergibt sich beim Bremsen in der Drehrichtung
s und der angegebenen Polarität der Bürsten As und B die günstigere Schaltung
bezüglich der Überschlagsgefahr, weil der Weg II von der Minusbürste As bis zur Plusbürste
B drei Viertel des Kollektorumfangesbeträgt.
Da beim Fahrbetrieb der Überschlag von der Plusbürste und nicht von der Minusbürste
ausgeht, ist in Abb. 3 das Erdkabel G nicht an die BürsteA8, sondern an die
angeschlossen. Dadurch kommt auch beim Fahren zwischen den Bürsten B und A1. ein
Gesamtweg IF von drei Viertel des KoI-lektorumfanges zustande, den der Überschlag
von der Plus- zur Minusbürste zurücklegen müßte.
Ein besonderes Problem bezüglich Wahl der richtigen Bürstenschaltung bilden die
mehrmotorigen Triebausrüstungen, wie sie beispielsweise bei Straßenbahnwagen mit
Tatzenlagermotoren ausgeführt werden. Im allgemeinen werden beispielsweise bei zweimotorigen
Ausrüstungen die beiden Motoren M/ und M/i spiegelbildlich zueinander angeordnet,
wie Abb. 4 zeigt. Infolgedessen drehen sich auch die beiden Motoranker in entgegengesetzten Drehrichtungen, wenn man
jeden von ilunen von einer bestimmten Seite, z. B. der Kommutatorseite, betrachtet.
Wie aus dem Kabelverlegungsplan in Abb. 4 hervorgeht, werden von jedem Motor
die beiden Ankerkabiel A und B und die beiden Feldkabel E und F zu jedem der beiden Fahrschalter
F, und Fn geführt. Sie werden zunächst
bei einem, z. B. dem Fahrschalter F1,
an die dort angegebenen Klemmen A1, B1
(Anker des Motors M1), A2, B2 (Anker des
Motors M11), F1, E1 (Feld des Motors M1)
und F2, E2 (Feld des Motors M11) ange- go
schlossen. Nachdem dieses geschehen ist, stellt man durch Probieren fest, ob sich beide
Motoren in der richtigen Drehrichtung drehen, wenn der Fahrschalter auf »Vorwärts«
gestellt wird. Ist dieses nicht der Fall, so vertauscht man entweder je zwei Anker- oder je zwei Feldkabel miteinander.
Das gleiche wiederholt sich am Fahrschalter Fn. Bisher war es bei Straßenbahnen
nicht üblich, planmäßig mit Rücksicht auf die Bürstenschaltung im Sinne der vorherigen
Ausführungen die Anschlüsse der Motorkabel an den Fahrschalter herzustellen. Man hat
vielmehr es dem Zufall überlassen, ob die Bürstenschaltung günstig oder ungünstig ist,
da die Zusammenhänge zwischen der Bürstenpolarität und dem Fahr- und Bremsbetrieb
bisher nicht bekannt waren.
Da ein Hauptstrommotor seine Drehrichtung nicht ändert, wenn man Anker und Feld
gleichzeitig umpolt, ist es ohne weiteres möglich, in dem Schaltschema der Abb. 4 die
Motorkabel so an die beiden Fahrschalter anzuschließen, daß jeder der beiden Motoren
beim Kurzschlußbremsen die günstigere Bürstenschaltung besitzt. Die richtigen Anschlüsse
sind durch die stark ausgezogenen Linien angedeutet, während die strichpunktierten
Linien andere weniger günstige Anschlußmöglichkeiten angeben, wie sie beispielsweise
bisher auf Grund des Zufalles gewählt wurden.
Sofern die Motoren riiit der erwähnten Zusatzbürste
ausgerüstet werden, müssen selbstverständlich die Fahrschalter noch besondere Finger erhalten, durch welche die wahlweise
Umschaltung1 von der Falifbürste auf die
Bremsbürste bewirkt wird.
Claims (4)
- Patentansprüche:
- i. Abwechselnd als Motor und als Generator laufende Gleichstrom -Hauptstrom-Mas'chine mit wiendiger Bürsten als Polen, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld der Maschine derart an den Anker angeschlossen ist, daß, beim Generatorbetrieb in der Drehrichtung der Maschine auf dem ■ Kollektorumfang gemessen, die Entfernung von der Minusbürste bis zur Plusbürste größer ist als die Entfernung von der Plusbürste bis zur Minusbürste.
'· 2. Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzbürsten vorgesehen sind, die bei Motorbetrieb ganz oder teilweise an Stelle der Hauptbürsten benutzt werden. - 3. Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbürsten so angeordnet sind, daß, in der Drehrichtung auf dem Kollektorumfang gemessen, die Entfernung von der Plusbürste bis zur Minusbürste größer ist als die Entfernung von der. Minusbürste bis zur Plusbürste.
- 4. Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine nach Anspruch 1 für mehrmotorige Antriebe, insbesondere solche, bei denen sich die Anker in verschiedenen Richtungen drehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld einer jeden Maschine so ;m den Anker angeschlossen ist, daß, beim Motorbetrieb in der Drehrichtung auf dem Kollektorumfang gemessen, die Entfernung von der Minusbürste bis zur Plusbürste größer ist als die Entfernung von der Plusbürste bis zur Minusbürste.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA72582D DE623955C (de) | 1934-02-24 | 1934-02-24 | Abwechselnd als Motor und als Generator laufende Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEA72582D DE623955C (de) | 1934-02-24 | 1934-02-24 | Abwechselnd als Motor und als Generator laufende Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE623955C true DE623955C (de) | 1936-01-09 |
Family
ID=6945603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEA72582D Expired DE623955C (de) | 1934-02-24 | 1934-02-24 | Abwechselnd als Motor und als Generator laufende Gleichstrom-Hauptstrom-Maschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE623955C (de) |
-
1934
- 1934-02-24 DE DEA72582D patent/DE623955C/de not_active Expired
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