DE702452C - wendepollosen Kommutatormaschinen - Google Patents

Description

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' Maßnahmen zur Verbesserung der Kommutierung von Kommutatormaschinen, sei es von Gleich-, sei es von Wechselstromkollektormaschinen, sind seit langem bekannt. So verwendet man Wendepole in der kommutierenden Zone, um eine Spannung in der kommutierenden Windungsgruppe zu erzeugen, die der Kommutationsspannung entgegengerichtet ist. Weiterhin ist die Anwendung von Dämpferwicklungen und von Widerstandsverbindungen zwischen Wicklung und Kommutator bekannt.

Für Wechselstrommaschinen höherer Spannung und Leistung reichen diese Maßnahmen nicht aus. Überdies tritt in diesen Fällen eine weitere Störungsspannung auf, nämlich die Transformatorspannung, die vom Hauptfluß induziert wird. Endlich hat das Hauptfeld auch Oberfelder, welche die Kommutie-

ao rung gleichfalls störend beeinflussen.

Zur Beseitigung auch dieser Schwierigkeiten ist es bei Maschinen mit einer Windung pro Nut bereits bekannt, zur Hauptankerwicklung über Kommutatorstege eine Hilfswicklung parallel zu schalten, deren aufeinanderfolgende, in gleichen Nuten liegende Wicklungsteile an die gleichen Segmente wie die aufeinanderfolgenden Wicklungsteile der Hauptwicklung angeschlossen sind. Die bekannte Lösung ergibt aber nur die Möglichkeit, zwei in Nachbarnuten liegende Teile der Hauptwicklung magnetisch miteinander zu verketten und so die Reaktanzspannung der jeweils kommutierenden Windung etwa zu halbieren. Wollte man nun nach diesem Verfahren die Verkettung von Teilen der Hauptwicklung auch auf mehr als zwei Nuten ausdehnen, um so die Reaktanzspannung der Kommutierung noch weiter herabzusetzen, so würden hierbei beträchtliche Differenz-Spannungen und Ausgleichströme entstehen, die zu unerträglichen Betriebszuständen führen. Dies rührt daher, weil bei dieser weitergehenden Verkettung die einzelnen miteinander verketteten Teile der Hauptwicklung in immer mehr unterschiedlicher Phasenlage zueinander liegen.

In dieser Hinsicht bedeutet die vorliegende Erfindung, die ebenfalls von einer Parallelschaltung von Haupt- und Hilfswicklung über Kommutatorsegmente Gebrauch macht, einen wesentlichen Fortschritt. Erfindungsgemäß sind den nacheinander kommutierenden Windungen W_1n W_n der Hauptwicklung, die in verschiedenen Nuten N₁, N₁ und N₂, N₂' liegen, zwei Windungen H_xi und H_xr der Hilfswicklung über die Kommutatorstege parallel geschaltet, die beide in denselben Nuten N_x, N_x liegen, und die nacheinander kommutierenden Windungen W₂ ; und W_s,

der Hauptwicklung, die in den gleichen Nuten N₂, AV liegen, sind mit Windungen der Hilfswicklung parallel geschaltet, die in verschiedenen Nuten N_x, N_x und N₁,, AV untergebracht sind. Hierbei ist die jeweils kommutierende Windung mit einem magnetischer Streufeld verkettet, welches diejenige Energie enthält, die sich bisher beim Ablauf der Bürste in dem sogenannten Kommutatorfeuer entlud. Mit Hilfe der transformatorischen Verkettung von Hilfs- und Hauptwicklung gemäß der Erfindung wird diese Energie auf andere Windungen der Hauptwicklung bzw. auf magnetische Felder übertragen, die '5 mit anderen Nuten verkettet sind. Die Hilfswicklung wird zweckmäßig in den gleichen Nuten wie die Hauptwicklung untergebracht; jedoch liegen die zugehörigen und daher über die Kommutatorsegmente miteinander ver-2<j bundenen Teile der Haupt- und Hilfswicklung in verschiedenen Nuten. Diese Wicklungen haben daher verschiedene räumliche Relativlage zu den zugehörigen Kollektorsegmenten.

Alle Merkmale der Erfindung sind aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich, das nachfolgend beschrieben und in Abb. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht ist.

Abb. ι zeigt hierbei das Wicklungsschema und die Art der magnetischen Verkettung von Teilen der Haupt- und Hilfswicklung an einer Abwicklung und einem Schnitt.

Abb. 2 zeigt die besondere Ausbildung der einzelnen Nut. Die Hauptankerwicklung besitzt vier Windungen je Nut. Die beiden oberen, in den Nuten JV₁ und N₁' gelegenen Windungen der Hauptankerwicklung sind mit W₁ und W_{1 r} bezeichnet. Weitere Windungen, die in den Nuten N_s und N₂' liegen, sind entsprechend mit W₂1 und W._lT bezeichnet. Die Wicklung ist als Schleifenwicklung mit einer Windung je Segment ausgeführt und an die Kommutatorsegmente 1, 2, 3 ... angeschlossen. An die gleichen Segmente ist auch die Hilfswicklung H angeschlossen. Diejenigen Teile der Hilfswicklung, die zu den in Abb. ι dargestellten Teilen der Hauptwicklung gehören, sind allein herausgezeichnet. Diese Teile sind über die entsprechenden Kommutatorsegmente an die Hauptwicklung angeschlossen und liegen in den Nuten N_x, N_y bzw. JV/, Ny.

Geht man z. B. von den Nuten N₂ und N₂ aus, in denen die Windungen W₂₁ und W_{2 r} der Hauptwicklung untergebracht sind, so findet man, daß diese Windungen über die Kollektorsegmente 3, 4 bzw. 4, 5 mit den Spulen H_xr und H_yl der Hilfswicklung verbunden sind. Während nun die Windungen W₂₁ und W_{2 r} der Hauptwicklung in den gleichen Nuten N₂ und JV₂' liegen, finden sich die zugehörigen Wicklungsteile der Hilfswicklung (Spulen H_xr, H_yl) in den voneinander verschiedenen Nuten N_x und N_x sowie N_y, N_y.

Liegen somit die aufeinanderfolgenden Teile der Hauptwicklung in derselben Nut, so liegen die zugehörigen Wicklungsteile der Hilfswicklung in verschiedenen Nuten.

Schreitet die Hauptwicklung von Nut zu Nut fort, beispielsweise von den Nuten N_t, T> AV zu JV₃, N₃', so sind die zugehörigen Windungen (W_2r aus den Nuten N₂ und AV, W_ti aus den Nuten N_s und N₃') über Kommutatorstege 4, 5 bzw. 5,6 mit den Spulen H_yi und H_yr der Hilfswicklung verbunden. Diese Teile der Hilfswicklung liegen aber in den gleichen Nuten N_y und AV.

Beim Übergang der Hauptwicklung von einer Nut zur anderen sind daher aufeinanderfolgende Wicklungsteile mit solchen Teilen der Hilfswicklung über die Kommutatorsegmente verbunden, die in der gleichen Nut liegen.

Es geht hieraus hervor, daß die magnetische Verkettung von aufeinanderfolgenden, an die gleichen Kollektorsegmente angeschlossenen Teilen beider Wicklungen wechselt. Die Anordnung wirkt wie folgt: Es sei angenommen, daß die Windung W_x, gerade kommutiert. 9»

Bestimmte Windungsgruppen der Hilfswicklung, z. B. die Spulen H_xl und H_xr, liegen in den gleichen Nuten N_x und AV und bilden daher einen Transformator, mittels dessen die Windung W₂₁ zu W_{x r} der gerade kornmutierenden Windung über die Segmente 3, 4 parallel geschaltet ist. Damit wird die Reaktanzspannung des kommutierenden Systems etwa halbiert. Die Spulen H_x ; und H_{x r} der Hilfswicklung stehen auch unter dem Einfluß des Hauptfeldes und erzeugen bei doppelter Windungszahl (im Vergleich zu den Spulen der Hauptwicklung) und einer Spulenweite von ¹I₃ der Polteilung die gleiche Spannung wie die Hauptwicklung, so daß die Parallelschaltung über die Kommutatorsegmente möglich ist.

Die Windung PF₂₁ liegt ihrerseits mit der Windung W₂₁- in den gleichen Nuten AZ₂ und AV und ist daher mit dieser Windung eng no verkettet. Es ist deshalb nicht nötig, die zuehörigen,überdieKommutatorsegmente3,4,5 angeschlossenen Teile der Hilfswicklung H_xr und Hyi miteinander zu verketten. In der Tat liegen H_xr und H_yl in verschiedenen Nuten und sind daher unverkettet. Andererseits st die Spule H_yh die über die Kommutatorsegmente 4, 5 parallel zur Windung W₂₁. geschaltet ist, mit Hy? eng verkettet, und H_yr ist wiederum über die Kommutatorsegmente iao 5, 6 mit W_3[ parallel geschaltet.

W._lr ist hiernach einerseits mit W₂ ;, ande-

rerseits über H_yl, H_yr auch mit W_st eng magnetisch verkettet. Die Reaktanzspannung des kommutierenden Systems wird hierdurch also bereits auf den dritten Teil herabgesetzt. Man kann durch die gleiche Art der Schaltung und transformatorischen Verkettung die Reaktanzspannung des gerade kommutierenden Systems fortschreitend herabsetzen und hierzu sämtliche Teile der Hauptwicklung

to verwenden.

Die beschriebene gliedkettenartige Verkettung von aufeinanderfolgenden Teilen von Haupt- und Hilfswicklung geht aber auch nach der Gegenseite vor sich. D ie Windung W^ ι ist hier ihrerseits natürlich wieder über ein nicht gezeichnetes Spulensysteni der Hilfswicklung mit einer Windung der Hauptwicklung verkettet, die in der linken ebenfalls nicht gezeichneten Nachbarnut von N₁ rechtsseitig

so untergebracht ist. Das bedeutet, daß die Verkettung der Windungen auch nach links fortschreitet, so daß hierdurch die auftretenden Reaktanzspannungen abermals halbiert werden. Damit ist praktisch die ganze Wicklung des Ankers für die Kommutierung parallel geschaltet, wenn man von den verschwindend kleinen Streuungen zwischen den in den gleichen Wicklungssystemen liegenden Nuten absieht. Die Reaktanzspannung der Kommutierung wird dadurch auf einen Bruchteil ihres normalen Wertes herabgesetzt, so daß schwierigste Kommutierungsbedingungen ohne Wendepole beherrscht werden können.

Durch den eigenartigen Wechsel der magnetischen Verkettung wird erreicht, daß die miteinander eng verketteten Teile der einen Wicklung über die Kommutatorsegmente mit solchen Teilen der anderen Wicklung parallel geschaltet sind, die in nicht mehr als zwei aufeinanderfolgenden Nuten liegen. Gerade dieser Umstand hat zur Folge, daß sich der Unterschied in der Phasenlage von je zwei aufeinanderfolgenden Wicklungsteilen nur auf zwei Nuten erstreckt und daher praktisch vernachlässigbar ist; während andererseits die Tatsache, daß nur je zwei aufeinanderfolgende Wicklungsteile jeweils miteinander verkettet sind, nicht hindert, daß noch weitere ■Wicklungsteile der Hauptwicklung die Reaktanzspannung des kommutierenden Systems herabsetzen.

Die Verkettung der jeweils kommutierenden Windung mit den Nachbarwindungen hat auch einen günstigen Einfluß auf die störende Wirkung der Transformatorspannung. Der durch diese Spannung hervorgerufene, in der jeweils von der Bürste kurzgeschlossenen Windung fließende Strom, der sich über die Bürste schließt, ruft beim Abreißen, also bei Beginn der Bewegung, das bekannte Bürstenfeuer hervor, das bei ständergespeisten Maschinen insbesondere im Anlauf auftritt. Die Wirkung dieser Stromunterbrechung wird durch die induktive Parallelschaltung von in verschiedenen Nuten liegenden Windungen erheblich herabgesetzt.

Eine weitere Verbesserung kann man dadurch erzielen, daß Zwischensegmente an die Hilfswicklung, welche, wie oben ausgeführt, mehr Windungen als die Hauptwicklung hat, angeschlossen werden. In Abb. 1 sind die Anschlußleitungen zu den Zwischensegmenten gestrichelt gezeichnet. Die Zwischensegmente selbst sind in Abb. 1 nicht angegeben. Sie liegen jeweils zwischen den Segmenten 2 und 3, 3 und 4, 4 und 5 usf. Die Transformator spannung kann hierdurch halbiert oder noch weiter unterteilt werden, so daß sie nur einen Bruchteil ihres vollen Wertes beträgt. Man kann hierdurch den Betriebskraftfluß der Maschine höher als jenen Fluß halten, der bisher die höchstzulässige Transformatorspannung ergab. Damit kann man die Grenzleistung der Maschine auf ein Mehrfaches der bisherigen erhöhen. Die Parallelschaltung der Hilfswicklung zur Hauptwicklung wirkt auch dämpfend auf sämtliche schädlichen Oberfelder.

In Abb. ι ist ferner der Kraftlinienweg für die Kraftflüsse gestrichelt und mit Pfei- 9< > len versehen eingezeichnet. Hierbei besteht die Voraussetzung, daß die Nuten offen und in der üblichen Weise ausgeführt sind. Dabei geht zwar ein Teil der Kraftflüsse auch quer durch den Nutenraum, jedoch tritt dieser Um- ⁹^ stand gegenüber dem sich über den Luftspalt schließenden Teil des Kraftflusses zurück. Um nun diese Kraftflüsse nicht über den Luftspalt führen zu müssen und um damit die auftretenden Ausgleich- und Magnetisierungsströme niedrig halten zu können, wird zu einer aus Abb. 2 ersichtlichen Maßnahme gegriffen. Die hier dargestellte Nut2V ist so ausgeführt, daß die Hilfswicklung H in einem schmaleren Teil untergebracht ist als die Hauptwicklung W. Diese Bauart hat den Zweck, einerseits den Nutenquerschnitt dem Platzbedarf für die. beiden unterschiedlichen Wicklungen anzupassen, andererseits aber auch die Zahnbreiten, insbesondere auf dem ^lt0 inneren Teilkreis, möglichst hochzuhalten.

Zum Abschluß des unteren Nutenteiles, in dem die Hilfswicklung H untergebracht ist, sind einige Bleche B eingelegt, die sich auf den Nutenabsatz stützen. Diese Bleche stel- ¹¹S len gleichzeitig den Abschluß und dadurch auch die mechanische Befestigung der Hilfswicklung H dar. Der Kraftfluß, der die Hilfswicklungsteile miteinander verkettet, verläuft sodann in seinem wesentlichen Teil durch *²⁰ die magnetischen Bleche B und weist den in Abb. 2 gestrichelt dargestellten Verlauf auf.

Claims (2)

1. Die Erfindung gestattet eine einfache Herstellung der beiden Wicklungen, da diese in üblicher Weise in offene Nuten eingelegt werden, und ermöglicht dort einen besonderen magnetischen Rückschluß für die Hilfsfelder, ohne daß deswegen die Nuten für die untere Wicklung als geschlossene Nuten ausgeführt zu werden brauchen.

   ίο Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Verbesserung der Kommutierung bei wendepollosen Kommutatormaschinen mit zwei Windungen pro Nut durch eine an die Kommutatorstege angeschlossene, in den Nuten der Hauptwicklung untergebrachte Hilfswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß den nacheinander kommutierenden Windungen (W_1n W₂₁) der Hauptwicklung, die in ao verschiedenen Nuten (N₁, N₁' und N_t, N_t') liegen, zwei Windungen (H_xl und H_xr) der Hilfswicklung über die Kommutatorstege parallel geschaltet sind, die beide in denselben Nuten (N_x, N_x') liegen und as die nacheinander kommutierenden Windungen (W₂I und W_2r) der Hauptwicklung, die in den gleichen Nuten (N₂, AV) Hegen, mit Windungen der Hilfswicklung parallel geschaltet sind, die in verschiedenen Nuten (N_x, N_x und N_y, N_y') untergebracht sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Haupt- und Hilfswicklung eine Zwischenschicht aus magnetischem Material eingelegt ist, die vorzugsweise aus quer zur Nut liegenden Blechstreifen besteht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen