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Einrichtung zur Verbesserung der Kommutierung wendepolloser Gleichstrommaschinen
Bei Gleichstrommaschinen großer Leistung ist es bekannt, die Kommutierung in der
Weise zu verbessern, daß besondere Dämpferstäbe oben und unten in die Ankernuten
eingelegt und zu beiden Seiten des Eisens miteinander verbunden werden. Die Wirkung
dieser Anordnung beruht darauf, daß infolge der Dämpferstäbe die Nutenleitfähigkeit
und damit die Reaktanzspannung der Maschine verkleinert wird. Mit dieser Maßnahme
soll eine Steigerung der Leistungsfähigkeit bei Grenzmaschinen bis zu 5o% möglich
sein.
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Der Zweck der Erfindung ist nunmehr, bei Gleichstrommaschinen diese
Nutenleitfähigkeit nicht nur zu verkleinern, sondern sie in ihrer Wirkung insgesamt
aufzuheben, mit anderen Worten, die Reaktanzspannung auf Null zu bringen, so daß
die sonst üblichen Wendepole weggelassen werden können. Gemäß der Erfindung wird
dies dadurch erreicht, daß in den Nuten Kompensationsstäbe untergebracht werden,
denen ein nur während der Kommutierungszeit wirkender Strom so aufgedrückt wird,
daß die in den kommutierenden Stäben der Ankerwicklung fließenden Ströme aufgehoben
werden.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, und zwar
ist in Fig. I als Ausführungsbeispiel die Anordnung der Ankerwicklung mit den Dämpferstäben
bei einer Gleichstrommaschine schematisch dargestellt, während die
Fig.
2 und 3 Querschnitte durch eine Ankernut zeigen; Fig. I a zeigt den Verlauf des
Nutengegenfeldes f und des resultierenden Nutenstreufeldes F.
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Die Wicklungselemente der Ankerwicklung sind mit I und 2 bezeichnet,
während K der Kollektor mit den Bürsten B ist. Dem Ausführungsbeispiel ist eine
Wicklung zugrunde gelegt mit einer einzigen Kollektorlamelle je Nut, also mit total
zwei Ankerleitern je Nut, und diese Leiter I und 2 sind normalerweise so angeordnet,
wie die Fig. 2 zeigt. Entsprechend der eingezeichneten Lage der Bürsten B in der
Fig. I liegen die Spulenelemente I und 2 gerade im Kurzschluß, d. h., sie befinden
sich in der Kommutierung. Unter der Voraussetzung, daß die Ankerwicklung .eine Durchmesserwicklung
sei, treten die beiden Spulen I und 2 zu gleicher Zeit in den Kurzschluß ein und
aus ihm aus, so daß die Form des resultierenden Nutenstreufeldes (Kommutierungsfeldes)
eine Form entsprechend dem Linienzug F (Fig. Ia) aufweist. Außer den Ankerstäben
der Spulen I :und z enthält jede Nut noch einen Kompensationsstab 3, der z. B. unten
in der Nut liegt, wie aus der Fig. 2 hervorgeht. Diese Kompensationsstäbe sind auf
der einen Seite des Eisens durch einen umlaufenden Kurzschlußring a (Fig. I) miteinander
verbunden, während sie auf der anderen Seite des Eisens zu den Lamellen eines Hilfskollektors
k geführt werden. Dieser ist mit Hilfsbürsten b bestückt. Auf den Umfang bezogen
ist ihre Anzahl, d. h. ihre Teilung, die gleiche wie beim Hauptkollektor K.
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Mit dieser Anordnung läßt sich nun folgende Wirkung erzielen: Schickt
man in die Hilfsbürsten b der einen Polarität Strom - es kann Strom aus einer fremden
Stromquelle sein oder der eigene Maschinenstrom -, der aus den Bürsten b der anderen
Polarität wieder -austritt, so wird in jeder der kurzgeschlossenen Kompensationswindungen
3 in einer Fahne. bzw. im zugehörigen Kompensationsstab der aufgedrückte Strom vom
Maximalwert auf Null abnehmen, während in der -anderen Fahne bzw. Kompensationsstab
der Strom in gleichem Maß vom Null- bis zum Maximalwert zunimmt. Innerhalb der Schleife
3 findet also eine Flußänderung statt,, und diese kann in der Größe und Richtung.
so gewählt werden, daß sie die Flußänderung der kommutierenden Wicklungselemente
I und 2 der Ankerwicklung -während des Kommutierungsvorgangs aufhebt. Wenn im angenommenen
Beispiel der Fig. I - wo das Kommutierungsfeld, wie erwähnt, die Form eines Rechteckes
besitzt -die Breite der Hilfsbürsten b gleich jener der Hauptbürsten B gewählt wird,
so wird das kompensierende Nutengegenfeld nicht nur in der Größe, sondern auch in
der Form gleich dem Kommutierungsfeld, nämlich auch ein Rechteck, entsprechend dem
Linienzug f (Fig. Ia). Die EMK der Selbstinduktion, mit anderen Worten die Reaktanzspannung,
wird dadurch in jedem Zeitpunkt des Kommutierungsvorgangs gleich Null. Aus diesem
Grund können daher die Wendepole weggelassen werden. Statt den Kompensationsstab
3 in den Nutengrund zu legen, kann er auch auf der Seite der Ankerstäbe I, 2 angeordnet
werden, wie das Nutenbild der Fig. 3 zeigt. Bei dieser Anordnung ist die Kompensation
des Nutenstreufeldes, das bekanntlich vom Nutengrund nach außen hin stetig zunimmt,
vollkommen. Im ersten Fall (Fig.2) ist dagegen eine gewisse Überkompensation vorhanden,
die aber durch eine entsprechende Schwächung des den Kompensationsstäben 3 aufgedrückten
Stromes ausgeglichen werden kann.
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Von der gesamten Kompensationswicklung führen nur die jeweils kurzgeschlossenen
Windungen und der umlaufende Kurzschlußring a Strom. Die Stromwärmeverluste in den
Kompensationsstäben sind daher sehr klein, und dementsprechend können ihre Querschnitte
viel kleiner gewählt werden als diejenigen der Ankerwicklung. Zur Hauptsache kommen
also nur die Verluste auf dem Hilfskollektor in Betracht. Es muß jedoch berücksichtigt
werden, daß bei Anwendung der beschriebenen Anordnung Kommutierungsschwierigkeiten
in der bisher bekannten Art nicht mehr auftreten, so daß jedenfalls auf dem Haupt-
wie auch auf dem Hilfskollektor Bürsten mit kleinen Übergangsverlusten (metallhaltige
Bürsten) verwendet werden können. Dadurch ist es möglich, die Stromwärmeverluste
und demzufolge auch die Abmessungen beider Kollektoren beträchtlich zu reduzieren.
-Statt je Nut nur einen Kompensationsstab zu verwenden, kann dieser in Teilstäbe
unterteilt werden, welche in benachbarten Nuten liegen und zu in Serie geschalteten
Spulen gewickelt werden können. Der auf die Kompensationswicklung aufzudrückende
Strom kann dann im umgekehrten Verhältnis zur gewählten Windungszahl verkleinert
werden, und dementsprechend kann der Hilfskollektor kleiner ausfallen. An Stelle
des Hilfskollektors kann auch eine äquivalente Einrichtung für die Speisung der
Kompensationsstäbe verwendet werden.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. I sind die Streufelder der Wickelköpfe
nicht kompensiert. An der Größe der Reaktanzspannung haben diese zwar nur einen
geringen Anteil. Sollen sie trotzdem mitkor; werden, so ist dies in einfacher Weise
dadurch möglich, daß die Kompensationsstäbe außerhalb des Eisens entsprechend den
inneren Stäben der Rotorwicklung abgekröpft, bis an das Ende der Wickelköpfe geführt
und erst hier mit dem Hilfskollektor bzw. mit dem Kurzschlußring verbünden werden.
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Die optimale Anpassung des Kompensationsfeldes kann durch Veränderung
des auf die Kompensationswicklung aufgedrückten Stromes, sei es durch Zusatz- oder
durch Shuntstrom, genau erreicht werden.
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Dadurch, daß durch die Anwendung der beschriebenen Anordnung bei Gleichstrommaschinen
die üblichen Wendepole überflüssig werden, kann die nutzbare Beaufschlagung des
Ankers infolge des erzielten Raumgewinnes vergrößert werden.
Der
Hauptvorteil dieser Anordnung besteht aber darin, daß die Leistungen großer Maschinen,
welche bekanntlich durch die Kommutierung begrenzt werden, wesentlich erhöht werden
können gegenüber solchen Maschinen, die mit den bisher üblichen Dampferstäben ausgerüstet
sind.