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Einphasenreihenschluss-Kollektormotor für grosse Leistungen, insbesondere fnr Bahn- betriebe.
Die inNuten am Umfang des Ständers verteilte Kompensationswicklung hatbeiEinphasell-Kollektor motoren für das wirtschaftlich und technisch einwandfreie Arbeiten der Maschine grosse Bedeutung. Sie dient zur Aufhebung des Ankerfeldes, teils um eine Quermagnetisierung der Pole zu verhindern, teils um die Wirkung der meist ebenfalls vorhandenen Wendepolwicldung zu unterstützen. Die Quermagnetisierung der Pole verursacht eine Formänderung des Feldes in Abhängigkeit von der Belastung.
Sie bewirkt ein Ansteigen des Feldes an der einen Polkante und verbunden damit eine Zunahme de'Eisenverluste und der Spannung zwischen benachbarten, der Polkante gegenüberliegenden Kollektorlamellen. Diese Spannung darf bei kleinen Motoren den Wert von etwa 70 Volt, bei grossen Motoren von etwa 40 Volt nicht übersteigen. Die Unterstützung der Wendepolwicklung durch die Kompensationswicklung hat zur Folge, dass die Windungszahl der Wendepolwicklung kleiner gehalten werden kann, als wenn die verteilte Kompensationswicklung nicht vorhanden wäre. Die verteilte Kompensationswicklung hat bei grossen und mehrpoligen Motoren aber noch einen andern Zweck.
Falls man nämlich gezwungen ist, Schleifenwieklungen auf dem Anker zu verwenden, bei denen unter verschiedenen Polen befindliche Ankerstromzweige parallel geschaltet sind, zeigt sich bei ungleichen Feldstärken der einzelnen Pole oft eine unsym- metrische Stromverteilung auf die einzelnen Ankerstromzweige und dementsprechend eine verschiedene Rückwirkung der einzelnen Stromzweig auf das zugehörige Feld. In dem, einem schwachen Pol gegenüberliegenden Ankerstromzweig wird eine kleinere Gegen-E. M. K. induziert als in dem, einem starken Pol gegenüberliegenden Ankerstromzweig. Die Folge davon ist, dass der erstgenannte mehr Strom aufnimmt und eine grössere Quermagnetisierung und damit verbunden auch eine grössere Feldschwächung verursacht als der letztgenannte.
Durch die Feldschwächung wird aber dieser Missstand noch gesteigert, so dass derartige Motoren schlecht laufen und grosse Verluste aufweisen. Aus diesen verschiedenen Gründen hat man bisher mit Recht bei grösseren Motoren die Verwendung einer verteilten Kompensationswicklung für unerlässlich gehalten. Bei kleinen Motoren liegen die Arbeitsbedingungen wesentlich anders, weil sie im Vergleich zu grösseren Motoren im allgemeinen eine kleine Amperewindungszahl pro Zentimeter auf dem Ankerumfang und im Verhältnis zum Durchmesser einen relativ grösseren Luftspalt haben, so dass die Rückwirkung schon an sich kleiner als bei grösseren Motoren ist. Ferner kommt man bei kleinen Motoren meist mit der einfachen Serienwieklung aus, wodurch Unsymmetrie in der Stromverteilung vermieden wird.
Die zulässige Spannung benachbarter Lamellen kann, wie erwähnt, bei kleinen Motoren erheblich höher eingesetzt werden, da die von der Bürste jeweils abgeschaltet Leistung viel geringer als bei grossen Motoren ist. Alle diese Momente geben bei kleinen Motoren dem Konstrukteur die Freiheit, sie nach Belieben mit oder ohne verteilte Kompensationswic1du g auszuführen.
Eine Grenze dieser Willkür ist aber gegeben, wenn die genannten Werte der Spannung benachbarter Lamellen, der Unsymmetrie der Verteilung der Ankerströme, der Eisenverluste usw., dasjenige Mass überschreiten, welches noch ein wirtschaftliches und technisch einwandfreies Arbeiten der Maschine gestattet, und so hat man Maschinen grosser Leistung (vor allem über 100 JOT !) bis jetzt grundsätzlich mit in den Statornuten verteilter Kompensationswicklung versehen. Aber diese Massnahme erweist sich als ungünstig, wenn man derartige Maschinen vielpolig mit kleinen Ankerdurchmessern und grosser axialer Breite ausführt.
Die Verwendung der verteilten Kompensationswicklung setzt nämlich voraus, dass ein genügend genaues Aufheben des
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Ankerfeldes auch wirklich erreicht wird. Ist die Zahl der auf einen Polbogen entfallenden Ankernuten gross, dann kann man die Begrenzungslinie des Ankerfeldes so darstellen, als wenn die Nutenzahl unendlich gross wäre. Mit der Grösse der Leistung der Maschine wächst aber auch die Nutendimension, so dass auf den gleichen Polbogen (absolut gemessen) weniger Nuten entfallen als bei Meinen Maschinen.
Besonders stark tritt dies bei Maschinen grosser Leistung hervor, die bei relativ grosser Polzahl einen relativ kleinen Ankerdurchmesser, aber eine grosse axiale Breite aufweisen, wie es bei den modernen Bahnmotoren der Fall ist, deren zum Einbau zur Verfügung stehender Raum durch ausserhalb liegende bestimmt ist. Bei derartigen Motoren ist auch oft die Wahl der Polzahl nur in beschränktem Masse frei und so gelangt man unter Umständen zu derart kleinen Polbogen, dass das Verhältnis von axialer Breite zu Polbogen den Wert 2 überschreitet. Bei solch einem Motor grosser Leistung entfallen auf den Polbogen nur wenige Ankernuten und hier ist es nicht mehr angängig, die Feldkurve des Ankers derjenigen Feldkurve gleichzusetzen,
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welches seine Gestalt je nach Lage des Ankers ändert.
Es ist dabei gar nicht mehr möglich, das Ankerfeld durch eine verteilte Wicklung derart aufzuheben, dass nicht starke lokale Felder übrig bleiben, die nach Grösse und Form periodisch veränderlich sind und deren Veränderungen mit einer Frequenz vor sich gehen, welche mit der hohen Frequenz des Nutenwechsels übereinstimmt. Der Zweck der verteilten Kompensationswieklung wird hier also gar nicht oder nur derart unvollkommen erreicht, dass der erzielbare Vorteil gering ist gegenüber den Nachteilen, welche in diesem Falle besonders der Anwendung der verteilten Kompensationswicklung gegenüberstehen. Diese Wicklung erfordert als "dritte" Wicklung einen erheblichen Wickelraum besonders in axialer Richtung und lässt keine so günstige Raumausnutzung zu.
In diesen besonderen Fällen kommt es daher weniger auf die Aufhebung des Ankerfeldes als auf die bestmögliche Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes und auf die Ermöglichung einer wirksamen Kühlung an und es ist Gegenstand der Erfindung ein Einphasenreihenschluss-Kollektormotor für hohe Leistung (über 100 KIT) insbesondere für elektrische Bahnen, bei welchem die Maschine mit ausgeprägten (konzentrierten) Hauptpolen, deren Polbogen gleich oder kleiner ist als die halbe axiale Ankerbreite sowie mit einer konzentrierten Wendepolwicllung derart erhöhter Windungszahl ausgeführt ist, dass diese Wicklung sowohl als Kommutations-als auch als Kompensationswicklung wirkt.
Die Vereinigung der besonderen, verteilten Kompensationswicklung mit der Wendepolwieklung zu einer einzigen konzentrischen Wicklung hat hier ausserordentliche Vorteile, zumal sieh bei derartigen Motoren das Ankerfeld ohnehin nicht stark ausbilden kann, weil dem kleinen Polbogen nur wenige Ankernuten gegenüberliegen und die Quermagnetisierung somit wesentlich schwächer ausfällt, als wenn ein relativ grosser Polbogen dem gleichen Anker gegenübersteht. Die Ersparnis an Material und Wickelraum gestattet entweder eine geringere spezifische Beanspruchung des Kupfers der vorhandenen Wicklungen oder aber eine entsprechende Heraufsetzung der Leistung, zumal der Ankerdurchmesser um soviel grösser gewählt werden kann, als die Statornuten geringere Tiefe wegen der Konzentration der Kompensationswicklung erhalten.
Die Möglichkeit der Anbringung von Kühlkanälen ist ebenfalls durch den mehr zur Verfügung stehenden Raum gegeben und damit wird die wirksame Kühlung des Motors erleichtert. Durch die Konzentration der Wicklungen wird die Nutenzahl des Stators auf 1 oder 2 pro Pol erniedrigt und dadurch wird der magnetische Widerstand des Stators gerade in der Achse der Anker-Amperewindungen derart erhöht, dass trotz der Vermeidung einer verteilten Kompensationswicklung die Streuung des Motors nicht wesentlich grösser wird als bei dem gleichen Motor, wenn er mit einer verteilten Kompensationswieklung ausgeführt wäre. Der Fortfall der Wickelköpfe der besonderen, verteilten Kompensationswieklung gibt auch die Möglichkeit,
den Anker um den dadurch gewonnenen Raum zu verbreitern und so ein Maximum an Leistung im gegebenen Raum zu erzielen, was gerade bei Lokomotiven für Bahnbetrieb ausserordentlich wichtig ist.
Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Fig. la und lb bedeuten : a den Anker. n die Ankernuten, e die Ankerleiter, j das Joch, b die Hauptpole, t deren Polbogen, 1) die Wendepole, c die konzentrierte Erregerwicklung für die Hauptpole, ri die konzentrierte Erregerwicklung für die Wendepole, h die axiale Breite des Motors.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis von axialer Breite zu Polbogen (ist) etwa gleich 2.
Die Anwendung einer verteilten Kompensationswicklung würde diesen Motor wesentlich verschlechtern, da eine restlose Aufhebung des Ankerfeldes, trotz Aufwandes von Material und Raum für die Wicklung, nicht zu erreichen wäre. Überdies wäre eine Herabsetzung der Motorleistung nicht zu umgehen. Bei der dargestellten Ausführung dagegen kommen erregend für das Querfeld, wie ersichtlich, ohnehin nur die Leiter von wenigen Ankernuten in Frage. Dte Kraftlinieninduktion des Querfeldes ist daher gegenüber der des Hauptfeldes gering. Die Verwendung nur konzentrierter Erregerwicklungen gestattet nun aber beste Raumausnutzung, weil der Füllfaktor mit der Konzentration der Wicklungen steigt. Daher ist auch erfindungsgemäss die Wendepolwieldung als konzentrierte Wicklung ausgeführt und so bemessen,
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