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Jinphasenwechselstrom-Kollektormotor.
Die Erfindung betrifft Einphasenwechselstrom-Kollektormotoren für Betriebsfrequenzen über
25 Hertz. Solche Motoren konnten bisher nicht für grössere Leistungen gebaut werden, wie man sie z. B. im Vollbahnbetrieb benötigt. Die Entwurfserfahrungen, die der Bau der gebräuchlichen Einphasenkollektormotoren für niedrige Betriebsfrequenz (162/s Hertz u. dgl.) bietet, führen auf falsche Wege, wenn sie ohne weiteres auf Motoren für höhere Betriebsfrequenzen übertragen werden.
Nach der Erfindung erhalten Motoren für Betriebsfrequenzen über 25 Hertz wesentlich feinere Nutung als die gebräuchlichen Einphasenmotoren. Während diese verhältnismässig grobe Nutung haben, die u. a. einfacher und billiger ist als kleine Nutenteilungen, wird nach der Erfindung die Nutteilung wesentlich kleiner, u. zw. kleiner als die Kollektorbürstenbreite, gemacht. Beide Masse sind hiebei auf denselben Teilkreis bezogen.
Die erfindungsgemässe feine Nutung hat für Einphasenkollektormotoren höherer Betriebsfrequenz, wenn deren bevorzugte Betriebsdrehzahl genügend übersynchron (mindestens gleich der 21/2fachen Synchrondrehzahl) gewählt wird, bedeutende Vorteile. Von der Nutung hängt praktisch eine Reihe von wichtigen Entwurfsgrössen des Motors ab. Die feine Nutung ermöglicht bei guter Maschinenausnutzung die Anwendung kleiner Polteilungen, daher mässige Werte der Transformatorspannung in den kommutierenden Windungen trotz der hohen Betriebsfrequenz,
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polluftspalt und geringe Wendefeldverluste.
Der Motor nach der Erfindung erhält in seiner bevorzugten Ausführungsform phasenverschobenes Wendefeld. Hier ergibt die Erfindung einen weiteren wesentlichen Vorteil. Parallel zur Wendepolwieklung liegt ein an sich bekannter Nebenschluss, gebildet durch einen ohmschen Widerstand oder Kombinationen von Wirk-und Blindwiderständen. Bei nicht nach der Erfindung ausgeführten Motoren höherer Frequenz käme man auf eine Bemessung dieses Nebenschlusses, bei der in ihm bedeutende Stromwärmeverluste entständen. Diese würden bei 50 Hertz Betriebsfrequenz bis 10ouzo der Motorleistung betragen können. Die Verluste im Wendefeldnebenschluss werden aber bei einer solchen Bemessung des Motors am kleinsten, bei der die betriebsmässig auftretende Stromwendespannung und Transformatorspannung in den kommutierenden Windungen einander wesentlich gleich sind.
Auch dies wird bei höheren Betriebsfrequenzen ohne Anwendung besonderer Mittel erst durch die Erfindung ermöglicht.
Um die feine Nutteilung durch schmale Ausbildung der Wendezonen ausnutzen zu können, kann der Motor vorteilhaft Durchmesserwicklung erhalten. Wegen der im Verhältnis zur Bürstenbreite schmäleren Nutteilungen erfolgt auch hier die Stromwendung ständig in mindestens zwei Nuten. Dadurch ist die Zahl der gleichzeitig in derselben Nut kommutierenden Leiter verringert und der Pfad des Nutenstreufeldes unterteilt, was die Stromwendespannung wesentlich herabsetzt. Diese wird so viel kleiner, als bei Motoren für 162/3 Hertz notwendig und üblich ist.
Damit die bessere Wärmeabgabe der oberen Wicklungsstäbe ausgenutzt wird. erhalten die Stäbe ungleiche Höhe, u. zw. in der Nähe des Maschinenluftspaltes geringere Höhe als am Nutengrund. Besonders günstig ist eine Nutanordnung mit vier in vier Schichten übereinander-
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leiter derart geschaltet, dass ein Teil der Windungen zugleich der obersten und untersten Wicklungsschicht, die übrigen den beiden mittleren Schichten angehören, so sind trotz ungleicher Lage der Nutenleiter die Stromwendespannungen in diesen Windungen praktisch gleich. Auch bei dieser Anordnung wird die Leiterhöhe zweckmässig abgestuft, insbesondere so. dass die Stabhöhe der obersten Schicht bei Vierschichtwicklung etwa 6 H) ;, bei Zweischichtwicklung etwa 10 111m nicht überschreitet.
Die Wicklungsleiter können auch sämtlich oder zum Teil in miteinander verdrillte oder verschränkte Teilleiter zerlegt sein.
Damit im oberen (dem Maschinenluftspalt benachbarten) Teil der Ankernut trotz der geringeren Stabhöhe gleiche Leiterquerschnitte untergebracht werden können wie im unteren, können die Ankernuten vorteilhaft im oberen Teil verbreitert und in ihrem unteren Teil schmäler ausgeführt werden. Hiedurch wird zugleich auch die Stromwendespannung weiter vermindert.
Für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich eine verhältnismässig hohe elektrische Beanspruchung des Kollektors. Es wird daher dessen Schleiflänge vergrössert, z. B. verdoppelt. Die Bürsten oder Bürstengruppen sind dann abwechselnd auf der einen und andern Schleifbahn angeordnet. Es können auch zwei oder mehr Kollektoren mit entsprechend geringer Bürstenzahl und Schleiflänge nebeneinander oder zu beiden Seiten des Ankers liegen.
Die genannten an sich, z. B. bei Gleichstrom-Hochspannungsmasehinen, bekannten Anordnungen wurden in diesem Zusammenhang bisher nicht angewendet, weil bei Einphasenkollektormotoren hiefür kein Anlass vorlag ; erst die Erfindung schafft auch an diesen Motoren Verhältnisse, unter denen solche Bürsten- und Kollektoranordnungen vorteilhaft sind.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Einphasenkollektormotor für Betriebsfrequenzen über 25 Hertz, dadurch gekennzeichnet, dass seine Ankernutteilung kleiner ist als die (auf denselben Teilkreis bezogene) Kollektorbürstenbreite.