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Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstromkollektormaschinen, insbesondere Wechselstromkollektormotoren, und betrifft eine Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen, vor allem des Bürstenfeuers bei solchen Maschinen.
Bei der Verwendung eines Gleichstromankers in einem mit Wechselstrom erregten Ständer tritt bekanntlich die Schwierigkeit auf, dass im Anker ausser der gewünschten Bewegungsspannung (elektromotorische Kraft der Rotation) noch die sogenannte Ruhespannung (elektromotorische Kraft der Transformation) induziert wird. Diese Ruhespannung, die im allgemeinen in den durch die Bürsten kurzgeschlossenen und in Stromwendung befindlichen Windungen des Ankers mit dem höchsten Wert induziert wird, verursacht Bürstenfeuer und eine starke Abnutzung der Bürsten und des Kollektors, zu deren Bekämpfung die nachstehenden Wege beschritten wurden :
1. Herabsetzung der Periodenzahl von 50 Hz auf beispielsweise 162/3 Hz (Bahnmotoren).
Die damit verbundenen Nachteile liegen auf der Hand.
2. Herabsetzung der Spannung zwischen benachbarten Kollektorlamellen durch ausserhalb des Ankereisens geführte Anzapfungen, beispielsweise für die halbe Windungsspannung.
Diese Anordnung bringt ohne Zweifel eine Verbesserung, jedoch keine wirkliche Abhilfe, da beim Kurzschliessen der Windung über die Bürste noch immer ein schädlicher Kurzschlussstrom fliesst.
3. Widerstandsverbindungen zwischen Ankerwicklung und Kollektor, womit erhebliche Verluste verbunden sind.
4. Ohmsehe Widerstände parallel zu den Wendepolen, um in der stromwendenden Windung eine in der Phase richtig gelegene Bewegungsspannung zu induzieren, welche auch die Ruhespannung aufhebt.
Auch diese Lösung bedingt erhebliche Verluste und hat ferner den grundsätzlichen Nachteil, dass die zur Kommutierung erforderliche Wendespannung erst bei drehendem Anker eintritt, während die das Bürstenfeuer verursachende Ruhespannung bereits bei stillstehendem Anker vorhanden ist.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist grundsätzlich anderer Art. Sie erlaubt den Bau auch grosser Einheiten für die übliche Periodenzahl von 50 Hz und vermeidet die bisher mit der Ruhespannung verknüpften Störungen, insbesondere auch bei stillstehender Maschine bzw. niedrigen Drehzahlen (Anlauf), u. zw. auf Grund folgender Überlegung :
Wird der durch eine Primärwicklung eines Transformators erzeugte Wechselfluss mit einer Sekundärwicklung nur teilweise verkettet, beispielsweise nur so, dass ein Viertel des durch die Primärwicklung erzeugten Wechselflusses die Sekundärwicklung durchsetzt, drei Viertel aber einem magnetischen Kreis angehören, der von der Sekundärwicklung nicht umschlungen wird, so ist es möglich, diese Sekundärwicklung kurzzuschliessen, ohne dass schädigende Kurzschlussströme auftreten, u. zw. einfach deswegen, weil mit Kurzschluss der Sekundärwicklung der sie durchsetzende Teilfluss abgedrängt wird, so dass die kurzgeschlossene Sekundärwicklung überhaupt von keinem nennenswerten Fluss durchsetzt wird. Die in ihr induzierte Spannung ist infolgedessen Null.
Die Sekundärwicklung kann also auch unterbrochen werden, ohne dass ein den Schalter gefährdender Abschaltlichtbogen auftritt.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend eine Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen (Bürstenfeuer), insbesondere Bahnmotor für höhere Frequenz als 16veg Hz, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung (z. B. mit Hilfslamellen) so ausgebildet und die Bürstenbreite so gewählt ist, dass nie mehr als zweckmässig höchstens die Hälfte
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des gesamten von einem Zweig der Erregerwicklung erzeugten Kraftflusses von (durch Bürsten) kurzgeschlossenen Stromwegen umschlungen wird, zum Zwecke, eine Abdrängung des Hauptflusses auf Flusswege zu ermöglichen, die von keinen lmrzgeschlossenen Windungen umschlungen sind.
Vorzugweise haben, sofern Hilfslamellen angewendet werden, die Haupt-und Hilfslamellen gleiche Breite.
Genau wie beim Transformator wird nun in Stromwegen der Ankerwicklung der Maschine, welche jeweils durch Bürsten kurzgeschlossen in Stromwendung sich befinden, ein Strom fliessen, der den Teil des Wechselflusses, welcher den Stromweg durchsetzt, abdrängt, so dass im kurzgeschlossenen Stromweg keine Ruhespannung induziert wird. Infolgedessen geht auch das Abschalten dieses Stromweges durch den Kollektor ohne schädliche Beanspruchung von Bürsten und Kollektor vor sich.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung lassen sich, wie sich auch aus den weiter unten erläuterten Ausführungsbeispielen ergibt, in zwei Gruppen gliedern, von denen die eine, die hier als die "erste" bezeichnet werden soll, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lamellenanzahl, Lamellenbreite, die Bürstenbreite und der Abstand der Bürsten voneinander so gewählt sind, dass die Kommutierung in den neutralen Zonen und nie an sämtlichen Kommutierungsstellen gleichzeitig erfolgt.
Eine besondere Ausführung dieser ersten Gruppe besteht erfindungsgemäss darin, dass bei einer Maschine mit p = 2 oder mehr Polpaaren die Ankerwicklung so gewählt ist, dass die Stromwege zwischen zwei benachbarten Lamellen bei bzw. vor dem Kurzschluss durch eine Bürste ganze Kraftflüsse einzelner Pole, deren Erregerwicklung zweckmässig in Reihe geschaltet sind, umschlingen.
Es kann eine an sich bekannte Wicklung, z. B. eine Schleifenwieklung oder eine Wellenwieklung, verwendet werden. Um zu gewährleisten, dass die Kommutierung nie an sämtlichen Kommutierungsstellen gleichzeitig erfolgt, kann die Einrichtung vorteilhaft so getroffen werden, dass die Lamellenbreite mindestens das p-fache der Bürstenbreite beträgt.
Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel dieser Art besteht in folgendem :
Gegeben sei eine Maschine mit mindestens p = 2-Polpaaren. Die Wicklungen der einzelnen Pole seien in Reihe geschaltet. An der Erregerspannung liegt also ein einziger Stromzweig (Erregerwicklung), der den gesamten Erregerfluss erzeugt. Der Anker trage eine einfache Schleifenwicklung, also p-parallelgeschaltete Ankerzweigpaare. Damit diese Maschine, sei es als Motor, sei es als Generator, im Sinne der Erfindung arbeitet, genügt es, den Lamellen, von denen jede je mit einer Schleife der Sehleifenwicklung verbunden ist, eine Breite zu geben, die mindestens das p-fache der Bürstenbreite beträgt.
Werden dann die Bürsten derart gegeneinander versetzt, dass jeweils immer nur eine Bürste oder nur zwei zu einem Polpaar gehörige Bürsten benachbarte Lamellen kurzschliessen, so wird jeweils der gesamte Fluss dieses einen Poles oder Polpaares auf die übrigen Pole im Sinne vorliegender Erfindung abgedrängt.
Wenn im Falle von p = 2-Polpaaren nur zwei zu einem Polpaar gehörige Bürsten benachbarte Lamellen, also je eine Schleife vor zwei benachbarten Polen, gleichzeitig kurzschliessen, so wird höchstens die Hälfte des gesamten Erregerkraftflusses von den beiden gleichzeitig durch Bürsten kurzgeschlossenen Stromwegen umschlungen und auf die beiden übrigen Pole abgedrängt ; wenn jeweils immer nur eine Bürste benachbarte Lamellen kurzschliesst, also nur eine Schleife vor einem der Pole kurzgeschlossen wird, so wird jeweils nur ein Viertel des gesamten Kraftflusses auf die übrigen drei Pole abgedrängt. In entsprechender Weise kann die Einrichtung bei Maschinen mit einer grösseren Polzahl getroffen und eine beliebige als günstig erachtete Reihenfolge der Kommutierung der in Frage kommenden Schleifen angewendet werden.
Es empfiehlt sich hier beim die Verteilung der durch Bürsten gleichzeitig kurzgeschlossenen Stromweg so zu wählen, dass eine Unsymmetrie in der Feldverteilung und damit ein einseitiger magnetischer Zug auf die Welle vermieden wird, was dadurch erreicht werden kann, dass die Abdrängung des Flusses von diametral gegenüberliegenden Polen gleichzeitig bewirkt wird ; letzteres wird auch bei anderen Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft berücksichtigt.
Ferner können nach der Erfindung, damit die Kommutierung nie an sämtlichen Kommu- tierungsstellen glei (hzeitig erfolgt, insbesondere bei Verwendung von Ankerwicklungen, bei denen jeder Stromweg zwischen zwei benachbarten Lamellen den ganzen von einem Pol erzeugten Kraftfluss umschlingt, zwischen zwei benachbarten Hauptlamellen Hilfslamellen vorgesehen und die An- ordnung so getroffen sein, dass jede Hauptlamelle mit Hilfslamellen, welche ein regelmässiges p-Eck mit ihr bilden, durch Ringverbindungen verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich gemäss der Erfindung, insbesondere auch bei Anwendung einer Wellenwieklung, erreichen, dass der gesamte Kraftfluss eines oder mehrerer Pole auf die übrigen Pole, die von der gleichen Erregerwicklung (in Reihenschaltung) erregt werden, abgedrängt wird.
Bei der angegebenen ersten Gruppe der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt, räumlich betrachtet, die Abdrängung der Teilflüsse in Richtung des Ankerumfanges. Die Teilflüsse, die Stromwege zwischen zwei benachbarten Lamellen durchsetzen und bei deren Kurzschluss jeweils abgedrängt werden, sind dabei ohne weiteres durch die natürliche Verteilung des Kraftflusses gegeben, der die verschiedenen Pole durchsetzt.
Demgegenüber wird bei der zweiten Gruppe der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Stromweg zwischen zwei Hauptlamellen (Windung, Schleife, Welle) mit den Fluss in Teilflüsse unterteilenden Anzapfungsleitern, die an zwischen den beiden Hauptlamellen angeordnete Hilfs-
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lamellen angeschlossen sind, versehen und hiebei die Einrichtung so getroffen. dass jede Bürste nie mehr als einen Stromweg kurzschliesst, der so gewählt ist. dass nur ein Teil. zweekmiissig hö. hstens die Hälfte des gesamten von der Erregerwicklung erzeugten Kraftflusses von (durch Btirsten) kurzgeschlossenen Stromwegen umschlungen wird.
Durch eine Bürste wird nie mehr als ein Stromweg kurzgeschlossen, der nur einen Teil, zweckmässig höchstens die Hälfte des einen Pol durchsetzenden
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lung jedes Poles als aus mehreren in Reihe geschalteten Wicklungsteilen bestehend vorstellen.
Durch die erfindungsgemässe Verwendung von Anzapfnngsleitern lässt sich, wiederum räumlich betrachtet, eine Abdrängung der Teilflüsse in Richtung des Ankerumfanges wip bei der ersten Gruppe erzielen, indem z. B. bei einer Schleifenwicklung die Anzapfungsleiter in Nuten am Ankerumfang derart verlegt sind, dass der zwischen zwei benachbarten Lamellen verlaufende Stromweg Ankerzî ; hne, insbesondere nur einen der Ankerzähne, innerhalb des Stromweges zwischen zwei (bena (hbarten) Hauptlamellen umschlingt.
Im letzteren Fall wird daher bei dem Kurzschluss zweier benachbarter Lamellen durch eine Bürste der von dem Stromweg umschlungene Teilfluss, der durch einen Ankerzahn vor dem Pol verläuft, abgedrängt auf die übrigen Zähne vor dem Pol. Die von den Anzapfungsleitern gebildete Nebenwicklung kann über oder unter der Hauptwicklung in die Nuten gebettet werden. Im ersteren Falle bietet sich der Vorteil, dass die Anzapfungsleiter so in der Nut liegen, dass sie eine verhältnismässig geringe Selbstinduktion besitzen, was eine Herabsetzung der EMK der Selbstinduktion bedeutet und zu einer sehr wesentlichen Erleichterung der Kommutierung des Betriebsstromes dienen kann.
Sind dagegen die Anzapfungsleiter unter der Hauptwic klung in die Nuten gebettet, so befinden sie sich in solcher Lage, dass sie mit einer verhältnismässig grossen Selbstinduktion behaftet sind. Die EMK der Selbstinduktion ist dementsprechend grösser, jedo'h bietet si, h der Vorteil, dass durch die vergrösserte Selbstinduktion der über die Bürste fliessende Kurzschlussstrom begrenzt werden kann.
Des weiteren aber besteht die Möglichkeit, die Abdrängung der Teilflüsse, räumlich betrachtet, in radialer oder axialer Richtung zu bewirken, u. zw. dadurch, dass die Anzapfungsleiter nicht in den am Ankerumfang angeordneten Nuten verlaufen. Bei einem Trommelanker kann dadurch ausser in Richtung des Ankerumfanges z. B. die Flussabdrängung in axialer Richtung erzielt werden, indem im Ankereisen längs des Ankerumfanges (in Nuten) geführte Anzapfungsleiter bzw. Schaltverbindungen vorgesehen werden, so dass durch diese das Ankereisen in axialer Richtung unterteilt wird.
Ferner bietet sich die Möglichkeit, auch bei der zweiten Gruppe die Flussabdrängung bei Verwendung eines Ringankers durchführen zu können, u. zw. sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, indem die Anzapfungsleiter so geführt werden, dass sie das Ankereisen bzw. den durch dasselbe hindurchgehenden Fluss in axialer bzw. radialer Richtung aufteilen. Werden zwei benachbarte Lamellen durch eine Bürste kurzgeschlossen, so wird der von dem kurzgeschlossenen Stromweg bis dahin umschlungen Fluss abgedrängt auf einen Eisenweg, der von keinem kunzgeschlossenen Stromweg umschlungen ist.
Wird der von einem Stromweg zwischen zwei Hauptlamellen umschlungene Fluss in q-Teilflüsse unterteilt, so werden für diesen Stromweg zwischen zwei benachbarten Hauptlamellen q-4-Hilfslamellen eingeschaltet und dementsprechend q-J-Anzapfungsleiter vorgesehen. Es ist daher zwischen zwei benachbarten Hauptlamellen wenigstens eine Hilfslamelle und wenigstens ein Anzapfungsleiter für jeden Stromweg zwischen zwei Hauptlamellen vorhanden. Ein Stromweg zwischen zwei benachbarten Lamellen umschlingt daher höchstens die Hälfte des von einem Stromweg zwischen zwei (benachbarten) Hauptlamellen umschlungenen Kraftflusses.
Die Bürstenbreite wird zweckmässig derart gewählt, dass sie (ungefähr) mit der Lamellenbreite übereinstimmt, so dass durch eine Bürste nie mehr als zwei benachbarte Lamellen gleichzeitig kurzgeschlossen werden. Eine Bürste schliesst daher nie mehr als einen Stromweg kurz, der höchstens die Hälfte des Kraftflusses eines Poles umschlingt.
Schon hiedurch unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand grundsätzlich von den bekannten Anordnungen bei Weehselstromkollektormaschinen, bei denen jeder Stromweg zwischen zwei Hauptlamellen mit Anzapfungsleitern, die an zwischen den Hauptlamellen angeordnete Hilfslamellen angeschlossen sind, versehen ist, und durch eine Bürste gleichzeitig mehrere Lamellen und dabei Stromwege kurzgeschlossen werden können, die zwei Drittel des von einem Pol erzeugten Flusses oder (insbesondere durch Verlegung der Anzapfleiter in den Nuten der Stäbe der zugehörigen Schleife) den gesamten Fluss des Poles umschlingen.
Bei diesen bekannten Anordnungen handelt es sich daher nicht um Flussabdrängung. Der Erfindungsgegenstand ist auch grundsätzlich verschieden von den bekannten Vorschlägen, welche die Beseitigung des Bürstenfeuers bzw. Herabsetzung der Stromwendespannung bei Gleichstrommaschinen betreffen und auch bei Wechselstromkollektormaschinen Anwendung finden können.
Die Erfindung behandelt die Vermeidung der mit der Transformatorspannung ver- knüpften Störungen, also eine Aufgabe, die bei Gleiehstrommaschinen überhaupt nicht vorliegt, denn dort wird ja bekanntlich zur Erregung Gleichstrom verwendet, so dass, im Gegensatz zu Wechselstromkollektormaschinen, eine EMK der Transformation nicht auftreten kann und infolgedessen auch kein Anlass vorliegt, sie etwa beseitigen zu wollen.
In manchen Fällen sind die Einrichtungen der ersten Gruppe, in ändern Fällen die Einrichtungen der zweiten Gruppe der bevorzugten Ausfiihrungsformen der Erfindung besonders vorteil-
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haft zu verwenden. Die letzteren bieten noch den Vorteil, dass die Schaltung (parallel bzw. in Reihe) der Erregerwicklung der verschiedenen Pole (Hauptpole) eine beliebige sein kann. Bei Spulenwicklungen werden an Stelle der Anzapfleiter Spulen (Hilfsspulen) verwendet. Schliesslich liegt es im Rahmen der Erfindung, Einrichtungen der ersten und der zweiten Gruppe in Verbindung miteinander anzuwenden.
Bei der erfindungsgemässen Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen ergeben sich besondere Verhältnisse für die Wendung des Betriebsstromes. Bisher wurden Wechselstromkollektormaschinen so gebaut, dass für die Transformatorspannung ein gewisser durch die Erfahrung festgelegter Grenzwert nicht überschritten wird. Bei den bekannten Bahnmotoren (IssVa He liegt dieser Grenzwert bei 2. 5-3 Volt. Damit ist der grösste Wert, den der Nennfluss haben darf, festgelegt. Hiedurch wiederum ist für eine bestimmte Leistung die Grösse des Strombelages bei den bekannten Motoren gegeben. Dadurch, dass bei den bekannten Maschinen der Fluss klein gehalten werden muss, ist bei ihnen ein verhältnismässig sehr grosser Strombelag erforderlich.
Abgesehen von einer Erhöhung des Kupfergewichtes zu ungunsten des Eisengewichtes bedeutet dieses einen verhältnismässig hohen Wert der EMK der Selbstinduktion der kommutierenden Spulen, d. h. der Stromwendespannung.
Bei Maschinen mit der erfindungsgemässen Einrichtung dagegen wird der von einem durch eine Bürste kurzgeschlossenen Stromweg (vor dem Kurzschluss) umschlungene Fluss abgedrängt, und es ist daher nicht notwendig, die Transformatorspannung auf bzw. unterhalb des obengenannten Grenzwertes zu halten, sondern es ist vielmehr die Möglichkeit gegeben, auch den Fluss der Maschine zu steigern, weil ja eine Erhöhung der Transformatorspannung möglich ist. Infolgedessen kann die Grösse des Strombeleges herabgesetzt werden. Das ergibt aber, abgesehen von dem Vorteil der Kupferersparnis, den weiteren Vorteil einer Erniedrigung der Stromwendespannung. Man kann daher, insbesondere bei Maschinen kleiner oder mittlerer Leistung, so bauen, dass Wendepole überhaupt entbehrlich sind, ähnlich wie es gelungen ist, gut kommutierende wendepollose Gleichstrommaschinen zu schaffen.
Sofern, insbesondere bei Maschinen grösserer Leistung, die Stromwendespannung einen unerwünscht hohen Betrag annimmt und ihre Kompensation zweckmässig ist, so sind in baulicher und elektrischer Hinsicht die besonderen Verhältnisse beim Erfindungsgegenstand zu berücksichtigen.
Diese weichen von denen bei den bekannten Maschinen dadurch ab, dass die Kommutierung nie an allen Kommutierungsstellen gleichzeitig erfolgt bzw. bei Verwendung von Anzapfungsleitern die Kommutierung in denselben anders als in den Stäben der Hauptwicklung verläuft. Es hat sieh jedoch gezeigt, dass Wendepole Verwendung finden können, deren Wicklungen in an sich bekannter Weise vom Betriebsstrom durchflossen werden. Bei einer erfindungsgemässen Einrichtung mit Anzapfungsleitern können vorteilhaft einem oder mehreren oder sämtlichen Polen (Hauptpolen) eine Anzahl aneinandergereihter Wendepole zugeordnet sein, die zweckmässig in an sich bekannter Weise in axialer Richtung neben dem Ständer angeordnet sind.
Hiedurch werden bauliche und elektrische Schwierigkeiten, die sich ergeben, wenn man etwa, d Hauptpole als Spaltpole ausbildet und in den Lücken die Wendepole anordnet, vermieden und Erleichterungen in der Kommutierung des Betriebsstromes in den einzelnen Teilschleifen in einer gewünschten Reihenfolge geschaffen, insbesondere, wenn die Kommutierung, wie unten näher erläutert, im sogenannten Pilgerschritt erfolgt. Zur Aufhebung des Ankerfeldes kann eine Kompensationswicklung vorgesehen sein, die zweckentsprechend ausgebildet ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung Ausführungsbeispiele dargestellt. Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der ersten Gruppe, u. zw. für den Fall einer Wellenwicklung unter Benutzung von Ringverbindungen, während in der Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der zweiten Gruppe (mit Anzapfungsleitern) dargestellt ist. Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 zeigt die Anwendung der beiden Gruppen in Verbindung miteinander. Fig. 3 und 5 veranschaulichen den Fall, dass bei Spulenwicklungen an Stelle von Anzapfungsleitern Spulen (Hilfsspulen) verwendet werden. Um den Kommutierungsvorgang noch eingehender zu erläutern, ist in Fig. 6 der Kommutierungsvorgang bei einer Anordnung nach der Fig. 2 in einem Diagramm veranschaulicht.
In diesen Figuren sind die Zähne des Ankers mit 1, die Hauptankerwicklung mit 2, der Kollektor mit 3, die induzierenden Pole mit 4, die Ringverbindungen zwischen Kollektorlamellen mit 5 und die (eine Nebenwicklung darstellenden) Anzapfungsleiter der Hauptwicklung mit 6 bezeichnet.
Die Bestimmungsgrössen des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 sind folgende :
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<tb>
<tb> Polpaarzahl <SEP> p= <SEP> 3
<tb> Nutenzahl <SEP> 31
<tb> ungekreuzte <SEP> Wellenwicklung <SEP> (Stabwicklung) <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Ankerzweigpaar <SEP> und
<tb> Stabzahl <SEP> 62
<tb> Wickelschritt.......................................................... <SEP> 5
<tb> Schaltschritt <SEP> 5
<tb> Lamellenzahl <SEP> 93
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Ringverbindungen <SEP> 31
<tb>
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Ausser den 31 Lamellen, die in üblicher Weise mit den Köpfen der Wellenwicklung verbunden sind (Hauptlamellen) sind zwischen je zwei benachbarte Hauptlamellen noch - = 2 weitere Lamellen in den Kollektor 3 eingesetzt, so dass die Lamellenzahl auf das p-fache steigt.
Von diesen 93 Lamellen sind nun je drei, welche ein regelmässiges p-Eck, also ein regelmässiges Dreieck bilden, miteinander verbunden durch die Ringverbindungen 5. Derartige Ringverbindungen, von denen in Fig. 1 zwei eingetragen sind, gibt es insgesamt 31. Sie haben zur Folge, dass jede Hauptlamelle mit zwei Nebenlamellen verbunden ist. Dadurch erhalten zwei beliebige benachbarte Lamellen Ruhespannungen, welche durch den Fluss nur eines Poles induziert werden, während die Ruhespannung zwischen benachbarten Hauptlamellen durch den Fluss von p, also im vorliegenden Falle von drei Polen, induziert wird.
Bei Kurzschluss von zwei beliebigen benachbarten Lamellen wird also lediglich der von einer einzigen Welle der Wellenwicklung umschlungene Fluss abgedrängt auf das ausserhalb dieser Welle gelegene Ankereisen. Die Bürstenbreite stimmt ungefähr mit der Lamellenbreite überein, so dass eine Bürste nie mehr als zwei Lamellen kurzschliesst. Bei geeigneter Anordnung der Bürsten-der Abstand der Bürsten beträgt abwechslungsweise 17 bzw. 14 Lamellenbreiten-werden die Flüsse unter zwei diametral gegenüberliegenden Polen auf die übrigen Pole der Anordnung abgedrängt. In Fig. 1 sind die Bürsten gerade für die Mitte des Intervalles einer Stromwendung eingezeichnet und die in Kurzschluss befindlichen Wellen durch stärkeren Strich hervorgehoben.
Von den Ringverbindungen 5 zwischen Haupt-und Nebenlamellen sind nur diejenigen eingezeichnet, die bei dieser Bürstenlage für die Stromleitung in Anspruch genommen werden. Die Stabwicklung kann ohne weitere Änderung durch eine Spulenwicklung ersetzt werden. Mit Ausnahme der Ringverbindungen 5 braucht der Wicklung eines normalen Ankers nichts beigefügt zu werden.
Es scheint dies ein besonderer Vorteil der Wellenwicklung zu sein, die bisher für grössere Wechselstromkollektormasehinen kaum in Frage kam.
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<tb>
<tb> Polpaarzahl <SEP> p <SEP> 2
<tb> Nutenzahl............................................................. <SEP> 19
<tb> ungekreuzte <SEP> Schleifenwicklung <SEP> (Stabwicklung) <SEP> mit <SEP> Stabzahl................ <SEP> 38
<tb> Winkelschritt <SEP> 4
<tb> Schaltschritt <SEP> wie <SEP> stets <SEP> 1
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Teilflüsse <SEP> je <SEP> Schleife...........................................= <SEP> 4
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Anzapfungen <SEP> je <SEP> Schleife <SEP> q-1 <SEP> = <SEP> 3
<tb> Lamellenzahl <SEP> 76
<tb>
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Nebenlamellen überbrückt.
Es genügt aber, wie man sieh leicht davon überzeugt, an Stelle der qTeilflüsse nur ql-Teilflüsse zu umschlingen. Die Abdrängung des Teilflusses, der von keiner der Hilfsspulen 6 umschlungen wird, geschieht durch die Wechselwirkung der Hilfsspulen mit der Hauptspule 2. Da die Nebenwicklung nicht geschlossen ist und nur kurzseitig, nämlich nur so lange wie die zugehörigen Lamellen von einer Bürste bestrichen werden, Strom führt, können gegebenenfalls die Anzapfungsleiter im Querschnitt bedeutend kleiner wie die Hauptwicklung bemessen werden. Dieses gilt für alle Anordnungen nach Fig. 1-5.
Einer besonderen Betrachtung bedarf bei einer Wicklung mit Anzapfungen nach Fig. 2 oder Fig. 3 die Wendung des normalen Betriebsstromes in den jeweils kurzgeschlossenen Stromwegen des Ankers. Die Anordnung der Wendepole in der neutralen Zone zwischen den Polen 4 (Fig. 2) ist nicht mehr ohne weiteres möglich, da ja die in Stromwendung befindlichen Stäbe zum Teil mitten unter dem Hauptpol gelegen sind.
Man kann aber die Stromwendung dadurch bewerkstelligen, dass man in an sich bekannter Weise den Anker in axialer Richtung über das Ständereisen hervorstehen lässt und in axialer Richtung neben den Hauptpolen die Wendepole anordnet, u. zw. müssen, wenn die Stäbe der eigentlichen Ankerwicklung induziert werden sollen, wie man sich an Hand der Fig. 2 überzeugen kann, mehrere Wendepole aufeinanderfolgen, wobei die Polpaarbreite dieser Wendepole sich ergibt aus der Anzahl der Teilflüsse und dem Wickelschritt der Schleife. Bei derartiger Anordnung der Wendepole können die gerade in Stromwendung befindlichen Anzapfungsstäbe mit ihrem über das Ständereisen hinausragenden Ende mit richtiger Phase in das Feld eines Wendepolpaares eintreten, so dass die Stromwendung in den kurzgeschlossenen Stäben in üblicher Weise unterstützt wird.
Die Erregung der Wendepole geschieht in üblicher Weise durch eine vom Ankerstrom durchflossene Wicklung.
In Fig. b sind zum besseren Verständnis der Stromwendung und der Wirkungsweise der Wendepole für die Wicklung der Fig. 2 als Abszisse die Nummern der Lamellen von 1-76 aufgetragen, während auf der Ordinatenachse jeweils die Nummer desjenigen Zahnes angegeben ist, aus welchem durch Kurzschluss zweier benachbarter Kollektorlamellen der Fluss abgedrängt wird. Man erkennt, bei Verbinden der Lamellen 1 und 2 wird im Zahn 1 der Fluss verdrängt, durch Verbinden von 2 mit 3 im Zahn 2, durch Verbinden von 3 mit 4 im Zahn 3, von 4 mit 5 im Zahn 4. Verbindet man aber 5 mit 6, so geht man über auf die Stromweg der folgenden Schleife. Damit springt die Nummer des Zahnes, in welchem der Fluss abgedrängt wird, wiederum auf 2 zurück.
Verbindet man 6 mit 7, folgt der Zahn. 3,7 mit 8 der Zahn 4, 8 mit 9 der Zahn 5 usw., d. h. die Nummern der Zähne, in welchen jeweils bei fortschreitendem Kurzschliessen aufeinanderfolgender Lamellen des Kollektors der Fluss verdrängt wird, schreiten nicht gleichmässig, sondern in sogenannten Pilgerschritt fort. Auf drei Schritte vorwärts folgen jeweils zwei Schritte rückwärts, hierauf wieder drei Schritte vorwärts usw.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Kombination der Wellenwicklung nach Fig. 1 mit der Unterteilung des Wechselflusses je Windung durch Anzapfungsleiter, die eine Nebenwicklung bilden, wie dieses für die Schleifenwicklung in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Bestimmungsgrössen des Ausführungsbeispieles nach Fig. 4 sind folgende :
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<tb>
<tb> Polpaarzahl........................................................... <SEP> p <SEP> = <SEP> 3
<tb> Nutenzahl............................................................. <SEP> 33
<tb> ungekreuzte <SEP> Wellenwicklung <SEP> (Stabwicklung) <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Ankerzweigpaar <SEP> und
<tb> Stabzahl <SEP> ............................................................... <SEP> 44
<tb> Schaltschritt <SEP> 3
<tb> Sehaltsehritt <SEP> 3
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Teilflüsse <SEP> je <SEP> Welle <SEP> ..............................................
<SEP> q <SEP> = <SEP> 4
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Anzapfungen <SEP> je <SEP> Welle <SEP> q-1
<tb> Lamellenzahl <SEP> 264
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Ringverbindungen <SEP> 88
<tb>
Die 22 Wellen führen in üblicher Weise zu Kollektorlamellen. Diese sollen die Hauptlamellen genannt werden. Entsprechend der Polpaarzahl p =, 3 sind zunächst zwischen zwei benachbarte Hauptlamellen in entsprechender Weise, wie dies an Hand von Fig. 1 auseinandergesetzt wurde, - =2 Hufslamellen eingefügt, die durch die Ringverbindungen 5 mit entsprechenden Hauptlamellen in Verbindung stehen. Der Kollektor hat nun p. 22, also 66 Haupt-und Hilfslamellen.
Jedoch sind nun (in Übereinstimmung zu der Ausführung nashFig. 2) zwischen zwei benachbarten dieser 66 Lamellen noch $'-jf = 3 Hilfslamellen eingefügt, die entweder unmittelbar mit den Anzapfungsleitern, welche die Nebenwicklung bilden und den Weehselfluss pro Welle in die vier Teilfliisse je Zahn aufteilen, oder über Ringverbindungen mit entsprechenden an jene Anzapfungen angeschlossenen Lamellen verbunden sind. Die Gesamtlamellenzahl der Wicklung ergibt sich also zu 22. p. q = 264.
In ähnlicher Weise, wie in Fig. 3 die der Stabwicklung in Fig. 2 entsprechende Spulenwicklung
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Der Erfindungsgegenstand lässt sich in gleicher Weise anwenden für Generatoren wie für Motoren oder Blindleistungsmaschinen. Er ist von Interesse sowohl für den Reihenschlussmotor wie für den Repulsionsmotor oder den Winter-Eichberg-Latourmotor. Ferner kann der Erfindungsgegenstand auch bei einer höheren Phasenzahl beispielsweise auf Dreiphasenmasehinen Anwendung finden. Insbesondere ist die Erfindung vorteilhaft zum Bau von Bahnmotoren für die Frequenz des Landesversorgungsnetzes, die in Deutschland 50 Hz beträgt, zu benutzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wechselstromkollektormaschine mit Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen (Bürstenfeuer), insbesondere Bahnmotor für höhere Frequenz als 16% Hz, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklung so ausgebildet (z. B. mit Hilfslamellen) und die Bürstenbreite so gewählt ist, dass nie mehr als höchstens die Hälfte des gesamten von einem Zweig der Erregerwicklung erzeugten Kraftflusses von (durch Bürsten) kurzgeschlossenen Strom-
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die von keinen kurzgeschlossenen Windungen umschlungen sind.