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Feldmagnetpol für kommutierende Maschinen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Anordnung bei Gleichstrommaschinen, welche den Zweck hat, die Funkenbildung an den Kollektorbürsten zu verhindern oder wenigstens zu verringern. Um die Wirkungsweise dieser Anordnung beschreiben zu können, müssen wir kurz auf die Theorie der Vorgänge eingehen, welche sich nach den bisherigen Untersuchungen von Arnold, Parshall und Hobart, Fischer-Hinnen, Girault und anderen bei der Stromwendung in der durch die Bürsten kurzgeschlossenen Ankerspule abspielen. Die Erfahrung lehrt es und aus den Arbeiten der oben Angeführten geht ebenfalls hervor, dass bei einer sehr langsam laufenden kommutierenden Maschine keine Schwierigkeiten, d. h. keine Funkenbildung, am Kollektor auftreten.
Durch die mathematische Analyse findet man, dass in dem speziellen Falle, in welchem die Breite einer Bürste gleich der Breite eines Kommutatorsegmentes ist und in dem besonderen Falle, in welchem die Übergangswiderstände von der Bürste zum Kollektor sehr gross gegenüber dem Widerstande der Spule selbst samt deren Verbindung sind, der Strom in der kurzgeschlossenen Spule, welcher von dem Wert + J auf den Wert-. J gebracht werden muss, nach der Kurve 1 verläuft (Fig. 1), d. h. der Strom i in der kurzgeschlossenen
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Geraden. In der Praxis wird es niemals zutreffen, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Ankers sehr klein ist. Sie ist in der Hegel sehr gross und kann bis zu 60 m und mehr in der Sekunde betragen.
Auch wird der Übergangswiderstand der Bürste niemals unendlich gross gegenüber dem Spulenwiderstand selbst sein. Es zeigt sich jedoch, dass auch schon in solchen Fällen, in denen dieser Übergangswiderstand nur überhaupt grösser oder sogar gleich
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Kurve 1I (Fig. 1) stellt eine solche Stormübergangskurve für einen der Praxis ent- nommenen Fall vor. Sowohl Kurve 1 als Kurve 11 gelten nur unter der Bedingung, dass die Umfangsgeschwindigkeit nahezu Null ist.
Wir können also sagen, dass bei einer sieh unendlich langsam drehenden Gleichstormmaschine die Kurve des Stromverlaufes in der kurzgeschlossenen Spule eine mehr oder weniger, jedoch niemals sehr stark von der Geraden abweichende Linie ist.
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Vermeidung von Funken sehr günstig, wenn nicht am günstigsten, worüber jedoch das Urteil der Theoretiker noch nicht vollkommen fest steht. Wir wollen die ausschliesslich durch die Veränderung der Knntaktwidprständc zwischen der Bürste und der auflaufenden bezw. ablanfenden Kommutatorlamelle hervorgebrachte Stromwendung die reine Widerstandskommutation nennen.
Dann ist das Resultat unserer bisherigen Ausführungen in den Satz zusammen zu fassen : Bei einer Ankerumfangsgeschwindigkeit nahezu gleich Null tritt reine
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schlussstromos ergibt und mithin in bezug auf Feuervormeidung vollkommen ist.
Unser Bestreben muss daher darauf gerichtet sein, auch bei hoher Ankerumfangs- geschwindigkeit reine Widfrstandskommutation zu erreichen. Lassen wir unsere Gleichstrommaschine immer rascher laufen, so ist klar, dass die Stormwendung in der Kurzschluss- spule immer mehr durch die der Stromänderung widerstrebende Kraft der Selbstinduktion gestört wird.
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Die elektromotorische Kraft der Selbstinduktion hat das Bestreben, die Stromänderung zu verzögern und die Übergangskurve in eine Lage zu drängen, wie sie etwa durch Kurve 111 in Fig. 1 dargestellt wird. Es ist bekannt, dass der Einfluss der Selbstinduktion durch die sogenannte stromwendende elektromotorische Kraft zum Teil vernichtet wird, welche dadurch entsteht, dass man die Bürsten soweit vorschiebt, dass die kurzgeschlossenen
Windungen nicht mehr in der wirklich feldfreien Zone, sondern etwas darüber hinaus in einem Magnetfelde von angemessener Stärke laufen. Dieses Magnetfeld war bisher immer durch die Formgebung der Pole mehr oder weniger stark ansteigend bezw. beim Motor abfallend.
Der Kernpunkt der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, den kommutierenden
Polschuh, d. i. beim Generator den auflaufenden, beim Motor den ablaufenden so zu formen, dass dieses kommutierende Feld auf eine mehr oder weniger lange Strecke, im allgemeinen auf eine Strecke, welche länger ist, als die auf den Ankerumfang reduzierte Bürstenbreite, nahezu oder vollkommen parallel zur Abszissenachse (siehe Fig. 2) ist. Der Zweck dieser
Anordnung wird sofort klar sein, wenn wir uns für einen Moment denken, dass die an- gestrebte reine Widerstandskommutation erreicht sei, dass also in Fig. 1 der Strom in der
Kurzschlussspule nach Kurve 1 oder Il verlaufe. Alsdann werden die diesen Übergangs- kurven entsprechenden Kurven der elektromotorischen Kraft der Selbstinduktion durch die
Linien It dargestellt sein.
Wenn wir aber diese elektromotorische Kraft der Selbst- induktion in jedem Momente durch eine gleich grosse und entgegengesetzt gerichtete strom- wendende elektromotorische Kraft vernichten, so wird damit der Einfluss der Geschwindigkeit auch vernichtet und dann die reine Widerstandskommutation erreicht sein.
Wir sehen also, dass es im wesentlichen darauf ankommt, das stromwendende Feld- diagramm parallel zur Abszissenachse verlaufen zu lassen. Dies kann nur durch eine Form der Polspitze erreicht werden, die innerhalb eines gewissen Bereiches oc ss (Fig. 2) einen in der Richtung der Bewegung zunehmenden Luftraum zwischen Pol-und Ankereisen er- gibt. Dieser zunehmende'-Luftraum ist nicht zu verwechseln mit dem auf die ganze Pol- länge zunehmenden Luftraum, welcher mitunter angewendet wird, um der Ankerreaktion entgegen zu arbeiten. Es handelt sich hier vielmehr um eine genau bestimmte, zur Er- reichung eines ganz bestimmten Zweckes beabsichtigte Formgebung jenes Teiles des magnetischen Feldes, in welchem die kommutierten Spulen laufen und welches zweckmässig als Wendungsfeld bezeichnet werden kann.
Es wird vorteilhaft sein, dieses Wendungsfold auch noch dadurch regulierbar zu machen, dass man die Polspitze drehbar oder parallel zu sich selbst verschiebbar anordnet und diese Beweglichkeit der Polspitze gleichzeitig mit der Möglichkeit die Bürste zu verschieben dazu benützt, um die Bürsten auf funkenfreien Gang einzustellen.