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Einrichtung zum Stromwenden an mehrphasigen Kollektormaschinen mit ungerader
Phasenzahl und verkürztem Wicklungsschritte auf dem Anker.
Drehstrom-Eollektormascllinen, die als Motoren, Generatoren oder Umformer in irgend einer Schaltung arbeiten, werden zweckmässig mit besonderen Einrichtungen zum Stromwenden versehen, da bei ihnen das Drehfeld in voller Stärke über die kurzgeschlossenen Leiter hinwegstreicht und daher starke Spannungen in ihnen induziert, die leicht zu Funken am Kolleid ; or Anlass geben können. Auch die Reaktanzspannung der Stromwendung lässt sich durch solche Wendepoleinrichtungen vernichten, und zwar bei Anwendung von Sehnenwicklung auf dem Anker durch eine besondere Erregungsart der Wendepole, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.
Ganz allgemein ist die gesamte Stromänderung in einer Ankerspule während der Kommutation dem Betrage und der Phase nach gleich dem aus der Bürste austretenden Strongle.
Die mittlere Selbstinduktionsspa. nnung der Kommutierung ist daher direkt proportional dem Strome derjenigen Bürste, welche die betreffende Spule gerade kurzschliesst. Ausser dieser Selbstinduktionsspannung können auch noch Spannungen der gegenseitigen Induktion auftreten. von Leitern herrührend, die in denselben oder benachbarten Nuten liegen, die aber von Bürsten einer anderen Wechselstromphase kurzgeschlossen werden. Die Spannungen der Selbst-und
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bilden die Reaktanzspannung, die durch Induktion von äusseren Hüfsfeldern vernichtet werden soll.
Diese Hilfsfelder wird man zweckmässig von den Bürstenströmen direkt oder durch Trans- formatoren hindurch erregen lassen, damit die Reaktanzspanmung bei allen Belastungen kom- pensiert wird. Weil aber bei Mehrphasenstrom die Phase der Reaktanzspannung nicht notwendig mit der Phase des Bürstenstromes übereinstimmt, und weil man von einem Hilfspol aus mehrere vpr8chiedenphasi Kurzselhlussspulen induzieren lassen kann, so muss die Phase der Hilfspolerregung in jedem einzelnen Falle besonders bestimmt werden.
Benutzt man als Ankerwicklung eine Gleichstrom-Durchmesserwicklung, bei der also jede Spule eine ganze Polteilung-oder doch nahezu eine solche-umfasst, so kann man jede kurzgeschlossene Spuleuscite von einem eigenen Hilfspole induzieren lassen, den man dann mit dem Bürstenstrome der betreffenden Kurzschlussspule erregen muss. Da man aber unter den Wendepolen kein nützliches Feld erhält und beispielsweise bei Dreiphaaenstrom für die doppelte Polteilung bei dieser Anordnung sechs Wendepole vorhanden sind, so entsteht ein sehr starker Feldverlust. Man kann ihn vermeiden, wenn man nur die halbe Zahl der Wendepole ausführt, so dass jede kurzgeschlossene Spule nur auf einer Seite von einem Hilfsfelde induziert wird.
Dann ist
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wenden lässt.
Diese Ubelstände können umgangen werden, wenn man auf dem Anker der Drehstrom- maschine eine Sehnenwicklung anwender, deren Spulenweite gleich zwei Drittel einer Polteilung ist. wie in Fig. 1 dargestellt. Dann kommt trotz der Anwendung von nur drei Wende polen jede Spulenweitc unter einen solchen zu liegen. Wegen der jetzt vorhandenen gegenseitigen Beein- flussung der drei vcrschiedenphasigen Kurzschlussspulen, und weil der Wendepol zwei der Spulen
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Die gesamte Reaktanzapannung jeder Spule, die zu kompensieren ist, setzt sich zusammen aus der Sdbstinduktionsapannung, die in Phase mit dem eigenen Bürstenstrome ist, und den
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spannung, weil immer die linke Seite der fremden Spule über der rechten Seite der gerade betrachteten liegt und umgekehrt.
Bezeichnet man mit L und M die Koeffizienten der selbst-und gegenseitigen Induktion
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die Reaktanzspannung der entsprechend bezeichneten Spule in Fig. 1 :
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wobei die Addition geometrisch'zu verstehen ist. Nun ist aber die Summe zweier Ströme eines Dreiphasenayatemes stets gleich dem negativ genommenen dritten Strome, so dass die gesamte Reaktanzspannung einer Spule, nämlich
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in Phase mit ihrem eigenen Baratenstrome ist. Das gilt natürlich für jede einzelne Kurzschlussspule.
In Fig. 2 ist die Lage der Bürstenströme und Reaktanzspannungen für einen Dreiphasenanker mit Sehnenwicklung dargestellt. Gleichzeitig sind auch die Phasen der notwendigen Hilfsfelder zur Kompensation der Reaktanzspannungen eingezeichnet.
Weil die Reaktanzspannung jeder Spule von zwei Wendepolen kompensiert werden muss, deren Feldphase um 120 zeitlich auseinander liegen, und weil andererseits jeder Wendepol auch zwei verschiedenphasige Kurzschlussspulen induziert und das für beide richtige Wendefeld besitzen muss, so liegt die Phase jedes Wendefeldes zwangläung fest. Es muss das Feld jedes Wendepoles genau 900 Phasenverschiebung besitzen gegen den Strom, der aus der ihm gegenüberliegenden Bürste austritt. Aus Fig. 2, in der die Hilfspolfeder mit ihrer richtigen Phase und Richtung zusammengesetzt sind, erkennt man, dass beim Einhalten dieser Bedingung, aber auch nur dann, die Reaktanzspannung vollständig kompensiert werden kann.
Die Erzeugung der Hilfsfelder mit richtiger Phasenverschiebung kann auf verschiedene Weise bewirkt werden. Man kann z. B. nach Fig. 1 jeden Hilfspol direkt mit den beiden Strömen der ihm benachbarten Bürsten erregen, die im entgegengesetzten Sinne-von den Bürsten aus gerechnet-um ihn herumgeführt werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erhält man dann die richtige Phase des Wendefeldes. Will man nur eine Wicklung auf den Wendepolen anbringen, so kann man sich eines von den Bürstenströmen durchflossenen Phasentransformaters bedienen, beispielsweise eines solchen mit Drehfeld. bei dem sich jede beliebige Phasenverschiebung einstellen lässt, oder auch eines einfachen Stern-Dreieck-Transformators, bei dem das sekundäre
Stromsystem gerade 90 Phasenverschiebung gegen das primäre hat.
Bei manchen Kollektor-Maschinen lässt sich das Feld der Belastungsströme nicht vollständig kompensieren, so bei Generatoren und Motoren, deren Kompensationswicklung auf dem Stator so angeordnet ist, dass nur die Grundharmonische des Belastungsfeldes verschwindet, oder bei solchen Maschinen, die ausser dem Kollektor auch Schleifringe mit festen Anschlusspunkten an die Wicklung zum Zu-und Abführen von Strömen haben. In diesen Fällen entstehen Belastungs- felder in den Kommutierungszonen, die sich jedoch durch eine verstärkte Hilfspolerregung ver- nichten lassen, genau so, wie von Gleichstrommaschinen her bekannt ist. Diese Belastungs- ankerfelder können durch dieselben Ströme aufgehoben werden, die auch zur Kompensierung der Reaktanzspannung dienen.
Ausser der Reaktanzspannung vernichtet man meist auch die Spannung in der Kurzschluss- spule, die durch statische Induktion vom Hauptfelde erzeugt wird. Das kann auf bekannte Weise durch dieselben Hilfspole geschehen, indem man entweder eine Zusatzwicklung auf ihnen anbringt, oder Zusatzspannungen in den Hilfsstromkreisen induziert, oder auch (bei Serienmaschinen) die Phase und Grösse der Hilfspolströme um ein gewisses Mass ändert, oder auf anderem bekannten
Wege.
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spannung gegen den Bürstenstrom.
Die richtige Phase für die Felder der Hilfspole B5 und B2, welche die Kurzschlussspule il induzieren, erhält man nach Fig. 5 dann, wenn wieder jedes Hilfsfeld zeitlich um 900 verschoben ist gegen den Strom, der aus der mit dem Hilfspol auf einem Durchmesser liegenden Bürste austritt. Zur Erregung des Feldes kann man auch hier die Ströme der dem Hilfspol benachbarten Bürsten benutzen, direkt, oder, wie oben beschrieben, durch Transformatoren hindurch. In Fig. 5 erkennt man, dass z. B. die Ströme i2 und i5 das richtige verlangte Hilfsfeld B1 ergeben.
Genau so wie hier für Drei- und Fünfphasensysteme gezeigt ist, lässt sich für beliebige Mehrphasensysteme mit ungerader Phasenzahl und verkürztem Wicklungsschritt nachweisen, dass jedes Hilfspolfeld zur Vernichtung der Reaktanzspannung genau 900 Phasenverschiebung besitzen muss gegen den Strom der Kollektorbürste, die auf demselben Durchmesser liegt, wie der betreffende Hilfspol, und dass sich dieses Wendefeld erzeugen lässt, wenn man die Ströme mehrerer bestimmter, dem'Hilfspole benachbarter Bürsten auf ihn einwirken lässt, derart, dass die Windungen, von den Bürsten aus gesehen, den Hilfspol im entgegengesetzten Sinne umschlingen.
Benutzt man nur eine einzige Hilfspolwicklung und führt dieser Strom durch irgend welche Phasentransformatoren, so wird der Strom doch immer hervorgerufen durch Induktion von mehreren Bürstenströmen aus.