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WechselstrommotormitBürstenverschlebung.
In der deutschen Patentschrift Nr. 244871 ist ein Wechselstrom-Kommutatormotor mit Burstenverschiebung beschrieben, bei dem die einzelnen Spulen der Kompensationswicklung parallelgeschaltet und die Windungszahlen der einzelnen Spulen so bemessen sind, dass sie sämtlich die gleiche Klemmenspannung ergeben. Hiebei war die KomFnsationswicklung im Nebenschluss erregt mit einer der Netzspannung (annähernd) phasengleichen Spannung, so dass sich der Strom in ihr unabhängig von der Grösse des Ankerstrome. nach bekannten Gesetzen einstellen kann.
Diese Schaltung hat einen gewissen Nachteil insofern, als die Zahl der in der Kompensations- wicklung enthaltenen Ampfrewindungen nicht in festem Verhältnis zu der des Ankers steht.
In der Normalstellung der Bürsten, wo Ankerachse und Kompensationsachse zusammenfallen, wird meistens das Ankerfeld vollständig kompensiert sein. Verschiebt man aber die B'steti, so dass die Achse der Kompensation und Ankerwicklung einen Winkel x einschliessen, so wird von der Ankerwicklung nur eine Komponente, etwa von der Grösse Maximalwert X cos. x aus- gfelirhfn werden, denn der Arbeitsstrom in der Kompensationswicklung stellt sich infolge transformatorischer Beeinflussung derart ein, dass ungefähr die in deren Achse fallende Komponente
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Dieser Nachteil lässt sich nun gemäss vorliegender Erfindung dadurch vermeiden. dass die Kompensationswicklung nicht im NebenachluB an eine Spannung gelegt (gegebenenfalls Spannung 0), sondern mit dem Anker in Reihe geschaltet wird. Dann muss der Gesamtstrom in der Kompensationswicklung stets die gleiche Grösse behalten, wie der Ankerstrom, ei ist nicht mehr frei einstellbar. Hiebei gibt nun die bereits bekannte Schaltung der Kompensatiol1swicklung eigenartige Wirkungen. die nachstehend beschrieben werden sollen.
In Fig. 1 ist die Abwicklung eines Poles mit drei Kompensationsspulen dargestellt. Die
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liegenden Ankerspulen mögen stromlos gedacht sein. Haben dann sämtliche parallelgeschaltete Spulen gleiche Windungszahlen, bestehen sie also beispielsweise alle aus je einer Windung, dann muss im Gleichgewichtszustande eine solche Stromverteilung vorhanden sein, dass die beiden
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dass durch den mittleren Zahn 1 ein Feld F fliesst. Bekanntlich muss dann bei der Periodenzahl F die in der innersten Spule a induzierte Spannung
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sein, wenn als Einheit der Feldstärke nach Kapp 106 absolute Einheiten gelten. In der Spule b wird, da sie gleiche Windungszahl mit a besitzt, auch die gleiche Spannung erzeugt, wie in der Spule a.
In den Zähnen , 1 darf also, wenn gleiche Spannung in den beiden Spulen a, b erzielt werden soll, ein magnetisches Feld nicht enthalten sein. Das glei. he gilt bezüglich der beiden
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den mittleren Zahn 1 geht. Es ergibt sich demnach, dass, falls nur der innere Zahn 1 ein magnetisches Feld führt, sämtliche Spulen gleiche Spannungen ergeben. Führt man umgekehrt den paralleigeschalteten Spuien von aussen eine Spannung zu, so muss daher die Stromverteilung so stattfinden, wie das oben angegeben ist, nämlich dass nur die innere Spule a vom Strom durchflossen wird, weil nur in diesem Falle nur durch den Zahn 1 ein Feld geht.
Dies gilt ganz unabhängig von der Stromstärke, solange der Eigenwiderstand der Spulen vernachlässigt werden kann.
Man denke sich den Pol mit derselben Kompensationswicklung und darunter den entsprechenden Teil der Ankerwicklung. Jede Kompensationsnut entspricht einer Ankernut, jeder Kompensationszahn also auch einem Ankerzahn. Jede Ankernut enthält, wie jede Kompenuationsnut, eine Windung i (vgl. Fig. 2). Die Richtung der Ankerströme ist durch Punkte und Kreuze angedeutet.
Wenn ein Wechselstiommotor eine Ankerwicklung und eine Kompensationswlck1ung enthält. und wenn der Anker von einem bestimmten Strom durchflossen ird, wenn ferner der Strom in der Kompensationswicklung sich frei einstellen kanp sei es, dass letztere in sich kurzgeschlossen oder von einem Transformator im Nebenschluss erregt ist oder dgl., so sucht sich der Strom in der Kompensationswicklung bekanntlich stets so einzustellen, dass das Feld der Ankerwicklung möglichst vollständig aufgehoben wird. Sind die einzelnen Kompensationaspulen parallel-
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ebensoviele Windungen enthält wie die Statornut, und setzt ferner voraus,
dass in jeden Ankerstab ein bestimmter Strom fliesst, so sucht jeder Kompensationsstab einen gleich grossen, entgegengesetzt gerichteten Strom aufzunehmen wie der Strom des gegenüberliegenden Ankerdrahtes. Da alle Ankerdrahte den gleichen Strom fuhren, so sucht auch jeder Kompensationsstab den gleich grossen Strom aufzunehmen. Dies ist sowohl der Fall bei Reihenschaltung, wie bei Parallel- schaltung der einzelnen Kompensationsspulen.
Nimmt man nun an, dass die einzelnen Spulen gemäss vorliegender Erfindung parallelgeschaltet sind, so musste man der gesamten Kompensation, um gemäss den vorstehenden Angaben eine richtige Kompensation, also eine genaue . nd vollständige Aufhebung des Ankerfeldes zu
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wicklung nun einen grösseren Strom als den eben bestimmten zu (beispielsweise über einen Reihentransformator oder bei praktischer Ausführung besser durch Verwendung einer etwas höheren Windungszahl für die Kompensation einen relativ höheren Strom), so kann man sich die Stromverteilung auf folgende Weise klar machen.
Jede der drei Spulen a, b, c nimmt zunächst soviel Strom auf, dass in jeder von ihnen derselbe
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Wählt man dagegen die Windungszahlen folgendermassen :
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<tb>
<tb> die <SEP> innerste <SEP> Spule <SEP> a <SEP> 15 <SEP> Windungen.
<tb> die <SEP> mittlere <SEP> Spule <SEP> b <SEP> 5 <SEP> Windungen,
<tb> die <SEP> äusserste <SEP> Spule <SEP> c <SEP> 3 <SEP> Windungen,
<tb>
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beträgt nunmehr, falls V wieder die Periodenzahl ist,
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Die Spannung in der Spule bist :
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die Spannung in der äussersten Spule c
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Es sind also in der Tat bet gleicher Feldstärke in allen Zähnen die induzierten Spannungen der drei Spulen die gleichen. oder umgekehrt, haben alle drei Spulen die gleichen Klemmenspannungen. so muss die Stromverteilung so stattfinden. dass sich in sämtlichen Zähnen dieselbe Feldstärke einstellt. Der Strom wird dann also ausschliesslich von der äussersten Spule c aufgenommen ; die inneren Spulen sind stromlos, denn sonst müsste ja in den inneren Zähnen ein anderes Feld auftreten.
Wird nun auch hier die Ankerwicklung berücksichtigt, die wieder wie vorhin gestaltet und von einem gegebenen Strom durchflossen sei, so sucht sich in der Kompensationswicklung infolge transformatorischer Einwirkung vom Anker aus zunächst ein solcher Strom einzustellen, dass die Ankerwicklung vollständig kompensiert ist ; ein etwaiger Überschuss des Stromes fliesst einzig und allein durch die äussere Spule c.
In Fig. 2 ist dit3 ; Stellung dargestellt, bei der die Ankerachse genau in die Kompensationachse fällt. Der Strom verteilt sich dann über die einzelnen Kompensationsspulen derait, dass jede Nut die gleiche Amperestabzahl hat, dass also eine vollständige Aufhebung des Ackerfeldes
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zunehmender Verschiebung immer mehr auf die äussersten Spulen. während die inneren stromlos werden.
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die neutrale Zone bzw. den Wendepol dar ; das Kompensationsfeld erstreckt sich dagegen tatsächlich immer mehr über den ganzen dargestellten Polbogen).
Der Vorteil gegenüber den bekannten Anordnungen ist folgender :
Wäre die Kompensation in der üblichen Weise geschaltet, also die einzelnen Spulen in Reihe, so würde auch bei Verschiebung der Bürsten die Stromverteilung in der Kompensation stets dieselbe bleiben, wie in Fig. 2 dargestellt. Würde man die Bürsten beispielsweise so verschieben, dass die Ankerachse von Zahn 1 auf Zahn. 1 Übergeht, wie in Fig. 3 dargestellt, so wäre die Kompensa ion in der Ankerachse unvollkommen.
Denkt man sich nämlich in Fig. 2 einen Kraftlinierweg beschrieben durch den Zahn 1 und durch den entsprechenden um 180 elektrische Grade weitet gelegenen Zahn (beides in dieser Stellung Wendepole), so werden umschlungen sechs Kompensationsnuten und sechs Ankernuten, wobei jede Kompensationsnut den gleich grossen und entgegengesetztgerichteten Strom enthält wie jede Ankernut. Die Kompensation ist also vollkommen.
Verschiebt man aber die Ankerachse um einen Zahn und denkt sich wieder einen Kraftlinienpfad durch den Statorzahn 3 und den um 180 elektrische Graf weiter gelegenen beschrieben, so wird jetz die Spule a der Kompensation nicht mehr umschlungen (zwischen Zahn 1 und 3), dafür einen Pol weiter eine entsprechende Windung bzw. Nut bzw. Spu ! enseit-t. mit entgegengesetztem Strom. Man umschlingt a) so in der Kompensation fünf Kompensationsnuten mit richtigem und eine mit verkehrtem Stromsinn, das ist ebensogut, wie insgesamt vier Kompensationsnuten mit richtigem Stromninn.
Der Anker enthält nach wie vor sechs Ankernuten pro Pol, die Kompensationswirkung 1st in der Ankerachse somit unvollkommen, denn es wirken nur vier Kompensationsnuten auf sechs Ankemuten, während es selbstverständlich sechs Kompensationsnuten sein müssten.
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ebenfalls mit, die Kompensation ist also nach wie vor vollkommen.
Im vorstehenden sind zwei Grenzfälle beschrieben. Das eine Mal tritt ein Feld nur im mittelsten Zahn auf, das andere Mal dagegen ist ein gleichmässiges Feld in sämtlichen Zähnen vorhanden. Durch geeignete Bemessung der Windungszahl der einzelnen Spulen lassen sich noch beliebige andere Feldformen erreichen. In jedem Falle ist aber die Form des Feldes unabhängig von der Stellung des Ankers und in jedem Falle tritt das eigenartige Wandern des Stromes von einer Spule zur anderen ein