Wicklung für Kollektor-Anker. Die Kommutierungstheorie zeigt und die Erfahrung bestätig es, dass, abgesehen von dem Ausnahmefall einer geradlinigen Kom mutierung, bei welcher die Stromdichte unter der Bürste konstant ist, der an der Austritts kante einer Bürste unterbrochene Strom einen endlichen Wert besitzt, der in vielen Fällen (Unter-Kommutation) den gesamten, durch die betrachtete Bürstenreihe dem Kollektor zugeführten Strom überschreiten kann. Man sollte um nicht in der unter allen Umständen lentlich grossen Stromdichte an dieser <B>i</B> ausserorc Austrittskante ein Kriterium für gute Kom mutation suchen, da das Verhalten der Bür ste fast ausschliesslich von dem mehr oder weniger grossen Wert der durch die Stromun terbrechung frei werdenden Energie abhängt.
Nun lässt sich zeigen, dass der allgemeine Wert dieses Energieverlustes gleich ist dem halben Produkt aus dem unterbrochenen Strom und der Änderung des Flusses, wel che die Stromänderung in dem kommutieren den Wicklungselement begleitet.
Man kann daher die an der Austrittskante freiwerdende Energie beliebig klein machen, indem man diese Flussänderung entsprechend herabdrückt, zum Beispiel indem man neben dem kommutierenden Wicklungselement min destens einen in sich selbst (oder auf eine unabhängig von der Kommutierung be stimmte Potentialdifferenz) geschlossenen Stromkreis anbringt, der mit dein kommutie renden Wicklungselement magnetisch ver kettet ist, und zwar so, dass die Streuung zwischen den beiden Stromkreisen so klein als möglich ist.
Die scheinbare Selbstinduk tion des kommutierenden Wicklungselements wird dadurch von dem Wert L, den sie haben würde, wenn alle andern Stromkreise offen wären, auf den viel kleineren Wert der Streu-Induktion N = sL herabgesetzt, wo bei r der ssehn-Eschenburgsche Streukoeffi zient des Wicklungselements in bezug auf die andern in sich selbst geschlossenen Strom kreise ist im Falle voll zwei
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Stromkreisen), während die verlorene Ener gie von
EMI0001.0001
LJ2 auf herabgesetzt, also
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ebenso im Verhältnis r herabgesetzt wird.
Die sogenannte Kätiganker - Kommutie rung, bei welcher die Nutenzahl in bezug auf die Zahl der Bürsten in geeigneter Weise be grenzt wird, ist eine erste Lösung, welche für jedes Wicklungselement am Ende der Kommutierung das Vorhandensein eines an dern Wicklungselementes sichert, welches noch kurzgeschlossen ist und in den gleichen Nuten liegt, also praktisch mit dem gleichen Fluss verkettet ist und von dem man sagen kann, dass es in elektromagnetischer Hinsicht das erste Wicklungselement in Schein-Kurz schluss versetzt.
Eine gleichwertige Lösung würde darin bestehen, parallel zu dem kommutierenden Wicklungselement einen andern Stromkreis zu legen, der durch enge magnetische Ver kettung mit einem oder mehreren geschlosse nen Stromkreisen im Schein-Kurzschluss ge halten wird.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Wicklung für Kollektor-Anker, bei welcher jedes Wicklungselement, das als letztes einer Nut aus dem Bürstenkurzschluss austritt, durch die Wirkung von unter anderen Polen liegenden, noch im Bürstenkurzschluss befind lichen Wicklungselementen faktisch kurzge schlossen ist.
Die Fig. 1 zeigt beispielsweise die An wendung der Erfindung auf den Fall eines Ankers mit Parallelwicklung, der Einfach heit halber Ringwicklung, bei welchem m die halbe Zahl der Parallelstromzweige der Wicklung, gerade ist und bei welchem die Nutenzah1 q ungerade ist. Die Zahl der Wicklungselemente pro Nut muss in diesem Fall durch 4 teilbar sein (wie unten anhand voll Fig. 5 ersichtlich).
In Fig. 1 sind zwei Wicklungszwe@ge übereinander dargestellt, und zwar so. dass Wicklungselemente gleicher Phase (gleicher Lage im Feld) übereinander liegen. Die Nu ten beider Zweige sind um eine halbe Nuten teilung gegeneinander in der Phase verscho ben, so dass die Anstrittskanten der beiden dargestellten Bürsten gleicher Art, nicht gleichzeitig die Kommutierung der Wick lungselemente einer Nut beendigen. Während also die Bürste B die Nut E verlässt, hat die Bürste B' noch nicht die Kommutierung aller Wicklungselemente der Nut F beendigt.
Von den Äquipotential-Verbindungen sind nur diejenigen (immer eine von zweien) bei behalten und in der Figur gestrichelt dar gestellt, welche die Summe der Spannungen zweier Wicklungselemente (c, d) in der Mitte einer Nut F des einen Zweiges mit der ange nähert gleich grossen Summe der Spannungen zweier Wicklungselemente a, b in zwei mit I% bleichliebenden Nuten D, l: des aildern Zweiges parallel schalten, so dass die Aus gleichströme in diesen Verbindungen ausser halb der Kommutierungszone vernachlässig- bar sind.
In der gezeichneten Stellung blei ben die Enden des Wicklungselementes a in dem Augenblick, wo die Kommutation in die sem Teil ihr Ende erreicht, an einen Strom kreis angeschlossen, der zusammengesetzt ist aus den Elementen b und d, die sich im Kurz schluss durch die Bürsten befinden, und aus dem Wicklungselement c, welches sich im Scheinkurzschluss befindet, weil das Wick lungselement d der gleichen Nut, das unge fähr denselben Fluss umfasst, selbst im Kurz schluss ist. Das Wicklungselement a ist dem nach über diesen abgezweigten Stromkreis faktisch ebenfalls kurzgeschlossen und ver hindert also jede Änderung des Flusses, der den verschiedenen Wicklungselementen der Nut E gemeinsam ist und folglich jeden plötzlichen Energieumsatz an der Austritts kante der Bürste B.
Die Fig. 2 und 3 beziehen sich auf den Fall, dass m, die halbe Zahl der Parallel stromzweige, durch 3 oder durch 5 teilbar ist. Die Nutenzahl q darf dann durch 3 oder 5 nicht teilbar sein, wohl aber darf sie durch
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oder
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teilbar sein und wenn dies der Fall ist, muss die Zahl der Wicklungselemente pro Nut durch 6 oder 10 teilbar sein, wie unten mit Bezug auf Fig. 6 ersichtlich sein wird. In Fig. 3 ist der Übersichtlichkeit wegen die Wicklung, abgesehen von der obern Ab- teilung, nicht bezeichnet, wodurch die Kollek torlamellen besser hervortreten.
Die notwendigen und ausreichenden Äqui- potentialverbindungen sind in Fig. 3 mit vol len Linien eingezeichnet, während die andern Verbindungen, die ohne Ausgleichströme möglich sind, gestrichelt dargestellt sind.
Die Fig. 4 zeigt für den Fall, dass m durch 3 teilbar ist, einen Abschnitt der Wick lung mit den Äquipotentialverbindungen; die an diesem Teil münden. Im allgemeinen ge nügt es, wenn die Nutenzahl q nicht durch m, die halbe Zahl der Parallelwicklungs zweige, teilbar ist, und wenn S, die Zahl der Wicklungselemente pro Nut, ein gerades Vielfaches ist des Quotienten, der erhalten wird, indem m durch den grössten gemein samen Teiler von m und q dividiert wird.
Unter der Voraussetzung eines am Anker umfang sinusförmig verteilten Feldes erhält man als Spannungsdiagramm, wenn man die Spannungen, die in den einzelnen längs der Wicklung aufeinander folgenden Wicklungs elementen induziert werden, in einem Linien zug aufträgt, offensichtlich ein regelmässiges gezacktes Polygon. In Fig. 5 ist dieses Span- unngsdiagramm dargestellt, für den Fall, dass m eine gerade Zahl und die Nutenzahl eine ungerade ist und in Fig. 6 für den Fall, dass m durch 3 teilbar und die Nutenzahl nicht durch 3 teilbar ist.
Die Seiten dieses Polygons, von denen jede die Spannung darstellt, welche in den in Reihe geschalteten Wicklungselementen einer Nut induziert wird, schneiden sich in Punk ten, welche äusserst nahe an den Teilpunkten dieser Seiten liegen, welche den Einzelspan- der Wicklungselemente entsprechen. Die Abweichung zwischen diesen Teilpunk ten, welche die an den Enden dieser Äqui- potentialverbindungen übrig bleibende Span nung darstellt, die in dieser Verbindung einen Ausgleichstrom hervorzurufen sucht, ist von zweiter Ordnung gegenüber der Winkelab weichung zwischen aufeinanderfolgenden Nu ten, das heisst sie ist dem Quadrat der Nuten zahl umgekehrt proportional.
Die Rechnung zeigt, dass mit mindestens 12 Nuten pro Pol der Ausgleichstrom selbst bei gewöhnlichen Kupferverbindungen schwach bleibt. Wenn man jedoch keine genügend grosse Nutenzahl anwenden kann, oder wenn das Feld nicht sinusförmig ist, zum Beispiel wenn Wende pole vorhanden sind, in welchem Fall das Diagramm der von den verschiedenen Wellen des Feldes induzierten Spannungen ein ge zacktes Polygon mit mehreren Umläufen bil det und mit umso stärkerer Krümmung je höher die Ordnungszahl der betrachteten Welle ist, dann wird man Verbindungen mit etwas erhöhtem Widerstand anwenden müssen.
Bei den bis jetzt beschriebenen Lösungen bildet die Hauptwicklung selbst mit den Äquipotentialverbindungen die geschlossenen Stromkreise mit ausgeglichenen Spannungen, durch welche der Kurzschlussstrom von einer Nut an die folgende weitergegeben wird. Diese Stromkreise können aber auch ganz oder teilweise von der Hauptwicklung ge trennt und zum Beispiel durch besondere Wicklungen gebildet werden, die in denselben Nuten wie die Hauptwicklung untergebracht sind.
In Fig. 7, die sich auf den Fall von m gerade und q ungerade bezieht, ist eine dieser Hilfswicklungen dargestellt, die beispiels weise am Grunde der Nuten angeordnet ist, und die in jeder der beiden Nuten E, halb so viel Windungen enthält, als in der Nut F, die diesen beiden Nuten diametral entgegen gesetzt ist.
Bisher war angenomnnen, dass die Ver kettung zwischen Wicklungselementen be steht, welche nacheinander unter Bürsten gleicher Art kommutieren. Man kann jedoch, ohne vom Grundgedanken der Erfindung ab zuweichen und indem man zum Beispiel Hilfswicklungcn der oben beschriebenen Art evrwendet, diese Verkettung auch zwischen Wicklungselementen herbeizuführen, die unter verschiedenartigen Bürsten kommu tieren, besonders wenn nur eine Bür stenreihe jeder Art vorhanden ist. Die Fig.
8 bezieht sich demgemäss auf den Fall eine: dreilihasi@en Ankers inil zwei Polen und zwanzig Nuten und stellt eine der Hilfs- wickzlungen dar, durch welche der Kurz schlussstrom einer Nut, in welcher die Kom mutation gerade endet, an zwei andere, noch in der Kommutation befindlielie Nuten wei tergegeben wird.
Die Zahl der Windungen n, deren Ver hältnis allein von Bedeutung ist, kann immer ziemlich hoch gewählt werden (23 und in dem oben erwähnten Fall), um den Span nungsausgleich beliebig vollkommen zu ma chen (in dem erwähnten Fall auf etwa 1 %0) und somit die durch ein sinusförmiges Feld induzierten Ausgleichströme zu unterdrücken.
Die Hilfswicklungen können untereinan der und mit der Hauptwicklung so vereinigt werden, dass die ganze Wicklung möglichst vereinfacht wird.