Hochspannungs-Gleichstrom-motor. Gegenstand dieses Hauptpatentes ist ein Hochspaunungs-Gleichstromniotor, bei wel chem der Anker eine Mehrphasenwicklung besitzt, die über einen Hochspannungskollektor durch den Netzstrom gespeist wird. Der Hochspannungs-Gleiclistrom wird vermittelst dieses Kollektors unter dem Eiuflusse der in den Maschinenphasen in bestimmter Weise ver laufenden Motor-Gegen-EMKe für die Phasen belastung in Pliasenstrominipulse aufgelöst.
Der Kollektor besteht aus einem lediglich als Stromschaltapparat wirkenden Ventil gleichrichter, zwischen dessen Anoden jeweils nur geringe Phasendifferenzspannungen be stehen und aus einem als Spannungsschalt- apparat wirkenden Lamellenkommutator, der jedoch nicht wie in gewohnter Weise als Stromwender, sondern als Leerlaufsschalt- apparat arbeitet.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungs beispiel des Hochspannungsmotors. Der Hoch spannungsanker besitzt beliebig viele (je) stern geschaltete Phasen<B>IV</B> und der Ventilgleich richter eben so viele elektrische, nach einer gemeinsamen Kathode mündende Ventile j'. Der Kommutator S hingegen weist für jeden Phasenzweig einen Phasenkontakt auf, der zum Zwecke des Phasenbetriebes jeweils die Verbindung - von der betreffenden Phasen wicklung des Maschinenankers nach der hierzu gehörigen f@leichrichteranode herstellt.
Der Hochspannungs-Gleichstrom wird durch die Netzklemmen k'. I>" in der Richtung über den Phasensternpunkt 0 nach der G leichrichter- katliode K aufgenommen.
Lm die kontinuierliche Netzspannung für die Motorphasen in getrennte Spannungs impulse zu zerlegen, ist ein bestimmter perio discher Verlauf der Gegen-EMKe der Motor phasen nötig. Die Kurve ev (Fig. 2) veran schaulicht den vollständigen Verlauf der in der Motorphase v induzierten Gegenspannung. Für die einen, zum Beispiel positiven Halb wellen lassen sich drei Zeitbereiche mit ver schiedener Spannungshöhe unterscheiden.
Der mittlere Bereich ist die Betriebszone i3, bezw. die Durchlasszone des Pliasenvollstromes mit einer gegenüber der Gleichspannung Eg des Netzes etwas geringeren Spannung E;
die beiden äussern Zeitbereiche, die Überlappungs- zonen <I>ö',</I> ü", hingegen haben bei der Kommu tation im Ventilgleichrichter die Stromunter- drückung hervorzurufen und besitzen eine meist wesentlioli höhere Spannung Ba als die Gleichspannung.
Dies ist beim 1 < Totor für solche kurzzeitige Phasenintervalle möglich, da die Afotorgegenspannungen unter der Ein- ivirkung der kinetischen Energie des beweg ten Maschinenrotors im Erregerfeld in gleicher Weise wie bei einem Generator als genei#a- torische EMKe induziert werden, und es ist dabei wohl möglich, dass für hinreichend schmale Phasenzonen die Momentanspannun- gen wesentlich höher als die Gleichspannun gen werden,
sofern nur die Phasen hierfür durch genügend starke Feldzonen erregt werden. Ganz entsprechend sind die EMK- Verläufe für die vor- und nacheilenden Pha sen (ev,-l, ev+t), und diese schliessen sich im Diagramm so au die Spannungswelle der Phase v, dass die Betriebszonen lückenlos aneinandergrenzen und von den Überlappungs- zonen der benachbarten Phasen überläppt werden.
Die besprochenen EM i-Formen sind unter der Voraussetzung notwendig, dal') beim Gleichrichter der Strom in der Richtung von den Anoden nach der Kathode durchgelassen und in der umgekehrten Richtung unterdrückt wird. Strom kann dann vom speisenden Gleichstromnetze her in einer Phase nur auf genommen werden, wenn ihre Klenimspan- nung geringer ist als die Gleichspannung, und sonst bleibt er aus.
Die erhöhten Spannungen der Ü berlappungszonen haben deshalb den Zweck, die Spannungsabfälle beim Gleich richter für die Phasenstromunterbrechung in Spannungsanstiege zu verwandeln. In Wirk lichkeit spielen bei der Stromkommutation durch den Gleichrichter die in den Phasen wicklungen durch die Selbstinduktion und gegenseitige Induktion der Spulenströme her vorgerufenen induktiven Zusatz-ElfIKe noch eine grosse Rolle, indem sie die Phasenspan nungen derart beeinflussen, dass die Phasen ströme an den Betriebszonengrenzen nicht momentan,
sondern innerhalb einer durch die Wicklungsinduktivitäten bestimmten Zeitbe grenzung von den belasteten Wicklungen auf unbelastete übergeleitet werden.
Damit die li < ;chste Spanirungsbeanspru- chung zwischen den Gleichrichteranoden nur von der grössten Ordnung e = - L' wird und mithin der Gleichrichter nur für diese Spamiungshöhe zu dimensionieren ist, werden die Phasen v jeweils nur für eine Kontakt zeit i an die (;
leicliricliteranoden geschlossen und für den übrigen Teil der Wechselperiode T durch die Kommutatorkontakte davon ge- trennt.-2 Irr den negativen Spannungswerten kann der MIK-Verlauf, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, zum positiven vollständig s'-- rnetrisch, aber auch ganz. beliebig wirr.
Ent sprechendes gilt dann auch für den periodi schen Verlauf des Feldes (I),, das auf jede Phasenwicklung wirkt.
In Fig. 3 ist ein spezielles Konstruktions- beispiel eines Hochspannungsmotors mit ver teilter Mehrphasenwicklung des Ankers dar gestellt.
Die Erregung weist vier Pole finit drei verschiedenen Luftübertrittsstufen nach dem Eisenkörper des Rotors auf. An den Feldpolschuhen besitzt die liniere Betriebs stufe /.den gr@@sseren Luftiil)ertrIttswidei-- stand, während die beiden itiihern Stufen <B>0</B>', ö" einen etwas geringeren Übertrittswider- stand haben.
Durch die letzteren werden die erhöhten Stufen der Halbwellen der (Tegen- EM ie erzeugt. Für den Anker sind sl)eziell vier Betriebsphasen angenommen. wovon jede nach dem Typus der Wellenwicklung als fortschreitender, offener Wicldunt;szug ge zeichnet ist. In diesen Phasen werden vier um 1/4 Wechselperiode vei,scliol,)ene Span nungswellen induziert.
Für Maschinen, bei welchen, wie bei der eben beschriebenen, nur die einen Phasen halbwellen für die Belastung benutzt. werden. gelten folgende Dimensionierungsfornieln für eine beliebige Erregerpolzahl iia und Auker- phasenzahl ii.:
EMI0002.0103
Selbstverständlich kann die Wicklungs armatur statt als Wellenwicklung auch als Schleiferrwichlung konstruiert seilt :
jede Nrase bestellt dann aus einer Anzahl gleicher, über je eine Polteilung sich erstrechender Spulen von beliebiger Windungszahl, die irr Reihe oder parallel geschaltet sind und je dieselben Spannungen au den Betrieb liefern.
Es ist auch der Fall nicht ausgeschlossen, daLi die verstärkten I'eldzonen der Überlapliungsge- biete anstatt durch die Hauptpole der Er regung durch besondere Nebenpole mit er- höllter Magnetisierung erzielt werden.
Auher dem bisher besprochenen Motor betriebe. bei welchem die Hochspannungc- pliasen stets nur für die positiven Halbwellen der Gegen-EMKe strombelastet werden, 1 < iht sieh ein Motor bauen, bei dem die -Phasen- belastung auch für die negative ENIK.Halb- welle stattfindet. Dies ist insofern von Vor teil, als die untere Grenze der Betriebs pliasenzahl dann nicht bei 4, sondern bei der Zahl ? liegt.
Die 2-Phasenmaschine lässt sich aus der 4-Phasenmaschine erhalten, inderu die Gegenphasen mit dein entgegengesetzten Spannungsverlauf invers. d. h. bei Vertau schung der Phasenenden mit der richtigen Spannungspolarität serie- oder parallelge schaltet werden.
In Fig. 4 ist beispielsweise das Seliait- schema und der Konnnutator einer 2-Pliasen- inaschine gezeichnet, welches für den Betrieb den Maschinentyp nach Fig. 3 mit serie- geschalteten Gegenphasen 1I', 33', bezw. 22', 44' vorsieht.
Jede Seriephase wird im Ver lauf einer Wechselperiode je zweimal, aber mit Vertauschung voll Phasenanfang und Phasenende, zwischen die Kominutatorbürsten geschaltet. Nach der Figur bestellt der Kommutator aus zwei getrennten Ringen mit je zwei Lamellen, die mit zwei nach den Gleichrichteranoden d", 1= verbundenen Bür sten Bi, B_ Kontakt machen;
auf)erdeni lie gen noch zwei zu diesen ersten Bürsten dia- inetrale Bürsten B3, B-i an den Konimutator- ringen, welche unter sich leitend verkettet sind.
Die Verkettungsleitung 0 und Gleich- richterkathode K bilden die Anschlüsse voll den Hochspannungsnetzpolen <I>I.',</I> L". Die Wirkungsweise einer in dieser Weise geschalteten Maschine beruht (I'ig. 5) darauf, daf:
') durch das mechanische Kommutieren der Phasenzweige nach jeder Halbperiode die negativen Halbwechsel 11"(-) der Phasen wellen in bezog auf den Gleichstromkreis in positive umgeschaltet erden.
Bei Verwendung beider Halbwellen der 1Iotor-(xegen-E-1IKe stellt sich dieLeitnia.terial- ausnützung des Ankers möglichst günstig. Die Ankerstromwürrne ist nämlich ganz un- abliängig von der Phasenzahl lediglich durch den Phasenwiderstand bestimmt, während das gesamte Ankerdrahtgewicht entsprechend der -Phasenzahl sich aus den Phasengewichten summiert.
Geht malt voll der 4-Phasen- auf die 2-1'liasenmaschine über, so sinkt das auf eine bestimmte Ankerstroinwärme bezogene Ankerdrabtgewicht rund auf die Hälfte.
Die Fig. 6 zeigt als Ausführungsbeispiel eitre solche Maschine mit sechs Erregerpolen und zwei Betriebsphasen 1.1', ??'; die an der Ankerperipherie direkt um die Betriebsstufen breite gegeneinander verschoben sind.
i\Iascbinen, bei denen die positiven und negativen Halbwellen für die Belristung ge nützt werden, sind für eine beliebige Erreger polpaarzahl rra ('2) und Betriebspliasenzahl @r. (#2) herzustellen nach den folgenden Di- nieusionierungsformeln
EMI0003.0116
Die Maschine voll Fig. 6 induziert pro Rotorunilauf nicht nur eine,
sondern drei Wechselperioden. Die Lamellenanordnung des Kommutators nach Fig. 4 verdreifacht sich dann längs der Kornrnutatorperipherie, und es gibt stets drei Lamellen, welche dem gleichen Phasenende entsprechen, bezw. für dieses durch j.duipotentialverbindungen miteinander ver bunden sind, derweise,
dass jede Phase während einer Rotorunldrehung dreimal mit der einen und dreireal mit der andern Spulenrichtung zwischen die verketteten -Netz- und Anoden- bürsten der lla,chine geschaltet wird und somit sechsmal in Betrieb kommt.