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Gleichstrommaschine zur Erzeugung eines Summenspannungsausgangswertes
mit einer ungeraden Polpaarzahl, die größer als 1 ist Für viele elektrische Regel-
und Steuerzwecke ist es oft erforderlich, daß die Einzeleinwirkungen, die einen
Summenausgangswert bestimmen, sich gegenseitig nicht beeinflussen, also weitgehend
entkoppelt in Erscheinung treten. Eine mehr oder weniger rasche Änderung einer bestimmten
Eingangsgröße soll also z. B. nicht durch transformatorische Beeinflussung die andere
Einwirkungsgröße merklich stören. Als eine solche Einwirkungsgröße kann beispielsweise
die Erregerdurchflutung auf den Hauptpolen einer Gleichstrommaschine aufgefaßt werden,
die ihrerseits den Hauptpolfluß bedingt, der dann im Anker bei vorgegebener Drehzahl
eine von der Hauptpoldurchflutung abhängige EMK erzeugt. Sollen mehrere Erregerströme
gleichzeitig zur Erzeugung eines Summenausgangswertes zur Wirkung kommen, dann konnte
man bisher eine vollständige Entkopplung der Erregerwicklungen nur dadurch erreichen,
daß man mehrere voneinander unabhängige Gleichstrommaschinen verwendete, die mit
gleicher oder voneinander verschiedener Drehzahl angetrieben und deren Anker hintereinandergeschaltet
wurden. An den Anschlußklemmen des Ankerkreises stand dann die Summen-EMK der Maschinen
zur Verfügung.
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Die Erfindung, die sich auf eine Gleichstrommaschine mit einer ungeraden
Polpaarzahl bezieht, die größer als 1 ist, und die eine für die Polpaarzahl des
Magnetgestelles ausgelegte Wellenwicklung ohne Ausgleichverbinder im Anker zur Erzeugung
eines Summenspannungsausgangswertes hat, hat die Aufgabe, eine solche von mehreren
Einzeleinwirkungen bestimmte Summen-EMK auf einfachere Weise zu erzielen. Erfindungsgemäß
bilden jeweils zwei diametral gegenüberliegende Pole des Magnetgestelles ein von
einer Haupterregerwicklung bzw. Steuerwicklung erregtes Magnetpolpaar eines zweipoligen
Magnetsystems und sind die Haupterreger- bzw. Steuerwicklungen der Polpaare der
zweipoligen Magnetsysteme untereinander galvanisch nicht gekoppelt.
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Zur Entkopplung der Erregerkreise und zur Beseitigung des einseitigen
magnetischen Zuges ist es bei einer elektrischen Maschine bereits bekannt, diametral
gegenüberliegende Pole zu einem Erregersystem zusammenzufassen. Bei dieser bekannten
elektrischen Kommutatormaschine mit Trommelanker beträgt die Polzahl der Erregerwicklung
ein ungerades Vielfaches, also das 3-, 5-, 7- usw. Fache der Polzahl, für die der
Trommelanker gewickelt ist. Die Umsteuerung der diametral gegenüberliegenden Pole
hat hier den Zweck, die Polarität umzutauschen. Die einzelnen Spulen sind durch
Vermittlung eine Schaltorgans galvanisch zusammengeschaltet.
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Im Gegensatz dazu ist es für die Erfindung wesentlich, daß die Erregerwicklungen
der einzelnen gegenüberliegenden Pole beliebig und unabhängig von unterschiedlichen
Erregerströmen durchflossen sein können. Da sie nicht galvanisch verbunden sind,
können sie als vollständig entkoppelt bezeichnet werden. Bei einer galvanischen
Kopplung ist eine magnetische Entkopplung nahezu wertlos.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Sie zeigt schematisch eine Maschine mit drei Polpaaren im Querschnitt.
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Die Maschine besitzt sechs Pole, die mit 1, 2, 3 und 1', 2' und 3'
bezeichnet sind, wobei die Einzelpole 1 und 1', 2 und 2', 3 und 3' je ein zusammengehöriges
Polpaarsystem bilden. Auf den Polen sitzen die Erregerwicklungen 4, 4', 5 und 5'
und 6, 6'. Den magnetischen Rückschluß im Ständer bildet das Joch 7. Auf den Anker
8 ist die Wellenwicklung 9 aufgebracht, wobei die Ankerwicklung für die gleiche
Polzahl, wie sie der Ständer der Maschine besitzt, gewickelt ist. Von dem Kommutator
und dem Bürstenapparat sind nur die Bürsten 10 angedeutet.
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Die Summe aus der auf dem Einzelpol 1 sitzenden Durchflutung 01 und
der auf dem Einzelpol 1' sitzenden Durchflutung 0l', nämlich 01+01' = 01 res. erzeugt,
den Teilfluß 0, wobei normalerweise 0i gemacht wird.
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Werden die Streuung von Einzelpol zu Einzelpol und der magnetische
Widerstand im Ständerjoch und im Ankereisen vernachlässigt, also nur die magnetischen
Widerstände in den Polschenkeln, in den Luftspalten und in den Ankerzähnen berücksichtigt,
dann ergibt sich bei konstanten Hauptpolluftspalten
und bei mechanisch
gleichartiger Bauart der räumlich jeweils gegenüberliegenden Pole, daß für den Teilfluß
01 die anderen Pole, also 2,3,2' und 3' das gleiche magnetische Potential besitzen
wie das Ankereisen und das Jocheisen. Der Teilfluß 01 beeinflußt also die Flußausbildung
unter den anderen Teilpolen 2 und 2' bzw. 2 und 3' nicht.
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Wird die Streuung von Einzelpol zu Einzelpol klein gehalten und sind
die magnetischen Widerstände des Ständerjoches zwischen den einzelnen Polen im Mittel
etwa gleich groß wie die zugehörigen Teilwiderstände im Ankereisen, dann beeinflußt
der Teilfluß hl die Flußausbildung unter den anderen Polen nur wenig. Es treten
nur geringe Rückwirkungen ein, so daß die einzelnen Teilflüsse 01, 02 und 03, weitgehend
entkoppelt sind.
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Bei einer normal gebauten sechspoligen symmetrischen Maschine wären
die einzelnen Flüsse der Teilpole, absolut genommen, untereinander gleich groß und
würden am Umfang in der Reihenfolge N S N S N S auftreten, wobei N der Nordpol und
S der Südpol ist. Bei der Ausführung gemäß der Erfindung führen jeweils nur die
räumlich einander gegenüberliegen- 25 den Pole, absolut genommen, gleiche Flüsse.
Die Reihenfolge am Umfang kann dann sein: N1 S2 N3 S1 N2 S3 Hierbei ist dann für
die Summen-EMK im Anker der Fluß 01+02+03 maßgebend. Es ist aber ohne weiteres zulässig,
die Flußrichtung für jeweils zwei räumlich gegenüberliegende Pole umzukehren. Läßt
man beispielsweise die Durchflutung 02 und 02, für die Teilpole 2 und 2' entgegen
der in der Zeichnung dargestellten Pfeilrichtung wirken, dann ist für die Summen-EMK
der Fluß 01- 02 + 03 maßgebend, und die Reihenfolge der Pole am Umfang wäre dann
N1 N2 N3 S1 S2 S3 Da für die Maschine gemäß der Erfindung die Vorzeichen und Absolutwerte
der Teilflüsse für die einzelnen Polpaargruppen beliebig sein können, ist es erforderlich,
daß die als Wellenwicklung ausgebildete Ankerwicklung keine flußausgleichenden Ausgleichsverbindungen
besitzt.
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Die einzelnen Polpaargruppen können untereinander gleich oder unterschiedlich
ausgebildet sein. Es ist beispielsweise ohne weiteres zulässig, daß einzelne Polpaargruppen
magnetisch ungesättigt oder schwach gesättigt sind, während andere Polpaargruppen
stark gesättigt sind.
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Die räumlich jeweils gegenüberliegenden Pole führen, abgesehen vom
Vorzeichen, den gleichen Fluß und haben bei gleichartiger Bauart infolgedessen auch
gleiche Induktionswerte. Die radialen Zugkräfte sind dem Quadrat dieser Induktionswerte
proportional, und der resultierende Summenwert, bezogen auf die Maschinenachse,
ist daher praktisch gleich Null.
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Bei der Wahl der auszuführenden ungeraden Polpaarzahl werden, soweit
dies angängig ist, bestimmte Einzeleinwirkungen, die gekoppelt sein dürfen oder
auch sollen, zusammengefaßt und einer oder mehreren Polpaargruppen zugeordnet, während
die anderen Einwirkungen, die weitgehend entkoppelt sein sollen, den anderen Polpaargruppen
getrennt zugeordnet werden. Für den Fall, daß bestimmte Einzeleinwirkungen durch
verhältnismäßig kleine Einzelpolflüsse verwirklicht werden können, kann man eine
oder mehrere räumlich einander gegenüberliegende Polpaargruppen als Spaltpole ausführen,
für die sich dann ebenfalls eine praktisch vollkommene Entkopplung ergibt. Die Einzelpole
können in zwei oder auch mehrere Einzelspaltpole aufgeteilt werden.
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Bei relativ kleinem Ankerstrom kann, falls dies aus bestimmten Gründen
erwünscht ist, die Zahl der mit Bürsten besetzten Bolzen wie bei allen Wellenwicklungen
verringert werden, wobei bei Besetzung mit nur einer Kohle je Bolzen die Mindestbolzenzahl
je Polarität aus betrieblichen Gründen zwei beträgt.
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Die Erfindung ist nicht nur bei einstufigen Gleichstrommaschinen mit
Wendepolen und ohne Wendepole, sondern auch beispielsweise für die Eingangsstufe
mehrstufiger Maschinen, z. B. einer Amplidyne mit Wendepolen oder ohne Wendepole
verwendbar.