DE1237676B - In vorzugsweise nur einer Drehrichtung betriebene Gleichstrommaschine - Google Patents

Description

• In vorzugsweise nur einer Drehrichtung betriebene Gleichstrommaschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine in vorzugsweise nur einer Drehrichtung betriebene Gleichstrommaschine, die Haupt- und Wendepole aufweist.
• Es ist bereits eine Gleichstrommaschine bekanntgeworden, welche nur in einer Drehrichtung läuft und Wicklungen besitzt, die je einen Hauptpol und einen Wendepol gemeinsam umfassen, jedoch mit der Ankerwicklung in Reihe geschaltet sind. Diese Anordnung bezweckt eine Einsparung an Wickelraum und Wicklungskupfer. Das elektrische Verhalten ist hier dasselbe wie bei einer Maschine mit getrennten Haupt- und Wendepolwicklungen. Insbesondere ist bei Schaltvorgängen keine Kompensation der transforinatorischen EMK möglich, weil in der bekannten, den Haupt- und Wendepol gemeinsam umfassenden Wicklung keine der Feldänderung proportionale Stromkomponente fließt, sondern der Ankerstrom.
• Weiterhin ist eine Gleichstrommaschine mit in sich geschlossenen Kompensationswicklungen bekannt, wodurch die kommutierungsmäßige Empfindlichkeit der Maschine auf Stromänderungen herabgesetzt werden soll. Die genannten Kompensationswicklungen bestehen aus einzelnen Rahmen, die aus einem im Hauptpol liegenden Kompensationsstab und einem in der Lücke zwischen Haupt- und Wendepol liegenden Rückleitungsstab aufgebaut sind. Diese Wicklungen beeinflussen nicht die Wendepole. Die Wirkung auf die Kommutation bei Schaltvorgängen beruht auf der teilweisen Kompensation der Ankerrückwirkung. Es wird die Erhöhung der Induktion an einer Polkante vermindert und damit die maximale örtliche Lamellenspannung reduziert. Auf die durch die Flußänderung erzeugte transformatorische EMK hat die Anordnung jedoch keinen direkten ausgleichenden Einfluß. Ähnliche Erwägungen gelten für eine ebenfalls bekannte Gleichstrommastc'hince, bei der eine unter den Polen angeordnete übliche Kompensationswicklung in sich kurzgeschlossen ist.
• Der Erfindungsgegenstand ist dadurch gekennzeichnet, daß in sich geschlossene Statorzusatzwindungen vorgesehen sind, die jeweils einen Hauptpol sowie den in der bevorzugten Drehrichtung folgenden Wendepol umfassen.
• Eine solche Anordnung ermöglicht neben einer wesentlichen Verbesserung der Kommutation, insbesondere bei Schaltvorgängen, eine einfache Herstellung und erfordert wenig Material, da der Querschnitt und die Länge der Zusatzwindungen klein sind. Weiterhin sind keine besonderen Verbindungen nötig, ebenso ist auch der Platzbedarf der Zusatzwindung gering. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
• F i g. 1 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Maschine; F i g. 2 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise, und in F i g. 3 wird eine Abwicklung der Haupt und Wendepole schematisch wiedergegeben.
• F i g. 1 zeigt die wesentlichsten Teile eines zweipoligen Gleichstrommotors. Hierbei sind mit Nl, Si der Nord- und Südhauptpol, mit N., S, der Nord-und Südwendepol bezeichnet. 1 ist das Ständerjoch, 2 der Anker, dessen Drehrichtung der Pfeil n angibt. Eine gerade in der Kommutation befindliche, d. h. durch nicht dargestellte Bürsten kurzgeschlossene Spule hat das Bezugszeichen 3. Die Ankerstromrichtung wird durch Kreuze und Punkte gekennzeichnet. Ein Kreuz bedeutet hierbei einen in die Zeichenebene eintretenden, ein Punkt einen hieraus austretenden Strom. Die Wendepole haben bekanntlich unter anderem die Aufgabe, das Ankerquerfeld A aufzuheben. Daher folgt beim Motor in Drehrichtung auf einen Hauptpol gegebener Polarität ein Wendepol mit gleicher Polarität. Die in sich kurzgeschlossenen Statorzusatzwindungen 4 umschließen jeweils einen Hauptpol und den in Drehrichtung folgenden Wendepol. 4' sind die Stirnverbindungen der Zusatzwindungen. Um eine übersichtliche Darstellung zu ermöglichen, wurden die Hauptpol- und Wendepolwicklungen, der Kollektor usw. in F i g. 1 nicht eingezeichnet.
• Zur Erläuterung der Wirkungsweise dient F i g. 2. Gleiche Teile weisen dort dieselben Bezugszeichen auf wie in F i g. 1. Elemente, welche zum Verständnis der Funktion nicht unmittelbar erforderlich sind, wurden fortgelassen. Es sei nun angenommen, daß der Fluß 01 des Polpaares Np S, plötzlich abnehme. Dann entsteht in den kurzgeschlossenen Zusatzwindungen 4 eine EMK bzw. ein Strom mit der eingezeichneten Richtung, da eine kurzgeschlossene Spule stets den mit ihr verketteten magnetischen Fluß konstant zu halten sucht. Dasselbe gilt auch für die kommutierende Windung 3, deren durch die Änderung von 01 verursachte transformatorische EMK mit ET bezeichnet ist. Die Zusatzwindungen 4 erzeugen im Wendepolkreis N., S2 einen Zusatzfluß 0_7, welcher in der Spule 3 eine EMK der Rotation Ez zur Folge hat, die ET entgegengerichtet ist. Analoge Zusammenhänge gelten auch für einen Gleichstromgenerator bzw. bei einer plötzlichen Zunahme des magnetischen Flusses 01.
• Der Erfindungsgegenstand ermöglicht eine weitgehende Unempfindlichkeit der Kommutation gegenüber Schaltvorgängen, bei welchen der Erregerstrom ein- oder ausgeschaltet wird. Dies erfolgt beispielsweise dann, wenn Schutzschalter ansprechen oder Fahrzeugstromabnehmer abspringen. Ferner bewährt sich die Anordnung auch bei periodischen Flußänderungen, wie sie in Maschinen auftreten, die aus einem Wechselstromnetz über Gleichrichter gespeist werden.
• Im letzteren Fall entsteht eine dauernde Wärineentwicklung in den Zusatzwindungen 4, was unter Umständen unerwünscht sein kann. Es ist dann zweckmäßig, zumindest einen Teil der Zusatzwindungen in Reihe zu schalten und über einen außerhalb der Maschine befindlichen Widerstand zu schließen. F i g. 3 zeigt eine solche Anordnung. Sie gibt die Abwicklung einer vierpoligen Maschine wieder, wobei die Hauptpole wiederum durch den Index 1, die Wendepole durch den Index 2 gekennzeichnet sind. Die in Reihe liegenden Zusatzwindungen 4, deren Anzahl gleich der Polzahl ist, schließen sich über den Widerstand 5.
• Die EMK Ez (F i g. 2) kann die EMK ET nur bei einer ganz bestimmten Drehzahl vollständig kornpensieren. Läuft die Maschine mit annähernd konstanter Geschwindigkeit, so ist die Zusatzwindung hierfür zu dimensionieren. Liegt hingegen ein großer Drehzahlbereich vor, so ist dem Entwurf eine mittlere Drehzahl zugrunde zu legen. Vorzugsweise soll der Widerstand R4 der Zusatzwindung 4 zumindest annähernd der Beziehung R4 = 0,8 - ir2 - (1/öw) - D - n - 10-8 (2) genügen, wobei 1 (cm) die Ankerlänge, öw (cm) den Wendepolluftspalt, D (cm) den Ankerdurchmesser und n (sec -1) die Drehzahl bedeuten. Damit dieser Widerstand auch bei stark veränderlichen Temperaturen der Zusatzwindungen gleich groß bleibt, können diese zweckmäßigerweise aus Widerstandsmaterial mit niedrigem Temperaturkoeffizienten bestehen.
• Die Zusatzwindungen 4 gemäß F i g. 1 haben nur für die dort angegebene Drehrichtung ihre vorteilhafte Wirkung. Bei Drehrichtungsumkehr tritt eine Verschlechterung des Stromwendevorganges ein. Um dies zu vermeiden, müssen weitere Zusatzwindungen vorgesehen werden, welche dann den Hauptpol N, und den links benachbarten Wendepol, sowie den Hauptpol S, und den hierzu in Drehrichtung folgenden Wendepol umfassen. Außerdem wären Schalter in den Zusatzwindungen vorzusehen, die man je nach der Drehrichtung zu schließen bzw. zu öffnen hätte. Falls die Drehzahl in Gegenrichtung relativ klein bleibt oder die Schaltvorgänge vorwiegend in einer bestimmten Drehrichtung auftreten, brauchen die Zusatzwindungen nur für diese vorgesehen zu werden.
• Schließlich sei bemerkt, daß die Zusatzwindungen dann am günstigsten wirken, wenn nicht nur der Rotor, sondern auch der magnetische Kreis des Stators der Gleichstrommaschine zumindest teilweise lamelliert wird und die Zusatzwindungen gegenüber dem Statoreisen isoliert sind.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. In vorzugsweise nur einer Drehrichtung betriebene Gleichstrommaschine, die Haupt- und Wendepole aufweist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß in sich geschlossene Statorzusatzwindungen (4) vorgesehen sind, die jeweils einen Hauptpol (N1, S,) sowie den in der bevorzugten Drehrichtung folgenden Wendepol (N., S2) umfassen.
2. 2. Gleichstrommaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Anzahl der Zusatzwindungen (4) gleich der Polzahl ist. 3. Gleichstrommaschine nach Patentansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R 4) einer Zusatzwindung (4) zumindest näherungsweise der Beziehung .72. (lfbw) - D - n - 10-8 (.Q) R4 = 0,8. - genügt, wobei 1 (cm) die Ankerlänge, öw (ein) den Wendepolluftspalt, D (cm) den Ankerdurchmesser und n (sec -1) die Drehzahl bedeuten. 4. Gleichstrommaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwindungen (4) aus Widerstandsmaterial mit niedrigem Temperaturkoeffizienten bestehen. 5. Gleichstrommaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Zusatzwindungen (4) in Reihe geschaltet und über einen außerhalb der Maschine befindliehen Widerstand (5) geschlossen sind. 6. Gleichstrommaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator der Gleichstrommaschine zumindest teilweise lamelliert ist und die Zusatzwindungen (4) gegenüber dem Statoreisen isoliert sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 902 642; schweizerische Patentschrift Nr. 259 215; USA.-Patentschrift Nr. 1244 868.