DE157883C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es ist bekannt, daß sich ein mit unterteiltem Felde hergestellter Gleichstrommotor ebenfalls mit Wechselstrom betreiben läßt, und zwar weist er den bekannten einphasigen Induktionsmotoren gegenüber die vorteilhaften Eigenschaften auf, daß er mit Vollkraft anläuft und derselben Regulierung der Tourenzahl wie ein Gleichstrommotor fähig ist. Der Grund, weshalb sich diese Art Wechsel-Strommotoren, im folgenden »Wechselfeldmaschinen« genannt, trotz dieser vorteilhaften Eigenschaften in der Praxis bis jetzt nicht hat einbürgen können, ist in erster Linie darin zu suchen, daß sie eine im Vergleich zu den Gleichstrommaschinen übermäßige Funkenbildung zeigt. Denn abgesehen von der mit der reinen Stromwendung verbundenen Funkenbildung, ist eine weitere Veranlassung hierzu in der Tatsache zu finden, daß das mit der vollen Frequenz wechselnde Feld in der der Stromwendung unterliegenden Ankerwindung, genau wie das Primärsystem eines Transformators im Sekundärsystem, eine EMK. erzeugt, welche im Falle des Kurzschlusses der Ankerwindung durch die Bürste einen übermäßigen Strom entwickelt und hierdurch außer zu gefährlicher Erwärmung der Spule zu der erwähnten starken Funkenbildung führt. Dieser schwere Übelstand läßt sich in rationeller Weise dadurch beheben, daß man der durch die Transformatorwirkung des Feldes in der betreffenden Ankerspule erzeugten EMK. eine gleich große EMK. entgegen wirken läßt.

Die EMK. der Selbstinduktion kann diese Aufgabe nicht erfüllen, denn einmal kann sie der zu kompensierenden schädlichen EMK. in der Ankerspule nie vollständig entgegenwirken, d. h. gegen dieselbe um genau 180 ° verschoben sein, wird also in jedem Falle die Entstehung eines, wenn auch nur schwachen Stromes zulassen. Auch sind mit einer künstlichen Einführung der Selbstinduktion für den Gesamtbetrieb der Maschine andere schwere Übelstände verbunden. Aus dem Grunde ist die vorliegende Anordnung wesentlich verschieden von den Anordnungen zur \^erminderung der Funkenbildung nach der englischen Patentschrift 14664 vom Jahre 1893. Eine Beseitigung oder Aufhebung der schädlichen Wirkung der in der Ankerspule erzeugten EMK. ist nur dadurch möglich, daß man derselben eine gleich große und entgegengesetzte fremde EMK. in dem eigenen Stromkreise entgegen wirken läßt. Eine solche EMK. in der betreffenden Kurzschlußspule selbst zu erzeugen, ist nicht angängig, weil dies nur mit Hilfe eines dem Hauptfelde gleichen und entgegengesetzt gerichteten Hilfsfeldes möglich wäre. Dadurch würde aber auch die Wirkung der ganzen Maschine gleich Null, da dieses Hilfsfeld den übrigen Ankerleitern ein dem Hauptfelde gleiches und entgegengesetztes Drehmoment erteilen würde.

Die Einführung einer solchen Gegen-EMK. ist aber noch auf anderem Wege möglich, und zwar geschieht dies nach der vorliegenden

Erfindung unter Benutzung einer geteilten Bürste und eines Kommutators besonderer Konstruktion. In Fig. ι stellt A einen Teil des Ringankers dar mit dem dazu gehörigen Teil des Kommutators, dessen Isolationsstücke dieselbe Breite wie die Stromwenderlamellen haben. B ist die auf dem Kommutator schleifende Doppelbürste, aus den Einzelbürsten ^₁ b.-, und dem isolierenden

ίο Mittelstück i bestehend, C₁ C₂ C₃ sind die leitenden, mit den Ankerabteilungen U₁ a.₂ verbundenen Segmente, S₁ S₂ S₃ . . . die Isolationssegmente. Die Doppelbürste ist so ausgeführt, daß eine der Einzelbürsten b_Y b.₂ mit dem isolierenden Mittelstücke i zusammen die Breite eines Kollektorsegmentes c oder s hat. Leitet man durch die Einzelbürsten b_x b, parallel den Strom dem Anker zu, so erreicht man hierdurch, daß in jeder Stellung des Stromwenders zwischen demselben und der Doppelbürste immer die gleiche Berührungsfläche, d. h. immer der gleiche Übergangswiderstand vorhanden ist. Je nach der Stellung des Kommutators sind entweder beide Bürsten b₁ b.₂ zu gleichen oder verschiedenen Teilen mit dem Stromsegmente C₁ in Berührung oder nur eine der beiden Einzelbürsten. Unmöglich ist dagegen, daß eine und dieselbe Einzelbürste gleichzeitig mit zwei aufeinander folgenden Stromsegmenten c in Berührung ist.

Die Einzelbürsten b_x b.₂ stehen nun mit den Enden einer aus wenigen Windungen bestehenden Spule JV in Verbindung, in deren Mitte der Ankerstrom J zugeleitet wird. In dieser Spule JV erzeugt man nach vorliegender Erfindung eine EMK., welche in Größe derjenigen gleich und in der Phase um i8o° gegen die EMK. verschoben ist, welche in jeder Ankerspule in dem Augenblick. der Stromwendung durch Transformatorwirkung seitens des Feldes induziert wird. So wird die EMK., welche den Hauptgrund für das übermäßige Feuer an dem Stromwender der Wechselfeldmotoren bildet, zum Verschwinden gebracht, und die Stromwendung vollzieht sich unter den gleichen Verhältnissen und denselben Bedingungen wie bei einer Gleichstrommaschine.

Eine den obigen Bedingungen genügende EMK. läßt sich nun verschiedentlich erzeugen, z. B. erhält man eine EMK. gleicher Phase wie die in der kommutierenden Spule durch Transformatorwirkung erzeugte, wenn man um den Feldmagneten einige Windungen W legt (Fig. 2), welche den gesamten Kraftfluß einschließen. Die erforderliche Größe der EMK. läßt sich durch passende Zahl und Größe der Windüngen W erreichen.

Statt diese Kompensationswicklung W um den ganzen Feldmagneten zu legen, kann man sie auch um einen kleinen, zu diesem Zwecke vorgesehenen Polvorsprung legen. Es ist fernerhin nicht unbedingt nötig, den Ankerstrom J gerade der Mitte dieser Spule W zuzuleiten, wenn auch die symmetrische Anordnung der Zuleitung vorzuziehen ist.

Man wird zur Erregung dieser Kompensationswicklung W ein verhältnismäßig kräftiges Feld anwenden, um mit einigen wenigen Windungen auszukommen, da diese Wicklung W bald den halben, bald den ganzen Ankerstrom zu führen hat, und man nach Möglichkeit unnützen Widerstand im Ankerkreise vermeidet.

Um die starken Zuleitungen von der Kompensationsspule zu der Doppelbürste zu vermeiden, kann man an derselben einen kleinen Transformator anbringen, welcher mechanisch mit der Bürste verbunden ist. Die Spule W mit der Zuführung des Ankerstromes in der Mitte bildet dann den Sekundärkreis, während die primäre Spule in Reihe (Fig. 3) oder induktiv durch eine auf dem Felde aufgewickelte Spule S (Fig. 4) erregt wird. Man kann hier den Ankerstrom J direkt der Bürste zuführen und hat z. B. bei induktiver Erregung der Primärspule des kleinen Transformators nur noch dünne Verbindungsleitungen mit der Kompensationsspule 5¹ nötig. Auf jeden Fall muß aber die Einführung der kompensierenden EMK. in die Spule JV auf induktivem Wege erfolgen.

Statt die Doppelbürste B derart auszuführen, daß in einem bestimmten Augenblick die Einzelbürsten b_x b.₂ zwei aufeinander folgende Stromsegmente berühren, kann man auch das isolierende Mittelstück so ausdehnen, daß die Bürstenteile ^₁ b.₂ mit Überspringung eines Stromsegmentes c_s die Segmente C₂ und C₄ gleichzeitig berühren. In diesem Fall kann man statt eines Kommutators mit Isolationsstücken von derselben Breite wie die Stromsegmente einen gewöhnlichen Gleich-Strommaschinenkommutator verwenden, bei welchem die Isolation zwischen zwei Lamellen durch sehr dünne Zwischenlagen aus irgend einem Isolationsmaterial gebildet wird. Man stellt die Verbindung mit dem Anker in der Weise her, daß man immer mit Uberspringung eines Segmentes, z. B. die Segmente 2, 4,6 mit den Ankerabteilungen verbindet und die ungeradzahligen Segmente gegen die stromführenden Lamellen isoliert, so daß diese die Stelle der breiten Isolationsstücke S₁ s.₂ in Fig. ι vertreten. Wie gesagt, darf aber die Doppelbürste nicht zwei aufeinander folgende Stromsegmente berühren.

Eine ähnliche Anordnung bei Wechselfeldj maschinen, zum Zwecke, die an dem Stromj wender auftretende Funkenbildung zu mildern

mit Hilfe eines Stromwenders mit gleich breiten Strom- und Isolationssegmenten, sowie von einfach oder mehrfach geteilten Bürsten, welche je schmäler sein müssen als ein Isolationssegment, ist bereits in der deutschen Patentschrift 84534 bekannt geworden. Im Gegensatz zu der vorliegenden ist diese jedoch nur auf einen Wechself eldinduktionsmotor, auch Repulsionsmotor gegenannt, anwendbar.

Des weiteren ist in der englischen Patentschrift 14664 vom Jahre 1893 eine Anordnung beschrieben, welche die an dem Stromwender derartiger Wechselstromserienmotoren auftretende Funkenbildung durch eine äußerlich der vorliegenden ähnliche Anordnung zu vermindern sucht. Es kommen hier gleichfalls Stromwender mit stärkeren Isolationssegmenten und eine Doppelbürste in An- wendung, welche mit je. zwei Enden der Feldwicklung in Verbindung steht. Diese ist in zwei Hälften geteilt, und wird der magnetisierende Strom beiden Hälften in der Mitte zugeführt. Der Unterschied der vorliegenden Erfindung gegenüber besteht darin, daß der schädliche Kurzschlußstrom in den Windungen der Feldmagnetenhälfte nicht vollkommen aufgehoben wird, sondern nur eine dem Ohm'schen Widerstand der Hälften entsprechende geringfügige Schwächung" erfährt.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche :

   I. Verfahren zur Aufhebung der Funkenbildung an Wechselstrommaschinen mit Kommutator, dadurch gekennzeichnet, daß in einer außerhalb des Ankers angeordneten Spule durch elektromagnetische Induktion, d. h. wie in der Sekundärspule eines Transformators, eine EMK. erregt wird, welche unter allen Umständen gleich groß wie die in den die neutrale Linie passierenden Ankerspulen durch das Hauptfeld induzierte EMK. und mit dieser durch das bereits anderweitig angewendete Mittel von Doppelbürsten, sowie eines Kommutators, dessen isolierende Zwischenlagen breiter als eine Einzelbürste sind, in Gegenschaltung gebracht wird, zwecks vollständiger Aufhebung der EMK., wobei die Stromzuführung zum Anker an den Enden oder an einem der mittleren Punkte der Spule erfolgt.
2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Stromwenders mit gleich breiten Strom- und Isolationssegmenten sowie einer Doppelbürste, bei welcher jede Einzelbürste mit der isolierenden Zwischenschicht zusammen die Breite eines Stromwendersegmentes besitzt, sowie einer die beiden Einzelbürsten überbrückenden Induktionsspule, Avelche auf dem Feldmagneten oder einem Vorsprunge desselben angebracht ist, und an irgend einer Stelle, zweckmäßig in der Mitte, den Betriebsstrom zugeführt erhält.
3. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung der mit der Doppelbürste verbundenen Hilfsspule auf einem besonderen Eisenkern und die Erzeugung der kompensierenden Gegen - EMK. in der Hilfsspule auf induktivem Wege durch eine zweite ebenfalls auf dem Eisenkern angebrachte Spule, welche in Reihe, parallel oder induktiv von dem Ankerstrom erregt wird.
4. 4. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Stromwenders gewöhnlicher Bauart mit sehr schmalen Isolationszwischenstücken, bei welchen nur die Hälfte der Lamellen, z. B. alle geradzahligen mit der Ankerwicklung verbunden sind, so daß die ungeradzahligen Segmente als Isolationsstücke wirken, so\vie einer Doppelbürste mit einer etwas mehr als mindestens zwei, vier oder mehr Lamellen breiten Isolationszwischenschicht, sowie einer kompensierenden Gegen-EMK. gleich der in einer zwei oder mehr die Bürstenlinie passierenden Ankerspulen erzeugten EMK.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.