DE182991C

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Publication number: DE182991C
Application number: DE1904182991D
Authority: DE
Filing date: 1904-07-25
Anticipated expiration: 1924-07-26

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 182991 KLASSE 21 d. GRUPPE

Dr.THEODOR LEHMANN in URMATT i. Els.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Juli 1904 ab.

Unter den bis heute bekannt gewordenen Ausführungsformen von Einphasenkommutatormotoren zeichnen sich der Repulsionsmotor und der kompensierte Einphasenmotor mit Kurzschlußbürsten dadurch aus, daß bei Synchronismus ein magnetisches Drehfeld zustande kommt (vgl. Th. Lehmann, L'Eclairage Electrique t. XXXIX, p. 329 und t. XL, p. 46).

Die Kommutierung wird infolgedessen bei diesen Anordnungen in der Gegend der synchronen Tourenzahl eine ähnlich vollkommene sein wie bei einer Gleichstrommaschine, deren Quermagnetisierung durch eine sogenannte Kompensationswicklung aufgehoben ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, durch eine besondere Kommutierungseinrichtung diese günstigen °Kommutierungsbedingungen nicht nur für den synchronen Gang, sondern für ein beliebiges Tourenbereich her-

. zustellen, und zwar in der Weise, daß die Feldstärke, welcher die durch die Bürsten berührte Elementarspulenseite ausgesetzt ist, lokal beeinflußt wird, wobei sowohl die Ständer- als auch die Läuferwickkmg .etwa nach Art einer Trommel- oder Ringwicklung angeordnet gedacht ist.

An der oben angegebenen Stelle ist gezeigt, daß bei der in Kommutierung tretenden Elementarspule die dynamisch und statisch induzierten elektromotorischen Kräfte (E. M. K.) für beide oben erwähnten Motortypen um i8o° phasenverschoben sind. Es wird daher immer möglich sein, durch Verstärkung oder Schwächung des dynamisch induzierenden Feldes die resultierende E. M. K. nicht nur im Synchronismus, sondern innerhalb eines beliebigen Tourenbereiches zum Verschwinden zu bringen.

Zur Erreichung dieses Zieles dienen nun, je nach der Verwendungsart des Einphasenmotors, drei verschiedene Anordnungen.

In der Zeichnung bedeuten:

Fig. ι bis 4 Schnitte durch die Ständer von Einphasenmotoren senkrecht zur Drehachse, diejenigen Blechfragmente darstellend, die in nächster Nähe der Bürstenlinie liegen.

In Fig. ι ist außerdem ein Blechfragment des Läufers wiedergegeben.

Fig. 5 und 6 sind schematische Wiedergaben von Einphasenkommutatormotoren mit Kurzschlußbürsten, die mit der hier zu beschreibenden Kommutierungseinrichtung versehen sind. ·

Fig. 7 und 8 stellen ebenfalls Einphasenkommutatormotoren dar mit Hilfsspulen für die Kommutierungseinrichtung.

Die Anordnung nach Fig. 1 kann in all den Fällen zur Anwendung gelangen, in welchen das Drehmoment, das der Motor entwickeln soll, in eindeutiger Weise von der Tourenzahl abhängt.

Da die Bürsten, um die es sich beim Repulsionsmotor und beim kompensierten Einphasenmotor handelt, unter sich kurzgeschlossen sind, werden die resultierenden Amperewindungen in Richtung der Bürstenlinie beim Anlaufen nahezu Null sein, mit zunehmender Geschwindigkeit jedoch rasch anwachsen. Man kann daher jene Ständerzacke Z (Fig. 1), welche in der Bürstenlinie

B-B liegt, mit einer Reihe lokaler Sättigungsstellen S₁ S₂ versehen, in der Weise, daß die magnetische Charakteristik der Zacke Z gerade die Bedingungen erfüllt, die erforderlieh sind, damit von einer bestimmten Tourenzahl an in der kurzgeschlossenen Elementarspule E die dynamische und statische E. M. K. sich gegenseitig aufheben. Dabei wird die Tourenzahl, bei welcher die vollständige

ίο Kompensation beginnt, um so niedriger ge- ' halten werden können, je kleiner der Luftabstand der Zacke Z vom Anker im Vergleich zum Luftabstand der übrigen Zacken gewählt wird.

Im- übrigen hat die Verkleinerung des Luftabstandes der Zacke Z noch den Vorteil, daß die im Bereiche dieser Zacke liegende Elementarspule E des Ankers eine größere Reaktanz besitzt als die übrigen, so daß auch beim Anlauf die Kommutierung unter verhältnismäßig günstigen Umständen erfolgt. ,

Da im allgemeinen die normale Betriebsspannung, unter welcher der Motor arbeitet, stets größer sein wird als die Anlaufspannung, so werden bei Motoren mit Kurzschlußbürsten die resultierenden Amperewindungen in Richtung der Kurzschlußbürstenlinie auch im Übersynchronismus derart zunehmen, daß mit Hilfe der eben beschriebenen Anordnung in einem Tourenintervall von etwa der halben synchronen Tourenzahl bis zu 200 Prozent Übersynchronismus sich vollständige Aufhebung der E. M. K. in der kurzgeschlossenen Elementarspule erreichen läßt.

Wird vom Motor normalerweise nur eine Geschwindigkeit verlangt, so genügt es selbstverständlich, die in der Bürstenlinie liegenden Zacken ein für allemal mit dem entsprechenden Luftabstande auszuführen, der nach dem Gesagten kleiner bezw. größer als der Luftraum der übrigen Zacken sein wird, je nachdem der Motor im Unter- oder

Übersynchronismus betrieben werden soll.

Die Anordnungen Fig. 2 und 3 können in den Fällen Anwendung finden, in denen das Drehmoment nicht an die Tourenzahl gebunden ist, wo also für eine bestimmte Tourenzahl die verschiedensten Leistungen vom Motor verlangt werden.

Diese Verwendungsart des Einphasenkommutatormotors erheischt bekanntlich einen besonderen Regulierapparat, z. B. einen regulierbaren Transformator in Verbindung mit einem Kontroller zur Regelung der Motorspannung oder der Übersetzung des Motors. Die Kommutierungsvorrichtung (Fig. 2) kann nun vom Kontroller aus oder selbsttätig vermittels eines Geschwindigkeitsautomaten beeinflußt werden und besteht im wesentlichen aus einem drehbaren, mit Zähnen versehenen, lamellierten Eisenanker A, der sich unmittelbar an die von der Bürstenlinie getroffene Zacke Z anschließt, so daß, wenn der Eisenanker A herausgenommen wird, durch die Zacke Z keine Kraftlinien zu treten vermögen.

Jeder Zahn dieser Drosselvorrichtung A entspricht nun einem bestimmten Betriebszustand des Motors und ergibt in Verbindung mit der Zacke Z des Ständers diejenige magnetische Charakteristik, für welche innerhalb dieser Betriebsdauer und des entsprechenden Tourenbereiches vollständige Kompensation eintritt. Je nach der Betriebsweise wird nun vom Kontroller aus das Dros'selrad A so gedreht, daß der entsprechende Zahn zur Wirkung kommt.

Für den Fall, daß hierbei ein selbsttätiger Geschwindigkeitsregler zur Anwendung gelangt, empfiehlt es sich, die Drosselvorrichtung als Doppelanker auszubilden und lediglich durch Veränderung des Luftabstandes zwischen der Drosselvorrichtung A (Fig. 3) und der Zacke Z die magnetische Charakteristik der Zacke Z zu regulieren. Da dann die magnetische Durchlässigkeit der Zacke Z durch diesen Luftabstand bestimmt wird, wird allemal einer bestimmten Tourenzahl des Motors eine bestimmte Stellung des Ankers A entsprechen, welches auch immer die dem Motor zugeführte Spannung sei. Im übrigen wird man wiederum aus den vorgenannten Gründen den Luftabstand der Zacke Z vom Läufer kleiner halten als denjenigen der übrigen Zacken.

Statt nun die magnetische Drosselung der Zacke Z durch Einschalten von Zwischenräumen im Eisen zu bewirken, kann man auch so vorgehen," daß man der Zacke Z einen Fortsatz F (Fig. 4) gibt und zu beiden Seiten zwei Öffnungen O O ausspart, die hart an die benachbarten Nuten anschließen, ohne jedoch die benachbarten Zacken magnetisch unwirksam zu machen. In diesen Hohlräumen O bringt man nun eine Spule K (Fig. 5) unter, welche den Zackenfortsatz F als Kern umschließt. Durch allmähliches Kurzschließen dieser Spule auf einen Induktionswiderstand läßt sich dann auch das gleiche wie mit den früheren Anordnungen erreichen.

Besser jedoch ist die Anordnung, bei wel-, eher diese Spule K, wie in Fig. 5 und 6, an zwei diametral gegenüberliegende Punkte P₁ und P₂ der Ständerwicklung W₁ in nächster Nähe der Bürstenlinie B-B entweder unmittelbar oder vermittels eines Serientransformatörs 5 T angeschlossen wird. Die Spule K wird man dabei so schalten, daß sie die resultierenden Amperewindungen in Richtung der Bürstenlinie im Untersynchrpnismus unterstützt und im Übersynchronismus

schwächt. Da im allgemeinen die betreffenden Felder in Phase sind, lassen sich die Amperewindungen algebraisch zusammensetzen. Zum Verständnis der Fig. 5 bis 8 sei noch bemerkt, daß allemal W₂ die Läuferwicklung, B B die Kurzschlußbürsten und C C die Zuleitungsklemmen bezeichnen. In den Fig. 6 und 8 'bedeuten überdies B¹ B¹ - Reihenschlußbürsten, die senkrecht zu den Kurzschlußbürsten stehen.

Die bisher beschriebenen Anordnungen vermögen eine vollständige Kompensation nur dann zu geben, wenn sämtliche Größen sinusförmig verlaufen. Nun sind die Läufer der in Frage kommenden Kommutatormotoren nach Art von Gleichstromarmaturen gewickelt; das Ankerfeld wird also bei unverkürztem Schritt nach einer Dreieckform und bei verkürztem Schritt nach einer Trapezform verlaufen. Für Kommutatormotoren mit Kurzschlußbürsten wird daher die dynamisch induzierte Spannungskomponente bei der in Kommutation befindlichen Elementarspule nicht ganz in Phase sein mit der statisch induzierten. Man kann jedoch für derartige Motoren die Phasengleichheit sofort herstellen, indem man die in der Bürstenlinie liegende Zacke Z durch einige zusätzliche Amperewindungen, die ähnlich wie in Fig. 4 den Zackenfortsatz F umschließen und durch die jeweilen nur einer der Systemströme fließt, erregt. Für die Kommutierungsvorrichtungen Fig. i, 2 und 3 ergeben sich dann die in den Fig. 7 und 8 schematisch angedeuteten Schaltungsanordnungen für den Repulsionsmotor und den kompensierten Einphasenkommutatormotor, worin H die vom Ständer- oder Läuferstrom in Reihe durchflossene Hilfsspule bezeichnet.

Die Ausführungsform der Kommutierungseinrichtung Fig. 4, 5 und 6 gestattet dasselbe in der Weise zu erreichen, daß man die Anzapfungspunkte P₁ und P₂ etwas aus der Bürstenlinie heraus verlegt, wie in Fig. 5 und 6.

Die vorliegende Kommutierungsanordnung unterscheidet sich von .den bei Einphasenreihenschlußmaschinen mit ausgeprägten Hauptpolen bekannten Hilfspolen zur Ver-

50' meidung der Funken an den Reihenschlußbürsten zunächst dadurch, daß dieselbe auf Einphasenkommutatormotoiren mit Kurzschlußbürsten und ringförmigen genuteten Ständern, also' auf eine von den Reihen-Schlußmaschinen mit ausgeprägten Polen verschiedene Maschinengattung Anwendung findet und dementsprechend nicht nur in Ausführungsform und Anordnung, sondern naturgemäß auch in der Wirkungsweise von den oben erwähnten Hilfspolen wesentlich verschieden ist. Es ist leicht zu zeigen, daß bei der Gattung von Einphasenmotoren mit Kurzschlußbürsten und gleichmäßig genuteten Ständern in den von den Kurzschlußbürsten kurzgeschlossenen Elementarspulen die statisch und dynamisch induzierten elektromotorischen Kräfte stets um i8o° phasenverschoben sind und es daher genügt, letztere lediglich der Größe nach derart zu beeinflussen, daß sie erstere aufhebt. Vorliegende Kommutierungseinrichtung gestattet nun, das Feld in der Kurzschlußbürstenlinie unter Erhaltung der Phase der Größe nach entsprechend zu beeinflussen. Die oben erwähnten Hilfspole erheischen dagegen' einen Erregerstrom, der nach Phase und Stärke geregelt wird.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Vermeidung von Funkenbildung an Einphasenkommutatormaschinen mit Kurzschlußbürsten und gleichförmig genutetem Ständer, dadurch gekennzeichnet, daß an den in der Kurzschlußbürstenlinie liegenden Ständerzacken entweder Luftzwischenräume, welche entweder unverändert bleiben oder von Hand bezw. selbsttätig geregelt werden können, oder Kurzschlußspulen angeordnet sind, welche ausschließlich diese Zacken umschließen, zum Zwecke, die Stärke des magnetischen Feldes unter den in der Bürstenlinie liegenden Zacken derart zu beeinflussen, daß innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches, d. h. von einer bestimmten Tourenzahl ab, die in der kurzgeschlossenen Läuferspule in-. duzierte elektromotorische Kraft verschwindet.

2. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationspulen, welche Fortsätze der in der Kurzschlußbürstenlinie liegenden Ständerzacken umschließen, an bestimmte, nächst der Kurzschlußbürstenlinie liegende Punkte der Ständerwicklung, die um eine Polteilung voneinander abstehen, unmittelbar oder vermittels eines regelbaren Serientransformators angeschlossen werden.

3. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf den in der Kurzschlußbürstenlinie liegenden Ständerzacken noch kleine Hilf spulen angebracht sind, die vom Ständerstrom durchflossen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

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