DE245052C

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Publication number: DE245052C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JV! 245052 KLASSE 21 d. GRUPPE

Zusatz zum Patent 243989 vom 16. Februar 1910.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Juli 1910 ab. Längste Dauer: 15. Februar 1925.

Bei mehrphasigen Kollektormaschinen, die an ihren Kollektorbürsten und im Stator veränderliche Frequenz führen, muß man danach trachten, die Kommutierungseinrichtungen für die Funkenunterdrückung am Kollektor derart auszugestalten, daß sie in dem ganzen vorkommenden Frequenzbereich wirksam bleiben, und daß sie möglichst ohne äußere Nachregulierung bei jedem Belastungszustand automatisch richtig wirken. Durch die Anordnung nach dem Hauptpatent 243989 wird erreicht, daß die Reaktanzspannung der Kurzschlußspulen stets nach Maßgabe der jeweiligen Stromstärke kompensiert wird.

Es ist nun wünschenswert, auch die Transformatorspannung der Kurzschlußspulen automatisch zu vernichten. Dies soll erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß die den Wendepolkreisen zugeführte Spannung solchen Wicklungen der Maschine entnommen wird, die nahezu die erwünschte Veränderlichkeit der Spannungen von selbst aufweisen.

Als Beispiel soll im folgenden die Kommutierung eines speziellen Drehstrom-Frequenz- wandlers betrachtet werden, der gegen seine synchrone Drehzahl um das Maß der Kollektorfrequenz schlüpft und dessen Kollektorspannung proportional der Schlüpfung ist. Die Erscheinungen sind jedoch bei anderen Kollektormaschinen mit variabler Kollektorfrequenz ganz analog.

In Fig. ι ist eine durch die Bürste kurzgeschlossene Rotorwindung r mit einer Weite gleich der Polteilung dargestellt, deren eine Seite sich unter einem Kommutierungspol w befindet, während die andere vom Hauptfeld beeinflußt wird.

Bezeichnet man mit Bi den lokalen Momentanwert des ungestörten Hauptfeldes der Maschine über den Kurzschlußdrähten, mit v_d die Relativgeschwindigkeit des sinusförmigen Drehfeldes gegen den Rotor und mit I die wirksame Änkerdrahtlänge, dann wird in jeder kommutierenden Windung eine transformatorische E. M. K. induziert von der Größe

(i) e_t = 2-Bilv_d.

Durch den Wendepol möge nun ein lokales Hilfsfeld erzeugt werden, dessen Momentanwert B)₁ ist. Diesem fiktiven Felde, das sich über das Hauptfeld lagert und mit ihm zusammen das wirkliche Wendefeld

(2) B_h

zur Vernichtung der Transformatorspannung liefert, entspricht der Strom in der Wendepolwicklung. Das fiktive Hilfsfeld erzeugt in der Kurzschlußspule, die sich mit der absoluten Rotorgeschwindigkeit

(3) Ό = v_d (1 — s)

bewegt, wo s die Schlüpfung ist, die E. M. K. der Rotation

(4) e_h — B_h Iv _d (1 — s)

Um gute Kommutierung zu erzielen, muß die Summe von e/, und e_t verschwinden, es muß also sein

(5)

Das gesamte WendefeldL wird daher nach Gleichung 2

(6)

3, ₌ _ ±JLL _B/.

Aus dieser Beziehung ist zu erkennen, daß das Wendefeld zur Vernichtung der Transformatorspannung genau in Phase mit dem ungestörten Hauptfeld gehalten werden muß, das an der Wendestelle besteht, daß es ferner dem Hauptfeld entgegenwirken muß und unter Synchronismus größer als dieses^ über Synchronismus kleiner sein muß.

Die Phasengleichheit zwischen Wendefeld und Hauptfeld gilt ganz allgemein bei derartigen Kollektormaschinen. Es soll daher die Wendespule von einer Statorspule st aus erregt werden, deren Mitte mit einer Kommutierungszone zusammenfällt, deren Seiten also symmetrisch zur Kommutierungszone liegen.

Fig. ι zeigt eine derartige Anordnung.

Da die Ohmschen Widerstände eines solchen Kreises stets ziemlich klein gehalten werden, so rufen sie keine ernstlich störende Phasenverschiebung der Felder hervor. Die Stärke des Wendefeldes, die ja der Spannung an der Wendepolwicklung proportional ist, läßt sich außer durch passende Windungszahlen der Statorspulen auch durch eingeschaltete Drosselspulen I nach Bedarf regeln oder einstellen. Vor der Verwendung eines besonderen Transformators hat der Gebrauch der Statorspulen, also der Kollektormaschine selbst als Transformator, den besonderen Vorteil, daß man die starken Ströme, die für die meist geringe Zahl der Hilfspolwindungen erforderlich sind, nicht außerhalb der Maschine zu leiten braucht.

Um eine geeignete automatische Regelung des Wendepolfeldes zu finden, muß auf das Gleichgewicht der Spannungen im Wendespulenkreis eingegangen werden. Das Hauptfeld der Maschine ist ebenso wie die Kollektorspannung E_c proportional der Schlüpfung s. Die letztere Spannung ist in Fig. 2 graphisch dargestellt. Da auch die Statorfrequenz proportional der Schlüpfung ist, so wird die S^atorspannung E_st proportional dem Quadrat derselben, sie ist ebenfalls in Fig. 2 aufgetragen. In Fig. 3 ist dagegen die Spannung E₁, die an der Wendewicklung erforderlich ist, dargestellt, sie ist außer dem Quadrat der Schlüpfung noch dem Faktor der Gleichung 6 proportional.

Aus diesen Diagrammen ist nun zu sehen, daß man bereits eine vorzügliche automatische Regelung erhält, wenn man die Wendepolspannung E_t direkt proportional der parabolisch verlaufenden Statorspannung E_si macht, wenn man also die Wendepolwicklung direkt an die Statorwicklung anschließt, oder sie unter Einschaltung einer konstant gehaltenen Drosselspule / anschließt, wie in Fig. 1 gezeichnet. Innerhalb eines Bereiches von etwa 30 Prozent Untersynchronismus bis etwa 15 Prozent Übersynchronismus schmiegen sich beide Kurven so eng aneinander, daß bei jeder Drehzahl fast völlige Vernichtung der Transformatorkurzschlußspannung eintritt. Wünscht man einen noch größeren Bereich zu überdecken, dann ist es zweckmäßig, die Wendepolwicklung an eine Serie aus Statorspannung und Kollektorspannung zu legen, denn durch passende Addition der Geraden und der Parabel der Fig. 2 läßt sich eine Kurve zusammensetzen, die sich der Fig. 3 noch in dem Bereiche von etwa 50 Prozent Untersynchronismus bis etwa 40 Prozent Übersynchronismus sehr eng anschmiegt.

Wenn man nach Fig. 1 den Bürstenstrom zum Teil durch die Wendespulen, zum Teil durch eine Statorwicklung fließen läßt, dann beeinflußt dieser letztere Teil in unerwünschter Weise das Hauptfeld der Maschine. Er bewirkt auch ein Drehmoment zwischen dem Rotor und der durchströmten Statorwicklung, das nicht immer zugelassen werden kann. Um diese Störungen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, den gesamten Bürstenstrom, bevor er sich verzweigt, durch dieselben oder andere Statornuten zu führen, und zwar in so viel Windungen, daß er gerade die Wirkung des Zweigstromes in der Statorwicklung aufhebt. Mart kann dasselbe erreichen, wenn man den Verzweigungspunkt des Bürstenstromes in die Statorspule selbst verlegt, wie Fig. 4 als Beispiel zeigt. Da dann die beiden Teile der Statorspule von entgegengerichteten Bürstenströmen durchflossen werden, so kann man es durch richtige Lage des Anschlußpunktes stets erreichen, daß insgesamt keine magnetische Wirkung und kein Drehmoment auftritt.

Eine Vereinfachung der ganzen Anordnung kann man unter Umständen dadurch erzielen, daß man die Stator wicklung mit künstlich vermehrter Streuung ausführt, um eine Drosselspule zum Abgleichen der Verteilung der Bürstenströme entbehren zu können. Man kann z. B. wie in Fig. 5 die Stirn verbindungen mit fast geschlossenen Eisenpaketen umgeben oder auch die Nutenstreuung, nach Fig. 6 durch große Tiefe des Nutenschlitzes stark vermehren. Die Windungszahl der Statorwicklung und die Leitfähigkeit der Streuwege

können stets so ausgeführt werden, daß gerade die erwünschte Stromverteilung eintritt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Erregungsweise der Wendepole von mehrphasigen Kollektormaschinen mit veränderlicher Statorfrequenz nach Patent 243989, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erregen des Wendepol-Transformatorfeldes für jede Phase eine Serie von Selbstinduktionen und solchen Statorspulen verwendet wird, deren Seiten symmetrisch zur Kommutierungszone liegen.

2. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Wendefeldes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendespulen unter Einschaltung konstanter Selbstinduktion Stator- und Kollektorspannung in Serienschaltung zugeführt erhalten.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Hin- und Rückführung des Bürstenstromes durch die Statornuten, daß das Hauptfeld vom Bürstenstrom nicht oder nur wenig beeinflußt wird.

4. Statorspulen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie von möglichst geschlossenen Eisenwegen umgeben sind, die ihre Streuung vergrößern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.