DE249503C

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Publication number: DE249503C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 249503 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert irii Deutschen Reiche vom 11. Juni 1911 ab.

Es ist bekannt, daß bei Periodenumformern welche mit Kollektor und Schleifringen versehen sind, die Oberfelder, welche von den Strömen der Schleifring- und Kollektorseite erzeugt werden, zur Funkenbildung am Kollektor und zu großen Eisenverlusten Veranlassung geben können; auch bei anderen Kollektormaschinen treten ganz ähnliche Verhältnisse ein. Das einfachste Mittel zur Beseitigung dieses Übel-Standes wäre eine Rotorwicklung, die ein möglichst sinusförmiges Feld erzeugt. Die normale verteilte Durchmesserwicklung hat Oberfelder, die prozentual sehr gering sind. Nun hat aber diese Wicklung den großen Nachteil, daß sie im zweipoligen Schema sechs Kommutierungszonen hat, wodurch bei Verwendung von Hilfspolen, abgesehen von der Komplikation, noch eine beträchtliche Verkleinerung des Füllfaktors bedingt ist. Die Wicklungen mit verkürztem Schritt, z. B. bei drei Phasen mit einem Wicklungsschritt gleich ²/₃ der Polteilung, haben andererseits die halbe Anzahl der Kommutierungszonen, aber den Nachteil sehr stark ausgebildeter Oberfelder.

Vorliegende Erfindung hat besondere Mittel zum Gegenstand, welche es erlauben, die Vorteile der Wicklungen mit verkürztem Schritt auszunutzen, ohne dabei deren Nachteile hinsichtlich der großen Oberfelder mit in Kauf zu nehmen bzw. die Oberfelder auf das Maß zurückzuführen, das sie bei den gewöhnlichen, verteilten Wicklungen haben.

Es ist schon bekannt, die Oberfelder durch reguläre mehrpolige Mehrphasenwicklungen zu kompensieren, die mit den Schleifring- oder Kollektorkreisen in Serie geschaltet und auf dem Rotor oder Stator aufgebracht sind. In diesem Falle ist für jede Harmonische eine möglichst gleichmäßig verteilte Wicklung mit der entsprechenden Polzahl anzuordnen. Bei Wicklungen mit verkürztem Wicklungsschritt sind wegen der sehr ausgeprägten Harmonischen, die auch bei den höheren Ordnungen noch immer große Werte haben, mehrere solcher Wicklungen notwendig. Will man keine Transfonnatoren verwenden und die Wicklungen in Serie schalten, so hat man noch Schwierigkeiten mit den Abstufungen der Windungszahl, indem die minimale Amperestabzahl durch den Strom im Stab festgelegt ist, und man andererseits die Wicklungen möglichst gleichmäßig verteilen, also mit möglichst großer Stabzahl ausführen muß; tut man es nicht, so erhält man neue Oberfelder durch die Kompensationswicklungen selbst.

Nach vorliegender Erfindung werden diese Schwierigkeiten auf einfache Weise beseitigt.

Für Rotorwicklungen lassen sich auch bei verkürztem Schritt einfache Wicklungen finden, welche direkt ohne Transformatoren in Serie mit den Bürsten oder Schleifringkreisen geschaltet werden können und ein genaues Spiegelbild des Rotorfeldes geben, indem man in richtiger Weise Stäbe, welche von Strömen ver-

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schiedener Phasen durchflossen werden, kombiniert. Für den besonderen Fall einer Rotorwicklung mit Wicklungsschritt gleich ²/₃ der Polteilung ist z. B. eine solche Wicklung in der Deutschen Patentschrift 223705, Kl. 2id, beschrieben. Würde man bei einem Periodenumformer eine Kompensationswicklung dieser Art auf den Stator aufbringen, so würde das gesamte Hauptfeld, also Grundfeld und Oberfelder, der Kollektorströme aufgehoben. Die Maschine wird dann ihren Charakter als Frequenzwandler verlieren, indem die Schleifringe den Magnetisierungsstrom allein aufnehmen und die Maschine nur als Motor oder Generator arbeitet, also ein Drehmoment entwickelt. Setzt man nun aber auf den Stator noch eine zweite gleichmäßig verteilte, normale Mehrphasenwicklung, deren Stabzahl z. B. so gewählt ist, daß ihr Grundfeld ungefähr gleich und gleichgerichtet dem Rotorgrundfeld ist und auch in der richtigen Achse liegt (d. h. eine Gegenwicklung), so bleibt die Wirkung dieser letzteren Wicklung bestehen. Die Maschine arbeitet nunmehr wieder als reiner Frequenzwandler und vereinigt den Vorteil der halben Zahl der Kommutierungszonen mit dem Vorteil der geringen Oberfelder einer verteilten Durchmesserwicklung. In der Tat werden die starken Oberfelder der Rotorwicklung aufgehoben und an ihrer Stelle bleiben nur die sehr geringen Oberfelder der Gegenwicklung bestehen. Die beiden Wicklungen lassen sich praktisch einfach ausführen, die ganze Anordnung hat aber in dieser Form noch den Nachteil einer großen Kupfermenge. Doch läßt sich diese auf ein Minimum bringen, wenn man beide Wicklungen zu einer Differenzwicklung vereinigt, indem man übereinanderliegende Stäbe, die sich in der Wirkung aufheben, fortläßt, oder je zwei Stäbe verschiedener Phase durch einen Stab der dritten Phase ersetzt. Man hat übrigens bei dieser Anordnung noch den wesentlichen Vorteil, daß man eventuell mit einem bestimmten kleinen Teil der Leistung den Periodenumformer motorisch oder generatorisch arbeiten lassen kann durch entsprechende Wahl des Stabzahlverhältnisses, wenn es die praktisch einfache Ausführbarkeit der Differenz\vicklung verlangt.

Die bisherigen Ausführungen bezogen sich in erster Linie auf den Kollektorkreis. Doch kann man natürlich eine genau gleiche Differenzwicklung auch mit dem Schleifringkreis in Serie schalten, und auf diese Weise die Oberfelder der Schleifringströme kompensieren, wie das schon früher für die mehrpoligen Wicklungen bekannt war. Allerdings hat man im Rotor wenig Platz und da man ja auf der Schleifringseite keine Kommutierungszonen hat, so lassen sich auch andere Mittel verwenden.

Man kann z. B. zwei getrennte Wicklungen anordnen, von denen eine ein möglichst sinusförmiges Feld gibt und an die Schleifringe angeschlossen ist, während die am Kollektor liegende Wicklung als Wicklung mit verkürztem Schritt ausgeführt und mit einer Differenzwicklung nach vorstehender Erfindung versehen wird. Noch besser ist es, den Periodenumformer auf der Schleifringseite mit der doppelten Phasenzahl auszuführen, z. B. bei einem dreiphasigen S5?stem auf der Kollektorseite die An-Ordnung auf der Schleifringseite sechsphasig zu wählen, also die Ströme der Wicklung in sechs Punkten zuzuführen. Man kann dann eine Wicklung mit verkürztem Schritt, z. B. gleich ²/₃ der Polteilung, verwenden und hat doch auf der Schleifringseite wegen der sechs Zuführungspunkte nur sehr schwache Oberfelder, wie bei einer Durchmesserwicklung. Die Oberfelder der Kollektorseite sind dann nach vorliegender Erfindung zu kompensieren.

Will man die Oberfelder noch weiter verringern, so kann man die Gegenwicklung sinusförmig verteilt ausführen und mit der Kompensationswicklung zu einer Differenzwicklung vereinigen.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel für ein Dreiphasensj^stem und einer Wicklung mit einem Schritt gleich ^a/₃ der Polteilung auf dem Rotor. Fig. 1 zeigt die Entstehung der Differenzwicklung nach der vorliegenden Erfindung.

Die Zeichnung bezieht sich auf ein zweipoliges Schema und auf die Kollektorseite. Die Reihe 1 stellt schematisch die Stäbe der Rotorwicklung dar, die Linien I-II-III geben die Kommutierungszonen an. Die Stäbe sind je nach Sinn und Phase des Stromes verschieden bezeichnet. Die zeitliche Lage der Ströme ist aus dem Vektordiagramm (Fig. 2) zu ersehen. i_v io,, i₃ sind die Ströme der Rotorwicklung, J₁, J₂, J₃ die Bürstenströme. Jede Nut ist mit sechs Stäben ausgeführt. Die Reihe 2 besteht aus den zwei gegen wirken den Teilen. 2^a ist die normale Kompensationswicklung, wie sie in der Patentschrift 223705 beschrieben ist, sie kann in dieser Form direkt in Serie mit der Wicklung ι geschaltet werden. Sechs Stäbe einer Nut des Rotors werden immer durch vier Stäbe entsprechender Phase im Stator kompensiert.

Die Reihe 2^b stellt die übergelagerte Gegenwicklung dar, die, dem Erfindungsgedanken entsprechend, als normale verteilte Wicklung mit Spulenbreite = V₃ der Polteilung ausgeführt ist. Die magnetischen Achsen beider Wicklungen fallen zusammen. Die Stabzahl der zweiten Wicklung ist ²/₃ der kompensierenden Stabzahl. Durch Rechnung läßt sich leicht nachweisen, daß die Grundfelder beider Wicklungen dann gleich sind, wenn die Stabzahl der Gegen wicklung ²/₃ der Stabzahl der kompensierenden ist. Man sieht, daß im mittleren Teil zwischen zwei Kommutierungszonen eine ganze

Reihe von übereinanderliegenden Stäben, welche vom gleichen Strome in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden, fortfällt; man erhält auf diese Weise die Reihe 3.
Eine weitere Vereinfachung kann man dadurch erhalten, daß man zwei Stäbe durch einen gleichwertigen dritten ersetzt, so z. B. zwei Stäbe, welche in positivem Sinne von den Strömen J₁ und J₂ durchflossen werden, durch einen negativen Stab mit dem Phasenstrom J₃ usw. Durch diese Transformation erhält man dies Bild der Reihe 4, welche die Ausführung der Wicklung als Trommelwicklung erlaubt, indem die Anzahl der positiven und negativen Stäbe gleich ist.

Fig. 3 stellt nun die Ausführung der Wicklung dar.

Die Verbindungen sind nur auf einer Seite gezeichnet. Die ,Wicklung läßt sich als einfache Spulenwicklung ausführen. Eine ganz analoge Wicklung läßt sich auch für den Schleifringkreis verwenden. Sie kann direkt in Serie mit den Schleifringen geschaltet werden.

Will man die Oberfelder noch verringern, so kann die Gegenwicklung sinusförmig verteilt angeordnet werden, wie es schon oben angedeutet wurde.

In dieser letzteren Form kann das Verfahren auch zur Verbesserung der normalen Durchmesserwicklung mit Bezug auf die Oberfelder benutzt werden.

Die beschriebenen Anordnungen lassen sich natürlich auch unter Zwischenschaltung von Transformatoren ohne weiteres verwenden.

Der Gegenstand der Erfindung läßt sich nicht nur für Periodenumformer, sondern auch für beliebige Kollektormaschinen anderer Art verwenden, indem auch dort die Vorteile der Wicklungen mit verkürztem Schritt ausgenutzt und gleichzeitig die Oberfelder auf ein Minimum reduziert werden können.

Die Wendepolwicklungen bzw. Hauptstromwicklungen zur Erregung der Hauptpole können zweckmäßig mit der beschriebenen Kompensationswicklüng vereinigt werden.

Claims

Patent-Ansprüche :

1. Kompensationswicklungen zur Vernichtung der Oberfelder in Kollektormaschinen oder Periodenumformern, welche von den Strömen der Kollektor- oder Schleifringseite durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei in Serie geschalteten, übergelagerten Teilen bestehen, von denen der eine Teil das Feld der Rotorwicklung möglichst genau aufhebt, während der andere Teil dem ersteren entgegenwirkt und ein nahezu sinusförmiges Feld erzeugt.

2. Kompensationswicklungen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungsteile zu einer Differenzwicklung vereinigt werden, indem übergelagerte Stäbe, die sich gegenseitig aufheben, fortgelassen werden oder die Stabzahl durch Ersatz mehrerer Stäbe durch eine geringere Zahl gleichwertiger Stäbe verkleinert wird.

3. Kompensationswicklungen nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie benutzt werden, um das Feld einer Wicklung mit verkürztem Schritt auf das Feld einer Durchmesserwicklung zurückzuführen, ohne die Zahl der Kommutierungszonen zu vergrößern.

4. Kompensationswicklungen nach Anspruch t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer dreiphasigen Rotorwicklung mit einem Wicklungsschritt gleich ²/₃ der Polteilung der eine, das Rotorfeld aufhebende Teil der Kompensationswicklung aus mehreren Phasen kombiniert ist und ungefähr das 1,5 fache der Stabzahl hat, wie der andere Teil, der als verteilte Dreiphasenwicklung mit einem Wicklungsschritt gleich der Polteilung und einer Spulenbreite gleich ^x/_s derselben ausgeführt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.