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Verfahren zur Verhütung oder raschen Beseitigung von Rundfeuer und
Überschlägen bei elektrischen Maschinen mit Stromwender. Bei Gleichstrommaschinen,
insonderheit solchen, die mit hoher Spannung arbeiten, besteht die Gefahr, daß bei
Kurzschlüssen Überschläge auftreten, welche unter Umständen bedeutende Beschädigungen
herbeiführen können. Es ist nun- bekannt, durch entsprechende Bemessung der Maschine,
wie -B. niedrige Segmentspannung und durch Verwendung isolierender Schilde, Scheiben
u. dgl., diese Gefahr zu verhindern, immerhin, jedoch nur innerhalb gewisser Grenzen
und: Spannungen. Die Erfindung bezweckt statt oder neben den bisher bekannten Mitteln
die Rundfeuergefahr dadurch zu vermeiden bzw. unschädlich zu machen, daß bei auftretendem
Rundfeuer, oder bei Überschlägen, oder bei gefährlichen Überlastungen _ in den Hauptstromkreis
der Maschine entweder mit Hilfe eines Automaten oder durch den sich an der Maschine
bildenden Lichtbogen ein Stromweg geschaffen wird, der eine wesentliche Herabsetzung
der Maschinenspannung, z. 13. durch Einschalten einer Gegenerregerwicklung, herbeiführt.
Dabei ist es gleichgültig, ob die Maschine vorher eine Compoundwicklung oder Gegencompoundwicklung
oder eine die gleiche Wirkung ergebende Vorrichtung, z. B. durch Bürstenverschiebung,
besaß oder nicht. Gegenüber der bisher bekannten Herabsetzung der Spannung durch
selbsttätige Schwächung des Stromes der Nebenschlußwicklung besitzt diese Vorrichtung
den großen Vorteil, daß. die Schwächung viel schneller und in Abhängigkeit von dem-
auftretenden Strom bzw. der vorhandenen Spannung stattfindet.
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Während man sich bisher bemühte, das Auftreten von Lichtbogen durchs
Einbau isolierender Konstruktionsteile wie z. B. Isolierscheiben usw. zu verhindern,
beabsichtigt die Erfindung dem etwa auftretenden Lichtbogen einen für die Maschine
unschädlichen oder erwünschten Weg zu geben, derart, .daß wichtige- oder wertvolle
Teile nicht von dein Lichtbogen getroffen werden, daß dagegen der. Strom den gewünschten
Weg über geeignete Elektroden nimmt; wobei er außerdem über geeignete Wicklungen
oder Widerstände geleitet werden kann, um eine Schwächung des Magnetfeldes herbeizuführen
bzw. das Abreißen des Lichtbogens zu erleichtern. Den Schutz wichtiger Teile gegen
Verbrennung erzielt man am besten dadurch, daß man Metallteile hinzuschaltet öder
hinzufügt, die dem Strom bzw. dem Lichtbogen einen besseren Weg bieten als es ohne
sie der Fall wäre. Derartige Metallteile werden. -dann zweckmäßig so hergestellt,
daß sie leicht auswechselbar sind. Sie können dabei sowohl an dem Bürstenhalter,
an dem Bürstenbolzen, an dem Maschinengestell, oder auch von diesen -Teilen isoliert,
oder mit einer Gegenerregerwicklung verbunden, angeordnet werden. Zweckmäßig wird
man diesen Metallteilen, die mit Funkenentziehern bei Schaltern oder den Hörnern
bei Blitzableitern vergleichbar sind, eine solche Form geben, daß sie ein leichtes
Erlöschen des Lichtbogens herbei-
,führen. Dabei kann jedoch ihre
Form selbst wesentlich von der bei Schaltern üblichen Hörnerform abweichen, um den
gewünschten Schutz der gefährdeten Teile der Maschine zu erzielen.
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Neben diesen Metallteilen, die dem Strom bzw. Lichtbogen den gewünschten
Weg' weisen sollen, kann es von Vorteil sein, die bekannten Schutzmittel=gegen Überschläge,
wie z. B. Schutzschilde, anzuwenden, um dem Lichtbogen den Weg von Bürste zu Bürste
oder von Bürste zu Gestell zu erschweren. Auch eine Isolierung des Maschinengestelles
oder einzelner Teile desselben, wie z. B. Lager oder Bürstenträger., können die
Wirkung der beschriebenen -Vorrichtung wesentlich unterstützen.
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Die Einwirkung des Stromes auf das Magnetfeld kann sowohl direkt mit
Hilfe einer Wicklung auf den Wende-, Haupt- oder Hilfspolen oder dem Joch erzielt
werden, als auch indirekt mit Hilfe dieser Wicklungen über einen Transformator (Fig.
7) oder eine Erregermaschine (Fig. 8) herbeigeführt werden. Die Wirkung der einen
Teil dieser Erfindung bildenden Funkenstrecke ist nur teilweise zu vergleichen mit
der Funkenstrecke eines Blitzableiters. Der Hauptunterschied besteht darin, daß
in dem vorliegenden Fall nicht eine Überspannung an, den Maschinenklemmen, sondern
ein an dem Kommutator bzw. an-den Bürsten sich- bildender Lichtbogen den Überschlag-
einleitet. Es wird also hier mit wesentlich. größeren Luftstrecken, als man sie
bei Überspannungsschutz unter Voraussetzung gleicher Spannungen anzuwenden pflegt,
gearbeitet werden.
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Unter »künstlicher Weg« ist hier ein solcher zu verstehen, der über
eine Hilfswicklung oder Widerstände irgendwelcher Art oder auch nur über besondere
Elektroden, die z. B. zum Schutze von Maschinenteilen dienen können, geführt wird.
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Die beschriebenen Vorrichtungen gelten für Stromerzeuger und Umformer
jeder Art, z. B. für Motorgeneratoren, Kaskadenumformer und Einankerumformer. Bei
den beiden letzteren würde dann die Herabsetzung der Spannung in bekannter Weise
durch eine im Drehstromkreis vorhandene Selbstinduktion mit Hilfe der Magneterregung
erzielt werden.
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Fig. i zeigt die Schaltung einer Compoundmaschine. Darin bezeichnet
a den Kollektor, b und b. die Bürsten, c die Compoundwicklung, e die Nebenschlußerregerwicklung
und w die Anschlüsse an- das Netz. Zu dieser bekannten Schaltung sind Elektroden
d hinzugefügt, zwischen welchen bei auftretenden Überschlägen an dem Kollektor sich
-in der Hauptsache der Lichtbogen bilden wird: Die Compoundwicklung c schaltet sich
dabei ab und es tritt eine Verminderung der Maschinenspannung ein. . Außerdem kann
die Herabsetzung der Spannung dadurch beschleunigt werden, daß. die Maschine einen
besonders starken Spannungsabfall z. B. durch Bürstenverschiebung erhält. Die Elektroden
d, die hier nur schematisch angedeutet sind, können mannigfache Formen erhalten,
um empfindliche Teile der Maschine, z. B. Bürsten, Kollektorfahnen und den Kollektor
selbst, gegen Verbrennung zu schützen.
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Fig. 2 gleicht in bezug auf Kollektor a, Bürsten b und b1, Compoundwicklung
c; Erregerwicklung e und Elektroden d der Fig.i. Neu ist hierbei eine Hilfswicklung
f, die im Falle des Auftretens eines Lichtbogens zwischen den Elektroden d der Compoundwicklung
c und der Erregerwicklung e entgegen-`virkt. g sind Widerstände, durch die ein unerwünscht
hohes Ansteigen der Stromstar-. ken in den betr. Hilfsstromkreisen vermieden wird.
h ist ein selbsttätiger Schalter, der beim Auftreten eines Lichtbogens zwischen
den Elektroden d in Tätigkeit tritt und parallel zu dem über d fließenden, Hilfsstromkreis
einen zweiten Hilfsstromkreis parallel schaltet. _ Statt durch den Hilfsstromkreis
könnte der Schalter h auch durch dun Arbeitsstrom der Maschine direkt oder indirekt
betätigt werden, wie in Fig.3 angedeutet ist. Die hier schematisch dargestellte
Maschine besitzt keine Compound-Wicklung, aber eine Gegenerregerwicklung f, die
sowohl durch die Elektroden d als auch durch die Schalter ii eingeschaltet
werden kann.
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Fig. d. zeigt die Schaltung eines Einankerumförmers, wobei
l seine Schleifringe, k eine dreiphasige Drosselspule und i die Sekundärwicklung
des den Umformer speisenden Transformators ist. Die Wirkung des Elektroden d ist
die gleiche wie bei Fig. i- bis 3, jedoch ist hier eine Blasspule z vorgesehen,
die ein schnelles Erlöschen des Lichtbogens herbeiführen soll. Neu ist hier außerdem
ein Schalter m, .der beim Fließen eines Stromes in dem Hilfskreis über d eine während
des normalen Betriebes kurzgeschlossene Gegenerregerwicklung f öffnet.
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Fig.5 zeigt schematisch eine fäumliche Anordnung der Elektroden d.
Diese sind dabei teils an der einen Bürste b, teils an dem Lager n angebracht, welches
mit einer Erdplatte o und den Bürsten der anderen Polarität b1 verbunden ist.
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Fig. 6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 5. Hierbei sind die
Elektroden d und dl an den Bürsten beider Polarität b und b, angebracht. Das Lager
n bekommt keine besonderen Elektroden. Ein etwaiger Lichtbogen würde sich zwischen
den beiden Elektroden d
und d, oder zwischen der oberen Elektrode
d' und dem Läger n bilden. Die -unteren Bürsten b,. nebst der unteren Elektrode
dl sind an eine Erdplatte -o angeschlossen. Das Lager n selbst ist durch eine Isolierung
p von der Erde getrennt und nur über eine Gegenerregung erzeugende Wicklung f an
die Erdplatte o angeschlossen.
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In Fig. 7 bezeichnet wiederum a den Kollektor, b und b, die
Bürsten, n das Lager und p dessen Isolierung: g sind bekannte Schutzwände aus Isoliermaterial,`
um ein Überschlagen von Bürste zu Bürste zu erschweren. r ist die Primärwicklung
eines Hilfstransformators, welcher über die Sekundärwicklung s die Gegenerregerwicklung
f speist, sobald ein Überschlag zwischen der oberen Bürste b und dem Lager
n stattfindet. Die Wirkung ist dabei die gleiche wie in Fig. 6, nur wird in dem
einen -Fall die Gegenerregerwicklung f direkt, , in dem anderen Fall indirekt über
einen Hilfstransformator mit den Wicklungen r und s gespeist. Fig. 8 besitzt eine
besondere Erregermaschine t, die durch die Erregerwicklung u beim Auftreten eines
Stromes zwischen den Elektroden d erregt wird und nun ihrerseits eine -Gegenerregung
auf die Hauptmaschine ausübt, indem sie die Gegenerregerwicklung v speist. .