DE344726C - Rotierende Gleichrichteranordnung mit Reaktanzspule im Gleichrichterstromkreise - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf rotierende Gleichrichter und besonders auf diejenige Art, bei welcher ein Synchronmotor einen gleichrichtenden Kommutator treibt, welch letzterer den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, und wobei Reaktanzspulen im Gleichstromkreise angeordnet sind. Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Kommutatorwirkung dadurch, daß der aus ίο magnetischem Metall bestehende magnetische Kreis der Reaktanzspulen bei einem Stromdurchgang gesättigt wird, welcher wesentlich geringer ist, als der mittlere Stromdurchgang· durch die Spule.

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel auf der beigefügten Zeichnung veranschaulicht.

Abb. ι ist eine schematische Darstellung eines rotierenden Gleichrichters gemäß der ao Erfindung.

Abb. 2 zeigt im vergrößerten Maßstabe eine Seitenansicht eines Reaktanzkörpers, wie er gemäß der Erfindung Anwendung findet.

Abb. 3 zeigt in größerem Maßstabe eine in Abb. 2 benutzte Reaktanzspule.

Abb. 4 zeigt eine Ergänzungsspule zu der in Abb. 3 dargestellten Spule.

Abb. 5 zeigt in größerem Maßstabe teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt das Ende des in Abb. 2 dargestellten Reaktanzkörpers.

Abb. 6 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Abb. 2.

Abb. 7 ist eine Stimansicht einer der Endplatten zur Lagerung der Eisenbestandteile des Reaktanzkörpers.

Abb. 8 ist ein Schnitt nach der Linie 8-8 der Abb. 2.

Abb. 9 ist ein ähnlicher Schnitt durch den Reaktanzkörper mit der Ergänzungsspule nach Abb. 4.

Die Abb. 10, 11, 12 und 13 veranschaulichen den Zusammenbau der magnetischen Elemente des Reaktanzkörpers.

Auf den Zeichnungen sind mit 1, 2, 3 die drei Leiter eines Dreiphasenwechselstroms bezeichnet. Diese Speiseleitungen sind in Deltaschaltung mit der Primärwicklung 4 eines Transformators verbunden, welche als Autotransformator wirkt, und von welcher Abzweigungen 5 abgeleitet sind, um den Dreiphasenmotor 6 zu erregen. Die Motorwelle 7, welche in Abb. 1 in punktierten Linien angedeutet ist, trägt drei Kommutatorabschnitte 8, 9, 10, von denen jeder mit einem Paar Konduktorsegmente 11 versehen ist, die voneinander durch Isoliersegmente 12 getrennt sind.

Jeder Primärwicklung 4 ist eine Sekundärwicklung 13 zugeordnet, mit deren beiden Enden Wechselstrombürsten 14 verbunden sind, welche in einem Winkelabstand von i8o° sich gegen die Kommutatorabschnitte 8, 9 und 10 legen. In einem Winkelabstand von 90⁰ zu den Wechselstrombürsten 14 und in einem Winkelabstand von i8o° zueinander ist ein Paar Gleichstrombürsten 15, 16 angeordnet, von denen jede sich ebenfalls gegen einen Kommutatorteil legt, wobei die drei Bürsten 15 -für die Kommutatorteile 8, 9 und 10 parallel zueinander an einen einzigen Gleichstromleitungsdraht 15' angeschlossen sind. Jede der Bürsten 16 jedoch ist mit der

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zur vorliegenden Erfindung gehörigen neuen Einrichtung zur Regelung der Stromkommutation verbunden, welche Reaktanz- oder Phasenverschiebungsorgane 17, 18 besitzen, die in Reihe miteinander und mit den Gleichstrombärsten 16 geschaltet sind. Von jedem Reaktanz- oder Phasenverschiebungskörper führt ein Leiter nach einem dreipoligen Schalter 20, welcher in einem einzigen Leiter 21 endigt, der zusammen mit dem Leiter 15' die Gleichstromleitungen der Maschine bildet. Da das Wesen der vorliegenden Erfindung hauptsächlich auf den Reaktanz- oder Phasenverschiebungselementen beruht und auf deren Verbindung mit den anderen Bestandteilen des Gleichrichters sowie auch im Hinblick auf die besondere Schwierigkeit, welche es bereitet hat, eine Einrichtung zu schaffen, welche allen Anforderungen der vorliegenden Erfindung genügt, ist die besondere Konstruktion, welche für die praktische Ausführung der Erfindung bestimmt ist, im einzelnen in den Abb. 2 bis 13 dargestellt. Gemäß diesen Abbildungen besteht die Reaktanz 18

a$ aus einer Spule 22, welche nur wenig Windungen, beispielsweise 20 Windungen von außerordentlich dickem, isoliertem Draht, enthält, die auf einen hohen isolierenden Träger 23 aufgewunden sind, der dazu bestimmt ist, einen Kern aus magnetischem Metall aufzunehmen. Die bevorzugte Form des Kerns ist in den Abb. 5, 6 und 8 dargestellt, aus denen zu ersehen ist, daß dieser Kern aus einer großen Zahl von verhältnismäßig dünnen Streifen 24 von magnetischem Metall besteht, die zweckmäßig aus höchstwertigem Siliziumstahl hergestellt sind, wie man ihn für Transformatoren benutzt. Die beiden Enden des Kerns 24 sind durch einen magnetischen Rückleiter miteinander verbunden, welcher aus einer Mehrzahl von Bündeln 25 von Streifen 26 und 26' gebildet ist, welch letztere gleiche Länge besitzen, aber abwechselnd versetzt gegeneinander angeordnet sind, so daß ihre Enden einander übergreifen, wie in Abb. 13 dargestellt. Die Stäbe jedes Bündels 25 sind in geeigneter Weise, wie z. B. durch eine kleine nicht leitende Klammer 37 zusammengehalten, und die Bündel selbst werden in ihrer aus der Zeichnung ersichtlichen Lage, gesichert durch geschlitzte Trageplatten 28, welche nahe den Spulenenden vorgesehen sind, wie aus Abb. 5 ersichtlich ist. Die versetzte Anordnung der Streifen 26 und 26' in den verschiedenen Bündeln dient dazu, Zwischenräume zwischen den Streifen zu erzeugen, in welche Platten 29 eingesetzt werden können, welche magnetische Verbindungen zwischen den Bündeln 25 der magnetischen Rückleitung und dem Kern 24 herstellen. Der mechanische Zusammenbau der Teile wird vollendet durch Endklammern oder Kappen 30, welche auf die äußeren Enden der Bündel aufgesetzt werden, und durch Bänder 31, welche um die Bündel 6s 25 herumgeschlungen werden, und die vorzugsweise aus nicht leitendem Material bestehen.

Die Einrichtung und der Zusammenbau der Reaktanz 17 ist im wesentlichen der gleiche, wie soeben für die Reaktanz 18 beschrieben, abgesehen davon, daß ihre Spule zwei Lagen 32 aus isoliertem Draht besitzt, wie aus Abb. 4 ersichtlich ist.

Angenommen, daß die Querschnitte der magnetischen Kerne 24 der Spulen 17 und 18 die gleichen sind, wie es vorzugsweise praktisch der Fall ist, so ist ersichtlich, daß, wenn eine dieser Spulen doppelt soviel Windungen hat wie die andere, der Sättigungsstrom für eine Spule doppelt so stark sein wird wie der Sättigungsstrom für die andere Spule. Es mag weiter bemerkt werden, daß die Konstanten der Spule 18, welche den stärkeren Sättigungsstrom verlangt, so gewählt werden, daß die Spule schon bei verhältnismäßig geringem Stromdurchgang gesättigt wird. Z. B. wenn die Gleichstrombürste 16 im Maximum 300 Ampere führt, dann wurden die Spulen 17 und 18 so bemessen sein, daß sie bei 5 bzw. 10 Ampere gesättigt sind. Diese Zahlen sollen indessen nur ein ungefähres Bild davon geben, wie bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung die gewünschten Arbeitsbedingungen gesichert werden können.

Da jede der in Reihe geschalteten Reaktanzen 17 und 18 bei verhältnismäßig geringem Stromdurchgang gesättigt wird, und da die Zahl der Windungen in diesen Reaktanzen so sehr gering ist, ist ihr Gesamteffekt auf den Strom beinahe Null in den Phasen großer Energie. Während der Arbeitsphase der Maschine, d. h. während desjenigen Zeitraums, in welchem der wirksame Teil der Wechselstrom welle benutzt wird, um den Gleichstromleitern Energie zuzuführen, üben die Reaktanzglieder keinen merklichen Einfluß aus und in diesem Phasenabschnitt behält die Stromwelle im wesentlichen die Form der aufgedrückten Erregung. Das ändert sich mit der Stromphase. Wenn man beispielsweise 'die sich unter dem Einfluß des Kommutatorabschnitts 10 abspielenden Vorgänge betrachtet, so fällt bei der Annäherung der Gleichstronjbürste 16 an das Ende des Konduktorsegments 11 die Wellenenergie in der Wechselstrombürste 14 ab bis zu dem Wert der Stromunterbrechung. Unter diesen Bedingungen werden die Reaktanzglieder

17 und 18 wirksam. Der Stromabfall unter den Sättigungswert findet zuerst für die Spule

18 statt und verursacht einen Iißduktivstoß,

welcher während eines bestimmten Zeitraums andauert, auf den ein zweiter Stoß folgt, der von der Spule 17 Herrührt, wenn der weitere Stromabfall den Strom unter den Sättigungspunkt für diese Spule bringt. Durch die Wirkung dieser Spulen wird die Stromwelle daher gerade an dem Kommutationspunkt deformiert, und die Wirkungen der Spulen verstärken sich mit dem Zeitablauf. Durch diese Deformierung der Stromwelle an dem Kommutationspunkt läßt sich eine praktisch funkenfreie Kommutation erzielen, und es fällt dadurch die Notwendigkeit zur genauen Innehaltung eines bestimmten Zeitpunkts für die Stromunterbrechung zwischen der Bürste j 6 und dem Segment 11 fort. Versuche haben ergeben, daß Belastungsschwankungen, welche eine Winkelverstellung der Bürsten bis 1 cm und darüber auf dem Umfange eines Kommutators von etwa 30 cm Durchmesser verlangen, entbehrlich werden, wenn die beschriebenen Reaktanzen vorgesehen sind.

Damit die gewünschten Ergebnisse der Regelung der Kommutation erzielt werden, ohne

daß der Nutzeffekt der Maschine leidet, ist es notwendig, daß die Reaktanzen 17 und'18 mit der größten Sorgfalt bemessen und hergestellt werden, und daß alle Einzelheiten beachtet werden, welche für die Leistung einer Transformatorspulenkonstruktion in Betracht kommen. Es ist außerdem dringend notwendig, daß die Länge des Drahtes so gering als möglich und die Zahl der Windungen so groß als möglich ist, und daß stets dafür Sorge ge-

tragen ist, daß der Querschnitt des Spulendrahtes hinreichend groß ist, um den Strom ohne merkliche Erwärmung zu_% führen. Es ist weiter von Wichtigkeit, daß' der für den Spulenkern und die magnetische Rückleitung gewählte Stahl von höchster Qualität ist, und daß seine Sättigungskurve einen sehr ausgesprochenen Knick zeigt, und daß die Temperaturverhältnisse beim Betrieb so gewählt werden, daß das magnetische Leitvermögen des Stahls sich auf höchster Höhe hält.

Die Spulenkonstruktion, welche auf der Zeichnung dargestellt ist, genügt im besonderen gerade den Anforderungen der vorliegenden Erfindung.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Rotierende Gleichrichteranordnung mit Reaktanzspule im Gleichstromkreise, dadurch gekennzeichnet, daß der aus magnetischem Metall bestehende magnetische Kreis der Reaktanzspule derartige Abmessungen besitzt, daß er durch einen Stromdurchgang gesättigt wird, welcher wesentlich geringer ist als der mittlere Stromdurchgang durch die Reaktanzspule.
2. 2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in seine Gleichstromleitung eine Mehrzahl von miteinander und mit dem Kommutator in Reihe geschalteten Reaktanzspulen eingeschaltet ist, bei denen die Abmessungen der einzelnen magnetischen Kreise

   so gewählt sind, daß sie bei verschiedenem Stromdurchgang durch die Spulen gesättigt werden.
3. 3. Mehrphasiger rotierender Gleichrichter nach Anspruch 1 und 2, dessen gleichrichtender Kommutator durch einen Synchronmotor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden der verschiedene Stromphasen führenden Leitungszweige mehrere miteinander in Reihe geschaltete Reaktanzspulen eingeschaltet sind.
4. 4. Reaktanzspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Kern aus magnetischem Metall aus einer verhältnismäßig großen Zahl von Streifen aus magnetischem Metall besteht, während der äußere magnetische Rückleiter von einer Mehrzahl von Bündeln magnetischer Metallstreifen gebildet wird, welche parallel zum Spulenkern und in einem Abstande von demselben angeordnet sind. go
5. 5. Gleichrichteranordnung nach Anspruch ι mit Anschluß des gleichrichtenden Kommutators durch einen Transformator, dessen Sekundärspule den Bürsten des Kommutators eine gegenelektromotorische Kraft übermittelt, gekennzeichnet durch einen im Stromkreise des Kommutators und der Sekundärspule liegenden Reaktanzkörper, welcher so ausgebildet ist, daß er um die Zeit der Stromunterbrechung durch den Kommutator einen induktiven Stromstoß erzeugt und die gegenelektromotorische Kraft daran verhindert, im Zeitpunkt der Stromunterbrechung einen Strom in verkehrter Riehtung zu erzeugen, so daß die Zeit des annähernden Verschwindens der Potentialdifferenz zwischen dem Kommutatorsegment und der dasselbe verlassenden Bürste verlängert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.