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Gleichstrom=Hothspannungsmasehiie mit Stromwender: Bekänntlieh wird
bei Gleichstrommasehinen ein fünkenfreier Gang dann ermöglicht, wenn die maximale
Spänntüig zwischen z Stromwenderstegen den Betrag von 30 bis 4o Volt nicht überschreitet,
andernfalls leicht Ründfeuer entsteht, und wenn ferner die Recktanz spännung, welche
bei der KOmmutierüng in dein kurzgeschlossenen Spulen entsteht, nicht größer als
3 Volt wird, um das Betfern unter den. Bürsten zii vermeiden.
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Bei der Beriiessüing vors frei kommutierenden Masehinen, d. h. soleben
ölirre Wendepole und Kmpensafionsvvicklützg, inüßten also bisher diese Werte eingehälfen
werden. Man kennte aber selbst mit den bisher zur Vea-fügung stehenden Hilfsmitteln
nur auf Betriebsspanüungen von höchstens 3 bis 5ooo Volt kommen, wollte man nicht
zu außerordentlich großen Maschinendurchmessern und Polzahlen greifen, wobei das
Verhältnis p oder (Polteilung zu Maschinenspannung). zunehmen muß.
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Um also Maschinen für Spannungen über 5000 Volt bauen zü können,
müßte man nach einem Mittel suchen, das gestattet, die maximale Spannung zwischen
zwei Stromwenderstegen ohne Schaden auf roo bis Zoo Volt zu erhöhen. Dadurch wäre
man in der Lage, auch kleine Maschinen für hohe Spannungen zu bauen.
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Die Schwierigkeit bei der Konstruktion
solcher Maschinen
besteht also in der Verhinderung des Rundfeuers, das dadurch entsteht, da.ß die
Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromwenderstegen infolge des Verschmierens
der Isolation durch die Bürsten überspringt.
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Eingeleitet wird also dieses Rundfeuer durch die aufliegenden Bürsten.
Unter denselben entsteht nun, ferner noch bei den Hochspannungsmaschinen durch die
große Zahl der Verwindungen eines Wicklungselementes eine hohe Reaktanzspannung,
welche ein Feuern der Bürsten verursacht. Dieses Feuern kann bei Maschinen bis
5000 Volt Klemmenspannung außer durch das bereits angegebene Mittel (Verwendung
von Wendepolen und Kompensationswicklung) auch durch folgende Anordnungen verhindert
werden. Es gibt Maschinen, welche als Ventilatoren in der Weise ausgebildet sind,
daß der Aalkerkern der Maschinen, der mit Ventilationsschlitzen versehen ist, durch
Kanäle in den Stromwender und die Hohlwelle oder aber der Stromwender selbst durch
die mit der . Außenluft in Verbindung stehende Hohlwelle Luft ansaugt. Auch ist
es üblich, Preßluft durch die Schlitze der voneinander abstehenden Stromwenderstege
zu treiben. Diese Verfahren haben jedoch für Gleichstrommaschinen unter
5000 Volt Spannung keine wesentliche Bedeutung mehr, da sie besser und wirkungsvoller
durch die Wendepole und Kompensationswicklungen ersetzt werden. Sobald die Spannung
an den Gleichstrommaschinen größer als 5000 Volt wird, werden die Spannungen
zwischen den Stromwenderstegen und die Reaktauzspannung derart hoch, daß mit Wendepolen
oder mit den bisher bekannten Anordnungen, durch Verwendung eines Luftstromes die
Funken nicht mehr unterdrückt werden können. In: dem Fall, wo die Maschine selbst
den erforderlichen Luftstrom erzeugt, -ist der erreichte Überdruck höchstens ö,
i Atmosphäre, welcher bei weitem nicht ausreicht, um die kräftige Funkenbildung
wirksam zu unterdrücken. Bei einer anderen bekannten Anordnung, die mit Preßluft
arbeitet, sind die erforderlichen Luftmengen sehr groß bzw. die Luftgeschwindigkeiten
zu klein, da der Stromwender durch ebenso viele Kanäle, als Stege vorhanden sind
auf seiner ganzen Länge und seinem ganzen Umfang Luft durchbläst, so daß der Wirkungsgrad
der Anlage zu sehr herabgedrückt wird.
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Bei der Gleichstromhochspannungsmaschine nach der Erfindung ist der
Stromwender so ausgebildet, daß nur sein nutzbarer, d. h. von den Bürsten überschliffener
Teil zwischen den Stegen reine Luftisolation hat, mithin die Außenluft durch die
Zwischenräume zwischen den Stegen Verbindung mit dem Innern des Stromwendergehäuses
hat. Der übrige Teil des Stromwenders zu beiden Seiten der Bürsten erhält zwischen
den einzelnen Stegen eine Hochspannungsisolation, die aus Glimmer, Mikanit o. dgl.
besteht.
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Um nun das Feuern zu vermeiden, wird der so ausgebildete Stromwender
von innen nach außen am besten durch eine hohle Welle und geeignete Verbindungskanäle,
die in sein, Inneres führen, mittels komprimierter Luft, Kohlensäure, Stickstoffs
usw. unter Mitwirkung der Umfangsgeschwindigkeit dauernd kräftig durchspült. Die
im Innern des Stromwenders vorhandene Druckspannung hat das Streben; durch die.
vorhandene Luftspalte desselben mit großer Geschwindigkeit nach außen zu gelangen,
wobei diese Strömung von Luft, Gas o. dgl. den sich bildenden Lichtbogen schon vorzeitig,
ehe er eine schädliche Größe erreicht, ausbläst. Nebenbei erwähnt sei, daß durch
das Durchströmen und die Expansion der Luft bzw. Gase eine niedrige Temperatur im
Stromwender und damit eine gute Kühlung und geringe Inanspruchnahme der Bürsten
erreicht wird.
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Durch die angeführte Tatsache, daß mau beim Bau einer derartigen Maschine
zur Erzeugung eines hochgespannten Gleichstroms die Teilspannung zwischen zwei benachbarten
Stegen auf das etwa Zehnfache, als bisher zulässig, ohne Gefahr für den Stromwender
erhöhen kann, ist man sehr wohl in der Lage, bei Herstellung von größeren, mehrpoligen
Maschinen einen Gleichstrom von io, sogar praktisch bis 30000 Volt in einer
Maschine zu erzeugen. Ein solcher Stromwender könnte, wie folgt, eingerichtet sein:
In dem betreffenden Maschinenhaus wird ein besonderer Luftkompressor mit besondei
ein Antrieb aufgestellt. Die mit diesem erzeugte komprimierte Luftmenge fließt zunächst
in einen großen Preßluftbehälter und von dort über eine Rohrleitung zu der hohl
gebohrten Dynamowelle. Die Rohrleitung ist durch ein besonders geformtes Anschlußstück
mit dem feststehenden Lagerständer dicht verbunden. In diesem Fall stände also der
betreffende Lagerständer auf Seite des Stromwenders dauernd unter dem ciforderlichen
großen Luftdruck. Die Rohrleitung ist wegen der Hochspannung durch ein Isolationsstück
mit dem Lagerständer verbunden. Von der Bohrung der Welle führen. Verbindungskanäle
in das Innere des Stromwenders, wodurch es möglich ist, während des Betriebes von
außen jede beliebige Luftmenge unter dem erforderlichen Druck in, das Innere des
Stromwenders zu leiten. Durch die zwischen seinen Stegen vorhandenen Isolationsluftspalte
wird die komprimierte Luft im Zusammenwirken mit der Umfangskraft mit einer derart
großen Kraft nach außen geschleudert, daß sich zwischen den Stegen auch nicht der
kleinste elektrische Lichtbogen halten kann. Praktisch wäre. es auch ._
möglich,
statt reiner komprimierter Luft Kohlensäure, Stickstoff öder andere geeignete Gase
zu verwenden, die durch das Fehlen von Sauerstoff den Verbrennungsprozeß des Lichtbogens
noch bedeutend vermindern würden. Jedoch müßten dann solche Gase wieder durch besondere
Absaugvorrichtungen von der Maschine abgenommen werden, da sonst der Aufenthalt
in derartigen. Maschinenhäusern für das Bedienungspersonal auf die Dauer unmöglich
werden würde.
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Weiter ist darauf zu achten, die erforderliche Luft- oder Gasmenge
im Vergleich zu dem Druck möglichst kleüi zu halten. Dies geschieht dadurch; daß
man der von innen dem Stromwender zugeführten Luft nur an den notwendigen Stellen
die Durch- und Austrittsmöglichkeit gewährt. In diesem Fall -werden vielleicht je
3 bis q. Isolationsschlitze unter und neben einer Bürste von Gas durchströmt, während
alle übrigen Isolationskanäle durch besondere- bogenartige Segmentstücke, welche
im Bürstenhalter in sehr feinen Grenzen verstellbar angeordnet sind, überbrückt
werden. Diese Überbrückung erfolgt in der Weise, daß die Bogenformstücke die größte
Anzahl der Isolationsspalte des Stromwenders so übergreifen, daß zwischen der Stromwenderoberfläche
und dem Formstück ein, möglichst kleiner Durchlaßquerschnitt verbleibt. In diesen
bei der Kommutierung momentan unbeteiligten Isolationsschlitzen und Stegen wird
deshalb vorteilhafterweise die im Innern des Stromwenders vorhandene Preßluft gestaut.
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Infolge dieser Einrichtung wird der Strömungsdurchlaß im Stromwender
auf das niedrigste Maß beschränkt, so daß die dann noch notwendige Luft- oder Gasmenge
mit verhältnismäßig kleineren Kompressionsanlagen. erzeugt werden kann und auf Grund
der kleineren Luftquantität. die Durchströmung mit größerem Druck bewerkstelligt
werden kann.
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Bei mehrpoligen Maschinen würde sich immer zwischen negativen und
positiven Bürstenbolzen ein solches Formstück befinden, das am gemeinschaftlichen
Bürstenhalter mit größter Genauigkeit einstellbar ist und in der richtigen Stellung
urbeweglich festgehalten werden kann.
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In den beiliegenden Abb. i und 2 ist die praktische Ausführung eines
solchen Strom-Nvenders dargestellt.
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B sind die Bürsten und S die Bogenstücke, welche, wie beschrieben,
dazu dienen, die Luftströme abzusperren, die sonst aus den nicht unter den Bürsten
befindlichen Isolationsschlitze. austreten würden.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch den Stromwender mit den Luftströmen.
Die Bürste B ist schmaler als der Isolationsschlitz, damit die Luft auch an den
beiden Seiten vorbeiblasen kann. j ist die Isolation zwischen den Stegen L zu beiden
Seiten der Schleiffläche.
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Abb. 2 zeigt eine Ansicht des Stromwenders, in der der Isolationsluftschlitz
unter der Bürste gerade in einer Stellung ist, in welcher der Luftstrom zur Wirkung-gelangt
ist und den Lichtbogen bereits ausgeblasen haben muß.
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Das Lagergehäuse hat einen Flausch, an welchem die Druckluftleitung
befestigt wird, und ist so ausgebildet, daß das gesamte Lager unter dem Druck der
Preßluft steht, so daß das Öl nicht aus dem Lager entwichen kann. Um das Entweichen
der Druckluft an der- rechten Seite des Lagers zu verhindern., ist dort eine Dichtung
D angeordnet.