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Wendepolanordnung, deren einzelne Pole einen Hilfsanker mit Trommelwicklung,
der zwischen der Gleichstromhauptwicklung und ihrem zugehörigen Kollektor liegt,
induzieren. Die bekannten Wendepolanordnungen genügen in allen Fällen, wo auf den
Kollektoranker ein Außenfeld induzierend einwirkt und wo in den magnetischen Kreis
ein größerer Luftspalt eingeschaltet ist. Das Ankerfeld selbst wird hierbei in den
Kommutationszonen nicht nur vollständig unterdrückt, sondern auch ein zusätzliches,
dem Ankerfeld stets entgegengesetztes Wendefeld erzeugt. Der elektrische Widerstand
der durch die Bürsten jeweilig kurzgeschlossenen Ankerspulen ist zwar gering, und
es können bei ungenauer Wendepolbemessung beträchtliche Ströme durch diese Ankerspulen
fließen, a',=er der magnetisierende Einfluß dieser stromdurchflossenen Spulen ist
im Verhältnis zur Stärke des Außenfeldes meist verschwindeeid klein. Diese Wendepoleiinrichtungen
versagen aber in allen jenen Fällen, wo das Ankerfeld selbst an Stelle des Außenfeldes
zur Induktionswirkung herangezogen wird. Damit das Ankerfeld sich in der gewünschten
Stärke entwickelt, muß der Luftspalt wie bei Asanchro ?ni.aschinen möglichst klei:i
gehalten werden. Dann können aber die oben erwähnten Kurzschlußströme infolge inangelliafterIKemniutierung
eitlen ganz bedeutenden, und zwar störenden Einfluß auf die Wirkungsweise solcher
Maschinen ausüben, abgesehen davon, daß der Wendepolkraftlinienfluß stets dein nützlichen
Ankerfelde entlegengerichtet ist und daher die Leistungsfähigkeit der Maschine bedeutend
herabsetzt. Um in diesen Fällen das Ankerfeld in seiner vollen Stärke zu erhalten,
läßt man die Wendepole nur auf Kollektorverbindlungen, die auf einem Hilfsanker
verlegt sind, einwirken. Bei Anordnungen dieser Art sind bisher pro Bürstenbolzen
nur zwei induzierende Wendepole in Form einfacher Hufeisenmagnete verwendet worden.
Werden die Kollektorverbindungen auf dein Hilfsankerkern
in Form
einer Ringwicklung untergebracht, so sind diese Wendepole ausreichend, und es wird
jeder auf der Außenfläche des Ankers liegende Leiter von einem Wendepol während
der Kommutierung induziert. Die an ('er Innenfläche liegenden Leiter nehmen an der
Induktion nicht teil. Die Pole haben die Aufgabe, -zwischen den einzelnen Kollektorverbindungsleitern
der Kommutierung günstige Spannungsdifferenzen zu erzeugen. Verlegt man aber die
Kollektorverbindtingen in Form von einfachen Schleifen i-tir auf der Oberfläche
oder in Nuten des Hilfsankereisens, so bleibt hei gleicherWendepolzahl die Zahl
der nützlich induzierten Leiter dieselbe wie vorher bei der Ringwicklung; der Hilfsanker
muß jedoch daran praktisch eine bedeutende achsiale Länge erhalten, um eine genügende
Wendepolwirkung zu erzielen.
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Die Erfindung ermöglicht. Te achsiale Länge des Hilfsankers ganz wesentlich
zu verkleinern. Sie besteht im Wesen darin, daß zwei oder mehr Wendepolpaare mit
ihren gleichnamigen Polen aneinandergereiht sind, wobei die Polteilung jedes Wendefeldpaares
dein Wicklungsschritt der Hilfsankerwicklung gleich ist. Die Anordnung ist gemäß
der Erfindung zweckmäßig derart getroffen, daß die Kollektorverbindungen @in Form
von Schleifen oder Wellen oder mehrerer durch Wellenschritt in Reihe geschalteter
Schleifen auf der Oberfläche des Hilfsankers mit einem Wicklungsschritte verlegt
sind, der einer Wendepolteilung gleichkommt, und daß so viele Wendepolpaare gleicher
Polteilung mit gleichnamigen Polen aneinandergereiht sind, als Hilfsankermiten von
einer Kollektorverbindung bewickelt sind. Die zu einer Kollektorverhindung gehörigen
Spulenseiten der Id:-ilfsankerwicklung kommen dann unter allen Umständen in dieselbe
relative Lage zu ihren jeweilig zugeordneten Wendepolen und werden daher alle gleich
nützlich induziert.
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Gleichzeitig wird dein U'endefeld eine solche 1#eldkttrve zugrunde
gelegt, d!aß zwischen zwei unter der Bürste befindlichen Kollektorstegen stets dieselbe
Spannungsdifferenz während der ganzen Kommutbierungsdauer dynamisch induziert wird,
was einer gleichmäßigen Stromverteilung unter der Bürste entspricht. Wie sich leicht
zeigen lädt, inpß eine solche Feldkurve geradlinig ansteigen, wie in Abb, t für
den einfachen 1#'a11 eines zweifachen Wendepo-lpaares gezeigt ist. Die zugehörige
Hilfsankerwicklung ist, wie Abb, 2 zeigt, für jede Kollektorverbindung eine einfache
Schleife (sie könnte auch aus mehreren Windungen bestehen), die in zwei Hilfsankernuten
verlegt ist. Der Hilfsanker wird im allgemeinen zweckmäßig wit so vielen Nuten versehen,
als der Kollektor Stege hat. Bei Reihenwicklungen mit v erinehrter Stegzahl und
bei mehrgängigen Reihen- als auch Parallelwicklungen kann jedoch diie Hilfs;ankernutenzahl
entsprechend der Hauptankerwicklung beschränkt werden. Der Wicklungsschritt ist
gleich der Wendepolteilung. Letztere muß zwei Kollektorteilungen entsprechen, wenn
die Bürste (vgl. Abb.2) nur so breit wie ein Steg ist, um während der ganzen Kommutierungsdauer
eine gleich große Spannungsdifferenz zwischen den zwei kommutierenden Stegen zu
erzeugen.
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Die geradlinig ansteigende Feldkurve kann auf verschiedene Weise erreicht
werden. So sind beispielsweise in Abb. 2 und d. die Wendepolschuhe derartig abgeschrägt,
daß hei überall gleich großem Luftspalt die gewünschte Feldkurve entsteht. Abb.3
zeigt für dieselbe Hilfsankerwicklung wie in Abb. 2 die Stirnansicht einer anderen
Polschuhform mit achsparallelen Polschuhkanten, wobei dem Luftspalt eine entsprechende
Form erteilt ist.
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Auch bei dieser Wendepolanlage ist es jedoch angezeigt, dies Hauptfeld
in den Kommutaüionszonen durch Luftspalterweiterungen entsprechend zu .schwächen,
um unwirtschaftliche Abmessungen zu vermeiden.
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Abb. 3 zeigt außerdem die Schaltung einer Wendepolwioklung. H ist
die vom Bürstenstrome durchflossene Hauptstromwicklung und E eine zusätzliche Erregerwicklung,
die von einem getrennten Stromkreise aus gespeist und geregelt werden kann, um die
induzierende Wirkung der durch eine Luftspalterweiterung in den Kommutabionszonen
nicht ganz unterdrückten Ankerfelder zu bekämpfen. Die Hauptstromwicklung H muß
derart bemessen sein, daß sie der Gegenmagnetisierung der in den Nuten unter den
Wendepolen verlegten stromdurchflossenen Kollektorverbindungen vollständig entgegenwirkt
und darüber hinaus noch das für dlie reine Kommutierung nötige Wendefeld erzeugt.
Die Zusatzwicklung E kann auch weggelassen werden.
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Vorteilhafter als die einfache Schleifenwicklung ist die Wellenwicklung
der VerbindungsleiternachAbb.d.. Die zusätzlicheSelbstinduktion der Verbindungsleiter,
die die Kominutierungsreaktanzspannung des Ankers vergrößert, fällt hier kleiner
aus als bei einer gleichwertigen Schleifenwicklung mit eineinhalb Windungen, da
ja die Selbstinduktion dem Quadrate der Windungszahl proportional ist. In Abb.4
ist die Bürstenbreite gleich drei Stegbreiten angenommen. Eine Kollektorverhindung
liegt in drei Nuten, daher sind drei Wendepolpaare aneinändergereiht, deren
Polteilung
vier Stegb@reiten entspricht. Im allgemeine:i muß die Wendepolteilung mindestens
der um die Einheit vermehrten Kollektorbürstenbreite, gemessen in Stegstärken, entsprechen.
A stellt die Hauptankerwicklung, B die Hilfsankerwicklung der Kollektorverbindungen
dar. Die induzierenden Wendepolflächen sind strichliert eingetragen. Die Aneinanderreihung
der abgeschrägten Wendepolpaare kann nach Abb.2 oder nach :\b1). 4 erfolgen.
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Ahb. 5 gibt den zu Abb.4 gehörigen Verlauf der induzierten Stegspannung
wieder. Man sieht daraus, daß zwischen den beide i Bürstenkanten stets die größtePotenttialdifferenz
besteht, die gegen die Mitte der Bürste gleichmäßig abfällt, so daß wieder zwischen
z«-ei aufeinanderfolgenden Stegen stets während der ganzen Kommutierungsdauer die
gleiche Spannungsdifferenz induziert wird.
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Für die meisten praktischen Fälle wird sich eine aus Schleifen und
Wellen zusammengesetzte Hilfsankerwicklung, etwa. nach Abb. 6, als die günstigste
erweisen.
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Diese WendepAanordnung ist für alle geschlossenen Gleichstromwicklungen
anwendbar.
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Abb. 7 veranschaulicht die allgemeine Anordnung. Hierbei sind alle
zu einem Bürstenbolzen gehörigen, aneinandergereihten `Vendepolpaare beispielsweise
von einer gemeinsamen Erregerspule H -f- E aus erregt. Bei der Befestigung der Wendepole
am magnetisch leitenden Gehäuse ist darauf zu achten, daß dein Gehäuse stets dieselbe
Polarität (in der Abbildung der Südpol s) zugekehrt werde, damit der magnetische
Wendepolstreufluß möglichst gering wird. Besser aber teuerer ist die Befestigung
der Wendepole auf einem unmagnetischen Materiale.
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Da bei mittleren Maschinen die Polteilung rund 16mal so breit ist
als d!as kommutierende Bündel, ist die Kommutierungsdauer für eine Kollektorverbindung
nur lilc einer halben Ankerummagnetisierurgsperiode. Bei gleicher Erwärmung kann
somit das Kupfer bzw. Leitungsmaterial derVerbindungsleiterl iG -4mal höher beansprucht
werden als bei der Hauptankerwicklung. Dadurch wird nicht nur an Wicklungsraum für
den Hilfsanker gespart, sondern es erhalten auch die Verbindungsleiter höhere Ohmsche
Widerstände, welche größere Kurzschlußströme unter den Bürsten auch bei unvollkommen
wirkenden Wendepolen sicher vermeiden. Bei den üblichen Drehstrom-Gleichstrom-Umformern
ergibt die Wend'epolanla-ge gemäß der Erfindüng den Vorteil, daß sie das Hauptfeld
wie das Wechselstromdrehfeld des Ankers in keiner Weise beainflußt.
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Dies gilt in noch weit größerem Maße bei Drelifeldumformern ohne Außenfeld,
bei welchen der Luftspalt aus den eingangs erwähnten Gründen tunlichst klein gemacht
werden muß. Es ist zweckmäßig, ihn in einer Konimubationszone zu erweitern, um ein
noch bestehendes Ankerdrehfeld möglichst zu unterdrücken. Doch auch die dynamisch
induzierende Wirkung dieses nicht ganz unterdrückten Drehfeldes auf die unter Stromwendung
stehenden Ankerleiter läßt sich mittels der Wendepole dadurch vollkommen aufheben,
daß man die bereits in Abb. 3 erwähnte zusätzliche Erregerwicklung E an die Spannung
von Bürsten legt, die gege:,über den zugehörigen Bürsten um 9o elektrische Grade
versetzt sind.
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Die Anwendung dieser Wendepolanlage bietet ferner -große Vorteile
bei gewissen Gleichstrom - Gleichstrom - Umformern ohne Außenfeld mit zueinander
elektrisch senkrecht stehenden Bürstensätzen nach D e r i und bei einer Ouerfeldmaschine
für konstanten Strom nach R o s e n b e r g. Das Entstehen von störenden Kurzschlußströmen
unter den Bürsten ist hiermit ganz vermieden und arbeiten solche -Maschinen dann
ganz zuverlässig.