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Schaltung zur Unterdrückung der Lamellenoberwellen bei kommutierenden
elektrischen Maschinen. Der Strom einer kommutierenden Wechsel-oder Gleichstrommaschine
weist praktisch immer höhere Harmonische auf, und zwar vorzugsweise von Periodenzahlen,
die in einfacher Beziehung zur Anzahl der I-Commutatorlamellen stehen, die in der
Sekunde an einer Bürste vorübergehen. Diese Harmonischen können als Lamellenoberwellen
bezeichnet werden, und ihre Entstehung kann etwa in der folgenden Weise erklärt
werden: Während des .Torüberganges zweier' nebeneinanderliegender Kommutatorlainellen
an einer Bürste soll der Strom in der zwischen den Lamellen liegenden Spule seine
Richtung ändern. Während der Umkehrperiode ist die Spule durch die Bürste kurzgeschlossen,
wodurch in letzterer mehr oder weniger unregelinäßige Spannungsabfälle entstehen.
Die Gesaintspannung von Bürstenhalter zu Bürstenhalter wird durch diese Spannungsabfä
lle becinflußt, und hierdurch entstehen also (printiire) Lamellenoberwellen einer
Art in der .Maschinenspannung bz«-. ini Strom.
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Derartige Oberwellen zweiter Art, die bedeutend ernsthafter ,ein 'können,
entstehen aber sekundär in gewissen Maschinen, und zwar in einer «eise, die an Hand
der Abb. i und 2 der Zeichnung beschrieben werden soll. Die während der KOnlmutation
von der Bürste a (Abb. i) kurzgeschlossene, Spule b umschlingt im allgemeinen den
ganzen Eisenkern eines Polpaares der Maschine. Derselbe Eisenkern ist auch mit der
Erregerwicklung c verkettet. Sie ist also zusammen mit der kurzgeschlossenen Spule
als eine Art von Transformator zu betrachten, dessen Prnnarstroni ein hoclifreduenter
Wechselstrom ist (in Abb. 2 schematisch (larnestellt ). In der Sekundärwicklung,
n:iinlich der Erregerwicklung der .fa.chine, die eine nriil.iere Windungszahl hat.
wird deshalb eine \-erl):iltnismäßig holte Spannung erzeugt-, die die Laniellenoberwellen
bedeutend verstärkt. In Gleichstroniniascliinen, wo 1171 allgemeinen ein wesentlicher
Teil des niannetischen Kreises aus inassi@-ein It'isen besteht, wirkt letzterer
gc@@isucrmaßcn (1:inil)fen(l auf die Oberwellen. In kommutierenden Wechselstrominaschinen
aber, wo der ganze Magnetkreis geblättert ist, tritt keine solche Dämpfung ein.
Hierin dürfte der Hauptrund liegen, weshalb die Lamellenoberwellen, die sich vorwiegend
als Quellen von Schwachstromstörungen ' im Eisenhalinbetriel) bemerkbar gemacht
haben, im allgemeinen bei Wechselstromkominutatortnaschinen für gefährlicher als
bei Gleichstrommaschinen angesehen wurden.
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Die in der beschriebenen Weise in der Erregerwicklung erzeugte Spannungsoberwelle
schickt eine entsprechende Stromoberwelle durch die Leitung, und letztere ist die
unmittelbare Quelle der meisten Stiirungen. Um sowohl dis erste als auch <die
zweite Welle zu unterdrücken, wird nach der Erfindung (Abb. 3) mit der Erregerwicklung
c ein eine Kapazität e enthaltender Stromkreis ini ebenuchluß verbunden (Abb. .4)
oder transforinatorisch gekuppelt (d, Abb.3), der mit den übrigen ruhenden. Wicklungen
der .Iaucliine nicht verkettet ist. Die Kapazität ist so zu bemessen, daß der kapazitative
Stromkreis die genannte Wicklung für Frequenzen -,on der Größenordnung der Lamellenfreduenz
praktisch - kurzschließt, wiihrend er für die niedrige lIascliinenfreduenz als ein
großer (1)z«-. bei Gleichstrom unendlicher) Widerstand wirkt.
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Da die fraglichen .I$Schiiieil (i ormigsweise Balinniotoren) oft bei
sehr veränderlicher Geschwindigkeit arbeiten, wird auch die Lamellenfreduenz oft
veränderlich. In solchen Füllen ist es von besonderer Wichtigkeit, (laß der Nebenschluß
einen niedrigen Widerstand für die 1ireduenzen hat, die sieh für den I-' ci-nsprecliei-l)eti-icl)
als besonders silircn@l erwiesen haben, il. 1i. etwa 8o0 in der Sekunde oder nielir.
.11)b. 3 zeigt, wie geii)iiß der I?rfin<lun@ grundsätzlich zu Verfahren Ist,
aber in der Praxis kann es mit Rücksicht auf den @-erfügb:1ren Rauin oft vorteilhafter
sein, den Kon(lcnsator c unniitt(,ll)ar zwischen die Klc#ininen der @VickIung e
zu schalten. In Gewissen fällen kann c; vorteilhaft sein, eine
Kapazität
und eine Induktanz in Reihe zwischen die. Klemmen der Erregerwicklung zu schalten,
die dabei derart bemessen werden können, daß eine Resonanz bei etwa 8oo Perioden
eintritt. Ist C die Kapazität in Farad und L die Induktanz in Henry, so soll also
CL gleich 41_r264. 1&4 seüT.
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In vielen Fällen
kann jedoch eine-derartige besondere Induktanz entbehrt werden. Die Kapazität soll
jedenfalls größer als diejenige sein, die mit der Streuinduktanz der Erregerwicklung
bei den wichtigsten vorkommenden Oberwellen in Resonanz ist, aber nicht so ' groß,
daß sie mit jener Induktanz bei der gewöhnlichen Maschinenfrequenz, etwa 15 bis
a5 in der Sekunde, Resonanz bildet. Die Resonanzfrequenz- für die Kapazität und
die genannte Streuinduktanz soll also etwa zwischen 5o und 500 liegen." Durch den
Kurzschluß-wird die Sekundärspannung des aus der Ankerspule und der Erregerwicklung
gebildeten Transformators sehr niedrig und kann deshalb keine merkbaren störenden
Oberwellen in der Leitung erzeugen. Da jedoch bei einer solchen niedrigen Spannung
die dielektrische Festigkeit des Kondensators im allgemeinen nicht ganz ausgenutzt
wird, so ist es oft zweck= mäßig, zwischen Erregerwicklung c und Kondensator e einen
Transformator f einzuschalten, wie Abb. 4 darstellt. Die Wirkung eines solchen Transformators
wird ,gleichbedeutend mit einer -Vermehrung der Kapazität des Kondensators im Verhältnis
des Ouadrates der Übersetzung. Letztere wird in der Praxis nicht durch die von den
Oberwellen hervorgerufene dielektrische Beanspruchung, sondern durch die-der transformierten
Erregerspannung gewöhnlicher Periodenzahl begrenzt. _ Falls die Schaltung einer
Induktanz in Reihe mit dem Kondensator zwecks Schaffung einer Resonanz' er wünscht
ist, kann die Streuinduktanz des Transformators leicht für diesen Zweck hinreichend
groß gemacht werden. -Obwohl die Erregerwicklung, wie oben dargelegt wurde, die
Hauptquelle der Lamellenoberwellen sein-dürfte, können- solche doch unter Umständen
auch in den übrigen ruhenden Wicklungen der Maschine, d. h. in der Kompensations-
und Wendepolwicklung, entstehen. Zur Unterdrückung von diesen können auch letztere
Wicklungen mit kapazitativen Nebenschlüssen versehen werden, die dann aber von demjenigen
der Erregetrennt reinsollen. Sonst kann min dich daß Spannungsoberwellen in jeder
für sich entstehen, die zwar die unmittelbare äußerliche voneinander aufheben, gleichzeitig
aber infolge ihrer verschiedenen magnetischen Beziehungen zum Ankerstromkreis tertiäre
Oberwellen in letzterem hervorrufen.
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Falls bei mehrpoligen Maschinen die Erregerspulen für sich in Reihe
geschaltet sind, können sie zusammen an einem gemeinsamen IOondensatorkreis angeschlossen
sein. Zwar können dann die Lamellenoberwellen der verschiedenen Spulen in verschiedenen
Phasen liegen, aber die äußerliche Wirkung ihrer Resultierenden wird doch unterdrückt.
Dasselbe gilt auch für die übrigen Wicklungen, falls sie mit kapazitativen Nebenanschlüssen
versehen sind.