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Einrichtung zur Verbesserung der Kommutierung von Gleichstrommaschinen
bei plötzlichen Belastungsänderungen mit Hilfe in sich geschlossener Wicklungen.
Bei Gleichstrommaschinen mit Wendepolen muß der nutzbare Kraftfluß der Wendepole
stets proportional dem Ankerstrom (Belastungsstrom) sein, was unter den gewöhnlichen
Betriebsbedingungen dadurch erreicht wird, daß man die Wendepolwicklung mit dem
Ankerstrom erregt und den magnetischen Pfad des Wendepolkraftflusses möglichst wenig
sättigt. Bei plötzlichen Änderungen der Belastung, insbesondere .bei Kurzschlüssen,
kann
aber das Wendefeld trotzdem nicht in gleichem Maße wie der Ankerstrom ansteigen,
weil durch die rasche Zunahme des Wendefeldes Wirbelströme in den massiven Teilen
der Wendepole und Joche induziert werden, «-elche den erregenden Wendepolamperewindungen
entgegenwirken. Die Folge dieser Erscheinung ist, daß bei Kurzschlüssen in Gleichstromnetzen
die Kommutierung der Generatoren stets eine sehr schlechte wird, was bei Maschinen
für höhere Spannung, besonders bei solchen ohne Kompensationswicklung, wegen der
gleichzeitig eintretenden Verzerrung des Feldes der Hauptpole das gefürchtete Rundfeuer
einleitet.
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-Nach der Erfindung soll nun die Kommutierung von Gleichstrommaschinen
bei plötzlichen Belastungsänderungen mit Hilfe an sich bekannter, in sich geschlossener
Wicklungen verbessert werden, die aber derart mit einem vornAnkerstrom abhängigenKraftfluß
verkettet sind, daß in ihnen bei einer Zunahme dieses Kraftflusses Ströme induziert
«erden, «-elche das Wendepolfeld verstärken.
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Die Abb: i zeigt eine solche Einrichtung in schematischer Darstellung.
A ist die Ankerwicklung, W die Wendepolwicklung, Z eine in sich geschlossene Zusatzwicklung,
.Q7", der Wendepolkraftfluß und 9% irgendein vom Ankerstrom abhängiger Kraftfluß,.beispielsweise
der nicht mit der Wendepolw icklung verkettete Teil des Ankerfeldes. Die Wicklung
Z ist mit dem Kraftfluß 0d verkettet, und durch eine Zunahme dieses Kraftflusses
wird in ihr ein Strom induziert, der diese Zunahme verzögert. Nun ist aber die Wicklung
Z außer mit dem Feld SG" auch mit dem Wendefeld 27" verkettet, und zwar in entgegengesetztem
Sinne wie mit Q7,". Der die Zunahme von (Z7" verzögernde Strom wird also gleichzeitig
die Zunahme von QT ", beschleunigen, also den Wirbelströmen in den massiven Teilen
des magnetischen Pfades des Wendepolkraftflusses entgegenwirken.
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Die in sich geschlossene Wicklung kann in verschiedener Weise angeordnet
werden. Die Verstärkung des Wendepolfeldes kann z. B. wie in Abb. i einfach dadurch
erfolgen, daß die in sich kurzgeschlossene Wicklung, welche mit einem von der Belastung
abhängigen Kraftfluß, z. B. dem Ankerquerfeld oder einem Teil desselben, verkettet
ist, gleichzeitig auch mit dem Wendefeld verkettet ist, jedoch in entgegengesetztem
Sinne. In dieseln Falle kann die in sich geschlossene Wicklung z. B. nach Art einer
Kompensations--\vicklung in Nuten in den Hauptpolen untergebracht werden.
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Eine solche Anordnung zeigt Abb. 2. A ist der Anker einer Gleichstrommaschine,
P1 und P2 sind zwei Hauptpole, W der zwischen denselben liegende Wendepol. Die Wicklungen
des Ankers und des Wendepoles und die Richtung der in denselben fließenden Ströme
sind in der üblichen Weise durch Kreise mit Punkten und Kreuzen angedeutet. Diese
beiden Wicklungen erzeugen die durch die gestrichelten Linien dargestellten Kraftflüsse,
nämlich das Wendepolfeld -QT", und das Ankerfeld. (Querfeld) (27a. Z ist die in
sich geschlossene zusätzliche Wicklung, in welcher durch die Zunahme des Ankerfeldes
97" ein Strom in der eingezeichneten Richtung induziert wird. Dieser Strom wirkt,
da die zusätzliche Wicklung Z auch mit dem Wendefeld 97t,, verkettet ist, auch auf
dieses Feld ein, und zwar unterstützt er die Wendepolamperewindungen, wie aus der
Betrachtung der in Abb. 2 eingetragenen Stromrichtungen ohne weiteres hervorgeht.
Die Zusatzwicklung kann in einer gut des Hauptpoles konzentriert oder auf mehrere
Nuten verteilt sein. Sie kann nur einen Teil des Ankerquerfeldes umfassen wie in
Abb. 2, sie kann aber auch mit dem ganzen Querfeld verkettet sein, also in einer
Nut in der Mitte des Hauptpoles liegen.
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Ein anderes Feld, welches dem Ankerstrom proportional ist und mit
welchem die zusätzliche Wicklung verkettet sein kann, ist das Streufeld der Wendepole.
Ist die in sich geschlossene Zusatzwicklung mit diesem Feld verkettet, so ist es
nicht notwendig, daß sie auch mit dem Hauptfeld der Wendepole verkettet ist. Der
durch eine Zunahme des Wendepolstreufeldes in ihr induzierte Strom wird vielmehr
schon dadurch die Zunahme des Wendepolhauptfeldes beschleunigen, daß er die Zunahme
des Streufeldes verzögert und dadurch die magnetische Induktion an allen Stellen
des Wendepolkraftflusses, an welchen Hauptfeld und Streufeld der Wendepole in gleichem
magnetischen Pfad verlaufen, vermindert.
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Die Abb. 3 zeigt beispielsweise eine solche Anordnung. Wie in Abb.
2 bedeutet A den Anker, P1 und P, zwei Hauptpole, W den dazwischen liegenden Wendepol,
Z die in sich geschlossene Zusatzwicklung. Die Wicklungen des Ankers und des Wendepoles
und die Richtung der in ihnen fließenden Ströme sind auch hier in der üblichen Weise
durch Kreise mit Punkten oder Kreuze angedeutet. Das Ankerfeld ist hier nicht gezeichnet,
wohl aber das Wendepolhauptfeld #7", und das Wendepolstreufeld ¢S. Die zusätzlichen
Wicklungen sind hier mit dem Wendepolstreufeld verkettet. Eine Zunahme dieses Feldes
induziert in ihnen Ströme von der in der Abb. 3 angegebenen Richtung, welche die
Zunahme des Streufeldes verzögern. Dadurch wird die magnetische Induktion im Wendepol
yr
und vor allem in dem am oberen Ende des Wendepoles angeordneten Luftspalt L weniger
rasch anwachsen können, und die dadurch frei werdenden Amperewindungen der Wendepolwicklung
können nun zur Überwindung der Amperewindungen der Wirbelströme dienen.
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Es ist nicht notwendig, daß die in sich geschlossene Wicklung als
eine besondere, von den übrigen völlig getrennte Wicklung vorhanden ist. Sie kann
vielmehr auch durch Parallelschalten zweier Teile einer ohnehin vorhandenen Wicklung,
z. B. der Wendepolwicklung, dargestellt werden, welche in bezug auf das Wendepolhauptfeld
parallel geschaltet, in bezug auf das Wendepolstreufeld dagegen in sich geschlossen
sind.
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Eine solche Anordnung zeigt die Abb. 4. Der Wendepol W trägt hier
die beiden Wicklungen W1 und W2, welche beispielsweise so bemessen «-erden können,
daß in stationärem Zustand der größte Teil des Stromes durch die Wicklung W1 fließt.
Es wird sich dann ein ziemlich starkes Wendepolstreufeld ausbilden. Die beiden Teile
der Wendepolw icklung bilden zusammen (ohne die Zuleitungen vom Anker bzw. vom Netz
her) eine in sich geschlossene Wicklung. Der Wendepolhauptfluß ist mit den beiden
Teilen der Wicklung, deren Windungszahl als gleich vorausgesetzt sei, so verkettet,
daß eine Änderung desselben in der in sich geschlossenen, aus W, und TY2 bestehenden
Wicklung, keinen Strom induzieren, d. h. also die Stromverteilung auf diese beiden
Wicklungen nicht verändern kann. Eine Änderung des Wendepolstreufeldes dagegen wird
einen solchen Strom induzieren, d. h. die Verteilung des Stromes auf die beiden
Wicklungen TV, und W2 in dem Sinne verändern, daß W2 einen größeren Anteil
als vorher übernimmt, wenn der Wendepolstreufluß zunimmt; denn der Wendepolstreufluß
ist mit dem Wicklungsteil Wi weit stärker verkettet als mit dem Wicklungsteil W2:
Die Wirkung dieser Wicklungsanordnung im Fall - einer plötzlichen Belastungsänderung
ist genau dieselbe wie die der Wicklung Z in Abb. 3.
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In allen bisher erläuterten Fällen ist es natürlich nicht notwendig,
daß die in sich geschlcssene Wicklung unmittelbar kurzgeschlossen sei, sie kann
vielmehr auch über einen Widerstand geschlossen sein, wodurch man den Vorteil erreicht,
daß ein Irrtum in der Berechnung der Zusatzwicklung durch die Einstellung dieses
Widerstandes ausgeglichen, die Wirkung der zusätzlichen Wicklung also an der fertigen
Maschine eingestellt werden kann.