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Kommutierungseinrichtung für regelbare, ständergespeiste, mehrphasige
Wechselstrom-Kommutatormaschinen Bei Wechselstromkollektormaschinen bereitet die
Kommutierung große Schwierigkeiten. Es tritt leicht Bürstenfeuer auf, das nicht
nur die Kollektorlamellen beschädigt, sondern vor allem auch einen außerordentlich
starken Bürstenverbrauch hervorruft. Man hat nun bereits erkannt, daß in manchen
Fällen das Bürstenfeuer durch Wicklungen, die eine dämpfende Wirkung auf das von
der Kollektorwicklung erzeugte Feld ausüben, eingeschränkt wird. So hat man gefunden,
daß bei Einphasen-Asynchronmotoren, die neben einer kurzgeschlossenen Arbeitswicklung
für den Anlauf eine besondere Kommutatorwicklung besitzen, die kurzgeschlossene
Arbeitswicklung dämpfend auf das Fehl der Kommutatorwicklung wirkt. Ferner hat H
e y 1 a n d bereits erkannt, daß bei seinem kompensierten Motor, bei dem er die
Erregung durch eine vom Ständer aus gespeiste Kollektorwicklung im Läufer erzeugt,
durch Verwendung einer zweiten Wicklung neben dieser Kollektorwicklung eine dämpfende
Wirkung auf die Kollektorwicklung ausgeübt werden kann. Darnach hat O s n o s für
seinen läufergespeisten Asynchronmotor eine besondere Kurzschlußwicklung im Läufer
vorgeschlagen, die die Funkenbildung am Kommutator verhüten soll. Diese Wicklung
ist dazu aber nicht imstande. Das rührt daher, daß die Frequenz des Feldes im Läufer
den hohen Wert der Frequenz des speisenden Netzstromes hat. Macht man bei einer
solchen Wicklung den Widerstand gering, so treten so große Ströme in ihr auf, daß
die Wicklung verbrennt. Wählt man den Widerstand verhältnismäßig groß, so daß diese
Gefahr vermieden wird, so werden die Verluste in der Wicklung zu groß, um wirtschaftlich
ertragen zu werden. Nimmt man den Widerstand aber so groß, daß die wirtschaftliche
Frage ausscheidet, so wird die dämpfende Wirkung zu gering.
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Nun gibt es neben den genannten kompensierten auch noch regelbare
Kommutatormaschinen. Auch bei diesen macht die Kommutierung Schwierigkeiten. Sie,
wie von O s n o s für seinen läufergespeisten kompensierten Motor vorgeschlagen,
mit einer Kurzschlußwicklung im Läufer zu versehen, mußte in Hinsicht auf die Unbrauchbarkeit
dieser Wicklung abgelehnt werden. Trotzdem soll nach der Erfindung bei regelbaren
Kollektormaschinen, und zwar solchen, deren Ständer gespeist wird, die also im normalen
Arbeitsbereich niedere Läuferfrequenz. haben, eine Kurzschlußwicklung zur Verbesserung
der Kommutierung angewendet werden. Die
Kurzschlußwicklung soll
dabei dicht mit der Kommutatorwicklung gekuppelt werden, um das Feld dieser Wicklung
praktisch vollständig dämpfen zu können, und ihr Widerstand soll so bemessen sein,
daß der Charakter der Kollektorrnaschine im Arbeitsbereich durch die Käfigwicklung
nicht oder nur unwesentlich beeinflußt wird, der Läufer also nicht durch die in
dieser Wicklung erzeugten Ströme -in den Synchronismus gezogen wird. Eine solche
Wicklung kann das erwünschte Ergebnis deshalb liefern, weil bei den regelbaren,
ständergespeisten Kommutatormaschinen das Läuferfeld in dem üblichen Arbeitsbereich
nur niedrige Frequenzen hat, also keinen schädlichen Einfluß auf die Dämpferwicklung
ausüben kann.
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Die Erfindung und ihre Wirkungsweise ist in der Zeichnung veranschaulicht.
In Fig. i und 2 sind ein Hauptschlußmotor a und ein Nebenschlußmotor b in bekannterWeise
schematisch dargestellt, die beide von dem Netz n gespeist werden und deren Geschwindigkeit
regelbar ist. Die Frequenz in den Läufern dieser beiden Motoren verhält sich zur
Drehzahl in beiden Fällen gleich. Sie nimmt, wie in Fig. 3 gezeigt, von einem der
Netzfrequenz gleichenden Werte f, beim Stillstand im Punkte Null bis auf den Wert
Null im Punkte S für die synchrone Drehzahl des Motors ab, um dann im entgegengesetzten
Sinne wieder anzusteigen. Der Arbeitsbereich der Motoren liebt nun nur in einem
verhältnismäßig kleinen Bereich d zu beiden Seiten der synchronen Drehzahl. Innerhalb
dieses Bereiches besitzt, wie ersichtlich, die Frequenz aber nur verhältnismäßig
geringe Werte. Bringt man, wie in Fig.4 veranschaulicht, die im Längsschnitt durch
den Motor den Ständer s mit der Phasenwicklung w, den Läufer r mit der Kommutatorwicklung
k und den Kommutator c zeigt, in der Nähe der Kommutatorwicklung k im Läufer eine
Kurzschlußwicklung z mit der angegebenen Widerstandsbemessung an, so wird das Läuferfeld
auf diese Wicklung im Synchronismus gar keinen und in den üblichen Regelstufen nur
einen geringen Einfluß ausüben. Dagegen sorgt die angegebene Bemessung der Wicklung
dafür, daß eine gute Dämpfung erreicht wird, verhütet aber andererseits, daß die
Zusatzwicklung wie eine Arbeitswicklung wirken und den Motor mit Gewalt in den Synchronismus
hineinziehen kann. Daß die Frequenz des Läuferfeldes beim Stillstand und bei niedriger
Drehzahl hoch ist, spielt bei diesen Maschinen keine Rolle, da sie nur selten angelassen
werden und ihr Regelbereich um den Synchronismus herum liegt.
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In dem Ausführungsbeispiel ist die Kurzschlußwicklung in den Nuten
unterhalb der Kommutatorwicklung angeordnet. Sie kann aber auch über diese Wicklung
gelegt werden, so daß sie die Kommutatorwicklung umgibt. Der Kurzschlußkäfig kann
mit besonderen, metallisch leitenden Endringen versehen werden. Die Stäbe des Käfigs
können aber auch vom Läuferblechpaket elektrisch leitend geschlossen werden. Einfache
Ausführungsformen des Käfigs ergeben sich, wenn als Stäbe metallische Nutenkeile
dienen. Man kann dann entweder alle Nuten oder auch nur einen Teil mit einem metallischen
Nutenkeil versehen, der aus Eisen, Messing oder einem sonstigen Metall besteht.
Auch kann man, um den Widerstand der Käfigwicklung einzustellen, Käfigstäbe bzw.
Nutenkeile aus verschiedenem Material kombinieren, beispielsweise indem man abwechselnd
Nuten mit Eisenkeilen oder Messingkeilen versieht, oder indem man die Nutenkeile
ihrer Länge nach unterteilt und die Keile aus verschiedenem Material zusammenstellt.
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Durch die Erfindung wird eine außerordentlich günstige Kommutierung
ermöglicht mit Mitteln, die andern Einrichtungen, wie beispielsweise Widerstandsverbindungen
oder Wendepolen, an Einfachheit überleben sind, wenn auch diese Mittel an sich in
Verbindung mit der Einrichtung gemäß der Erfindunz beibehalten werden können.