DE546767C - Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von Gleichstrom-Hochspannungsmaschinen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
16. MÄRZ 1932

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Die Stromwendung von Kommutatormaschinen kann man außer mit den üblichen Mitteln, wie Wendepole u. dgl., bekanntlich dadurch verbessern, daß man den Übergangswiderstand zwischen Bürste und Segment möglichst groß macht oder durch andere Hilfsmittel den Widerstand des Kurzschlußkreises erhöht.

Durch besondere Formung der Segmente

ίο oder der Bürsten läßt sich z. B. der Bürstenübergangswiderstand so beeinflussen, daß ein gewollter Verlauf der Stromwendungskurve erzielt werden kann. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Bürsten mehrfach in Platten zu unterteilen, die voneinander isoliert und untereinander über elektrische Widerstände verbunden sind. Die Stromwendung wird auch hier in der Hauptsache durch den Bürstenübergangswiderstand beeinflußt.

Treten hohe Restspannungen in der Kommutierungszone auf, wie dies bei Gleichstrom-Hochspannungsmaschinen der Fall ist, so sind diese Hilfsmittel ungeeignet, da sich im erste-.ren Falle der Übergangswiderstand zwischen Bürste und Segment nicht beliebig vergrößern läßt; im anderen Fall werden große zusätzliche Kurzschlußströme ihren Weg nicht nur über die Widerstände nehmen, sondern zum großen Teil längs der Bürstenauflagefläche zum benachbarten Segment fließen. Außerdem sind bei Gleichstrom-Hochspannungsmaschinen der Größe der Klemmenspannung nicht nur bezüglich der Stromwendung·, sondern auch mit Rücksicht auf die Segmentspannung Grenzen gesetzt, da bei der üblichen Kommutatorausführung mit schmalen Isolationssegmenten nur verhältnismäßig niedrige Segmentspannungen zulässig sind.

Durch die Erfindung werden unter Abweichung von der normalen Stromwenderausführung wesentlich bessere Kommutierungsverhältnisse erzielt, die gestatten, bedeutend höhere Spannungen aus der Maschine herauszuholen. Die Stromwendung wird hierbei nicht mehr, wie bisher, durch den veränderliehen Bürstenübergangswiderstand geregelt, sondern durch einen umlaufenden Kontakt bzw. einen Gleitwiderstand bewerkstelligt, der aus einer größeren Anzahl von schmalen Segmenten besteht, die voneinander isoliert und untereinander über Ohmsche Widerstände verbunden sind.

Die Ankerwicklung wird in bekannter Weise ruhend angeordnet, um die Isolation nicht durch Fliehkräfte zu beanspruchen. Die Anzapfungen der Ankerwicklungen sind nun nicht mit Stromwenderstangen, sondern mit Bürsten verbunden, die in der neutralen Zone auf dem Gleitwiderstand schleifen. Von einem der Segmente des Gleitwiderstandes, dem Anschlußsegment, aus erfolgt die Weiterleitung des Stromes zum äußeren Stromkreis über Schleifringe. Eine allmählich und annähernd geradlinig verlaufende Stromwendung wird nun dadurch erzielt, daß zwischen dem Anschlußsegment des Gleitwiderstandes und den Bürsten der kurzgeschlossenen Ankerspule nacheinander Ohmsche Widerstände

ein- bzw. abgeschaltet werden. Der zusätzliche Kurzschlußstrom muß hierbei in jedem Falle seinen Weg über die in Reihe geschalteten Widerstände nehmen und kann- nicht mehr über die Bürste zum benachbarten-Segment fließen. Durch die Einrichtung wird somit in doppelter Hinsicht eine Besserung erzielt; die Ohmschen Widerstände übernehmen die Rolle des Bürstenübergangswider-Standes, und außerdem sind sie mit der kurzgeschlossenen Spule in Reihe geschaltet.

Aus der Zeichnung geht die allgemeine Ausführung und Wirkungsweise der Maschine hervor. Nach Fig. ι bis 5 erfolgt die Stromabnähme von der ruhenden geschlossenen Ankerwicklung mit den Spulen 4, 5, 6, 7 usw. und den Bürsten 3 durch einen umlaufenden Kontakt bzw. einen Gleitwiderstand 1, der mit einer großen Anzahl von Kontakten 2 versehen ist, die, voneinander isoliert, untereinander aber durch Ohmsche Widerstände verbunden sind. Der Gleitwiderstand überdeckt nahezu zwei Felder oder Ankerspulen, die zwischen drei aufeinanderfolgenden Bürsten 3 liegen. Von der Mitte 8 des Gleitwiderstandes aus gelangt der Strom über die beiden Schleifringe 9 und 10 in den äußeren Stromkreis. Bedingung ist, daß der Gleitwiderstand ein Vielfaches des Widerstandes einer Ankerspule ist.

Unter diesen Voraussetzungen muß nach Fig. ι bis 3 die Richtungsänderung des Stromes in der kurzgeschlossenen Spule 5 allmählich und gleichmäßig, d. h. praktisch geradlinig, in der Reihenfolge der abwechselnd von links und rechts überbrückten Kontaktsegmente vor sich gehen. Der hohe Ohmsche Widerstand der umlaufenden Kontakteinrichtung bewirkt in der angegebenen Ausführung erstens eine starke Dämpfung des zusätzlichen Kurzschlußstromes, da die ■ Hälfte der in Reihe geschalteten Teilwiderstände dauernd in den Kurzschlußkreis eingeschaltet ist, und zweitens wird eine allmähliche Stromwendung erzielt, deren Zeitdauer einer Bürstenteilung entspricht. Bei geringen Stromstärken kann deshalb trotz der hohen Induktivität der Spule, die bekanntlich quadratisch mit der Windungszahl wächst, sehr gut eine einwandfreie Kommutierung erzielt werden. Es ist auch nicht unbedingt nötig, Wendepole anzubringen oder das Hauptfeld zur Verbesserung der Kommutierung heranzuziehen, da eine entsprechende Vergrößerung des Gleitwider- ' Standes im gleichen Sinne wirkt. Die Neigung zum Bürstenfeuer ist ferner um so geringer, je größer die Anzahl der Kontakte ist und je größer das Verhältnis vom Gleitzum Spulenwiderstand ist. Die letztere Bedingung gilt besonders für das Ende der Kommutierungsperiode (Fig. 3), wenn der letzte Kontakt des Gleitwiderstandes von der linken Bürste 3 abgleitet. Je kleiner der Teilstrom ist, der in diesem Augenblick noch über die linke Hälfte des Gleitwiderstandes zum Anschlußpunkt 8 fließt, um so weniger ist an dieser Stelle Bürstenfeuer zu erwarten. Man wird deshalb zweckmäßig unter Mehraufwand von Material den Spulenwiderstand möglichst klein und den Ankerfluß möglichst groß machen, um die Windungszahl pro Spule so klein wie möglich zu bekommen.

Je größer der Gleitwiderstand ist, um so stärker pulsiert der Gleichstrom, der in der Stellung nach Fig. 1 seinen Höchstwert und seinen niedrigsten Wert in der Stellung nach Fig. 2 hat, wo zwei gleich große und parallel geschaltete Teilzweige des Gleitwiderstandes in den äußeren Stromkreis miteingeschaltet sind. Erfordert das Anwendungsgebiet einen Bo konstanten Gleichstrom, so kann dies durch Kupplung mit einem zweiten gleich großen Generator, der mit dem ersten in Reihe geschaltet ist, auf folgende Weise erreicht werden: Hat z.B. der eine Generator bezüglich der Stromwendung die Stellung nach Fig. 1, so besitzt im selben Augenblick der andere Generator die Stromwendestellung nach Fig. 2, so daß dadurch die Spannungsdifferenzen fast ausgeglichen werden und die Klemmenspannung nahezu konstant gehalten werden kann. Dasselbe kann man auch mit einem einzigen Generator erreichen, der zwei getrennte Ankerwicklungen besitzt.

In Fig. 4 ist der allgemeine Aufbau der Maschine angedeutet,- Das umlaufende Magnetsystem ist der Übersicht halber nicht eingezeichnet. Fig. 5 zeigt eine schematische Zusammenstellung. Die Ankerwicklung wird mit Vorteil als Ringwicklung ausgeführt, deren Spulen einzeln und fertig isoliert in das zweiteilige Gehäuse eingesetzt werden. Die Teilwiderstände können bei entsprechend geringer Strombelastung evtl. aus nicht drahtförmigem Widerstandsmaterial bestehen, wodurch die Herstellung des Gleitwiderstandes vereinfacht wird. Es liegt auch der Gedanke nahe, bei sehr geringen Strömen den gesamten Gleitwiderstand unter Wegfall der einzelnen Kontaktsegmente aus einem Streifen geeigneten Widerstandsmaterials zu machen. Das Material muß jedoch hart und glatt sein,, da eine Ablagerung von Bürstenstaub unbedingt vermieden werden muß. Den Gleitwiderstand wird man zweckmäßig auf einem Segmentstück 11 nach Fig. .4 anbringen, da bei einem vollen Schleifringkörper die übrigen Bürsten unnötig mitschleifen würden und außerdem Kriechwege zwischen den hohen Bürstenspannungen geschaffen wurden. Der Bürstendruck muß sehr klein sein, da die Bürsten bei dieser Anordnung zum Springen

neigen. Bei den geringen Stromdichten, um die es sich hier handelt, genügt jedoch schon ein ganz leichter Kontakt. Man wird deshalb nur sehr weiche Metallbürsten aus feinen Metallblättchen verwenden und zweckmäßig die Bürsten in der Drehrichtung etwas schräg stellen.

Die Gleichstrom - Hochspannungsmaschine kann mit Vorteil in der Röntgentechnik verwendet werden, da hier pulsierender hochgespannter Gleichstrom benötigt wird; die beschriebene Maschine ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn auf diesem Gebiete verhältnismäßig hohe Leistungen verlangt werden. Die Maschine kann jedoch auch für die Gasreinigung verwendet werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Verbesserung der ίο Stromwendung von Gleichstrom-Hochspannungsmaschinen mit ruhender geschlossener Ankerwicklung, deren Anzapfungen mit Bürsten verbunden sind, von denen der Ankerstrom über umlaufende Kontakte und Schleifringe weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Kontakte in eine Anzahl von Segmenten unterteilt sind, die untereinander durch Ohmsche Widerstände verbunden sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Kontakt nahezu zwei Felder bzw. Ankerspulen überdeckt, die zwischen drei aufeinanderfolgenden Bürsten liegen, und daß in der Mitte des unterteilten umlaufenden Kontaktes bzw. Gleitwiderstandes die Verbindungsleitung zu den Schleifringen angeschlossen ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung der Klemmenspannung zwei gleich große und miteinander gekuppelte· Maschinen oder zwei getrennte Ankerwicklungen einer Maschine in Reihe geschaltet sind, und zwar derart, daß die Stromwendestellungen der beiden Maschinen bzw. der beiden getrennten Ankerwicklungen um eine halbe Kommutierungsperiode gegeneinander verschoben sind.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen