DE568150C - Einrichtung zur Verbesserung der Kommutation von Wechselstromkollektormaschinen - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Unterdrückung der schädlichen Wirkung der Transformations-EMK für die in Kommutation befindlichen Ankerspulen von Wechselstromkollektormaschinen. Wechselstromkollektormotoren für größere Leistungen, insbesondere für Bahnzwecke, wurden bisher nur für niedrigere Frequenzen als die in Wechsel Stromnetzen üblichen von 40 bis 60 Perioden,

ίο und zwar meistens für i6²/₃ Perioden gebaut, da die in den Ankerspulen bei der Kommutierung auftretende induzierte Spannung, die sogen. Transformations-EMK selbst bei wenigen Windungen pro Spule, bereits derart hohe Werte annimmt, daß bei gleichzeitiger Überdeckung von zwei Lamellen, insbesondere

' beim Anlauf, ein sehr großer Kurzschlußstrom in den kommutierenden Spulen auftritt. Dieser Kurzschlußstrom führt zu starker Funken-

ao bildung und, um diese zu vermeiden, zu hoher Lamellenzahl, großem Kollektordurchmesserund hohen Polzahlen. Infolgedessen müssen für wechselstrombetriebene Bahnen bei Verwendung solcher Motoren auf den Triebfahrzeugen besondere Kraftanlagen zur Erzeugung niedriger Frequenz gebaut oder Periodenumformer aufgestellt werden.

Durch vorliegende Erfindung wird bezweckt, bei Wechselstromkollektormotoren die Kommutierung derart zu verbessern, daß dieselbe bei Verwendung des Motors für Frequenzen über i6²/3 Perioden keine größeren Schwierigkeiten bietet als bei Gleichstrommaschinen.

Dies wird bei Wechselstromkollektormaschinen bekannter Art mit einem oder mehreren abwechselnd aus Wirk- und Blindlamellen bestehenden Kollektoren und mit je Bürstenpol in zwei Teile aufgeteilten und durch einen Widerstand miteinander verbundenen Teilbürsten, die in solchem Abstand voneinander abstehen, daß keine Unterbrechung des zugeführten Stromes eintritt, gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß als Widerstand ein zwischen die Teilbürsten gelegter, auf die Kreisfrequenz des Betriebswechselstromes abgestimmter Sperrkreis verwendet wird, welcher aus einer Drosselspule und einem dazu parallel liegenden Kondensator gebildet ist und daß die Zuleitung des Bürstenstromes ungefähr an die Spulenmitte der Drosselspule angeschlossen ist. Für die Induktivität L und die Kapazität C gilt die Beziehung O)₂L C = 1.

Es ist zwar bereits eine Kollektoranordnung bekannt mit Wirk- und Blindlamellen und aufgeteilten Bürsten gleicher Polarität, die durch Ohmsche Widerstände miteinander verbunden sind. Die Stromzuführung geschieht in der Mitte der Widerstände. Diese Einrichtung sucht durch Erhöhung des Ohmschen Widerstandes des Kurzschlußkreises einer Spule den Kurzschlußstrom, welchen die Transformations-EMK (Ruhespannung) in ihr erzeugen kann, zu vermindern und kommt nur auf anderem Wege auf die allgemein bekannte Einschaltung sog. Widerstandsverbindungen zwischen Ankerwicklung und Kollektor hinaus. Sie verhindert

also gar nicht die Möglichkeit der Erzeugung eines Kurzschlußstromes durch die Transformations-EMK, sondern vermag höchsten: den Strom unter Erhöhung der Verluste und S auf Kosten des Wirkungsgrades etwas einzuschränken.

Auch ist eine im wesentlichen nicht anders arbeitende Anordnung bekannt, bei welcher der energieverbrauchende Ohmsche Widerstand ίο durch eine Drosselspule ersetzt ist. Im übrigen ist auch bei dieser Anordnung nicht vermieden, daß die Ankerspulen infolge der Transformations-EMK bereits bei Stillstand des Motorankers einen Strom führen und dieser Strom auch beim Lauf bestehen bleibt. Durch diesen Strom aber unterscheidet sich gerade der Wechselfeldkommutatormotor vom Gleichfeldmotor und wird dadurch erst bedeutend empfindlicher in der Kommutation. Im Gegensatz hierzu wird bei vorliegender Erfindung zwischen die aufgeteilten Bürsten eines Bürstenbolzens ein elektrischer Sperrkreis geschaltet, der bei richtiger Abstimmung auf die Netzfrequenz praktisch keinen Strom durchläßt, also für die Transformations-EMK der in Kommutation befindlichen Ankerspulen einen unendlich großen Widerstand darstellt. Die Transformations-EMK kann in den Sperrkreis keinen Strom entsenden, der Anker ist also stets, ob er läuft oder stillsteht, von zusätzlichen Kurzschlußströmen nicht belastet. Im Sperrkreise selbst, d. h. sowohl in der Drosselspule wie in dem Kondensator, fließt natürlich Strom.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist A die Abwicklung der z. B. zweipoligen Ankerwicklung eines Einphasenkollektormotors und K, ist der Kollektor.

Auf dem Kollektor ist nun zwischen je zwei der mit ungeraden Zahlen bezeichneten aktiven oder Wirklamellen eine mit gerader Zahl bezeichnete Blindlamelle angeordnet, welche nicht an die Ankerwicklung angeschlossen ist. Auf den Lamellen liegen die Bürsten B₁ und B₂ auf, welche die Breite b einer Lamelle haben und in solchem Abstand voneinander angeordnet sind, daß einerseits eine Bürste nie zwei Wirklamellen gleichzeitig berühren kann und anderseits nie eine Unterbrechung des Betriebsstromes i entsteht. Im vorliegenden Falle sind die Bürsten X¹J₂ Lamellenbreite voneinander entfernt, so daß die Bürste B₁ die Lamelle 1 und die Bürste B₂ die Lamelle 3 berührt. Die Stromzuführung ist an den Punkt O angeschlossen, welcher den Mittelpunkt einer Drosselspule von der Induktanz L bildet und deren Enden mit den beiden Bürsten B₁ und B₂ verbunden sind. Parallel zur Drosselspule L ist ein Kondensator C geschaltet, dessen Kapazität derart bemessen ist, daß dieselbe bei der Netzfrequenz mit der Induktanz L in Resonanz ist, d.h. daß W₂LC = 1. Die InduktanzL und die Kapazität C bilden also für die in jeder Spule erzeugte Transformations-EMKe^ von der Frequenz f einen sogenannten Sperrkreis, in welchen die EMKe^ keinen Strom hineinschicken kann, so daß auch die Gefahr eines Kurzschlusses für die EMKe*_r ausgeschlossen ist. Alle in der betreffenden Ankerspule S sonst noch vorhandenen induzierten EMKe von höherer oder niederer Frequenz können sich teils über C, teils über L ausgleichen, während der

Betriebsstrom i sich in zwei Teilen— auf die

beiden Hälften der Spule L verteilt, deren induktive Wirkungen sich gegenseitig aufheben, so daß dem Strom i stets nur der Ohmsche Widerstand der Spule, welcher leicht klein gehalten werden kann, entgegensteht.

Um nun je nach den Verhältnissen zu vermeiden, daß man einen übermäßig großen Kollektordurchmesser erhält, kann man gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 die Lamellen je zur Hälfte auf zwei axial nebeneinanderliegende Kollektorkränze verteilen, so daß der Kollektordurchmesser nur halb so groß wird, wobei auf jedem Kollektorkranz Wirklamellen und Blindlamellen miteinander abwechseln. Die einzelnen, jedem Kollektorkranz anliegenden Bürsten B₁ und B₂ sind hierbei ebenfalls so angeordnet, daß der Strom i nicht unterbrochen wird, auch wenn die eine der Bürsten eine Blindlamelle berührt. Im übrigen ist der Anschluß der Zuführung an die Bürsten unter Vermittlung eines Sperrkreises genau der gleiche, wie in Fig. 1 dargestellt.

Man könnte natürlich die Wirklamellen des zweiten Kollektors auch an eine zweite, von der ersten elektrisch getrennte Ankerwicklung anschließen und an ihren Bürsten die gleiche Sperrkreisanordnung vorsehen.

Statt an die Bürsten unmittelbar angeschlossen zu werden, kann der Kondensator auch an die Enden einer Spule angeschlossen werden, welche nach Art eines normalen oder nach Art eines Spartransformators mit der Spule L magnetisch verbunden wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Unterdrückung der schädlichen Wirkung der Transformations-EMK für die jeweils kurzgeschlossenen Ankerspulen von Wechselstrom-Kollektormaschinen mit einem oder mehreren abwechselnd aus Wirk- und Blindlamellen bestehenden Kollektoren und mit je Bürstenpol in zwei Teile aufgeteilten und durch einen Widerstand miteinander verbundenen Teilbürsten, die in solchem Abstand vonein-

   ander abstehen, daß keine Unterbrechung des zugeführten Stromes eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstand ein zwischen die Teilbürsten gelegter, auf die Kreisfrequenz des Betriebswechselstromes abgestimmter Sperrkreis verwendet wird, welcher aus einer Drosselspule und einem dazu parallel liegenden Kondensator gebildet ist, und daß die Zuleitung des Bürstenstromes ungefähr an die Spulenmitte der Drosselspule angeschlossen ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit der Drosselspule induktiv gekoppelt ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen