DE655112C - Kommutierungsvorrichtung - Google Patents
KommutierungsvorrichtungInfo
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- DE655112C DE655112C DED69181D DED0069181D DE655112C DE 655112 C DE655112 C DE 655112C DE D69181 D DED69181 D DE D69181D DE D0069181 D DED0069181 D DE D0069181D DE 655112 C DE655112 C DE 655112C
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
- H02K13/14—Circuit arrangements for improvement of commutation, e.g. by use of unidirectionally conductive elements
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Description
Zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt hat man bisher
teils Maschinen mit umlaufenden Kommutatoren, teils feste Gleichrichter, z. B. Quecksilberdampfgleichrichter,
verwendet. Beide Arten von Umformern sind indessen mit gewissen Nachteilen behaftet. Die Kommutierungsschwierigkeiten
bei rotierenden Kommutatoren sind nun so wohlbekannt, um hier besonders hervorgehoben zu werden. Andererseits
ergeben sich bei den Gleichrichtern große Schwierigkeiten hinsichtlich der Isolierung
gegen Rückstrom, welche eine wesentliche Vergrößerung der Abmessungen der Gleichrichter
bedingen.
Um die bei den umlaufenden Kommutatoren auftretenden Kommutierungsschwierigkeiten
zu beseitigen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Bürsten des Kommutators mit Gleichrichtern
in Reihe zu schalten, welche die Entstehung von Kurzschlußströmen zwischen den Kommutatorlamellen und den Bürsten verhindern
sollen. Es hat sich aber gezeigt, daß die Gleichrichter erhebliche unerwünschte Spannungsabfälle verursachen und daß ihnen
bei großen Strombelastungen so große Dimensionen gegeben werden müssen, daß sie sehr
teuer werden.
Es ist auch bekannt, den Kommutator mit zwei Bürsten zu versehen, von welchen eine mit einer äußeren, für die Zuleitung oder Ableitung des Stromes bestimmten Polklemme, unmittelbar verbunden ist, während die andere, gegenüber dieser Bürste am Anfang des Kommutators versetzte Bürste mit derselben Polklemme über einen Gleichrichter verbunden ist. Der Hauptteil des vom Kommutator abgeleiteten bzw. dem Kommutator zugeführten Stromes wird hierbei über die mit der Polklemme unmittelbar verbundene Bürste, die sog. Hauptbürste, geleitet, während die andere Bürste nur als Kommutierungshilfsmittel dient. Der mit der letzterwähnten Hilf sbürste verbundene Gleichrichter verursacht also keinen Spannungsabfall in der Betriebsspan- 4·> nung und wird nur durch verhältnismäßig niedrige Ströme belastet.
Es ist auch bekannt, den Kommutator mit zwei Bürsten zu versehen, von welchen eine mit einer äußeren, für die Zuleitung oder Ableitung des Stromes bestimmten Polklemme, unmittelbar verbunden ist, während die andere, gegenüber dieser Bürste am Anfang des Kommutators versetzte Bürste mit derselben Polklemme über einen Gleichrichter verbunden ist. Der Hauptteil des vom Kommutator abgeleiteten bzw. dem Kommutator zugeführten Stromes wird hierbei über die mit der Polklemme unmittelbar verbundene Bürste, die sog. Hauptbürste, geleitet, während die andere Bürste nur als Kommutierungshilfsmittel dient. Der mit der letzterwähnten Hilf sbürste verbundene Gleichrichter verursacht also keinen Spannungsabfall in der Betriebsspan- 4·> nung und wird nur durch verhältnismäßig niedrige Ströme belastet.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieser bekannten Vorrichtungen
und besteht darin, daß der Kommutator mindestens mit zwei beiderseits der Hauptbürste
gelegenen und gegen sie am Umfang des Kommutators versetzte Hilfsbürsten versehen
ist, welche mit der an die Hauptbürste angeschlossenen Polklemme über je einen Gleichrichter
verbunden sind.
Die Anordnung zweier als Kommutierungshilfsmittel dienenden Hilfsbürsten beiderseits
der Hauptbürste bringt zunächst den Vorteil mit sich, daß die Drehrichtung der Kommutierungsvorrichtung
umkehrbar wird und daß man unabhängig von der Drehrichtung voll-
ständiges Löschen des Kommutierungsfunkens sowohl an der auflaufenden als auch an der
ablaufenden Bürstenkante erzielt. Weiterhin ermöglichen die beiderseits der Hauptbürste
angeordneten Hilfsbürsten die Spannungsregelung durch Bürstenverschiebung unter vollständiger Löschung des Kommutierungsfunkens
sowohl an der auflaufenden als auch an der ablaufenden Bürstenkante; dadurch
wird es möglich, die Spannungsregelung durch Bürstenverschiebung in einem sehr großen
Bereich ohne Gefahr der Funkenbildung vorzunehmen. Ferner ermöglicht die Erfindung
eine weitgehende Verminderung der Lamellenzahl, da auch bei einer ziemlich hohen Lamellenspannung
keine Funkbildung zu befürchten ist. Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen
Anordnung die Wirkung der Bürstenverschiebung einfach durch Regelung der Zündspannung des an die eine Hilfsbürste
angeschlossenen Gleichrichters erzielt werden.
In der Zeichnung sind beispielsweise verschiedene
Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Abb. ι zeigt die bekannte Kommutierungsvorrichtung, die zur Erklärung der Wirkungsweise
der als Kommutierungshilfsmittel angeordneten
Gleichrichter dienen soll.
Die Vorrichtung nach Abb. 1 enthält einen aus drei Lamellen Z1, I2 und Z3 bestehenden
rotierenden Kommutator. Die Lamellen sind einzeln an die Wicklungen eines Dreiphasensystems
angeschlossen, z. B. an je eine Sekundärwicklung eines Dreiphasentransformators.
Der Strom jeder der Bürsten b1 und b2 fließt
über je einen Gleichrichter ΏΛ, D2 zu dem
einen Gleichstrompol P1. Der zweite Gleichstrompol P2 ist der Nullpunkt der Sekundärseite
des Dreiphasentransformators. Der Kommutator I1, I2, /3 wird im eingezeichneten Drehsinn
synchron vom Wechselstromnetz getrieben, z. B. mittels eines an dieses angeschlossenen
Synchronmotor, der so eingestellt ist, daß, wenn die Spannung einer Lamelle, z. B.
I1, sich ihrem maximalen Wert nähert, diese
Lamelle I1 mit der Bürste bt in Berührung
kommt. Die von der Lamelle Z3 herrührende Spannung der Polklemme P1 ist in diesem
Augenblick ein wenig höher als die Spannung der Lamelle I1, so daß die Gefahr des
Entstehens eines Rückstromes bestehen würde. Diese Gefahr wird jedoch durch den Gleichrichter
D1 beseitigt, so daß kein Funke gebildet werden kann. Eine kurze Zeit später erreicht
die Spannung der Lamelle I1 den Wert
der Spannung der Polklemme P1, wobei dann auch von dieser Lamelle Strom zu der Polklemme P1 fließt. Die Lamelle I1 kommt nun
auch mit der Bürste b2 in Berührung, und zwar während sie noch mit der Bürste bt Kontakt
hat, so daß auch jetzt keine Funkenbildung entsteht. Bei Weiterdrehung der Lamelle
I1 verläßt diese die Bürste blt und der
Strom geht jetzt nur durch die Bürste b2.
Im nächsten Moment berührt die Lamelle I2 die Bürste bt, jedoch erfolgt hier kein
■ Stromübergang, bevor die Spannung der Lamelle^ unter den \Vert der Spannung der
Lamelle I2 gefallen ist. Wenn dies eingetreten
ist, wird von der Lamelle Z2 Strom durch die Bürste bt zum PoIP1 fließen, der Rückfluß
des Stromes über die Bürste b2 zur Lamelle I1
wird jedoch dabei durch den Gleichrichter D2 verhindert, so daß die Lamelle Z1 die Bürste b2
ohne Funkenbildung verlassen kann.
Dieses Spiel wiederholt sich nun dauernd mit dem Erfolg, daß eine funkenfreie Kommutierung erzielt wird. Die Bedingung hierfür
ist, daß der Lamellenabstand a größer ist als die Breite der Bürsten U)1 bzw. b2 und daß
der Bürstenabstand c kleiner ist als die Breite der Lamellen I1, I2 bzw. Z3.
Diese bekannte Vorrichtung nach Abb. I · hat noch den Nachteil, daß zumindest einer
der Gleichrichter D1 oder D2 stets in den ,
Stromkreis eingeschaltet ist. Um den dadurch bedingten Spannungsverlust zu vermindern,
ist gemäß der Erfindung in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weise zwischen den Bürsten
bt und b2 eine weitere Bürste bg vorgesehen,
welche unmittelbar mit dem Pol P1 verbunden ist. Hierbei fließt der Strom von
jeder Lamelle erst durch die Bürste ^1 und
den Gleichrichter D1, dann aber durch die
Bürste b0 unmittelbar zum Pol P1 und schließlich
durch die Bürste b2 und den Gleichrichter D2. Zur Vermeidung der Funkenbildung
soll dabei ebenfalls die Breite der Bürsten ^1
und b2 kleiner sein als der Lamellenabstand.
Die Breite der Bürste bv soll dagegen gleich oder größer sein als der Lamellenabstand a.
Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform
der Erfindung. Hier sind L1, L2 und L3 die
drei offenen Phasenwicklungen eines Umformers. Die Endpunkte jeder Wicklung sind
an sechs Lamellen Z1 bis /6 angeschlossen, und
die drei Bürsten b„, bt, b2 sind so angeordnet,
daß sie je eine dieser Lamellen umfassen. Außer diesen Bürsten ist eine größere Bürste
bs vorgesehen, .welche allein drei Lamellen
umfaßt. Die drei Bürsten b0, bt und b2 sind
wie früher beschrieben, an den PoIP1 angeschlossen,
wobei die Zuleitungen der Bürsten bt und b2 über einen Zweiwegegleichrichter D
verlaufen. Außer diesen Bürsten ist noch eine größere Bürste &3 vorgesehen, welche an den
Pol P2 angeschlossen ist.
Bedingung der funkenfreien Kommutierung ist hierbei eine derartige Bemessung des von
der Bürste &s eingeschlossenen Winkels,, daß
durch die jeweils gerade mit ihr in -Beruh-
rung kommende Lamelle, ζ. B. /4, in diesem
Augenblick kein Strom fließt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die gegenüberliegende
Lamelle I1 im gleichen Augenblick die Bürste ^1 noch nicht berührt oder daß
der Gleichrichter, der an die Bürste bt angeschlossen
ist, keinen Strom durchläßt. Aus demselben Grunde soll die Lamelle /4 auch
stromlos sein, wenn sie die Bürste b3 gerade
to verläßt.
Die Vorrichtung nach Abb. 3 ergibt denselben Gleichförmigkeitsgrad wie ein sechsphasiger
Quecksilberdampfgleichrichter mit zugehörigem sechsphasigem Transformator, hat aber diesem gegenüber den Vorteil, daß
der Umformer billiger in der Ausführung wird, da er beispielsweise gemäß Abb. 3 nur
drei Wickelungen benötigt, überdies ist auch insbesondere bei den Anordnungen nach
Abb. 2 und 3 der Wirkungsgrad besser, da der Strom im wesentlichen durch die Bürste
bn unmittelbar zum Pol P1 fließt, keinen
Gleichrichter passiert, so daß der Spannungsverlust im Gleichrichter zum größten Teil be-
seitigt ist. Schließlich kann der Zweiwegegleichrichter bedeutend kleiner gemacht werden,
weil die an seinen Klemmen austretende Rückspannung nur einen Bruchteil der Spannung
zwischen den Gleichstrompolen P1 und P2 ausmacht.
Bei der in Abb. 3 gezeigten Vorrichtung könnten gewisse Pulsationen der Gleichstromspannung
entstehen, da der Strom von den Bürsten teilweise durch Gleichrichter und teilweise unmittelbar zum Pol P1 gelangt.
Um dies zu vermeiden, ist die Anordnung so getroffen, daß die Bürste b0 ständig mit einer
oder mehreren Lamellen in Berührung steht. Hierdurch wird außerdem eine bessere Ausnützung
der Wickelungen des Umformers erreicht, indem der Strain gleichzeitig durch
zwei oder mehrere Wickelungen geht. Um zu verhindern, daß Kurzschlußstrom zwischen
denjenigen Wickelungen entsteht, deren Lamellen gleichzeitig unter der Bürste b0 liegen,
muß die Bürste fc0 oder gegebenenfalls die
Bürste bs in zwei oder mehrere isolierte Teile geteilt werden, wie in Abb. 4 dargestellt, in
welcher die Bürste b„ in die beiden Teilbürsten
b01 und b02 unterteilt ist. Zwischen
die Leitungen der beiden Bürsten b01 und b02
ist in an sich bekannter Weise ein Saugtransformator eingeschaltet, damit durch die Bürsten
b01 und b02 annähernd gleich starke Ströme
fließen. Der Abstand zwischen den Bürsten O01 und bü2 muß kleiner als die Lamellenbreite
des Kommutators sein.
Durch Änderung der Lage der Bürsten im Verhältnis zur Symmetrieebene des Kommutators
kann die Spannungsumwandelung zwischen den Wechselstrom- und Gleichstromseiten geregelt werden, wie in Abb. 5 dargestellt
ist. Um eine zu hohe Stromdichte zu verhindern, wenn eine Lamelle, z. B. I1 in
Abb. 5, die Bürste b1 trifft, ist der zwischen der Bürste bt und dem Pol P1 liegende Gleichrichter
vorteilhaft mit einem Steuergitter 5" ausgerüstet, welchem eine solche Spannung
aufgedrückt wird, daß kein Stromdurchgang erfolgen kann, bevor zwischen der Lamelle I1
und der Bürste bt guter Kontakt besteht. Das Gitter erhält also eine veränderliche Spannung
von derselben Frequenz, mit der die Lamellen an der Bürste bt vorbeigehen, und
zwar zweckmäßig von einem mit dem Treibmotor des Kommutators zusammengeschalteten
Hilfsgenerator.
Anstatt der offenen Schaltung der Wickelungen gemäß Abb. 3 kann auch eine Dreieckschaltung
oder aber eine Ringschaltung gemaß Abb. 6 verwendet werden. In diesem
Fall müssen jedoch die beiden Bürstengruppen, die an je einen Pol anzuschließen sind,
gleich ausgeführt werden und jede aus mindestens drei Bürsten bestehen.
In gewöhnlichen Gleichstrommaschinen kann die Ankerwickelung als eine vielphasige
Wechselstromwickelung betrachtet werden, wobei der umlaufende Kommutator bei
Gleichstromgeneratoren Gleichrichtung des erzeugten Wechselstromes und bei Gleichstrommotoren
Umwandlung des zugeführten Gleichstromes in Wechselstrom bewirkt. Die Erfindung kann selbstverständlich auch hier
Anwendung finden.
Bei Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ohne umlaufende Wickelungen
und beim Betrieb von Wechselstromkommutatoren ist es nicht gut möglich, Kommutierungspole
zur Erleichterung der Kommutierung zu verwenden. Um in diesen Fällen funkenfreie Kommutierung zu erhalten, ist
erforderlich, daß die Lamelle stromlos wird, ehe sie die letzte Bürste verläßt. Dies kann
in an und für sich bekannter Weise erreicht werden, indem eine elektromotorische Kraft
in die Leitung zwischen der letzten Bürste b.2 und dem Gleichstrompol P1 eingeführt wird.
Diese elektromotorische Kraft soll dem Strom in der betreffenden Leitung entgegengerichtet
und so groß sein, daß der Strom Null wird, ehe irgendeine Lamelle die Bürste b2 verläßt. Der Gleichrichter verhindert hierbei
Rückstrom. Die betreffende EMK kann zweckmäßig in einem Wechselstromgenerator V (Abb. 7) erzeugt werden, dessen Frequenz
der Lamellenfrequenz gleich ist. Da die Stromstärke die Größe dieser EMK bedingt,
wird die Erregerwickelung des Wechselstromgenerators V vorteilhaft mit einem
der Gleichstrompole, z. B. P2, in Reihe geschaltet.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Einführung einer EMK von Lamellenffequenz
in die Leitung der ablaufenden Bürste b2 mittels
eines Transformators. Die Primärseite dieses Transformators kann, wie in Abb. 8,
in die Leitung der auflaufenden Bürste bt eingeschaltet
werden.
Bei Wechselstrommaschinen, ζ. B. Einphasenserienniotoren
und Schragemotoren, durchfließt der Strom die Bürsten in beiden
Richtungen. Um die Erfindung hier verwerten zu können, muß man also entweder die
Gleichrichter im Takt des Wechsels der Stromrichtung umkehren oder doppelte Gleichrichter
verwenden, wobei nur diejenigen Gleichrichter wirksam sind, die den Strom in der gewünschten Richtung durchlassen. Die
anderen können z. B. mittels negativer Gittervorspannung gesperrt werden.
Die Erfindung kann selbstverständlich auch in allen anderen Fällen verwendet werden,
wenn es gilt, Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt umzuwandeln, z. B. bei Einankerumformern
und einphasigen oder mehrphasigen Kommutatormotoren, wie auch bei Umwandlung von Gleichstrom in Gleichstrom
anderer Spannung oder Wechselstrom in Wechselstrom anderer Frequenz.
Claims (7)
- Patentansprüche:i. Kommutierungsvorrichtung für elektrische Umformer, Motoren oder Generatoren mit gegen einen Kommutator anliegenden Haupt- und Hilfsbürsten, welche' unmittelbar bzw. über Gleichrichter mit einer äußeren, zur Zuleitung oder Ableitung elektrischen Stromes dienenden Polklemme verbunden sind, wobei die Gleichrichter zur Verhinderung von Kurzschlußströmen zwischen Kommutatorlamellen und den Bürsten angeordnet sind, gekennzeichnet durch zwei beiderseits einer mit der Polklemme unmittelbar ver-> bundenen Hauptbürste gelegene und gegen sie am Umfang des Kommutators versetzte Hilfsbürsten, die über je einen Gleichrichter mit der Polklemme verbunden sind.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Hauptbürste und den Hilfsbürsten kleiner ist als die Lamellenbreite des Kommutators.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die mit der Polklemme unmittelbar verbundene Hauptbürste gleichzeitig mehrere Lamellen bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bürste in zwei oder mehrere voneinander isolierte Teile unterteilt ist, welche über je eine Wickelung eines oder mehrerer Hilfstransformatoren mit der Polklemme verbunden sind.
- 4. Vorrichtung nach einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter mit Vorrichtungen zur Regelung der Zünd- oder Schwellenspannung versehen sind.
- 5. Vorrichtung nach einem der obigen Patentansprüche, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zurEinführung einer Hilfsspannung in Reihe mit einer der mit der Polklemme über Gleichrichter verbundenen Hilfsbürsten.
- 6. Spannungsreglung bei einer Vorrichtung nach einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten am Kommutatorumfang verschiebbar sind.
- 7. Vorrichtung nach einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der einen äußeren Polklemme verbundenen drei Bürsten je eine Lamelle umfassen, die an das eine Ende dreier offener Phasenwickelungen angeschlossen s5 sind, deren andere Enden über eine weitere Bürste mit einer anderen äußeren Polklemme verbunden sind.Hierzu I Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE655112X | 1933-11-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE655112C true DE655112C (de) | 1938-01-08 |
Family
ID=20314150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DED69181D Expired DE655112C (de) | 1933-11-18 | 1934-11-20 | Kommutierungsvorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE655112C (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE970632C (de) * | 1940-11-26 | 1958-10-09 | Aeg | Mechanischer Stromrichter oder elektrische Maschine mit Drosseln zur Erleichterung der Kommutierung |
EP0025058A1 (de) * | 1979-03-14 | 1981-03-18 | John Thomas Richard Wilson | Elektrische maschinen mit einer vielzahl von wicklungen. |
USRE32674E (en) * | 1979-03-14 | 1988-05-24 | Multiple windings electrical machines | |
US5077509A (en) * | 1980-09-17 | 1991-12-31 | Wilson John T R | Multiple windings electrical motors controllers |
-
1934
- 1934-11-20 DE DED69181D patent/DE655112C/de not_active Expired
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE970632C (de) * | 1940-11-26 | 1958-10-09 | Aeg | Mechanischer Stromrichter oder elektrische Maschine mit Drosseln zur Erleichterung der Kommutierung |
EP0025058A1 (de) * | 1979-03-14 | 1981-03-18 | John Thomas Richard Wilson | Elektrische maschinen mit einer vielzahl von wicklungen. |
EP0025058B1 (de) * | 1979-03-14 | 1987-11-11 | WILSON, John Thomas Richard | Elektrische maschinen mit einer vielzahl von wicklungen |
USRE32674E (en) * | 1979-03-14 | 1988-05-24 | Multiple windings electrical machines | |
US5077509A (en) * | 1980-09-17 | 1991-12-31 | Wilson John T R | Multiple windings electrical motors controllers |
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