DE670787C - Verwendung von zur Aufnahme durch den Kommutationsvorgang frei werdender Schaltenergie dienenden Kondensatoren bei Wechselstromkommutatorbahnmotoren fuer die Frequenz des Landesversorgungsnetzes - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 26. JANUAR 1939

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 670 KLASSE 201 GRUPPE

Julius Pintsch Korn.-Ges. in Berlin*)

Landesversorgungsnetzes

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Juli 1935 ab

Es ist bereits bekanntgeworden, bei elektrischen Maschinen mit Kommutatoren zur Verringerung der Funkenbildung die bzw. jede Schaltstelle durch einen Kondensator zu überbrücken, der einerseits an die Bürste (Hauptbürste) und andererseits an eine Hilfsbürste angeschlossen ist, welche auf demselben Kommutator wie die Hauptbürste läuft und wesentlich schmaler als die Hauptbürste ist und mit geeigneter Versetzung (in der Laufrichtung) zur Hauptbürste angeordnet ist. Dabei sind die Lamellen des Kommutators auf dem Teil, auf dem die Hilfsbürsten laufen, mit Ausschnitten versehen, so daß auf diesem Teil des Kommutators der Isolationssteg eine größere Breite besitzt.

Eine wesentlich günstigere Anordnung besteht nun darin, daß die Hilfsbürsten auf einem zweiten Kommutator (Hilfskommutator) laufen, der die doppelte Lamellenanzahl wie der Hauptkommutator hat und mit je einer Blindlamelle zwischen zwei seiner an Lamellen des Hauptkommutators angeschlossenen Lamellen versehen ist. Auf diese Weise kann eine sichere Auflage der Hilfsbürsten dadurch erzielt werden, daß der Zwischenraum zwischen zwei Lamellen des Hauptkommutators elektrisch verbundenen Bürsten desHilfskommutators im wesentlichen durch die Blindlamelle, also durch Metall und insbesondere dasselbe Material (Kupfer) wie die Hauptlamelle, ausgefüllt ist. Infolgedessen ist die Abnutzung längs des Umfanges des Hilfskommutators eine sehr gleichmäßige und die sichere Auflage der Hilfsbürsten weitgehendst gewährleistet und dadurch auch noch weiterhin erreicht, daß eine gleichmäßige, elektrisch gut leitende Verbindung zwischen Kondensator und Schaltstelle gesichert ist.

Das ermöglicht nun aber, die erwähnten Kondensatoren auch bei den sehr stark beanspruchten Bahnmotoren zur Aufnahme durch den Kommutationsvorgang frei werdenden Schaltenergie zu benutzen und sie anzuwenden, um auch bei Speisung des Bahnmotors aus dem Landesversorgungsnetz trotz (gegenüber Speisung mit i6²/₃ Hz) erheblich vergrößerter Transformatorspannung eine praktisch funkenfreie Kommutierung zu erzielen.

Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von zur Aufnahme durch den Kommutationsvorgang frei werdender Schaltenergiedienenden Kondensatoren, die an' die Schalt-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Paul Rauhut in Ennetbaden, Schweiz.

stelle mittels Hilfsbürsten angeschlossen sind bei Wechselstromkommutatorbahnmotoren für die Frequenz des Landesversorgungsnetzes, und zwar in der Weise, daß die Hilf sbürsten auf einem zweiten Kommutator (Hilfskommutator) laufen, der die doppelte Lamellenanzahl wie der Hauptkommutator hat, und mit je einer Blindlamelle zwischen zwei seiner an Lamellen des Hauptkommutators angeschlossenen Lamellen ίο versehen ist. ■

Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann unabhängig davon Verwendung finden, ob der Motor mit Wendepolen ausgestattet ist oder nicht. Sie kann beispielsweise dazu dienen, die Wirkung der Wendepole — sei es nun, daß diese zur Aufhebung der Stromwendespannung (wie bei Gleichstrommaschinen) oder zur Aufhebung der Transformatorspannung oder beider Spannungen dienen — zu unterstützen, wodurch ao höhere Stromwendespannungen bzw. Transformatorspannungen zugelassen werden können, was zu einer bedeutenden Verkleinerung bzw. Verbilligung des Motors führt. Der Gegenstand der Erfindung kann weiterhin ermöglichen, die Wendepole bei den Motoren fortzulassen, was eine erhebliche Vereinfachung des Motors gestattet.

Eine einfache Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, daß man zu jeder Hauptbürste je eine Hilfsbürste vorsieht. Der Kondensator wird dann zwischen dieser Hilfsbürste und der Hauptbürste angeschlossen. Die Hilfsbürste muß gegenüber der Hauptbürste in der Umfangsrichtung des Kommutators so versetzt sein, daß die Aufnahme der Schaltenergie durch den Kondensator ermöglicht wird. Ein Beispiel für eine derartige Einrichtung zeigt die Abb. 1. Die Drehrichtung des Kommutators ist durch einen Pfeil angedeutet. In Abb. ι ist schematisch ein Teil eines Kommutators i, dessen Lamellen an die Wicklung 2 angeschlossen sind, dargestellt. Die Hauptbürste 3 ist mit der Hilfsbürste 4 über den Kondensator 5 verbunden. Da die Hilfsbürste 4 gegen die Hauptbürste in der Bewegungsrichtung des Kommutators etwas versetzt angeordnet ist, wird beim Schaltvorgang der Kondensator 5 der Schaltstelle parallel geschaltet und kann die Schaltenergie aufnehmen. Zu diesem Zwecke sind nun zwischen den mit den Lamellen des Hauptkommutators verbundenen Lamellen 7 des Hilfskommutators Blindlamellen 8 eingeschaltet, so daß der Hilfskommutator die doppelte oder mehrfache Lamellenzahl des Hauptkommutators hat. Die Breite der Hilfsbürste 4 kann so bemessen sein, daß sie keine oder mindestens keine so große Lamellenspannung wie die Hauptbürste kurzschließt.

Man braucht nicht unbedingt so viel Kondensatoren vorzusehen, als beim Motor Bürstenstifte vorhanden sind. Vielmehr kann die Zahl der Kondensatoren auf eine kleinere Anzahl beschränkt werden, z. B. dadurch, daß bei Motoren, bei denen zwei oder mehr Hauptbürsten ' parallel geschaltet sind, nur einer dieser Hauptbursten ein Kondensator zugeordnet ist.

Anordnungen, bei denen jeder Hauptbürste mehr als eine Hilfsbürste zugeordnet sind, zeigen die Abbildungen 2, 3 und 4. In Abb. 2 entsprechen Kommutator und Hilfskommutator der Darstellung in Abb. 1. Der- Kondensator 5 ist aber nicht zwischen die Hauptbürste und eine Hilfsbürste, sondern zwischen die Hilfsbürsten 4 und 9 geschaltet, die gleichzeitig auf verschiedenen Wirklamellen 7 des Hilfskommutators aufliegen.

Die Stellung der Hilfsbürste zur Hauptbürste bzw. der beiden Bürsten zueinander kann vorteilhaft auf die günstigste Lage einstellbar bzw. von der Drehzahl, der Frequenz oder dem Belastungsstrom abhängig gemacht werden. Umfaßt, wie in Abb. 3 dargestellt, die Breite der Hauptbürste 3 mehr als eine Lamellenteilung, so kann es vorteilhaft sein, mehrere zwischen mehrere Hilfsbürsten ir, 12, 13, 14 geschaltete Kondensatoren 15, 16, 17 anzuordnen, deren Wirkung sich über die Breite der Hauptbürsten verteilt. Die gewählte Zahl der Kondensatoren kann selbstverständlich der Größe und den Betriebsbedingungen des Motors entsprechend auch anders als in Abb. 3 dargestellt gewählt werden.

Bei Motoren mit veränderbarem Drehsinn ist es, sofern die Hilfsbürsten nicht in der Bewegungsrichtung symmetrisch zur Hauptbürste, wie z. B. in Abb. 3 dargestellt, angeordnet sind, erforderlich, die Lage der Hilfsbürste gegenüber der Hauptbürste zu ändern, was gegebenenfalls selbsttätig mit der Drehrichtungsumkehr, z.B. j00 in Abhängigkeit von dem Steuerorgan, erfolgen kann. Es kann aber auch für jeden Drehsinn je eine Hilfsbürste angeordnet werden, wie dieses Abb. 4 zeigt. Der Kondensator 5 ist hier einerseits mit der Hauptbürste 3 unmittelbar, ande- j rerseits mit den Hilfsbürsten 18, 19 über die Schalter 20, 21 verbunden. Von den Schaltern 20, 21 ist stets der geschlossen, der den Kondensator 5 mit derjenigen Hilfsbürste verbindet, die der Hauptbürste nacheilt. Der andere Schalter muß gleichzeitig geöffnet sein. Anstatt die Schalter 20, 21 anzubringen, könnte auch jeweils die abzuschaltende Hilfsbürste vom Hilfskommutator abgehoben werden. Werden wischen den Hilfsbürsten zwei Kondensatoren angeordnet und deren Mitte mit der Hauptbürste oder mit einer dritten Hilfsbürste verbunden, so ist ein Abschalten einer Hilfsbürste bei Änderung des Drehsinnes nicht notwendig.

Unter Umständen wird es zweckmäßig sein, ;um Kondensator 5 einen Widerstand 22 parallel ;u schalten, wie dieses Abb. 5 zeigt, oder mit

dem Kondensator 5 einen Widerstand 23 in Reihe zu schalten, wie es Abb. 6 darstellt, oder beide Widerstände 22, 23 gleichzeitig anzuordnen. Diese Widerstände können einstellbar 5 oder regelbar sein, z. B. in Abhängigkeit von der Drehzahl, dem Belastungsstrom, dem Fluß oder der Frequenz des Motors. Auch eine Einstellbarkeit oder Regelbarkeit der Kapazität des Kondensators kann zweckmäßig sein. Eine derartige Anordnung ist in Abb. 7 angedeutet, wo die Veränderung der Kapazität beispielsweise durch Parallelschaltung einer veränderlichen Anzahl Kondensatoren 25, 26, 27, 28 mittels der Schalter 29, 30, 31, 32 bewirkt wird. Die Veränderung der Kapazität kann bei Änderung der Drehzahl, des Flusses, der Frequenz oder des Belastungsstromes des Motors vorteilhaft sein, wobei gegebenenfalls eine selbsttätige Abhängigkeit von einer oder von mehreren dieser Größen am Platze ist.

Zur Erhöhung der Wirksamkeit des Kondensators kann es weiterhin vorteilhaft sein, zwischen Bürsten und Kondensator einen gegebenenfalls einstellbaren oder regelbaren Transformator zu schalten, um dadurch bei gleicher Kapazität des Kondensators eine größere Ladearbeit zu erzielen. Für die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses dieses Transformators gilt das entsprechende, was im vorstehenden über die Veränderung der Kapazität bzw. der Widerstände gesagt wurde. Der Zwischentransformator soll zweckmäßig möglichst geringe Streuung aufweisen, da eine größere Streuung die Wirkung des Kondensators ungünstig beeinflüssen würde.

Eine einfache Ausführungsform einer solchen Anordnung zeigt die Abb. 8. Die beiden Hilfsbürsten 4 und 9 sind durch die Primärwicklung 34 des Transformators miteinander verbunden, während der Kondensator 5 zwischen die Enden der gegebenenfalls regelbaren Sekundärwicklung 35 geschaltet ist.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Anwendung eines Zwischentransformators daraus, daß mehrere verschiedenen Hauptbürsten zugeordnete Kondensatoren durch einen einzigen Kondensator ersetzt werden. Abb. 9 veranschaulicht dieses. Zwischen die Hilfsbürstenpaare 36, 37 bzw. 38, 39 ist je eine Primärwicklung 40 bzw.

41 des Zwischentransformators geschaltet, und die Sekundärwicklung 42 ist über den Kondensator 5 geschlossen. Ganz entsprechend können auch bei mehr als zwei Hauptbürsten mehr als zwei Primärwicklungen vorgesehen sein und entweder sämtliche Schaltstellen oder jeweils eine Gruppe von Schaltstellen über einen Zwischentransformator die frei werdende Energie an einen Kondensator abgeben. Der Kondensator kann, sofern dieses die aufzunehmende Schaltarbeit zuläßt, vorteilhaft ein Elektrolytkondensator sein. Die vorstehend beschriebene Einrichtung kann selbstverständlich auch dann benutzt werden, wenn der Kommutator stillsteht und die Bürsten rotieren.

Sehr zweckmäßig ist es, die erfindungsgemäße Einrichtung auch für solche Bahnmotoren, welche nach dem Prinzip der Flußverdrängung gebaut sind, zu verwenden. Bei diesen Motoren ist zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen (Bürstenfeuer) die Einrichtung so getroffen, daß der von einem durch eine Bürste kurzgeschlossenen Stromweg umschlungene Hauptflußweg abgedrängt wird auf einen von keinem kurzgeschlossenen Stromweg umschlungenen Haupt- flußweg. Hier stellt die gleichzeitige Verwendung der Mittel der Flußverdrängung und des Parallelkondensators eine besonders wirksame Einrichtung zur Unterdrückung oder Verminderung der Funkenbildung an Kommutatoren von Bahnmotoren dar.

Claims (10)

Patentansprüch-e:

1. Verwendung von zur Aufnahme durch den Kommutationsvorgang frei werdender Schaltenergie dienenden Kondensatoren, die an die Schaltstelle mittels Hilfsbürsten angeschlossen sind, bei Wechselstromkommutatorbahnmotoren für die Frequenz des Landesversorgungsnetzes, und zwar in der Weise, daß die Hilfsbürsten auf einem zweiten Kommutator (Hilfskommutator) kufen, der die doppelte Lamellenanzahl wie der Hauptkommutator hat und mit je einer Blindlamelle zwischen zwei seiner an Lamellen des Hauptkommutators angeschlossenen Lamellen versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Hilfsbürsten zur Hauptbürste bzw. zueinander einstellbar oder von der Drehzahl, der Frequenz oder dem Belastungsstrom abhängig gemacht ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 mit Hauptbürsten, die mehr als eine Lamellenteilung überdecken, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hauptbürste mehr als ein Kondensator zugeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3 bei Motoren mit veränderbarem Drehsinn, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbürsten gegenüber den Hauptbürsten in Abhängigkeit vom Drehsinn so verstellbar sind, daß bei jedem Drehsinn die Schaltarbeit von dem Kondensator aufgenommen wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 an Kommutatoren von Maschinen mit veränderbarem Drehsinn, dadurch gekennzeichnet, daß je einer Hauptbürste für jeden Drehsinn ein Kondensator zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5 an Kommutatoren von Motoren mit veränder-

barem Drehsinn, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator je nach dem Drehsinn der Maschine stets nur mit einer von zweiHilf sbürsten verbunden ist, während die andere Hilfsbürste abgeschaltet oder abgehoben ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel oder/und in Reihe zum Kondensator ein gegebenenfalls einstellbarer oder/und regelbarer Widerstand geschaltet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator einstellbar oder/und regelbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß zwischen Kondensator und Schaltstelle ein gegebenenfalls einstellbarer oder/und regelbarer Zwischentransformator, vorzugsweise mit kleiner Streuung, eingeschaltet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Hauptbürsten und die zugeordneten Hilfsbürsten die frei werdende Schaltenergie über einen Zwischentransformator mit einer entsprechenden Anzahl Primärwicklungen an einen Kondensator abgeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen