DE696464C - Anordnung zum Unterdruecken der Funkenbildung bei elektrischen Maschinen mit umlaufendem Stromwender - Google Patents

Description

S121942

Es ist bekannt, bei Schaltern und ähnlichen Einrichtungen zum Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen zwecks Verringerung oder vollständiger Unterdrückung des Schaltlichtbogens Eisendrosseln in Reihe mit der Unterbrechungsstelle zu schalten, deren Eisenkreis nur bei kleinen Strömen in der Nähe des Stromnulldurchganges ungesättigt, während des übrigen Stromverlaufs jedoch

ίο gesättigt ist. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, derartige Drosseln auch für die Verbesserung der Kommutierungsbedingungen bei umlaufenden elektrischen Maschinen mit Stromwendern nutzbar zu machen.

Nach der Erfindung sind daher die an sich bekannten Drosseln mit magnetischem Rückschluß in den unmittelbar zu den Stromwenderbelägen führenden Zuleitungen eingeschaltet, wobei ihre Wicklungen während des

ao" Kommutierungsvorganges von den jeweils zwischen einem Stromwenderbelag und der Bürste übergehenden Strömen durchflossen werden und ihre Kerne nur bei kleinen Strömen in der Nähe der Stromnullwerte ungesättigt, während des übrigen Stromverlaufs jedoch gesättigt sind. Hierdurch wird bei geeigneter Einstellung der Stromabnahme-

bürsten erreicht, daß beim Ablaufen jedes Belages von der Bürste der von dem Belag zur Bürste fließende Strom bereits einen sehr geringen Wert hat, und daß die Spannung zwischen Belag und Bürste nicht sofort wieder ansteigt, sondern zunächst eine kurze Strecke lang einen flachen Verlauf aufweist. Auf diese Weise wird die Ausbildung von Funken an der Ablaufkante der Bürste verhindert. In gleicher Weise werden bei richtiger Wahl der Bürstenbreite auch an der auflaufenden Kante Lichtbogenentladungen unterdrückt.

Es ist früher einmal angegeben worden, bei Kommutatormaschinen die benachbarten Stromwenderstege durch Querverbindungen miteinander zu verbinden und in diesen Querverbindungen sowie zwischen den Querverbindungen und den Enden der Wicklungsspulen zusätzliche Drosseln anzuordnen, deren Kraftlinien sich in einem stark gesättigten Eisen schließen, derart, daß die Drosseln in dem Augenblick, in welchem sich die Lamelle unter der Bürste befindet, eine möglichst kleine Reaktanz haben, damit erstens keine große Spannungsdifferenz zwischen zwei von derselben Bürste berührten Lamellen ent-

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

Dr.-Ing. Floris Kpppelmann in Berlin-Siemensstadt.

stehen kann, und damit zweitens kein großer Spannungsabfall in den Zuleitungen zum Kommutator auftreten kann. In allen anderen Stellungen der Lamelle vor und nach der* Kommutierungszone soll die Reaktanz der bekannten Drosseln möglichst groß sein, äk sonst ein zu großer Stromverlust durch die genannten Verbindungen entstehe. Mit einer derartigen Anordnung wird zwar eine vom ίο Üblichen abweichende Verteilung der Kommutierungsströme innerhalb des einerseits von den Wicklungsspulen und andererseits von den Verbindungen gebildeten Leitersystems erzielt, die Querverbindungen bieten außerdem die Möglichkeit eines Ausgleichs verschiedener Stromdichte zweier gleichzeitig von einer Bürste berührter Lamellen, jedoch vermögen die zwischen den Querverbindungen und den Wicklungsspulen eingeschalteten Drosseln den Verlauf der zwischen Lamelle und Bürste übertretenden Ströme nicht zu beeinflussen, zumal da sie in den Zeiten hoher Reaktanz jedesmal auf dem Umwege über eine benachbarte Drossel, deren Reaktanz gerade sehr klein ist, vom Strom gewissermaßen umgangen werden können.

Demgegenüber sind erfindungsgemäß die zwischen Stromwenderbelag und Bürste übergehenden Ströme gezwungen, durch die Wicklung der mit dem Stromwenderbelag in Reihe geschalteten Sättigungsdrossel zu fließen, wo sie während und infolge des ungesättigten Zustandes des Magnetkerns eine Verzerrung im Sinne einer Entlastung der Bürstenkanten, erleiden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Wicklungsschema, Fig. 2 enthält Diagramme der während eines Kornmutierungsvorganges auftretenden Ströme, und Fig. 3 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel.

In Fig. ι sind w, W₁, W₂ usw. die in Eisen eingebetteten Spulen einer Kommutatormaschine, S₁, S₂, s_s usw. die Beläge des Stromwenders, b eine Stromabnahmebürste. Mit d sind die Drosseln nach der Erfindung bezeichnet, welche in den Verbindungsleitungen zwischen der Wicklung und den Stromwenderbelägen liegen. Die in den Wicklungsspulen W₁ und W₂ fließenden Ströme sind mit i_wl und i_w2 bezeichnet, der über den Stromwenderbelag S₂ fließende Strom mit i_s.

In Fig. 2 ist der Verlauf dieser Ströme in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Kommutators, und zwar jeweils unter der Mitte des Stromwenderbelages ^₂, in Kurvenform aufgetragen. Die gestrichelten Kurven bezeichnen den Stromverlauf ohne Anwendung der Erfindung unter Annahme einer reinen Widerstandskommutierung, die ausgezogenen den erfindungsgemäß beeinflußten Stromverlauf. Die Spule W₁ führt den halben Ankerstrom -j- ¹J₂J bis zum Punkt A₁. Hier, .wo der Belage mit der Bürste & in Beruh-■\run"g kommt, beginnt die Kommutierung des Stromes in der Spule W₁. In dem um eine -■iBurstenbreite weiter gelegenen Punkt E₁, wo der Belag S₂ die Bürste b verläßt, ist die Kommutierung des Stromes in der Spule W₁ beendet, der Strom ist auf dem Wert — ¹J₂J angelangt. Gemäß der getroffenen Annahme ändert sich der Strom zwischen den Punkten A₁ und E₁ nach der gestrichelten Geraden i'. Entsprechend verläuft der Strom in der Wicklungsspule W₂ zwischen den um je eine Belagbreite weiter gelegenen Punkten A₂ und E₂ nach der gestrichelten Geraden 2', Der zur Bürste b über den Stromwenderbelag s₂ fließende Strom ist gleich der Differenz der beiden Spulenströme i_wl und i_w2, entspricht also zwischen den Punkten A₁ und A₂ dem Abstand der Geraden 1' von dem Wert + ¹J₂I, zwischen den Punkten A₂ und E₁ dem Abstand der Geraden i' von der Geraden 2' und zwischen den Punkten E₁ und E₂ dem Abstand der Geraden 2' von dem Wert — ¹J₂J- Werden die so ermittelten Abstands werte von der Abszissenachse aus aufgetragen, so ergibt sich. der trapezförmige gestrichelte Linienzug i_s' für den über den Belag S₂ fließenden Strom ohne Anwendung der Erfindung.

Durch die erfindungsgemäße Einschaltung der Sättigungsdrosseln d wird nun ein sofortiger Anstieg des über den Belag zu Beginn seiner Berührung mit der Bürste fließenden Stromes verhindert und statt dessen eine Abflachung der Stromkurve in der Nähe des Nullwertes herbeigeführt, ebenso kurz vor dem Ende der Berührung zwischen Belag und Bürste. Daraus ergeben sich Anfang und Ende des ausgezogenen Linienzuges i_s für den bei Anwendung der Erfindung über den Belag S₂ zur Bürste 6 fließenden Strom. Da dieser, wie erwähnt, die Differenz der Spulenströme i_wl und i_w2 darstellt, so entstehen hieraus durch Rückbildung der abgeflachte Anfang der Kommutierungskurve ι und das abgeflachte Ende der Kommutierungskurve 2 sowie aus der gleichen Kurvengestalt der über die benachbarten Beläge S₁ und J₃ fließenden Ströme die Abflachungen am Ende der Kommutierungskurve 1 und am Anfang der Kommutierungskurve 2. Die Mittelteile der Kommutierungskur-ven 1 und 2 sind wiederum als gerade Linien ergänzt. Diese haben eine stärkere Neigung als die Geraden i' und 2', was einer rascheren Stromänderung entspricht. Das hierzu erforderliche Wendefeld kann in bekannter Weise durch entsprechende Einstellung der Bürsten oder durch Wendepole geschaffen werden. Aus den so vervoll-

ständigten Kommutierungskurven erhält man durch Differenzbildung die vollständige Kurve i_s für den Verlauf des erfindungsgemäß durch die Drossel d über den Belag ^₂ zur Bürste b fließenden Stromes.

Die in Fig. ι dargestellte Stellung des Kommutators gegenüber der Bürste b entspricht dem in Fig. 2 durch eine starke strichpunktierte Linie angedeuteten Augenblick T_a,

ίο bis zu diesem Punkt ist der Strom i_s infolge der Abflachung praktisch Null, d. h. der Eintritt des Belages unter die auflaufende Bürstenkante vollzieht sich strom- und spannungslos, so daß diese Bürstenkante von den elektrisehen Beanspruchungen vollkommen entlastet ist, und zwar allein durch die selbsttätige Wirkung der Sättigungsdrossel, also unabhängig von der Gestalt und Größe des in der Kommutierungszone vorhandenen Feldes. In dem durch eine zweite starke strichpunktierte Linie angedeuteten Augenblick T_e hört der Stromfluß über den Belag S₂ zur Bürste b praktisch bereits wieder auf, obwohl sich der Belag S₂ entsprechend der in Fig. 1 gestrichelt

*5 schraffierten Lage noch zum Teil unter der Bürste befindet. Der Ablauf von der Bürste vollzieht sich ebenfalls strom- und spannungslos, so daß auch diese Bürstenkante von den elektrischen Beanspruchungen entlastet ist.

In Fig. 3 ist 11 ein Teil einer Kommutatorlamelle, 12 und 13 die zu dieser Lamelle gehörenden Enden der anschließenden Spule, welche in eine Zwinge 14 eingelötet und durch einen Verbindungssteg 15 mit der Lamelle 11 leitend verbunden sind. 16 ist ein um den Verbindungssteg herumgelegter Mantel aus Magnetmetall, beispielsweise Permalloy. Der Mantel wird vorteilhaft aus einzelnen Ringen aus Magnetmetall bestehenden Drahtes gebildet, um Wirbelströme im Magnetmetall nach Möglichkeit zu unterdrücken. Statt auf dem Verbindungssteg 15 kann der Mantel aus magnetischem Metall um die beiden Spulenenden 12 und 13 gemeinsam herumgelegt sein, wie in der Zeichnung bei i6_a angedeutet ist, oder auch auf der Fahne der Kommutatorlamelle selbst angebracht sein.

Die Erfindung ist sowohl für Gleichstrommaschinen als auch insbesondere für Wechselstrommaschinen vorteilhaft. Sie gestattet unter anderem das Arbeiten mit Wechselströmen höherer Frequenz als bisher üblich. Maschinentypen, die man bisher der Kommutierung wegen nur für Betrieb mit 16²/_s Per./sek. gebaut hat, können mit Hilfe der Erfindung für Betrieb mit der Normalfrequenz 50 Per./sek. eingerichtet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Unterdrücken der Funkenbildung bei elektrischen Maschinen mit umlaufendem Stromwender, dadurch gekennzeichnet, daß in den unmittelbar zu den Stromwenderbelägen führenden Zuleitungen an sich bekannte Drosseln mit magnetischem Rückschluß eingeschaltet sind, deren Wicklungen während desKommutierungsvorganges von den jeweils zwischen einem Stromwenderbelag und der Bürste übergehenden Strömen durchflössen werden, und deren Kern nur bei

■ kleinen Strömen in der Nähe des Stromnulldurchganges ungesättigt, während des übrigen Stromverlaufs jedoch gesättigt ist. '

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede zu einem 'Stromwenderbelag führende Zuleitung mit einem Mantel aus Magnetmetall umgeben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen