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Wicklungsanordnung für Läufer von Drehfeld-Kollektormaschinen, insbesondere
läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine
Wicklungsanordnung für Läufer von Drehfeld-Kollektormaschinen, die mit Bürstenverschiebung
arbeiten, insbesondere von läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren. Die Kollektorwicklung
hat hier im wesentlichen die Aufgabe, die Schlupfleistung, die beim Drehstromasynchronmotor
bei der Drehzahlregelung in Widerständen vernichtet wird, wieder dem Primärteil
zuzuführen und gleichzeitig die Umwandlung von der Schlupffrequenz in die Netzfrequenz
vorzunehmen. Da beim läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotor die Kollektorwicklung
und die Primärwicklung (Schleifringwicklung) in den gleichen Nuten liegen, läuft
das Drehfeld immer mit der gleichen der Netzfrequenz entsprechenden Geschwindigkeit
über die Leiter der Kollektorwicklung hinweg.
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Die Windungsspannung und damit die zwischen zwei benachbarten Kollektorlamellen
auftretende Spannung, die sogenannte La mellenspannung, ist somit durch die Stärke
des Feldes und die Netzfrequenz bestimmt. Da die Lamellenspannung gewisse Werte
(etwa 2 bis 2,5 V) nicht überschreiten darf, ist die Größe des Kraftflusses je Pol
und damit die ganze Auslegung der Maschine beschränkt.
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Zur Abhilfe wurde bereits vorgeschlagen, die Lamellenspannung durch
Anbringung zusätzlicher Kollektorlamellen zu unterteilen,
die an
Zwischenverbindungen liegen, welche mit ihrem anderen Ende an die dem Kollektor
abgekehrten Stirnverbindungen der Wicklung angeschlossen, durch die Ankernuten hindurchgeführt
und mit der einfachen Stabspannung induziert sind. Bei dieser Anordnung haben sich
jedoch insofern Mängel gezeigt, als die einzelnen Kollektorlamellen verschieden
stark beansprucht werden, weil die Teilspannungen am Kollektor in ihrer Phase stark
voneinander abweichen, so daß sich im selben Zeitpunkt sehr verschiedene Spannungen
an den benachbarten Lamellen ergeben. Dies führt zu ungleichmäßiger Ab nutzung der
aufeinanderfolgenden Lamellen, die sich in Schwärzung jeder zweiten Lamelle, in
Flimmern am Kollektor usw. äußert. Dazu kommt noch, daß durch die Überlagerung der
durch die Stromwendung in der kurzgeschlossenen Windung erzeugten Spannung wegen
der starken Phasenabweichung der aufeinanderfolgenden Teilspannungen auch die Größe
der zwischen den einzelnen Kollektorlamellen auftretenden Gesamtspannungen verschieden
wird.
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Nach der Erfindung werden diese Nach= teile dadurch behoben, daß gleichzeitig
mit den vorgenannten Zwischenverbindern zwischen Wicklung und zusätzlichen Kollektorlamellen
eine gesehnte Wicklung angewendet wird, vorzugsweise im Ausmaß von 3/4 bis 1/2 der
Polteilung. Durch gleichzeitige Anwendung dieser beiden Mittel wird erreicht, daß
die Teilspannungen am Kollektor nicht nur kleiner werden gegenüber einer Ausführung
mit Durchmesserwicklung, sondern daß sie auch in ihrer Phasenlage weit weniger voneinander
abweichen.
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In Fig. i ist ein Teil einer Wicklung nach der Erfindung dargestellt.
Mit a bis f sind die Wicklungsstäbe dreier Windungen gezeichnet. z1, z2,
z3 sind die ebenfalls zweckmäßig in Ankernuten untergebrachten Zwischenverbinder.
Mit i bis 7 sind die Kollektorlamellen bezeichnet. Ist die Wicklung, wie in der
Figur angedeutet, derart gesehnt, daß die Spulenweite die Hälfte der Polteilung
t" beträgt, so ergibt sich der in Fig. a dargestellte Potentialverlauf am Kollektor.
Die in den Leitern a bis f induzierten Spannungen sind in Fig. 2 mit ea,
eb, e, usw. bezeichnet. Da die Wicklung im Ausmaß der halben Polteilung gesehnt
ist, schließen beide Stabspannungen einer Windung einen Winkel von 9o° ein. Die
Spannungen e"" ez2, ey", in den Zwischenverbindern fallen in die Winkelhalbierende
der Spannungen e" und eb bzw. e, ei usw., wenn, wie angenommen, die Zwischenverbinder
in der Mitte zwischen den Stäben einer Windung angeordnet sind. Die Potentialv er
teileng am Kollektor ist durch die Punkte I I bis VII gegeben, die den Potentialen
an den Kollektorlamellen i bis 7 entsprechen. Die Spannungen zwischen den aufeinanderfolgenden
Lamellen sind mit e1 2, e2 3, e3 4 USW- bezeichnet.
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Zum Vergleich mit dem Erfindungsgegenstand ist in Fig. 3 die Potentialverteilung
am Kollektor unter der Annahme wiedergegeben, daß eine Durchmesserwicklung vorliegt.
In diesem Falle sind die aufeinanderfolgenden Spannungen zwischen je zwei Lamellen
bei denselben Stabspannungen nicht nur größer, sondern es ergeben sich auch in ihrer
Phasenlage viel stärker voneinander abweichende Lamellenspannungen, :die eine ungleiche
Beanspruchung der aufeinanderfolgenden Lamellen :bedingen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel im Sinn der Erfindung ist in Fig.
q. dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine zweigängige Schleifenwicklung
verwendet, wobei die Zwischenlamellen des einen mit Zwischenverbindern versehenen
Wicklungszuges zugleich die Hauptlamellen des anderen Wicklungszuges bilden. Der
eine Wicklungszug besteht au den Stäben a, b, c, d, e, f, der zweite (strichliniert
gezeichnete) Wicklungszug aus den Stäben a', b', c', d', e', f'. Die Zwischenverbinder
des erstgenannten Wicklungszuges sind mit z1, z2, z3 bezeichnet. Die Zwischenlamellen
a, 4., 6 dieses Wicklungszuges bilden zugleich die Hauptlamellen des anderen Wicklungszuges.
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Ist angenommen, daß immer zwei Stäbe je Wicklungszug in einer Nut
liegen und daß die Wicklung gesehnt ist, so ergibt sich fier die Anordnung nach
Fig. q. ein Spannungsbild nach Fig. 5. Die Teilspannungen des einen Wicklungszuges
sind mit ea, eb, ec, e,,. ee, ei bezeichnet, die Spannungen in den Zwischenverbindern
mit e"" e..=, e-_, die Spannungen des zweiten Wicklungszuges mit e"', eb , e,',
ed, et', ei '.'Die Potentiale am Kollektor entsprechen den Punkten I, II, III, IV,
V, VI, wobei die Potentiale II, IV, VI, die dem zweiten Wicklungszug aufgedrückt
werden, zugleich durch die Zwischenverbinder des ersten Wicklungszuges festgelegt
sind-Da der in der nächsten Nut liegende Leiter e um eine Nutteilung tN gegenüber
den Leitern a und c versetzt ist, ergibt sich zwischen der Spannung e, einerseits
und den Spannungen e" und e, andererseits ein der Nutteilung entsprechender Winkelunterschied
' Da die Spannung zwischen IV und
VI größer ist als .die zwischen 1I und IV, würden Ausgleichströme entstehen. Um
diese zu vermeiden, kann zweckmäßig die Anordnung so 1 getroffen werden, daß die
durchschnittliche Spulen%veite der einzelnen Wicklungszüg°
verschieden
groß gemacht wird. Im gezeich neten Ausführungsbeispiel -hat-- zu diesem Zweck die
an die Lamellen 4 und 6 ange schlossene Windung des Wicklungszuges ä , b', c', d,
e', f' eine um eine Nutteilung größere Spulenweite als die übrigen Windungen.
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Die Aufteilung der Spannung zwischen den einzelnen Kollektorlamellen
ist .auch hier um so gleichmäßiger, je stärker die Wicklung gesehnt wird. Die Sehnung
der Kollektorwicklung bedingt zwar einen schlechteren Wickelfaktor und demgemäß
eine größere Stromdurchflutung und größeren Kupferaufwand. Dies bedeutet aber insbesondere
bei läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotoren keinen Nachteil, weil der Raumbedarf
der Kollektorwicklung an sich ein mäßiger ist und weil durch die Sehnung andererseits
der Kraftfluß bei gegebener Windungsspannung größer gewählt werden kann als bei
Durchmesserwicklung, so daß es im Endergebnis möglich ist, die Leistungsfähigkeit
derartiger Motoren wesentlich zu erhöhen.
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Wegen der größeren Stromdurchflutung der gesehnten Kollektorwicklung
ergeben sich normalerweise größere Ströme je Bürstenbolzen, die eine Vergrößerung
der Kollektorabmessungen bedingen. Dem kann erfindungsgemäß dadurch in vorteilhafter
Weise ent gegengewirkt werden, daß der Kollektor der Maschine mit einem Strom von
höherer Phasenzahl als 3 gespeist wird. Dadurch ermäßigt sich der Strom je Bürstenbolzen
entsprechend der Phasenzahl, so daß trotz größerer Stromdurchflutung der Wicklung
die Strombelastung der Kollektorbürsten sich nicht erhöht, ohne daß die Zahl der
Bürstenbolzen vermehrt zu werden braucht.
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Bei Drehstromkollektormaschinen ist eine möglichst sinusförmige Feld-
bzw. AW-Verteilung anzustreben, um die Feldoberwellen klein zu halten. Bei der Verwendung
gesehnter Kollektorwicklungen ergibt sich in dieser Hinsicht insofern eine gewisse
Schwierigkeit, als die AW-Verteilung weniger günstig ist als bei Durchmesserwicklungen,
da sich bei gesehnter Wicklung auch insbesondere noch geradzahlige Oberwellen ausbilden
können. Bei läufergespeisten Drehstrom nebenschlußmotoren kann nach der Erfindung
diese Schwierigkeit durch gleichzeitige entsprechende Wahl der sekundären Phasenzahl
und der Sehnung der Kollektorwicklung weitgehend beseitigt werden.
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Bezeichnet m die Phasenzahl einer Mehrphasenwicklung, im Fall der
Erfindung also die Phasenzahl, mit der die Speisung des Kollektors des Drehstromnebenschlußmotors
erfolgt, so ergibt die Rechnung (s. z. B. Richter »Elektrische Maschinen« I. Band,
S. 135)f daß. die Felderregerkurve nur Oberwellen jener Ordnungszahl v enthält,
für welche die Gleichung gilt: v + I = km, wobei keine beliebige ganze Zahl ist..
Am ungünstigsten sind die niedrigzahligen Oberwellen; deren Ordnungszahl ist v +
I = m. Bezeichnet ferner a die Wicklungssehnung (Verhältnis von Spulenweite zur
Polteilung), so ist der Sehnungsfaktor der v-ten Oberwelle gegeben durch
f, wird zu Null, wenn
wobei wieder k' eine beliebige ganze Zahl ist. Es ist also durch geeignete Wahl
der Sehnung möglich, eine der Oberwellen zu beseitigen, wenn
gewählt wird.
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Führt man z. B. bei vierphasiger Kollektor speisung die Kollektorwicklung
mit 2/3 Sehnung aus, so entfallen alle Oberwellen unterhalb der fünften. Bei fünfphasiger
Kollektorspeisung und einer Sehnung ß =1/2 ergib sich als erste auftretende Oberwelle
die sechste. Es ist im allgemeinen nicht erforderlich, den Wert für a nach der angegebenen
Gleichung genau einzuhalten.. In Einzelfällen kann es von Vorteil sein, die Sehnung
derart zu wählen, daß ß zwischen den beiden günstigsten Werten (für m -f- 1 und
in - il liegt, so daß beide in Frage kommenden Oberwellen möglichst klein werden.