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Wechselstromkommutatormaschine mit Unterdrückung der Transformatorspannung
durch Flußabdrängung Die Erfindung -bezieht sich auf Wechselstromkommutatormaschinen,
insbesondere Wechsel.stromkommutatormotoren für höhere Frequenzen als r62/, Hz,
bei denen zur Unterdrückung der in :den kurzgeschlossenen Spulen induzierten: Tran:s.formatorspannung
von der Methode[ der Flußabdrängung Gebrauch gemacht wird.
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Maschinen dieser Art, bei denen die Flußabdrängung entü eder im Luftspalt
oder im Läufer oder im Ständer stattfindet, sind bereits bekannt. Eine der Ausführungsformen,
bei der mit Flußabdränbgung im Luftspalt gearbeitet-wird, sieht beispielsweise .die
Anordnung je einer Hilfslamelle zwischen zwei Hauptlamellen und, die Verbindung
einer solchen Hilfslamelle mit einer Mitbenanzap-, der an die benachbarten Hauptlamellen.
fung angeschlossenen Ankerw:inrdung vor. Die. Mittenanzapfung ist dabei auf der
dem Konmutator gegenüberliegenden Seite desi Ankers vorgesehen. Der Anzapfl:eiter,
der ebenso wie die Ankerwicklung in den Nuten liegt, unterteilt dann den die zugehörige
Ankerwicklung durchsetzenden Kraftfluß in zwei Teilflüsse. Die Bürstenbreite ist
dabei höchstens gleich der Lamellenbreite. Bei der Flußabdrängung im Läufer sind
die Anzapfleiter durch den Läufer hindurchgeführt. Die Flußabdrängung im Ständereisen
wird beispielsweise durch Verwendung eines Ankers mit zwei Kommutatoren erreicht.
Innerhalb jede: Kommutators wechseln Haupt- und Blindlamellen von gleicher Breite
miteinander ab. Auf jedem Kommutator schleifen zwei Bürsten, deren Breite so gewählt
ist, daß sie gleichzeitig nicht mehr als zwei nebeneinanderliegende Lamellen kurzschließen.
Je zwei entsprechende Bürsten beider Komm,utatoren sind durch eine Hilfs:halbscheibe
so miteinander verbunden, daß :die Halbschleife das Ständereisen umschlingt. Die
Flußabdrän:gung findet von einem Ständerjoch zum anderen statt. ' Die nach :diesen
Vorschlägen ausgebildeten Wechselstromkomrnutatormaschinen laufen bei niedrigen:
Drehzahlen einwandfrei. Bei höheren: Drehzahlen, entsteht jedoch. eine zusätzliche
Schwierigkeit, -die mit der besonderen Wicklungsanordnung bei Maschinen
nach
dem Flußabdrängungsprinzip zus.ain-:nenhängt. Der Laststrom, der durch die kurzgeschlossenen
Windungen fließt, erzeugt infolge der Unsymmetrie der Wicklungsanordnung einen weiteren
magnetischen Fluß. Er sei hier als Stromwendefluß bezeichnet. Bei der Abschaltung
der kurzgeschlossenen Windungen durch dio Bürsten. muß dieser Stromwendefluß schnell
verschwinden. Ei erzeugt auf diese Weise in Ilen kurzgeschlossenen Windungen eine
hohe Strornwendespannung. Solange die Änderung des Stromwendeflusses langsam vor
sich geht, wie dies bei kleinen Drehzahlen der Fall ist, macht sich seine Wirkung
nicht bemerkbar. Bei höheren Drehzahlen und damit kürzeren Kommu.tierungszeiten
setzt dagegen Funkenbildung eins, trotzdem die Transformatorspannung beseitigt iat.
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Die Erfindung zeigt einen besonders vorteilhaften Weg zur Unterbindung
dieses g;vcährlichen Stromwendeflusses. Er besteht darin, daß mit den von den Stromzu-
oder abfiihrern (Hauptbürsten) kurzgeschlos-"enen, flußabdrängenden Windungen mindestens
eine kurzgeschlos sehe Windung oder Spule (Hilfskurzschlußspule) verkettet wird.
Auf .diese Weise wird,die Selbstinduktion der kurzgeschlossenen Windung in einem
Ausmaß verringert, das der Er7Lu@@ung funkenbi.ldender Stroin<< endespannungen
entgegensteht. Dabei kann die Bildung der Hilfskurz_schfußspule jcweils in einfachster
Weise unter Zuhilfenahme solcher Ankerwindtuigen erfolgen, die nicht von den Hauptbürsten
kurzgeschlossen sind.
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Iii der Zeichnung sind in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Wechselstromkoinmutatormotors wiedergegeben. Davon bezieht
sich Abb. i auf einen ;Motor, bei dein die Flußabdrängung im Luftspalt oder Läafereisen
vorgenommen ist, während beim Ausführungsbeispiel nach Abb.2 .die Flußabdrängung
im Ständereisen erfolgt. In b eiden _Nusführungsbeispielen ist die Ankerwicklung
als zweipolige einfache Schleifenwicklung ausgeführt. .hei dein Motor nach Abb.
i nur ein Koinmutator vorgesehen ist, weist der Motor nach Abb. 2 zwei beiderseits
des Ankers an"eordiiete Kominutatoren auf.
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In den beiden Ausführungsbeispielen sind die Kommutatorlarnellen mit
i bis 22 bzw. i' bis 22' bezeichnet. Dabei ist übers:ichtlichkeitshalber jede Spule
der Ankerwicklung nur durch eine Windung angedeutet. Iii Abb. i ist die dem Kommutator
gegenüberliegende Seite jeder Windung angezapft und der Anzapfl,eiter zu einer Lamelle
geführt. Die geradzahligen Lamellen, an die die -Iittenanzapfungen angeschlossen.
sind, liegen zwischen den ungeradzahligen Lamellen. mit denen die Ankerwindungen
unmittelbar verbunden sind. Es sind ferner mit 23 und 24 die normalen Stromzuführungshauptbürsten
tind mit 25, 26 zusätzliche Hilfsbürsten bezeichnet. Diese sind gegenüber den Hauptbürsten
um. zwei Latnellenbr eiten verschoben. Statt dessen kann die gegenseitige Verschiebung
ganz allgemein ein geradzahliges Vielfaches der Lamellenbreite betragen.
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Bei der gezeichneten Anker- bzw. Bürstenstellung kommutieren ,die
durch 27 und 28 gekennzeichneten Halbwindungen. Der durch diese Windungen fließende
Laststrom würde an sich einen Stromwendefluß erzeugen. Dies ist jedoch durch die
mit diesen Halbwindungen eng verketteten weiteren Halbwindungen: 29,30 insofern
unterbunden, als die letzteren Windungen über die Anzapfleiter 31,32 und
die Hilfsbürsten 25,26 kurzgeschlossen- sind. Dabei wird die Flußabdrängung
von den Windungen 29,3o an derselben Stelle bewirkt wie von den Windungen 27, 28.
Die Hilfsbürsten 25.26 sind an den äußeren Stromkreis überhaupt nicht angeschlossen,
da sie ].-eine weitercAufgabe haben, als Kurzschlußwindungen zu bilden. Ein nach
Abb. i gebauter Motor wird also sowohl bei kleinen als auch bei hohen Drehzahlen.
beispielsweise bei Umdrehungszahlen von 3000 U/min, funkenfrei arbeiten.
Die Mitten.anapfungen der Ankerwicklung können, entweder in- den Ankernuten liegen,
dann findet die Flußabdrängung im Luftspalt statt, oder sie können durch (las Läufereisen
hindurchgeführt worden sein; in diesem Falle erfolgt die Flußabdrängung im Läufereisen.
DieWirkung ist in beiden Fällen die gleiche.
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In Abb. 2 ist die zweipolige einfache Ankerschleifenwicklung, an zwei
beiderseitig des Ankers gelegene Kommutatoren angeschlossen. Statt dessen können
die Kommutatoren auch auf der gleichen Ankerseite liegen, nur müssen in diesem Falle
die Zuführungen zu den Lamellen in irgendeiner Weise durch den Läufer hindurchgeführt
«erden. Jeder Kommutator 1)--sitzt leitende Hauptlainellen, zwischen denen Blindlamellen
aus Isolierstoff oder aus voneinander isolicrtun leitenden Blechen angeordnet sind.
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Bei dem unteren Kommutator bedeuten die ungeraden Zahlen. die leitenden
Hauptlamellen, an die die Ankerwicklung angeschlossen ist, die geraden Zahlen die
aus Isolierstoff -bestehenden. an die Ankerwicklung nicht angeschlossenen Blindlamellen.
Beim oberen Konimtttator ist es umgekehrt. Die Bürsten 33 und 34 sind miteinander
durch die Schleife 35 verbunden. Diese liegt außerhalb des Ständers, dessen Eisenquerschnitt
durch 3(> und 37 angedeutet ist. Ebenso sind die Bürsten
38, 39
:durch eine Außenschleife 4o miteinander verbunden. Den Bürstenpaaren 33, 34 und
38, 3.,9 wird der Strom zugeführt. In der gezeichneten Bürstenstellung kommutieren
die Ankerwindungen 41 und 42. Neben. den Hauptbürstenpaaren 33, 3.4 und 38, 39 liegen,
gegen diese um zwei Lamellenbreiten verschoben., die zusätzlichen Hilfsbürstenpaare
43, 44 und 45, 46. Auch. hier kann die gegenseitige Verschiebung ganz allgemein
ein. geradzahliges Vielfaches der Lamellenbreite betragen. Die Bürsten eines Hilfsbürstenpaares
sind über Außenleiter 47 bzw. 48 miteinander verbunden. Es werden dadurch zwei neue
Kurzschlußspulen bzw. Win, dungen gebildet, die mit d en kommutierenden Spulen bzw.
Windungen eng verkettet sind. Die eine Hilfskurzschlußwindung ist von den T eilen
43, 49, 44, 47, 43, die andere von den Teilen 45, 50, 46, 48, 45 gebildet. Durch
diese Hilfskurzschlußwindungen wird die Flußabdrängung nicht gestört. Der Stromw-endefluß
dagegen ist unterbunden.
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Die nebeneinanderliegen@den Haupt- und Hilfsbürsten können in einem
Bürstenhalter angeordnet werden oder auch zu einer einzigen, Bürste mit einer .isolierenden
Trennschicht vereinigt werden. Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Hilfsbürsten
aus einem besser leitenden Werkstöff herzustellen als die Hauptbürsten, so daß der
Cb ergangswi:derstan:d bei :den Hilfsbürsten: kleiner ist als bei den Hauptbürsten.
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Die erfindungsgemäße Wechselstromkommutatormaschine ist auf die in
den Ausführungsbeispielen gezeigten Wicklungsarten, Pol- und Phasenzahlen nicht
beschränkt, vielmehr kann der Erfindungsgedanke sinngemäß auf jede beliebige Wicklungsart,
Pol- und Phasenzahl angewendet werden.