Einrichtung zur Verbesserung der Kommütierung an elektrischen Einankermaschinen
Es ist bekannt, in elektrischen Maschinen und ähnlichen Einrichtungen den innerhalb
einer relativ zu einem Magnetfeld umlaufenden Wicklung induzierten Strom mit Hilfe
von Kommutatoren abzunehmen, wobei ein solcher Kommutator in der Regel aus einer
Reihe von isoliert nebeneinander angeordneten Lamellen besteht, die mit diesem gegenüber
bewegten Bürsten zusammenarbeiten. Derartige Einrichtungen sind sowohl zur Abnahme
von erzeugten Strömen wie aber auch umgekehrt zur Speisung von el.ektriAschen Maschinen
und endlich auch zur Umformung verwendet worden. Bei solchen Kommutatormaschinen
bietet die Kommutierung, die in den meisten Fällen einen Kurzschluß wenigstens von
Teilstromkreisen darstellt, Schwierigkeiten, zu deren Behebung sehr viele verschiedene:
Vorschläge gemacht worden sind. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, die
Stromabnahmebürsten mit einem verhältnismäßig großen Widerstand auszuführen; weiter
ist es bekannt, zwischen die einzelnen Lamellen des Kommutators Widerstände, beispielsweise
in Form von Drosselspulen, zu schalten; weiter ist angegeben worden, die Bürsten
selbst in nebeneinanderliegende Einzelbünsten zu unterteilen, die ihrerseits über
Ohmsche,
induktive oder kapazitive- oder gemischt.-- Widerstände miteinander verbunden sind.
Endlich :ist eine Lösungsform bekanntgeworden, bei der einer Maschine mit einem
Anker zwei getrennte Kommutatoren zugeordnet sind, wobei diese: beiden KoinmutatGren
beispielsweise auf verschiedenen Seiten des Ankers angeordnet sind und wobei weiter
die leitenden Lamellen der beiden Ko:mmutatoren derart mit den Wicklungsanschlüssen
verbunden sind, daß diese Anschlüsse untereinander abwechselnd zu den beiden Kommutatoren
führen. Für Einankermaschinen dieser Art ist es weiter bereits bekanntgeworden,
die entsprechenden Bürsten der beiden Kornmutatoren unter Zwischenschaltung von
Mitteln, die den Strom nur in einer Richtung durchlassen, miteinander zu einer gemeinsamen
Stromzu- oder -ableitung zu verbinden.
Nach der Erfindung erhält man. bei einer Einankermaschine mit zwei
Kommutatoren besonders gute Eigenschaften, wenn in die Verbindungsleitungen zu den
gemeinsamen Zu- oder Ableitungen Drosselspulen eingeschaltet werden, deren Magneteisen
eine sehr scharf geknickte Kennlinie hat. \Iit besonderem Vorteil werden diese Drosseln
hierbei so ausgelegt, daß deren. Sättigung bereits bei einem Strom erreicht ist,
der noch ohne Lichtbogenbildung am Kotnmutator unterbrochen werden kann. Derartige
Drosselspulen haben die Eigenschaft, da.ß, solange sie von einem Strom durchflossen
werden, der oberhalb der Sättigungsgrenze liegt, ihr (induktiver) Widerstand vernacblässigbar
klein ist, während er, sobald der Strom diesen Grenzwert unterschreitet, plötzlich
einen sehr großen wirksamen Wert annimmt. Bei dem Kommutierungsvorgang wechseln
entsprechend der Unterteilung der Kommutatoren die Bürsten derart untereinander
ab, da.ß der an der einen Bürste abgenommene Stromteil allmählich zunimmt, während
der an der anderen Bürste abgenommene Stromteil entsprechend abnimmt. Sobald beim
Absinken des Stromes an der Bürste mit abnehmendem Strom die Stromgrenze erreicht
ist, steigt plötzlich die Induktivität der in der Bürstenleitung liegenden Schaltdrossel
an, so daß nur noch ein wesentlich geringerer Strom, entsprechend dem erhöhten Widerstand,
hindurchfließt. Die Änderung des Stromes geht von diesem Augenblick an nur noch
sehr langsam vor sich, so daß ein verhältnismäßig großes Zeitintervall zur Verfügung
steht, um den geringen Reststrom, wie: dies zur Kommutierung erforderlich ist, abzuschalten,
wobei die Möglichkeit gegeben ist, bei entsprechender Begrenzung des Stromwertes
diese Unterbrechung gänzlich funkenlos durchzuführen. Derartige Drosselspulen können
die bekannten Ventile in den Zuleitungen ersetzen. Unter Umständen kann es aber
auch vorteilhaft sein, solche Drosselspulen neben den Ventilen zusätzlich anzuordnen,
wobei die Drosseln dann zweckmäßig den Einschaltvorgang, die Ventile den Abschaltvorgang
steuern. Beim Einschaltvorgang ist nämlich umgekehrt, solange der zunehmende Strom
sehr gering ist, der Widerstand der Drossel groß, so daß der Strom sich nur langsam
und zunächst nur innerhalb eines niedrigen Bereichs ändert, so daß eine: praktisch
funkenfreie Zuschaltung leicht durchgeführt werden kann; während anschließend hieran,
sobald der Strom dann die Stromgrenze erreicht hat, der wirksame Widerstand praktisch
wegfällt, so daß dann eine fast verlustlose Leistungsübertragung ermöglicht ist.
Mit besonderem Vorteil werden im Zusammenhang hiermit die Kommutatoren so ausgebildet,
daß zwischen den einzelnen Stromabnehmerla.mellen isolierende Zwischenstücke (Blindlamellen)
von solcher Breite vorgesehen sind, daß ein unmittelbarer Kurzschluß zweier benachbarter
Lamellen durch die Bürste nicht eintreten kann. Die Zahl der Anzapfungen der Wicklungen
kann hierbei in weitete Grenzen beliebig gewählt werden. Hierbei ist vor allem zu
berücksichtigen, daß es einerseits dank der Wirkung der Drosseln möglich ist, erheblich
höhere Spannungsdifferenzen zwischen zwei elektrisch miteinander abwechselnden Lamellen
zuzulassen, so daß man im Bedarfsfall mit einer geringen Zahl von Anzapfungen arbeiten
kann, was insbesondere für schnell laufende Maschinen mit geringer Lamellenzahl
wichtig sein kann. Andererseits hat man es in der Hand, durch Vergrößerung der Zahl
der Anzapfungen die Welligkeit (Oberwellen) des abgenommenen, gleichgerichteten
oder umgeformten Stromes herabzusetzen, so daß man in Fällen, in denen hierauf Wert
gelegt wird, eine größere Zahl von Anzapfungen und Kommutatorlamellen anordnen kann.
Die Trennstücke zwischen den einzelnen Lamellen brauchen nicht notwendig ganz aus
Isoliermaterial zu besteben, sondern können auch aus leitendem Material hergestellt
sein und durch isolierende Zwischenlagen von den benachbarten Lamellen elektrisch
getrennt sein. Es ist also auch möglich, einen normalen Maschinenkommutator bei
entsprechender Schaltung der vorhandenen Lamellen zu verwenden. Die Bürstenzahl
selbst kann entsprechend der verwendeten Pol- oder Phasenzahl gleichfalls beliebig
gewählt werden. Um die erforderliche Überlappungszeit, die für den Kommutierungsvorgäng
erwünscht ist, zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, die Breite der wirksamen Lamellen
größer zu wählen als die der dazwischenliegenden
Blindlamellen.
Bei der Verwendung für Gleichrichtung ist es möglich, den Bürstensatz verdrehbar
auszuführen, wobei dann durch Verdrehen der Bürsten die Gleichspannung bei gegebener
Wechselspannung geregelt oder herabgesetzt werden kann. Unter Umständen kann es
zweckmäßig sein, die Bürstenverschiebung mit der Verstellung eines Feldreglers zu
kombinieren oder zu kuppeln, um den Blindleistungsverbrauch einzuregeln oder gering
zu halten. Unter Umständen ist es auf diese Weise auch möglich, Blindleistung abzugeben.
Die Erregerwicklung kann im Bedarfsfall auch ihrerseits verstellbar oder auch als
verteilte Wicklung ausgeführt werden, so daß man dann durch Änderung des Verhältnisses
der Erregerströme der beiden Wicklungen die Achse des Erregerfeldes verdrehen kann.
Die Maschine kann außerdem auch noch mit einer Dämpferwicklung ausgeführt sein.
Außerdem ist es möglich, die Maschine in bekannter Weise mit Glättungseinrichtungen
zu versehen sowie gegebenenfalls in die Wicklungszuleitungen Ausgleichsdrosseln
zu schalten, durch die die Rückwirkung der verschiedenen Entfernungen der Anzapfungen
von den Schle:ifringanschlüssen von dem Widerstand kompensiert werden kann.