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Gleich- oder Wechselstromkommutatormaschine, an der ein günstiger
Stromverlauf in den kommutierenden Spulen durch in den kommutierenden Kreis eingeschaltete
Induktivitäten erzwungen ist Bei der Kommutverung von Gleich- oder Wechselstromkommutiato,rmaschinen
besteht die Hauptschwierigkeit bekanntlich darin, zu erreichen., daß beim öffnen
der durch die Bürste kurzgeschlossienen Spule der Strom in dieser Spule einen möglichst
in der Nähe des, Wertes Null gelegenen Wert aufweist, damit eine Funkenbildung an
der die Kommutatorlamelle verlassenden Bürste vermieden wird. Es soll bei der Kommutierung
eine stromlose Abschaltung der einzelnen kommutierenden Stromkreise erzielt werden.
Zur Erreichung dieses Zieles ist es bereits bekannt, in den kommutierenden Stromkreis.
Schaltdrosselspule,n einzuschalten, deren Widerstandswert zwischen einem Höchstwert
und einem Kleinstwert taktmäßig gesteuert wird. In dem Moment, in dem die Bürste
von einer Kommutatorlamelle abläuft, wird in dem dazugehörigen kommutierenden Stromkreis
mit Hilfe der Schaltdrosselspulen der Widerstandsiwert sehr hoch gehalten und damit
der Strom an der Bürste sehr klein. In Fig. z und --> der Zeichnung ist veranschaulicht,
wie man durch
Ändcrüng der Indixktivibät einer- Drosselspule, in
einem Gleichstromkreis den Strom dieses Kreises beeinflussen kann. Durch die Drostselspule
L fließt ein Gleichstrom i, der durch die angelegte Gleichspannung E und den Olimschen
Widerstand des .. Zreisesc bestimmt ist: Der Ohmsche Widerstand Zünd dementsprechend
auch die Spannung E der Gleichstromquelle wird als vernachlässi.gbar klein angenommen,.
Wird .nun im Zeitpunkt A der Fi:g. z der Luftspalt der Drosselspule L durch Annäherung
eines Ankerstückes plötzlich verringert, also die Induktivn.tät stark erhöht, dann
geht der Strom von. dem größten: Wert i" auf den kleinsten Wert ib zurück. Für den
Gleichstromkreis gilt nämlich bei den angenommenen Vernachlässigungen, daß der Fluß
der Drosselspule bei der Änderung der Induktivität konstant bleibt, und da -dieseir
Fluß durch das Produkt aus der Induktivität und dem erregenden Strom i gegeben ist,
muß bei Vergrößerung der Indukbivitüt der Strom i entsprechend zurückgehen. Um den
Strom r auf einen möglichst kleinen Wert herabzudrücken, was, für die funkeifreie
Konimutierung erforderlich. ist, müß dabei das Verhältnis von kleinster und größter
Induktivität möglichst klein, .sein.
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Fig. 3 der Zeichnung veranschaulicht die Einschaltung derartiger in
der Größe des Luftspaltes und damit in der Größe der Induktivi,tät gesteuerter Drosselspulen
in den Stromkreis der Kommutatorwicklung. Der Einfachheit halber ist die Kommubatorwicklung
als Ringwicklung gezeichnet, deren Anzapfungen abwechselnd an zwei Kommutatoren
K1 und K2 geführt sind. Der Strom i der eingezeichneten Phase wird abwechselnd über
die Bürsten Bi und B2 -entnommen,, wobei durch ein entsprechendes Isolierstück ein
Ku.rzschluß von zwei Lamellen über die Bürsten vermieden wird. Die Bürstenströme
i, und i2 sind über die Drosseln L1 und L2 geführt. Die Drosselspulen besitzen U-förmige
Eisenkerne; deren magnetischer Fluß sich über die Zähne und den Radkörper eines
rotierenden Zahnrades schließt. Dieses Zahnrad wird synchron im Takte der Kömmutierungsfrequenz
angetrieben, so daß die Induktivität der Drosselspulen entsprechend dem Schema,der
Fig. i und immer in dem Zeitpunkt stark vergrößert und damit der Strom der Drosselspule
stark vermindert -wird, wenn die ,dazugehöri.ge Bürste B1 und B2 ein I#-,ommutatorsegmment
verläßt. Der an den beiden Bürsten B1 und B2 insgesamt abgenommene Strom -wird also
mit Hilfe der taktmäßig gesteuertem: Drosselspulen L1 und L2 abwechselnd immer von
einer Bürste auf die andere: übergeleitet, so daß die eine Bürste :stromlos schalten.
kann. Der Vorteil einer derartigen Steuerung des zu kommutierenden Stromes besteht
darin,, daß der abzuschaltende Strom unabhängig von seiner Größe und Richtung auf
kleine Werte gebracht wird, wobei auch die Größe und Richtung einer in der Kommutierungswicklung
durch Transformation oder Drehung erzeugten; Spannurig im Prinzip gleichgültig ist.
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Die Erfindung betrifft nun eine besonders zweckmäßigeAusbildung und
Verwendung des geschilderten Kommütierungsprinzips, bei dem ein günst @.iger Stromverlauf
in den kommutierenden Spulen durch in den kommutierenden Kreis, eingeschaltete Induktivitäten
erzwungen wird, deren Widerstandswert während der Kommutierung geändert wird. Erfindungsgemäß
dienen als Indukbivitäten die Nutstreuinduktivitäten der kommutierenden Spulen,
und in .der Wendezone des Ständers sind Jochstücke angebracht, die, von den in der
Kommutierungszone befindlichen Zähnen des Läufereisens durch einen geringen Luftspalt
getrennt, durch Vergrößerung des Leitwertes. für den aus den Zahnköpfen austretenden
Nuts,treufluß den Widerstands-v@e@rt der Nutsfireuinduktivitäb ändern. - Esc werden
also bei der Erfindung die gesondert vorgesehenen ruhenden Drosselspulen L1 und
L2 der Fig. 3 durch die umlaufenden Nütsbreuinduktivibäten des Ankers der Kommutatormaschine
ersetzt, während das rotierende Zahnrad der Fsg. 3 durch ruhende bebesondere Jochstücke
in der Wendepolzone des Ständers der Maschine ersetzt wird. Gegen-Über -der Anordnung
der Fig. 3 ist also die Anordnung der Erfindung sehr wesentlich vereinfacht.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele dar
Fig. q. bis i i der Zeichnung näher erläutert. Big. 4. zeigt schematisch das Läufereisen
mit den Zähnen und: Nuten der Kommutatormaschine. Big. 5 zeigt die in diesen Nuten
untergebrachte Kommutatorwicklung mit den Kommutatorsegmenten und den Stromabnahmebürsten.
In der Wendezone des Ständers befinden sich nun gegenüber den Zahnköpfen des rotierenden
Ankers und von diesen Zahnköpfen nur durch einen geringen Luftspalt getrennt die
ruhenden Jochstücke i. Diese sind U-förmig ausgebildet und überbrücken beim Vorübergleiben
des Ankers immer zwei benachbarte Ankerzähne magnetisch, so daß die dazugehörige
Nutstreuinduktivität stark vergrößert wird. Das hat aber zur Folge, daß, wenn sich
in dieser Nut eine. kommutierende Spule befindet, der Strom dieser Spule, der ja
als Kurzschlußstrom weitgehend beeinflußbar ist:,- entsprechend den an Hand der
Fig. i und a geschilderten Prinzipien eine starke Verminderung erfährt bzw. auf
einen in der Nähe des, Wertes Null liegenden Wert gebracht wird, so daß der Kurzschlußstromkreis
dieser Spule funkenlos unterbrochen werden kann. Man muß also die Ankerwicklungsanordnung
so treffen, daß beim Nullwerden des Stromes in den durch die Joche i überbrückten
Nuten die dazugehörigen Spulen der Fig. 5 durch Ablaufen der Bürsten an den Kommutatorsegmenten
-aus dein Kurzschluß herausgenommen werden. In Fig. 5 sind durch zwei ausgezogene
Rechtecke zwei Jochstucke gemäß Fig. ,4 veranschaulicht: Denken wir uns die Bürsten
und die jachsticlte nach rechts bewegt, so wird zunächst Lamelle a und b kurzgeschlossen
und dann Lamelle a abgeschaltet: Die Jochstücke i gehen dabei in die durch gestrichelte
Linien angegeben,-, Lage über. Das linke Jochstück überbrückt hierbei eine Nut und
macht deren Stromdürchflutung gleich Null. Während des Lamellenkurzschlusises
kann
in der `stark gezeichneten Kommutierungswindung der Fig. 5 zunächst ein beliebiger
Strom fließen. Wird nun durch Verschiebung des Jochstückes die Stromd'urchflutung
der linken Nut des Kommutierungskreises zu Null erzwungen, so ist das nur möglich,
wenn in denn stark ausgezogenen Kommutierungskreis sich der Strom umdreht, denn
es ist zu beachten:, daß in dieser Nut sich nicht nur eine kommutierende bz.w. in
Kurzschluß befindliche Spule befindet, deren Strom beeinflußb ar ist, sondern außerdem
auch noch eine Spule, die den normalen Belastungsstrom der Kommutatormaschine führt;
der also durch derartige Veränderungen der Nuts.treuinduktivität nicht be@einfluß!bar
ist, da er durch die Widerstandsverhältnis-se des äußeren Stromkreises der Kommutatormaschine
festgelegt ist. Wenn also in dieser Nut die Stromdurchflutung infolge der magnetischen
Überbrückung dieser Nut durch das Jochstück i Null werden soll, so ist das nur möglich,
wenn dabei der Strom in der kurzgeschlossenen Spule eine entgegengesetzte Richtung
annimmt wie der Strom in der anderen Spule der Nut. Zu diesem Zweck muß der Strom
im Kommutierungskrei@s durch den Nullwert hindurchgehen;, und in diesem Moment läuft
die Bürste an der Kommutatorlam:elle a gerade ab. Bei dieser Anordnung ist es nicht
zweckmäßig, in dem Zeitpunkt, in, dem die linke Seite der kommutierenden Spule durch
das Jochstück i eine starke Erhöhung der NutstTeuinduktivität erfährt, auch an der
rechten Seite der Spule ebenso zu verfahren, denn es ist zu beachten, daß bei der
getroffenen, Wicklungsanordnung in den beiden Nuten der kommutierenden Spule die
nichtkommutierenden Ströme gegenüber den kommutierenden in der einen 1\Tut die gleiche,
in der zweiten Nut die entgegengesetzte Richtung aufweisen. Würden also auf beiden
Seiten die Jochstücke die Nutstreuinduktivität, vergrößern, so würde dadurch der
kommutierende Strom in den beiden Nuten in entgegengesetztem Sinn beeinflußt werden,
so daß die angestrebten Effekte sich gegenseitig aufheben. Dementsprechend ändert
bei der Anordnung nach Fig. 5 das Jochstück i während der Kommutierung nur an der
einen Spul:ensedte die Nutstreuinduktivität. Das rechte Jochstück der Fig. 5 ist
während der Kommutierung in eine Lage gekommen, in der die rechte Nut des Kommutierungskrei,ses.
offen ist, also eine kleine Induktiv ität besitzt, so d:aß in dieser Nut eine Umkehr
des Stromes im Kommlitierungskreis ohne große Gegen"virkung möglich ist.
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Man kann den geschilderten Effekt, mit Hilfe der Jochstücke einen
Stromnulldurchgang in der kommutierenden Spule zu erzwingen, auch dadurch erreichen,
daß man die Jochstücke, wie in Fig. q. veranschaulicht, mit einer zusätzlichen Gleichstromerregung
2 ausrüstet. Dies hat ebenfalls zur Folge, :daß in dem Moment, in dem die Nuts:treuinduktivität
durch das darüber befindliche Jochstück eine starke Vergrößerung erfährt, der kommutierende
Strom seine Richtung wechselt, damit die insgesamt-, Stromdurchflutung dieser Nut,
die sich aus dem Strom der kommutierenden Spule und der konstanten Erregung des
Jochstückes zusammensetzt, den Wert Null annehmen kann.
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Fig. 6 und 7 der Zeichnung veranschaulichen eine Anordnung, bei der
das Jochstück 3 zwei Nuten des: Läufereisens überbrückt. Dies, hat zur Folge, daß:
auch dann, wenn die kommutierende Spule in ihren beiden Nuten sich allein befindest,
also nicht mit Leitern nichtkommutierender Spulen zusammenliegt, die die Kommutierung
erfindungsgemäß beeinflussende Nutstreuinduktivität eine Stro:mdurchflutung besitzt,
die sich aus dem gerade kommutierenden und dementsprechend becinflußbaren Strom
und aus dem nicht beeinflußbaren äußeren Belastungsstrom zusammensetzt, wodurch,
wie bereits bei Fig. 5 geschildert, ein Stromnulldurchgang des kommutierenden Stromes
erzwungen wird. Durch die Überbrückung zweier Nuten durch das Jochstück kommt zu
dem kommutierenden Strom der einen Nut der nichtkommutierende der zweiten hinzu.
Bei der Anordnung der Fig. 7 werden an beiden Seiten der kommutierenden Spule mit
Hilfe der Jochstücke die Nutstreuinduktivitäten gesteuert. Dies ist möglich, weil
bei der Wicklungsanordnung der Fig. 7 in, beiden durch die Jochstücke überbrückten
Nutpaaren der stark ausgezogenen kommutierenden Spule die nichtkommutierenden Ströme
gegenüber den kommutierenden- entweder in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung
verlaufen, so daß die durch die Änderung der Nutstr euinduktivität hervorgerufenen
Effekte in den beiden Nutpaaren der kommutierenden Spule sich nicht gegenseitig
aufheben, vielmehr im gleichen Sinn wirken. Man kann bei der Anordnung der Fig.
6 und 7 ebenfalls die Jochstücke noch mit einer geringen zusätzlichen Erregung versehen,
beispielsweise um dadurch eine bei Wechs@el@strommaschinen vorhanden;-, Transformatorspannung
in ihrem Einfluß auf die Kommutierung möglichst zu kompensieren und um den Strom
vollständig auf Null zu bringen, da dies theoretisch nur bei Vergrößerung der Induktivität
auf oo möglich ist. Bei den Anordnungen. der Fi:g. i und 3 wird eine große Induktivitätsänderung
der Drosselspule L dadurch erzielt, daß der magnetische Leitwert der Drosselspule
durch Änderung des Luftspaltes geändert wird. Man kann jedoch eine große Induktivitätsänderung
auch dadurch erreichen, daß man die Drosselspule wiederum mit zwei gegeneinander
beweglichen Teilen ihres Eisenkerns ausrüstet, auf beiden dieser Teile jedoch Wicklungen
vorsieht, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Bei der Verdrehung des einen
Teils gegenüber dem anderen wirken dann diese beiden Wicklungen einmal im gleichen
Sinn und ergeben eine große Induktivität, einmal im entgegengesetzten Sinn und ergeben
eine kleine Induktivität. In Fig.8 und 9 ist dies dadurch veranschaulicht, daß der
eine Eisenkern der Drosselspule ein Doppel-T-Anker ist, der mitsamt seiner Wicklung
um i8ö° innerhalb des zweiten Eisenkerns gedreht -,werden kann. Dieses Prinzip der
Änderung der Induktivität ist bei der erfindungsgemäßen Wicklungsanordaung
gemäß
den Fig: 1o und ii der Zeichnung zur Anwendung gebracht. Die die Kommutierung beeinflussenden;
Jochstake q. der Kommutatormaschine überbrücken hier zwei benachbarte Zähne dies
Läufereisens, und. die Wicklungsanordnung ist gemäß Fig. i i derart, dafi eine gerade
kommutierende Spule sich mit einer Wicklungsseite in derselben Nut befindet wie
die benachbarte kommutierende Spüle, so, daß der Unter- und der Oberstab einer Nut
gleichzeitig kommutieren. Die Jochstücke q. besitzen, nun eine gleich große, jedoch
entgegengesetzte Erregung wie die bereits kommutiertem Leiter der dem Jochstück
gegenüberliegenden und durch dieses. magnetischüberbrückten Nut. Die resultierende
Durchflutung dieses durch die beiden Zähne der Nut und durch das Jochstück gebildeten
magnetischen Kreises ist :daher gleich Null. Wenn nun das Jochstück q. infolge der
Bewegung des L.äüfers, zur benachbarten rechten Nut Übertritt, dann. sind zunächst
die Durchlutungen im Jochstück und in der Nut gleichgerichtet. Da der mit diesen
Durchflutungen verkettete magnetische Fluß jedoch unverändert klein bleibt, muß
sich die vom kommutierenden Nutstroam herrührende Durchflutung in der Richtung umkehren,
d. h. der nunmehr kommutierende Strom- wird zu einem- Nulldürchgang gezwungen.