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Einrichtung zur Stromwendung durch Schalter für kollektorlose elektrische
Maschinen Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Strom-Nvendung durch Schalter
für kollektorlose, insbesondere mit Wechselstrom betriebene, elektrische Maschinen
mit umlaufender Erreger- und gegebenenfalls Wendefeld- bzw. Kompensationswicklung
und ruhender, mit den Schaltern verbundener Ankerwicklung. Es ist bekannt, zur Verbesserung
der Kommutierung je Leiter des angeschlossenen Netzes zwei Schaltergruppen anzuordnen,
von denen die eine zu geradzahligen, die andere zu ungeradzahli@gen Anzapfungen
der Ankerwicklungen geführt sind und in jede Verbindungsleitung der @einzelnen Schaltergruppen
mit den Leitern des angeschlossenen Netzes mindestens eine Einrichtung zur plötzlichen
Widerstandsänderung am, z. B. vor dem Stromnulldurchgang bei der Kommutierung einzuschalten.
Gemäß der Erfindung werden die zwei Schaltergruppen als stillstehende Kohlekollektoren,
auf denen, je ein Bürstenpaar aus Kohle umläuft, ausgebildet. Das ist von besonderem
Vorteil, da der Strom beim Übergang von Kohlelamellen zu Kohlebürsten bekanntlich
einen besonders geringen Widerstand findet. Als Einrichtungen zur plötzlichen Wi.derstan.dsänderung
zwecks Abflachung der Stromkurve am Stromnulldurchgang können entweder bereits bei
kleinen Strömen gesättigte, gegebenenfalls mit wechselnder Polarität vormagnetisierte
Drosseln vorgesehen sein, denen kapazitive bzw. Qmsche Widerstände parallel geschaltet
werden können, oder es können aus einanodigen gittergesteuerten Ventilen in Kreuzschaltung
bestehende Einrichtungen verwendet werden.
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In Fig. i der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung
ein insbesondere für Bahnbetrieb geeigneter Einphasenreihenschlußmotor
därgestellt,
der im Gegensatz zu den sonst üblichen Ausführungen keinen Kommutator besitzt und
sowohl für Frequenzen von i623 Hz als auch für solche von 5o Hz ausgeführt werden
kann. Die Erregerwicklung E, die Wendefeldwicklung W und die Kompensationswicklung
K sind dabei im umlaufenden Teil untergebracht, wobei die Stromzuführung an die
in Reihe geschalteten Wicklungen über zwei Schleifringe S erfolgt. Der gegebenenfalls
erforderliche Wendepolparallelwiderstand kann im Läufer untergebracht werden oder
zwischen einem dritten Schleifring, der nur für den Wendepolparallelstrom zu bemessen
ist, und einem der Hauptschleifringe angeschlossen sein. Die drei genannten Wicklungen
können in der für den Einphasenbahnmotor bekannten Art mit ausgeprägten Polen oder
als verteilte Wicklungen ausgeführt werden, wobei bei Umkehr der Drehrichtung Teile
der Wicklung über einen Hilfsschleifring umzuschalten sind.
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Die Ankerwicklung A ist als geschlossene Gleichstromwicklung ausgeführt
und im Ständer untergebracht. Die ungeradzahligen Anzapfungen i, 3, 5 usw. dieser
Wicklung sind an die Kohlelamellen i, 3, 5 usw. des auf der linken Seite angeordneten
Kollektors K1, die geradzahligen 2, q., 6 usw, an die Kohlelamellen 2, q., 6 usw.
des rechts angeordneten Kollektors K2 angeschlossen. Zwischen den einzelnen Kohlelamellen
sind jeweils Isolierlamellen vorgesehen. Auf jedem der hier ruhenden Kollektoren
ist ein umlaufendes Bürstenpaar Bi, Bi bzw. Bz, B2 angeordnet, das als Schaltorgan
dient. Diese Bürstenpaare werden von der Motorwelle w' aus angetrieben. Die genannten
Bürstenpaare sind an die Schleifringe S1 bzw. S2 angeschlossen, auf denen wieder
Bürsten bi bzw. b2 laufen. Die letztgenannten Bürsten sind mit den Kommutierungsdrosselspulen
D1 bzw. D2 verbunden, zwischen denen die Stromzuführungen I und II unmittelbar bzw.
mittelbar angeschlossen sind.
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Bei der gezeigten Ausführung fließt der Strom vom Netzanschluß I über
einen Schleifring S zu der Hauptpol-, Wendepol- und Kompensationswicklung über .den
zweiten Schleifring S, dieobere Drosselspule D1, die Bürsten bi und Bi, die Kohlelamelle
i zur Anzapfung i der Ankerwicklung. Nach Durchströmen der Ankerwicklung gelangt
der Strom über den Anschluß 7, die Kohlelamelle 7 und die Bürsten Bi und bi zur
unteren Drosselspule D1 und hierauf zum Netzanschluß Il. LJnter dem Einfluß des
entstehenden Drehmomentes beginnt der Läufer umzulaufen, und die Bürsten B2 gelangen
auf die Lamellen :2 und B. Da das Potential der Anzapfung 2 unter Einfluß des Wendefeldes
größer ist als das der Anzapfung i, übernehmen die Lamellen 2 und 8 mit den Bürsten
BZ die Stromführung. Durch die besondere Bemessung der Drosselspulen, die schon
bei kleinen Strömen, z. B. in der Größenordnung von i bis 2 Ampere, gesättigt sind,
wird die Zone des Nulldurchganges des abklingenden Stromes über die Lamellen i und
7 und die Bürsten Bi verbreitert. Ferner kann durch eine- Vormagnetisierung zweckmäßig
mit Gleichstrom bzw. mit wechselnder Polarität der ungesättigte Bereich der Drosseln
beliebig, z. B. in eine symmetrische Lage zum Stromnulldurchgang, verschoben werden.
Die Öffnung der Stromkreise erfolgt demnach praktisch stromlos. Es müssen nämlich
nur die Magnetisierungsströme der Drosseln D1 und D2 abgeschaltet werden. Die Drosselspulen
verhindern also das Auftreten von Kurzschlußströmen in den Zeiten des Stromüberganges
von einer Lamelle auf die andere.
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Diewährend desKommutierungsvorganges unter Einfluß des Erregerfeldes
in den kurzgeschlossenen Teilen der Ankerwicklung induzierte trans:formatorische
Spannung kann in dieser Anordnung unwirksam gemacht werden, wenn die Drosselspulen
so bemessen sind, daß sie durch die transformatorische Spannung allein noch nicht
gesättigt «=erden, sondern erst durch Überlagerung der Kommütierungsspannung. Es
kann dann auf phasenverschobene Wendefelder, wie sie bei den bekannten Einp'hasenbahnmotoren
üblich sind, verzichtetwerden. Dietransformatori.scheSpannung kann auch durch Einfügen
einer der Erregerspannung proportionalen Gegenspannung in den Drosselkreis aufgehoben
werden. Diese Kommutierungsspannung kann über besondere Transformatoren aufgedrückt
werden, die zwischen die Punkte PI und P l' bzw. PI, und PII geschaltet wenden.
Die an die Transformatoren gelegte Spannung wird an den Schleifringen bzw. an der
Hauptpolwicklung E abgenommen. Gegebenenfalls können die Drosseln mit Hilfe von
besonderen Wicklungen vormagnetisiert werden, die von einer der Erregerspannung
proportionalen Spannung erregt werden, wobei zweckmäßig Parallelwiderstände zur
Einstellung der richtigen Phasenlage vorgesehen sind. Um kleine Kommutierungsdrosseln
zu erhalten und die Ruhepause zwischen den Arbeitsspielen der Drosseln zu vergrößern,
können an Stelle einer einzigen Drossel hinter den Punkten PI, PI', PI, und PII
auch je eine Drossel zwischen den Lamellen und den Anzapfungen der Ankerwicklungen
eingeschaltet werden. Fig.2 zeigt einen weiteren für den erfindungsgemäßen Zweck
verwendbaren Kohlekollektor. Die an die Ankerwicklung angeschlossenen Lamellen i,
3, 5, 7, 9 und i isind hierbei auf den halben Kollektorumfang verteilt. Außerdem
steht jeder Bürste Bi eine Bürste Bi gegenüber, die auf einem Segment
Se schleift. Dieses erstreckt sich im zweiphasigen Fall über ein Viertel
des Umfanges. Es kann aus einzelnen, elektrisch gut leitend miteinander verbundenen
Lamellen L bestehen. Von den Segmenten Se- wird dann der Strom abgenommen und über
die PunktePI, PII bzw. PI', PII in den Kreis eingefügt.
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An Stelle der Kommutierungsdrosseln können auch einanodige gittergesteuerte
Ventile treten. Jede Drossel ist (dabei zweckmäßig durch zwei Ventile in Kreuzschaltung
ersetzt, deren Gitter über entsprechende Hilfskontakte gemäß der gewünschten Abflachung
der Stromkurve mit kurzen positiven Spannungsstößen beaufschlagt werden.
Die
Gittersteuerung kann dabei so erfolgen, daß den Gittern zweier zusammengehöriger,
in Kreuz geschalteter Ventile kurz nach Auflaufen der Bürsten auf die zugehörigen
Lamellen positive Spannungsstöße von kurzer Dauer über zugehörige Hilfskontakte
erteilt werden. Dabei wird jedes Ventil den Strom übernehmen, dessen Anodenspannung
positiv gegenüber der Kathode ist, während das andere Ventil stromlos bleibt. Die
Regelung der Drehzahl erfolgt bei beiden beschriebenen Anordnungen wie beim" gewöhnlichen
Einpha;senmotor durch Änderung der Größe der zugeführten Klemmenspannung. Die erfindungsgemäße
Stromwendeeinrichtung kann sinngemäß auch für andere elektrische Maschinen verwendet
werden. Vorteilhaft tritt sie an Stelle der üblichen Kommutierungseinric'htungen
mit Kommutator bei Maschinen, die nach dem Prinzip des. Drehstromreihenschlußmotors,
des ständergespeisten und des läufergespeisten Drehstromnebenschlußmotors aufgebaut
sind.