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Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung von Gleichstromreihenschlußmotoren
Es wurde bereits eine Anordnung zur Verbesserung der Stromwendung von mit wellenförmigem
Gleichstrom gespeisten Gleichstromreihenschlußmotoren vorgeschlagen, bei der die
Wendepolwicklung und eine große Induktivität, z. B. die Hauptpolwicklung, parallel
geschaltet sind. Diese Anordnung ermöglicht es, in wirksamer Weise die Welligkeit
des Wendefeldes zu erhöhen und dadurch eine verbesserte Kommutierung zu erzielen.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß der Wirksamkeit der geschilderten
Anordnung dadurch unter Umständen verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt sind, dab
die Dämpfung des Wendefeldes zu groß ist. Nach der Erfindung wird es nun durch die
Anwendung von lamellierten Brücken zwischen den Haupt- und Wendepolen eines an sich
bekannten Mittels zur Verminderung der Dämpfung im Kraftlinienpfad des Wendefeldes
bei mit pulsierendem Gleichstrom gespeisten Gleichstrommaschinen ermöglicht, die
gewünschte Erhöhung der Welligkeit des Wendefeldes unter allen Umständen zu erzielen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Fig.
i bis .1 dargestellt. Mit i ist das massive Joch der Maschine bezeichnet, 2 stellt
der; etwa lammelliert ausgeführten Hauptpol, 3 den
lamellierten
Wendepol dar. Mit 4 ist eine Brücke aus lamelliertem Eisen bezeichnet, die zwischen
den beiden Polen an dem Joch angeschraubt ist in der Weise, daß zwischen dieser
Brücke und den Polen ein kleiner Luftspalt verbleibt. Hierbei werden die Bleche
radial geschichtet. Infolge des Luftspalts fließt der konstante Fluß durch das massive
Joch, während der Wechselfluß über Luftspalt und lamellierte Brücke verläuft.
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5 stellt die Hauptpolwicklung dar, 6 die Wendepolwicklung und 7 einen
zu diesen beiden Teilen parallel geschalteten Ohmschen Widerstand. Bei der Bemessung
der beiden parallel geschalteten Wicklungen wird die Stromverteilung in beiden Parallelzweigen
den jeweiligen Verhältnissen angepaßt. Der Ohmsche Widerstand wird mit Vorteil justierbar
ausgeführt und bei Inbetriebsetzung der Maschine auf den günstigsten Wert eingestellt,
der dann dauernd beibehalten wird. Bei Versuchen an einem Bahnmotor hat sich gezeigt,
daß bei diesem ein Ohmscher Widerstand, durch den etwa 3 bis des gesamten Gleichstroms
fließen, eine günstige Wirkung aufweist.
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Die magnetische Brücke kann beispielsweise in einer Größenordnung
von to bis 2o mm Dicke ausgeführt werden, wodurch sich kein Gewichtszuwachs ergibt,
da das Joch etwa um denselben Betrag schmaler ausgeführt werden kann. In dem Kennlinienbild
der Fig. 2 ist zur Erläuterung der durch die vorgeschlagene Kombination gegebenen
Verbesserung die Fehler-EMK in Abhängigkeit von der Stromstärke schematisch dargestellt.
Die Kennlinie a zeigt hierbei den Verlauf der Fehler-EMK bei der Anwendung einer
magnetischen Brücke unter Verwendung der üblichen Reihenschaltung von Hauptpol-
und Wendepolwicklung. Die Kennlinie b zeigt den Verlauf der Fehler-EMK bei der Vereinigung
einer derartigen lamellierten Brücke mit der in der eingangs angegebenen Parallelschaltung
von Hauptpol- und Erregerwicklung. Kennlinie c gibt den Verlauf der Fehler-EMK bei
der Anwendung eines zusätzlichen Ohmschen Widerstandes parallel zu den beiden Wicklungen
an. Hierbei ist bei einem bestimmten Versuchsmotor eine Welligkeit I bei Ioo Perioden
zugrunde gelegt. Unter Welligkeit I ist hierbei angenommen, daß der Maximalwert
des überlagerten Wechselstroms dem konstanten Gleichstrom gleich ist, d. h., wenn
J der Gleichstrom und i ₧ sin wt der Wechselstrom ist, so ist die Welligkeit
= I. Unter Fehler-EMK ist hierbei die vektorielle Größe der Abweichung der in den
bei der Kommutierung kurzgeschlossenen Windungen tatsächlich induzierten EMK von
dem Idealwert dieser EMK zu verstehen.
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Wenn also - vgl. die Vektordiagramme der Fig. 3 und 4 - u die für
ideale Kommutierung erforderliche EMK ist, so ist v die durch den Wendepol induzierte
EMK und z die transformatorisch vom Erregerfeld induzierte EMK, so daß sich eine
Fehler-EMK y ergibt. Die Diagramme 3 und 4 entsprechen den Stromwerten I und II
der im Diagramm Fig. z gezeigten Kennlinie a für eine Reihenschlußmaschine mit magnetischer
Brücke ohne Parallelschaltung der Hauptpol- und Wendepolwicklung. Hierbei ist durch
die magnetische Brücke der der Dämpfung entsprechende Winkel zwischen .r und v verkleinert,
wodurch sich für den hohen Stromwert II zwar eine Verbesserung, für den geringen
Stromwert I aber eine Verschlechterung ergibt.
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Durch die Kennlinie p in Diagramm Fig. 2 ist die bei dem erwähnten
Motor zulässige Fehler-EMK bestimmt, die bei den üblichen Bahnmotoren etwa in der
Größe von 2 bis 3 Volt liegt.
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Aus dem Diagramm Fig. 2 ergibt sich also, daß durch die vorgeschlagene
Kombination hinsichtlich der Betriebsverhältnisse des Motors sowohl für die Anlaufverhältnisse
- das sind die rechts von der dem Stundenstrom entsprechenden Kennlinie d liegenden
großen Stromwerte - wie auch für den Stundenstrom selbst und insbesondere auch für
die unterhalb des Stundenstroms liegenden Werte eine ganz .erhebliche Verbesserung
erreicht ist. Gerade die letztere Eigenschaft macht die Schaltung besonders für
den Antrieb von elektrischen Fahrzeugen geeignet, die gerade bei großen Geschwindigkeiten
regelmäßig mit derartig geringen Stromwerten arbeiten. Der Vergleich mit der Kennlinie
p zeigt hierbei, daß bei dem untersuchten Beispiel die Fehler-EMK über den ganzen
für einen Bahn- bzw. ähnlichartigen Antrieb erforderlichen Strombereich unterhalb
der zulässigen Grenze liegt, so daß ein nach dem neuen Vorschlag ausgeführter Motor
ohne jegliche Vorschaltdrossel unmittelbar von einem Gleichrichter gespeist werden
kann. Hierbei ist noch zu berücksichtigen, daß gerade bei hohen Stromwerten bei
gittergesteuerten Gleichrichtern die Welligkeit wesentlich geringer ist als bei
verhältnismäßig niedrigen Strömen. Es paßt sich sonach die Neigung der Kennlinie
c diesen Bedingungen sehr vorteilhaft .an.
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Es wird also durch die gänzliche oder teilweise Ersparnis der Glättungsdrosseln
sowie dadurch, daß der Motor für eine hohe Spannung, geringe Polzahl und volle Ausnutzung
gebaut werden kann, eine ganz erhebliche Ersparnis erreicht.