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Niederfrequenz-Zweiphasenkommutatormaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine kommutierende Zweiphasen-Wechselstrommaschine, deren Frequenz niedriger
als die niedrigste gebräuchliche Frequenz in Wechselstromnetzen ist und die sich
besonders für die Verwendung als Niederfrequenzgenerator zur Erzeugung von Strom
in festen Rührwicklungen an elektrischen Ofen eignet. Diese Wicklungen dienen, wie
der Name besagt, nur zum Umrühren des in anderer Weise geschmolzenen Bades im Ofen.
Die Frequenz des Stromes, der zugeführt werden muß, um den besten Rühreffekt zu
erhalten, ist in gewissem Maße von der Größe des Ofens abhängig, und die Abhängigkeit
ist so, daß die erforderliche Frequenz mit zunehmender Ofengröße abnimmt. Bei solchen
Ofengrößen, bei denen die genannten Rühreinrichtungen wirtschaftlich berechtigt
sind, unterschreitet die genannte Frequenz wesentlich die niedrigste gebräuchliche
Netzfrequenz.
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Bisher wird der Strom zur Speisung der Rührspule von einem Generator
für jede Phase der Spule bezogen. Die Anzahl der Phasen solcher
Spulen
ist grundsätzlich ohne Bedeutung, es hat sich jedoch gezeigt, daß zwei Phasen am
zweckmäßigsten sind. Wie groß man aber auch die Anzahl der Phasen wählt, so ist
die Anordnung eines Generators für jede Phase wenig zweckmäßig, unter anderem aus
dem Grunde, weil beim Antrieb der getrennten Generatoren von einer gemeinsamen Kraftquelle
aus leicht Vibrationen an der Welle auftreten können, die zu großen mechanischen
Beanspruchungen der Maschinen führen können.
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Mit der Maschine gemäß der Erfindung wird es möglich, einmal die Nachteile
der bisher bekannten Anordnungen zur Speisung der Rührspule zu vermeiden und zum
andern gleichzeitig verbesserte elektrische Eigenschaften und eine beträchtliche
Kosten- und Raumersparnis zu erreichen. Die Erfindung geht von einer Maschine aus,
die Erregerpole und zwischen ihnen angeordnete Kommutierungspole mit Wicklungen
besitzt, die von den verschiedenen Phasenströmen zur Kompensierung des Feldes der
Ankerwicklung durchflossen sind, wobei die Erregerwicklung jedes Pols auf mindestens
zwei Polkernen verteilt ist. Ihr wesentliches Kennzeichen ist, daß ein Teil der
für die Kompensierung bestimmten Wicklung in Nuten in der Nähe des Luftspalts verlegt
und der andere Teil dieser Wicklung konzentriert und auf den Erregerpolkernen verlegt
ist.
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Es sind Maschinen bekannt, die eine kombinierte Kompensierungs- und
Kommutierungswicklung für die Kompensierung des Rotor-Magnetfeldes aufweisen. Die
genannte Wicklung ist bei diesen Maschinen in Nuten der Hauptpolkerne und auch in
den Pollücken verlegt. Bei diesen Maschinen ist aber mit der kombinierten Kompensierungswicklung
die günstigste Form des Kommutierungsfeldes nicht zu erreichen. Die Maschinen haben
auch nicht den Vorteil der Maschine nach der Erfindung, bei der nur ein Teil des
Rotor-Magnetfeldes kompensiert und der übrige Teil vollständig nur in der Mitte
der Hauptpole durch eine an dieser Stelle zusammengezogene Kompensierungswicklung
ausgeglichen wird. Man kommt auf diese Weise für die Kompensierung mit einer zusätzlichen
Wicklung aus, die nur für die Kompensierung der Hälfte des Höchstwertes des verbleibenden
Rotor-Magnetfeldes bemessen zu werden braucht. Man erreicht so eine wesentliche
Ersparnis an Wickelraum und Kupfer.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar ein Zweiphasengenerator mit zwei Polen, zu dem vier Erregerpole
und vier Kommutierungspole gehören. Der Generator ist zum Speisen der Rührwicklung
eines elektrischen Ofens bestimmt. In der Zeichnung sind Leiter, die der gleichen
Phase angehören, mit Linien gleicher Stärke gekennzeichnet. Für die Phase, deren
Leiter mit kräftigen Linien gezeichnet sind, sind die Leiter in den Nuten mit doppelten
Kreisen, und für die Phase, deren Leiter mit etwas schwächeren Linien gezeichnet
sind, mit einfachen Kreisen gekennzeichnet. Die Richtung der Ströme ist, wie gewöhnlich,
durch die Projektion von Pfeilspitzen und Pfeilenden angegeben. Die Leiter auf der
Vorderseite der Maschine, der Kommutatorseite, sind voll ausgezogen und die Leiter
auf der Rückseite der Maschine gestrichelt.
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In der Zeichnung bezeichnen FI . . . F4 die Klemmen für Erregerwicklungen,
die von einem geeigneten Niederfrequenzerreger gespeist werden (nicht dargestellt).
AI ... A4 bezeichnen Punkte, an denen entsprechende Klemmen der Rührwicklung des
elektrischen Ofens angeschlossen werden sollen. Diese Wicklung ist in der Zeichnung
nicht dargestellt. Die Ziffern 5 ... Io bedeuten, daß Punkte mit demselben Zahlenwert
zusammengeschaltet werden sollen. Die Verbindungslinien sind der Deutlichkeit halber
in der Zeichnung weggelassen.
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Für die Bezeichnung A i ... A4, F i
... F4 und 5 ... Io gilt, daß die geraden Ziffern sich auf die eine Phase
und die ungeraden Ziffern sich auf die andere Phase beziehen. Bei dem in der Zeichnung
gezeigten Zweiphasen-Niederfrequenzgenerator bezeichnet iI den Ständer der Maschine,
der ebenso wie die Erregerpolkerne 1a bis 15 und die Kommutatorpolkerne 16 bis i9
lamelliert ist. Die Polkerne sind zweckmäßigerweise aus denselben Blechen aufgebaut,
aus denen der Läufer im übrigen ausgestanzt ist. 2o ist der Läufer, an dem nur sechs
Nuten dargestellt sind, in die die Spulen 2I, 22, a3 mit einer Spulenweite eingelegt
sind, die zweckmäßigerweise gleich der doppelten Polteilung der Maschine ist. Die
Läuferspulen sind an den Lamellen eines Kommutators 24 angeschlossen, auf dem vier
Bürstensätze 5, 6, A i und A2 anliegen.
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Die Magnetwicklung für die eine Phase zwischen F i und F3 umfaßt sowohl
den Erregerpolkern 12 als auch den Erregerpolkern 14, die entgegengesetzte Polarität
erhalten. Das Entsprechende gilt für die Magnetwicklung der anderen Phase zwischen
F2 und F4, die auf den Polkernen 13 und 15 angeordnet ist.
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Die Kompensierung des Feldes der Ankerwicklung erfolgt bei der gezeigten
Ausführung mit Hilfe von drei getrennten Wicklungen, einerseits durch eine verteilte
Kompensierungswicklung zwischen den Punkten 5 und 6 bzw. zwischen den Punkten 8
und 9, die in Nuten in den Erregerpolen in der Nähe des Luftspaltes verlegt ist,
anderseits durch eine konzentrierte Kompensierungswicklung zwischen den Punkten
7 und 9 bzw. 8 und Io um jeden Erregerpolkern und endlich durch eine Kompensierungswicklung
zwischen den Punkten 9 und A 3 bzw. den Punkten Io und A4, die auf den Kommutierungspolkernen
verlegt ist.
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Nach dem Vorhergesagten wird der Stromverlauf durch die Maschine,
ausgehend beispielsweise von A i, folgender: durch die Läuferwicklung zur Bürste
bei Punkt 5, der mit Punkt 5 der verteilten Kompensierungswicklung identisch ist,
durch diese Wicklung zu Punkt 7, der identisch ist mit Punkt 7 der konzentrierten
Kompensierungswicklung, die bis Punkt 9 durchflossen wird, und weiter von Punkt
9 der Kompensierungswicklung
an die Klemme A 3. Für die andere Phase
wird der Stromverlauf entsprechend A2-6-8-Io-A4.
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Die verteilte Kompensierungswicklung, die zweckmäßigerweise als Schleifenwicklung
mit einer Spulenbreite von 9o elektrischen Graden gewickelt wird, ist so gleichmäßig
wie möglich längs der Luftspaltperipherie verteilt. Die Nuten in den Erregerpolkernen
für diese Wicklung sind in der Zeichnung nicht dargestellt, sondern es ist nur die
Verlegung der Leiter und die Stromrichtung in diesen gezeigt. Bestimmte Spulen sind
in. den Pollücken zwischen Erregerpolen und Kommutierungspolen verlegt. Diese Spulen
werden durch geeignet angeordnete Keile in den Pollücken festgehalten. Der Deutlichkeit
halber sind die Spulenenden nur für einige wenige Spulen je Phase dargestellt, und
die Richtung, in der die Schleifenwicklung fortschreitet, ist durch Pfeile zwischen
den Nuten angegeben. Die Wicklung soll für eine bestimmte Phase so angeordnet sein,
daß ihr Feld dem Feld der Ankerwicklung entgegenwirkt. Diese Bedingung wird durch
die in der Zeichnung angedeutete Leitungsführung erfüllt.
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Es ist natürlich auch möglich, die genannte Kompensierungswicklung
als konzentrische Spulenwicklung anzuordnen, die eine mittlere Spulenbreite von
9o elektrischen Graden hat. Diese Ausführung bringt jedoch Schwierigkeiten bei der
Herstellung der Spule mit sich, da die Spulenbreite für jede Spule innerhalb eines
Polpaares ungleich ist. Bei einer Wicklung nach der dargestellten Ausführungsform
wird diese Schwierigkeit vermieden, da die Wicklung hierbei als Zylinderwicklung
ausgeführt werden kann und die Spulen symmetrisch werden. Selbst eine Schleifenwicklung
mit einer Spulenbreite von I8o elektrischen Graden könnte nicht mit Vorteil verwendet
werden, weil dann die Spulenenden doppelt so lang wie bei der verwendeten Anordnung
werden würden.
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Die konzentrierte Kompensierungswicklung ist gemäß der Zeichnung für
jede Phase auf sämtliche Erregerpolkerne verteilt. Die Wicklungsrichtung in jeder
Phase ist dabei so, daß aufeinanderfolgende Erregerpole die gleiche Polarität haben.
Durch diese Anordnung erhält man eine Kompensierung sowohl des aufwärts gehenden
als des abwärts gehenden Zweiges einer räumlichen Halbperiode der MMK-Kurve der
Ankerwicklung.
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Mit Hilfe der Kommutierungspole, die für jede Phase paarweise mit
entgegengesetzter Polarität in Reihe geschaltet werden, wird der mittlere Teil der
Halbperiode der genannten MMK-Kurve kompensiert.
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Dadurch, daß man bei der dargestellten Ausführungsform eine verteilte
Kompensierungswicklung anordnet, die so bemessen ist, daß sie keinen so großen Teil
der MMK der Ankerwicklung kompensiert, wie möglich wäre, und dadurch, daß man eine
konzentrierte Kompensierungswicklung die verbleibende Kompenpensierung innerhalb
des Hauptteils einer Halbperiode der MMK-Kurve der Ankerwicklung besorgen läßt,
gewinnt man den Vorteil, daß der Blechdurchmesser des Ständers kleiner gemacht werden
kann, als wenn die Kompensierung gänzlich durch eine verteilte Kompensierungswicklung
erzielt würde. Wird nämlich der Raum in den Pollücken benutzt, um dort eine gewisse
Amperewindungszahl der Kompensierungswicklung anzuordnen, so leuchtet es ein, daß
dann die Nutentiefe und die Polhöhe der Erregerpole und damit die radialen Abmessungen
des Ständers kleiner werden können.
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Wird die konzentrierte Kompensierungswicklung nicht auf jeden Hauptpolkern
verteilt, sondern so angeordnet, daß sie für jede Phase sowohl die obengenannten
aufeinanderfolgenden Erregerpolkerne mit gleicher Polarität als auch den dazwischenliegenden
Kommutierungspolkern umfaßt, so erreicht man, daß die Kommutierungswicklung etwas
schwächer gemacht werden kann, als bei Anordnung gemäß der Zeichnung erforderlich
ist.
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Dadurch, daß die Läuferwicklung mit einer Spulenweite ausgeführt wird,
die der doppelten Polteilung der Maschine entspricht, gewinnt man, daß auch eine
erheblich ungleiche Stromverteilung zwischen den getrennten Phasen nur einen unbedeutenden
Einfluß ausübt.
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Unter Beibehaltung der beschriebenen Ausführungsprinzipien für die
Maschine ist es möglich, eine beliebige Polzahl zu wählen. Diese Wahl kann von Bedeutung
sein sowohl bei der Anwendung der Maschine für Rühranordnungen als auch für andere
Zwecke als die beschriebenen, wo ihre Eigenschaften besonders wertvoll sind, beispielsweise
für die Zugbeheizung.