Wechselstrom-Kollektormotor. Vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Kollektormotor.
Bekanntlich haftet den Wechselstrom- Kollektormotoren, gleich welcher Phasenzahl, der Nachteil an, dass in den zu kommutieren den Spulen der Wicklung eine Transforma- tions-E. M. K. besteht, die unabhängig von der Drehzahl stets die Frequenz des Erreger- bezw. Netzstromes besitzt und besonders bei hohen Strömen, also im Anlaufstadium der Motoren, einen unzulässig hohen Wert an nimmt. Diese Spannung, welche der Kürze halber als Transformations-E. M. K. bezeich net sei, erzeugt einen Strom, der sich un mittelbar über die Bürsten schliesst. Dieser schwächt das Hauptfeld und das Drehmo ment und verursacht starkes Bürstenfeuern.
Die einzige praktische Möglichkeit, diesen mit hohen Verlusten verbundenen und die Lebensdauer des Kollektors stark einschrän kenden Übelstand zu beseitigen, bestand bis her darin, dass man an Stelle der sonst üb lichen Frequenz von 50 Per/sek. eine nied- rigere, und zwar meistens von 162/3 Per/sek. verwendete, was indessen schwere Genera toren, Transformatoren und Motoren bedingte und die gesamten Anlagekosten infolgedessen vervielfachte.
Dieser Übelstand wird nun gemäss der Er findung dadurch beseitigt, dass auf zwei axial nebeneinander liegenden, getrennten Kollek toren je ein Bürstenpaar pro Phase angeord net ist, und zwischen je zwei Bürsten ent gegengesetzter Polarität eine Sekundärwick lung eines mit seiner Primärwicklung an das Netz angeschlossenen Transformators ge schaltet ist, wobei mindestens jede zweite La melle jeden Kollektors mit einem Spulenende der Ankerwicklung so verbunden ist, dass die in Kommutation befindlichen Spulen durch die Bürsten in Reihe geschaltet werden, so dass sich ihre sogenannte Ruhespannungen gegenseitig aufheben.
Zweckmässig ist die Ausführung derart, dass beide Kollektoren zusammen die doppelte Lamellenzahl der durch die Spulenzahl be- dingten üblichen Anzahl haben und in bei den Kollektoren nicht angeschlossene Blind lamellen mit in gewöhnlicher Weise an die Ankerwicklung angeschlossenen Wirklamel len abwechseln.
Um insbesondere bei grösseren Leistungen eine gute Ausnützung des Kollektors zu er halten, kann aber auch, wenn man auf be kannte Weise die Ankerwicklung in zwei oder mehrere elektrisch voneinander ge trennte, am Ankerumfang aber elektrisch gleichliegende Zweige unterteilt, die Ausfüh rung derart sein, dass jedem Ankerzweig ein Kollektor zugeordnet ist, und die aufein anderfolgenden Lamellen ein und desselben Kollektors mit elektrisch gleich gelegenen Spulenenden des zugeordneten Ankerzweiges verbunden sind.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist A der Anker eines Einphasen-Kollektor motors, welcher mit zwei Kollektoren K1 und K2 versehen ist. In beiden Kollektoren wechseln an die Ankerspulen angeschlossenen Wirkungslamellen mit gänzlich isolierten Blindlamellen ab. Es sind im ganzen ent sprechend den zwölf Ankerspulen auf den Kollektoren zwölf Blind- und zwölf Wirk lamellen vorhanden, und zwar sind die erste ren durch gerade Zahlen von 2-24, die letz teren mit ungeraden Zahlen von 1-23 be zeichnet. Die Wirklamellen 2'-24 sind an die Spulenenden der Ankerwicklung M ange schlossen.
Auf der Lamelle 1 des Kollektors K1 liegt eine Bürste B1, welche über die Sekun därwicklung S1 des am Netz- oder am Haupt stromkreise liegenden Stromtransformators T mit der auf Blindlamelle 18 des Kollektors K2 aufliegenden Bürste B2 verbunden ist. Analog ist die auf Blindlamelle 24 auflie gende Bürste B3 über die Sekundärwicklung S2 des Transformators T mit der Bürste B4 auf Wirklamelle 7 verbunden. Die Bürsten B1 und B3 sind voneinander ebenso wie die Bürsten B3 und B4 isoliert, können aber natürlich auf dem gleichen Bürstenträger sitzen.
Die Primärwicklung P des Strom transformators T kann nun in Reihe mit der Stator-Feldwicklung, und, falls solche vor handen, auch mit der Kompensationswick lung zum Kompensieren der Ankerrückwir kung und einer Wendepolwicklung gelegt werden, und man hat so das Schema eines mit dieser Einrichtung versehenen Hauptstrom seriemotors.
Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist nun folgende Von der Bürste B1 geht der Strom i'2 durch S1 nach B2, von wo er in der augen blicklichen Kollektorlage aber nicht weiter kann. Er ist also ganz unterbrochen und nur die kinetische Energie des Ankers würde den Anker in Drehung erhalten. Nimmt man nun zunächst an, dass dies eintritt, so kommt nach einer kleinen Drehung des Kollektors, zum Beispiel im Uhrzeigersinne die Bürste B2 auf die Lamelle 17 von hier zu Punkt F der Ankerwicklung, durchläuft diese zum Bei spiel etwa mit
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auf dem untern Teile der selben und kommt nach G und von hier auf Bi zurück.
Die andere Hälfte von i'2 mag die obere Hälfte die Ankerwicklung durchlaufen und kommt ebenfalls auf die Bürste Bi, wo mit der Stromkreis geschlossen ist. Die Bürste B3 liegt jetzt zum Teil auch auf La melle 28 auf. Der von ihr ausgehende Strom i"2 fliesst durch 82 über B4 zum Punkte H der Ankerwicklung, teilt sich ebenfalls nach oben und unten zum Punkte K der Anker wicklung und nach Ba zurück. In den Spulen zwischen<I>FH</I> und GK haben die Ströme
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und
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die entgegengesetzte Richtung und heben sich auf. Die Spulen sind also strom los.
Da aber in ihnen die Transformations- E. M. Kräfte noch ebenso wie im Stillstand bestehen, so ist noch zu zeigen, dass diese sich ebenfalls kompensieren. Sie mögen im be trachteten Augenblicke die Richtungen H-F und K-G haben. Sie könnten sich zum Bei- spiel von G nach B1 über S1 nach B2 und 17 nach F und von hier nach H ausbreiten, fin den aber den Weg versperrt durch die Trans- formations-E. M. K., welche gleich gross und von gleicher Phase, aber verschiedener Rich tung in dieser Spule induziert ist, das heisst sie kompensieren sich in jedem Augenblicke gegenseitig, auch sonst ist ihnen kein Weg frei.
Ihre ungünstigen Wirkungen sind ihnen also genommen. Ein solcher Motor wird also wohl im Lauf eine gute Kommutation zeigen, dagegen im Stillstand unter Umständen nicht anlaufen können, da der Anker je nach Kol lektorstellung stromlos bleiben kann.
Dieser Mangel lässt sich beheben, wenn man die Punkte a1 und a2 und e1 und e2 durch regelbare Widerstände w1 und w2 (oder Kapazitäten oder Induktanzen) mitein ander zum Zwecke des Anlaufes überbrückt. wodurch stets die Bürsten B1 und B3 bezw. <I>B2</I> und B4 verbunden sind. Man könnte diese Überbrückungseinrichtungen sogar als An- lasseinrichtungeu ausbilden, die im Betriebe ganz kurzgeschlossen werden könnten. Man hätte damit wenigstens das Anlaufbürsten feuer in einfacher Weise unter Kontrolle bezw. Regulierung gestellt. Selbstverständ lich liessen sich auch alle Blindlamellen mit den zugehörigen Wirklamellen direkt am Kollektor mit Widerständen verbinden. Zum Beispiel 7 mit 18, 17 mit 6 etc.
Die in ge trennten Kollektoren untergebrachten 24 La mellen könnten auch auf dem Umfange eines einzigen nicht 12-, sondern 24teiligen Kol lektors untergebracht werden. Indessen könnte dies nur bei Motoren mit niederer Drehzahl in Betracht kommen, da durch vor liegende Ausbildung gerade bezweckt wird, relativ wenig Lamellen zu verwenden und
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Auch auf diesem Wege heben sich die induzierten E. M. Kräfte auf. Desgleichen auf dem Wege
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die bei den bisherigen Wechselstrom-Kom mutatormotoren infolge der grossen Kollek tordurchmesser und infolgedessen hohen Um fangsgeschwindigkeiten auftretenden grossen Reibungsverluste zu vermeiden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Ankerwicklung in zwei elektrisch ge trennte Teile M1 und M2 unterteilt, welche elektrisch miteinander übereinstimmend auf dem Anker angeordnet sind, und jedem Ankerzweig ist je ein Kollektor K1 bezw. K2 zugeordnet.
Jeder der beiden Ankerzweige besitzt 24 Spulen 1-24 bezw. 1'-24'; die Kollektoren, deren Lamellen axial nebeneinander angeord net sind, haben je 24 Lamellen 1-24 bezw. 1'-24'. Zwischen den Bürsten B1 und B2, B3 und B4, B5 und B6, B7 und B8 liegen wieder die Sekundärwicklungen eines gemein sam erregten Transformators oder Strom wandlers T.
Verfolgt man nun von der Bürste B1 auf Lamelle 4' ausgehend die in Kurz schluss befindlichen Spulen, so findet man folgendes, wobei die eingezeichneten Pfeile die momentanen Richtungen der induzierten Transformatorspannungen sind. Von Bi fliesst der Strom durch Spule 3 nach Bürste B3 und durch die Sekundärspule S34, Bürste B4 auf 14', durch Spule 13. nach Bürste B2 und durch Sie nach Bi zurück. Das Schema dieses Umlaufes ist einfacher dargestellt:
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Die Pfeile neben den Spulen 3 und 13 gehen die Richtungen der Transformator spannungen in ihnen an, welche sich gegen seitig aufheben.
Ein anderer Stromweg ist folgender Wird nun bei der praktischen Ausfüh rung der Wicklung dafür gesorgt, dass die gleichzeitig zu kommutierenden Spulen auf dem Anker an magnetisch ungefähr überein stimmenden Stellen liegen, so ergibt sich eine völlige Behebung der bisherigen Störun gen in der Wechselstrom-Kommutation bei Wechselstrom-Kollektormotoren, Was noch an störenden Kommutationserscheinungen übrig bleibt, überwiegt die Schwierigkeiten bei Gleichstrommaschinen nicht und kann durch Wendepole und Kompensation des Ankerfeldes in bekannter Weise behoben werden.
Pro Ankerstromkreis sind vier Bürsten er forderlich. Der totale Bürstenquerschnitt ist aber nicht grösser als bei gewöhnlichen Mo toren, da der gesamte Strom derselbe ist, und diese vier Bürsten nur je 1/4 des Gesamt stromes führen.
Es ist klar, dass die Anordnung bei belie biger Phasenzahl anwendbar ist.