Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen bei Wechselstrom-Kollektormaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf Wechsel stromkollektormaschinen, insbesondere Wech selstromkollektormotoren und betrifft eine Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störun gen, vor allem des Bürstenfeuers bei solchen Maschinen.
Bei der Verwendung eines Gleichstrom ankers in .einem mit Wechselstrom erregten Ständer tritt bekanntlich die Schwierigkeit auf, dass im Anker ausser er gewünschten Be wegungsspannung (elektromotorische Kraft der Rotation) noch .die sog. Ruhespannung (elektromotorische Kraft der Transformation) induziert -wird. Diese Ruhespannung, die im allgemeinen in den durch die Bürsten; kurz geschlossenen und in Stromwendung befind lichen Windungen des Ankers mit dem höch sten Wert induziert wird, verursacht Bür stenfeuer und eine starke Abnutzung der Bürsten und des Kollektors, zu deren Be- kämpfung die nachstehenden Wege beschrie ben wurden: 1.
Herabsetzung der Periodenzahl von 50 Hz auf beispielsweise 162/3 Hz (Bahn motoren).
2. Herabsetzung der Spannung zwischen benachbarten Kollektorlamellen durch ausser halb des Ankereisens ,geführte Anzapfungen, beispielsweise für die halbe Windungsspan nung.
Diese Anordnung bringt ohne Zweifel eine Verbesserung, ,jedoch keine wirkliche Abhilfe, da beim Kurzschliessen der Win dung über,die Bürste noch immer ein schäd licher Kurzschlussstrom fliesst.
3. Widerstandsverbindungen zwischen An kerwicklung und Kollektor, womit erheb liche Verluste verbunden sind.
4. Ohmsche Widerstände parallel zu den Wendepolen, um in der stromwendenden Windung eine in der Phase richtig gelegene Bewegungsspannung zu induzieren, welche auch die Ruhespannung aufhebt.
Auch diese Lösung bedingt erhebliche Verluste und hat ferner den grundsätzlichen Nachteil, dass die zur Kommutierung erfor derliche Wendespannung erst bei sieh dre liendem Anker eintritt, während die das Bür stenfeuer verursachende Ruhespannung be reits bei stillstehendem Anker vorhanden ist.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist grundsätzlich anderer Art. Sie erlaubt den Bau auch grosser Einheiten für die übliche Periodenzahl von 50 Hz und vermeidet die bisher mit der Ruhespannung verknüpften Störungen, insbesondere auch bei stillstehen- der Maschine bezw. niedrigen Drehzahlen (Anlauf), und zwar auf Grund folgender Überlegung.
Wird der durch eine Primärwichlung eines Transformators erzeugte Wechselfluss mit einer Sekundärwicklung nur teilweise verkettet, beispielsweise nur so, dass ein Viertel des durch die Primärwicklung er zeugten Wechselflusses die Sekundärwick lung durchfliesst, drei Viertel aber einem magnetischen Kreis angehören, der von der Sekundärwicklung nicht umschlungen ist, so ist es möglich, diese Sekundärwicklung kurz zuschliessen, ohne dass schädigende Kurz schlussströme auftreten, und zwar einfach deswegen, weil bei Kurzschluss .der Sekundär wicklung der sie durchsetzende Teilfluss ab gedrängt wird, so dass die kurzgeschlossene Sekundärwicklung überhaupt von keinem nennenswerten Fluss ;
durchsetzt wird. Die in ihr induzierte Spannung ist infolgedessen Null. Die Sekundärwicklung kann also auch unterbrochen werden, ohne dass ein den Schalter gefährdender Ahschaltlichtbogen auftritt.
Gegenstand der Erfindung ist dement sprechend eine Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformatorspannung ver knüpften Störungen (zum Beispiel Bürsten feuer) bei Wechselstromkollektormaschinen, insbesondere Bahnmotoren für höhere Fre quenz als 162i3 Hz (vornehmlich für 50 Hz), die dadurch gekennzeichnet ist, dass der von einem durch eine Bürste kurzgeschlossenen Stromweg umschlungene Hauptfluss abge drängt wird auf einen von keinem kurz geschlossenen Stromweg umschlungenen Hauptflussweg.
Genau wie beim Transformator wird nun in Stromwegen der Ankerwicklung der Ma schine, welche jeweils durch Bürsten kurz beschlossen in Stromwendung sieh befinden, ein Strom fliessen, .der den Teil des Wechsel flusses, welcher den Stromweg durchsetzt, abdrängt, so dass im kurzbeschlossenen Stromweg keine Ruhespannung induziert wird. Infolgedessen geht auch das Abschal ten dieses Stromweges durch :den Kollektor ohne schädliche Beanspruchung von Bürsten und Kollektor vor sich.
Zur Erreichung des Erfindungszweckes müssen nun die Ankerwicklung, die Lamellen zahl und Lamellenbreite, die Bürstenbreite und der Abstand der Bürsten voneinander (in Richtung des Ankerumfanges) in .geeigneter Weise gewählt werden.
Insbesondere kann die Einrichtung so getroffen werden, dass jede Bür ste, zum Beispiel durch entsprechende Wahl der Bürstenbreite und durch Anwendung von Hilfslamellen, nie mehr als einen Stromweg kurzschliesst, der so gewählt ist, dass nur ein Teil, zweckmässig höchstens die Hälfte des gesamten von einer Erregerwicklung erzeug ten Kraftflusses von .:(durch Bürsten) kurz geschlossenen Stromwegen umschlungen wird. Vorzugsweise haben, sofern Hilfs lamellen angewendet werden, die Haupt: und Hilfslamellen gleiche Breite.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung lassen sich, wie sich auch aus den weiter unten erläuterten Ausführungsbei spielen ergibt, in zwei Gruppen gliedern, von denen die eine, die hier als die "erste" ge zeichnet werden soll, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lamellenzahl, Lamellenbreite, die Bürstenbreite und er Abstand der Bür sten voneinander so gewählt sind, dass die Kommutierung in den neutralen Zonen und nie an sämtlichen Kommutierungsstellen bleichzeitig erfolgt.
Eine besondere Ausführung dieser ersten Gruppe besteht darin, dass bei einer Ma schine mit p = 2 oder mehr Polpaaren die Ankerwicklung so gewählt ist, dass die Stromwege zwischen zwei benachbarten La mellen bei bezw. vor dem Kurzschluss durch eine Bürste ganze Kraftflüsse einzelner Pole, deren Erregerwicklungen zweckmässig in Reihe geschaltet sind, umschlingen. Es kann eine an sich bekannte Wicklung, zum Bei spiel eine Schleifenwicklung oder eine Wel lenwicklung verwendet werden.
Um zu ge währleisten, dass die Kommutierung nie an sämtlichen Kommutierungsstellen gleichzeitig erfolgt, kann die Einrichtung vorteilhaft so getroffen werden, dass die Lamellenbreite mindestens das p-fache der Bürstenbreite be- tragt.
Ein besonders einfaches Ausführungsbei spiel dieser Art besteht in folgendem Gegeben sei :eine Maschine mit mindestens p - ? Polpaaren. Die Wicklungen der ein zelnen Pole seien in Reihe geschaltet. An der Erregerspannung liegt also ein einziger Stromzweig (Erregerwicklung), .der .den ge samten Erregerfluss erzeugt. Der Anker trage eine einfache Schleifenwicklung, also p parallelgeschaltete Ankerzweigpaare.
Damit diese Maschine, sei es als Motor, sei es als Ge nerator, im Sinne der Erfindung arbeitet, ge nügt es, den Lamellen, von :denen jede je mit einer Schleifeder Schleifenwicklung verbunden ist, eine Breite zu :geben, die mindestens das N-fache der Bürstenbreite beträgt. Werden dann die Bürsten derart gegeneinander ver setzt, dass jeweils immer -nur .eine Bürste oder nur zwei zu einem Polpaar gehörige Bürsten benachbarte Lamellen kurzschliessen, so wird jeweils der gesamte Fluss dieses einen Pols oder Polpaares auf die übrigen Pole im Sinne vorliegender Erfindung abgedrängt.
Wenn im Falle von p = 2 Polpaaren nur zwei zu einem Polpaar gehörige Bürsten benach barte Lamellen; also je eine Schleife vor zwei benachbarten Polen, gleichzeitig kurz schliessen, so wird höchstens die Hälfte des gesamten Erregerkraftflusses von .den beiden gleichzeitig durch Bürsten kurzgeschlossenen Stromwegen umschlungen und auf die bei den übrigen Pole abgedrängt; wenn jeweils immer nur :eine Bürste benachbarte Lamel len kurzschliesst, also nur eine Schleife vor einem .der Pole kurzgeschlossen wird, so wird jeweils nur ein Viertel des gesamten Kraftflusses :auf die übrigen drei Pole ab gedrängt.
In entsprechender Weise kann die Einrichtung bei Maschinen mit einer grö sseren Polzahl getroffen und eine beliebige als günstig :erachtete Reihenfolge der Kom mutierung :der in Frage kommenden Schlei fen angewendet werden. Es empfiehlt sich hierbei, die Verteilung ,der .durch Bürsten gleichzeitig kurzgeschlossenen Stromwege so zu wählen, dass eine Unsymmetrie in .der Feldverteilung und damit ein einseitiger, magnetischer Zug auf die Welle vermieden wird, was ,dadurch erreicht werden kann, dass die Abdrängung :des Flusses von diametral gegenüberliegenden Polen gleichzeitig be wirkt wird; letzteres wird auch bei andern Ausführungsformen .der Erfindung vorteil haft berücksichtigt.
Ferner können, :damit die Kommutierung nie an sämtlichen Kommutierungsstellen gleichzeitig erfolgt, insbesondere bei Ver wendung von Ankerwicklungen, bei denen jeder Stromweg zwischen zwei benachbarten Lamellen den .ganzen von einem Pol erzeug- ten Kraftfluss umschlingt, zwischen zwei benachbarten Hauptlamellen Hilfslamellen vorgesehen sein und die Anordnung kann so getroffen sein, dass jede Hauptlamelle mit Hilfslamellen, welche die Ecken eines regel mässigen p-Ecks mit ihr bilden, :durch Ring verbindungen verbunden ist.
Auf :diese Weise lässt sich insbesondere auch bei Anwendung einer Wellenwicklung, erreichen, dass der gesamte Kraftfluss eines oder mehrerer Pole auf die übrigen Pole, die von der gleiche Erregerwicklung (in Reihenschaltung) erregt werden, abgedrängt wird.
Bei der angegebenen ersten Gruppe er folgt, räumlich betrachtet, die Abdrängung der Teilflüsse in Richtung :des Ankeruumfan- ges. Die Teilflüsse, dieStromwege zwischen zwei benachbarten Lamellen,durchsetzen und bei :deren Kurzschluss jeweils abgedrängt werden, sind dabei ohne weiteres durch die natürliche Verteilung des Kraftflusses ge geben, der die verschiedenen Pole durchsetzt.
Demgegenüber wird bei der zweiten Gruppe der ,Stromweg zwischen zwei Haupt lamellen (Windung, Schleife, Welle) mit den Schleife, Welle) mit den Fluss in Teilflüsse unterteilenden Anzap fungsleitern, die an zwischen den beiden Hauptlamellen angeordnete Hilfslamellen an geschlossen ,sind, versehen und hierbei die Einrichtung so getroffen, dass jede Bürste nie mehr als einen Stromweg kurzschliesst, der so gewählt ist, dass nur ein Teil, zweck mässig höchstens die Hälfte des gesamten von der Erregerwicklung erzeugten Kraftflusses von (durch Bürsten)
kurzgeschlossenen Stromwegen umschlungen wird. Durch eine Bürste wird nie mehr als ein Stromweg kurzgeschlossen, der nur einen Teil, zweck mässig höchstens .die Hälfte des einen Pols durchsetzenden Flusses umschlingt.
Für die Betrachtung des Abdrängungsvorganges kann man sich :dabei die Wicklung jedes Poles als durch mehrere in Reihe geschal tete Wicklungsteile bestehend, vorstellen. Durch die Verwendung von Anzapfungs leitern lässt sich, wiederum räumlich betrach tet, eine Abdrängung :der Teilflüsse in Rich tung des Ankerumfanges wie bei der ersten Gruppe erzielen, indem zum Beispiel bei einer Schleifenwicklung die Anzapfungs leiter in Nuten am Ankerumfang derart ver legt sind, dass der zwischen zwei benach barten Lamellen verlaufende Stromweg An kerzähne, insbesondere nur einen ,der Anker zähne, innerhalb des .Stromweges zwischen zwei (benachbarten) Hauptlamellen um schlingt.
Im letzteren Fall wird daher bei dem Kurzschluss zweier benachbarter Lamel len durch eine Bürste der von dem Strom weg umschlungene Teilfluss, :der durch einen Ankerzahn vordem Pol verläuft, abgedrängt auf die übrigen -Zähne vor dem Pol. Die von den Anzapfungsleitern gebildete Neben wicklung kann über oder unter der Haupt wicklung in die Nuten gebettet werden. Im ersteren Falle bietet sich der Vorteil, dass die Anzapfungsleiter so in der Nut liegen, dass sie eine verhältnismässig geringe Selbst induktion besitzen, was eine Herabsetzung der EMK der Selbstinduktion bedeutet und zu einer sehr wesentlichen Erleichterung der Kommutierung des Betriebsstromes dienen kann.
Sind -dagegen die Anzapfungsleiter unter der Hauptwicklung in die Nuten ge bettet, so befinden .sie sich in solcher Lage, ,dass sie mit einer verhältnismässig grossen Selbstinduktion behaftet sind. Die EMK .der Selbstinduktion ist dementsprechend grösser, jedoch bietet .sich .der Vorteil, dass durch die vergrösserte Selbstinduktion der über die Bürste fliessende Kurzschlussstrom begrenzt werden kann.
Des weiteren bietet sich die Möglichkeit, die Einrichtung so zu treffen, dass die An zapfungsleiter nicht- in den am Ankerumfang; angeordneten Nuten angeordnet sind, sondern stattdessen innerhalb des Eisens .des Anker- joches bezw. durch das Ankerjoch hindurch verlaufen. Zum Beispiel können Anzapfungs leiter verwendet werden, die durch :den An ker (Ankerjoch) hindurch in Richtung seines Radius oder seiner Achse verlaufen, oder es können beispielsweise die Anzapfungsleiter zum Teil in Richtung des Radius und zum 'feil in Richtung der Achse des Ankers ver legt sein.
In manchen Fällen ist es auch zweckmässig, die Anordnung so zu wählen, dass das Ankereisen aus voneinander getrenn ten Eisenpaketen besteht und zwischen den Eisenpaketen hindurch Anzapfungsleiter hin durchgeführt sind.
Wird der von einem Stromweg zwischen zwei Hauptlamellen umschlungene Fluss in q Teilflüsse unterteilt, so werden für diesen Stromweg zwischen zwei benachbarten Hauptlamellen q -l Hilfslamellen eingesehal- tet und dementsprechend q-1 Anzapfungs- leiter vorgesehen.
Es ist daher zwischen zwei benachbarten Hauptlamellen wenigstens eine Hilfslamelle und wenigstens ein Anzapfungs- leiter für jeden Stromweg zwischen zwei Hauptlamellen vorhanden. Ein Stromweg zwischen zwei benachbarten Lamellen um- schlingt ,datier höchstens die Hälfte des von einem Stromweg zwischen zwei (benach barten) Hauptlamellen umschlungenen Kraft flusses.
Die Bürstenbreite wird zweck mässig derart gewählt, dass sie (ungefähr) mit m ässi der Lamellenbreite übereinstimmt, so dass durch eine Bürste nie mehr als zwei benach barte Lamellen gleichzeitig kurzgeschlossen werden; eine Bürste schliesst :daher nie mehr als einen Stromweg kurz, der höchstens die Hälfte des Kraftflusses eines Polei um schlingt.
Hierdurch unterscheidet sich diese Ein- rielit.ung grundsätzlich von den bekannten Anordnungen bei Wechselstromkollektor motoren, bei denen jeder ,Stromweg zwischen zwei Hauptlamellen mit Anzapfungsleitern, die an zwischen den Hauptlamellen angeord nete Hilfslamellen :angeschlossen sind, ver sehen ist und durch eine Bürste gleichzeitig mehrere Lamellen und :dabei Stromwege kurzgeschlossen werden können, die zwei Drittel des von einem Pol erzeugten Flusses oder (insbesondere durch Verlegung der An zapfleiter in den Nuten der .Stäbe der zu gehörigen Schleife) den gesamten Fluss des Polei umschlingen. Bei. :diesen bekannten Anordnungen handelt es sich daher nicht um Flussabdrängung.
Die beschriebene Ein richtung ist auch grundsätzlich verschieden von den bekannten Vorschlägen, welche die Beseitigung des Bürstenfeuers bezw. Herab setzung der Stromwendespannung bei Gleich strommaschinen betreffen und auch hei Wechselstromkollektormaschinen Anwendung finden. Die Erfindung behandelt die Ver meidung der mit der Transformatorspannung verknüpften Störungen, :also eine Aufgabe, die bei Gleichstrommaschinen überhaupt nicht vorliegt, .denn dort wind ja bekanntlich zur Erregung Gleichstrom verwendet, so dass, im Gegensatz zu Wechselstromkollektor maschinen, eine EMK der Transformation nicht auftreten kann und infolgedessen auch kein Anlass vorliegt, sie etwa beseitigen zu wollen.
In manchen Fällen sind :die Einrichtun gen der ersten Gruppe, in ändern Fällen die Einrichtungen der zweiten Gruppe besonders vorteilhaft zu verwenden. Die letzteren bie ten noch :den Vorteil, dass die Schaltung (pa rallel bezw. in Reihe) der Erregerwicklung der verschiedenen Pole (Hauptpole) eine be liebige sein kann. Bei Spulenwicklungen werden an Stelle der Anzapfleiter .Spulen (Hilfsspulen) verwendet. Schliesslich liegt es im Rahmen der Erfindung, Einrichtungen der :ersten und der zweiten Gruppe in Ver bindung miteinander anzuwenden. Bei der erfindungsgemässen Einrichtung zur Vermeidung der mit der Transformator spannung verknüpften Störungen ergeben sieh besondere Verhältnisse für die Wendung des Betriebsstromes.
Bisher wurden Wech selstromkollektormaschinen so gebaut, dass für die Transformatorspannung ein gewisser durch ,die Erfahrung festgelegter Grenzwert nicht überschritten wird. Bei den bekannten Bahnmotoren (162/3 Hz) liegt .dieser Grenz wert bei 2,5 bis 3,0 Volt. Damit ist der grösste Wert, :den der Nennfluss haben .darf, festgelegt. Hierdurch wiederum ist für eine bestimmte Leistung die Grösse des ,Strom belages bei den bekannten Motoren gegeben. Dadurch, dass bei den bekannten Maschinen ,der Fluss klein gehalten werden muss, ist bei ihnen ein verhältnismässig sehr grosser Strom belag erforderlich.
Abgesehen von einer Er höhung des Kupfergewichtes zu ungunsten des Eisengewichtes bedeutet :dies einen ver hältnismässig hohen Wert der EMK der Silbstinduktion der kommutierenden Spulen, :das heisst der Stromwendespannung.
Bei Maschinen mit der erfindungsgemä ssen Einrichtung :dagegen wird der von einem durch eine Bürste kurzgeschlossenen Strom weg (vor dem Kurzschluss) umschlungene Fluss abgedrängt, und es äst :daher nicht not wendig, die Transformatorspannung auf bezw. unterhalb .des obengenannten Grenz wertes zu halten, sondern es ist vielmehr :die Möglichkeit gegeben, auch ,den Fluss der IVIa- schine zu steigern, weil ja eine Erhöhung der Transformatorspannung möglich ist. Infolge dessen kann :die Grösse des Strombelages her- abgesetzt werden.
Das ergibt aber, abgesehen von dem Vorteil der Kupferersparnis, den weiteren Vorteil einer Erniedrigung der Stromwendespannung. Man kann daher, ins besondere bei Maschinen kleinerer oder mitt lerer Leistung, so bauen, dass Wendepole überhaupt entbehrlich sind, ähnlich wie es gelungen ist, gut kommutierende wendepol lose Gleichstrommaschinen zu schaffen. Sofern, insbesondere bei Maschinen grö sserer Leistung, die Stromwendespannung einen unerwünscht hohen Wert annimmt, und ihre Kompensation zweckmässig ist, so sind .in baulicher und elektrischer Hinsicht die besonderen Verhältnisse beim Erfin dungsgegenstand zu berücksichtigen.
Diese weichen von .denen der bekannten Maschinen dadurch ab, dass die Kommutierung nie an allen Kommutierungsstellen gleichzeitig er folgt bezw. bei Verwendung von Anzapfungs leitern die Kommutierung in denselben an ders als in den Stäben der Hauptwicklung verläuft. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Wendepole Verwendung finden können, deren Wicklungen in an sich bekannter Weise vom Betriebsstrom durchflossen wer den.
Bei einer erfindungsgemässen Einrich tung mit Anzapfleitern können vorteilhaft einem oder mehreren oder sämtlichen Polen (Hauptpolen) eine Anzahl aneinandergereih ter Wendepole zugeordnet sein, die zweck mässig in an sich bekannter Weise in axialer Richtung neben dem Ständer angeordnet sind. Hierdurch werden bauliche und elek trische Schwierigkeiten, die sich ergeben, wenn man etwa die Hauptpole als Spaltpole ausbildet und in den Lücken die Wendepole anordnet, vermieden, und Erleichterungen in der Kommutierung des Betriebsstromes in den einzelnen Teilschleifen in einer ge wünschten Reihenfolge geschaffen, insbeson dere, wenn die Kommutierung, wie unten näher erläutert, im sogenannten Pilgerschritt erfolgt.
Zur Aufhebung des Ankerfeldes kann eine Kompensationswicklung vorge sehen sein, .die zweckentsprechend ausgebil det ist. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in :der Zeichnung einige Ausführungs beispiele dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der ersten Gruppe, und zwar für den Fall einer Wellenwicklung unter Benutzung von, Ringverbindungen, während in der Fig. ein Ausführungsbeispiel der zweiten Gruppe (mit Anzapfleitern) dargestellt ist. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt .die Anwendung der beiden Gruppen in Verbin dung miteinander. Fig. 3 und 5 veranschau lichen den Fall, dass bei Spulenwicklungen an Stelle von Anzapfungsleitern Spulen (Hilfsspulen) verwendet werden. Um den Kommutierungsvorgang noch eingehender zu erläutern, ist in Fig. 6 der Kommutierungs vorgang bei einer Anordnung nach der Fig. in einem Diagramm veranschaulicht.
In den Abbildungen sind die Zähne des Ankers mit 1, die Hauptankerwicklung mit 2, der Kol lektor mit 3, die induzierenden Pole mit 4, die Ringverbindungen zwischen Kollektor lamellen mit 5 und die (eine Nebenwicklung darstellenden) Anzapfleiter der Hauptwick lung mit 6 bezeichnet.
Die Bestimmungsgrössen des Ausfüh rungsbeispiels nach Fig. 1 sind folgende:
EMI0006.0018
Polpaarzahl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> p <SEP> = <SEP> 3
<tb> Nutenzahl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 31
<tb> Ungekreuzte <SEP> Wellenwicklung <SEP> (Stab wicklung) <SEP> miteinem <SEP> Ankerzweig paar <SEP> und <SEP> Stabzahl <SEP> . <SEP> 62
<tb> Wickelschritt <SEP> 5
<tb> Schaltschritt <SEP> . <SEP> 5
<tb> Lamellenzahl <SEP> .
<SEP> <B>9,3</B>
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Ringverbindungen <SEP> 311 Ausser den 31 Lamellen, ,die in üblicher Weise mit den Köpfen der Wellenwicklung verbunden sind (Hauptlamellen), sind zwi schen je zwei benachbarte Hauptlamellen noch p - 1 = 2 weitere Lamellen in den Kollektor 3 eingesetzt, so dass die Lamellen zahl auf das p-fache steigt. Von diesen<B>93</B> Lamellen sind nun je drei, welche die Ecken eines regelmässigen p-Eckes, also eines regel mässigen Dreiecks bilden, durch die Ring- verbindungen 5 miteinander verbunden.
Der artige Ringverbindungen, von denen in Fig. 1 zwei eingetragen sind, gibt es insgesamt<B>31.</B> Sie haben zur Folge, dass jede Haupt lamelle mit zwei Nebenlamellen verbunden ist. Dadurch erhalten zwei beliebige benach- barte Lamellen Ruhespannungen, welche durch den Fluss nur eines Polei induziert werden, während die Ruhespannung zwi schen benachbarten Hauptlamellen durch den Fluss von p, also im vorliegenden Falle von drei Polen induziert wird.
Bei Kurzschluss von zwei beliebigen benachbarten Lamellen wird also lediglich der von einer einzigen Welle der Wellenwicklung umschlungene Fluss abgedrängt ,auf das ausserhalb dieser Welle gelegene Ankereisen. Die Bürsten breite stimmt ungefähr mit der Lamellen breite überein, so dass eine Bürste nie mehr als zwei Lamellen kurzschliesst. Bei geeig- neterAnordnung der Bürsten - der Abstand der Bürsten beträgt abwechslungsweise 17 bezw. 14 Lamellenbreiten - werden die Flüsse unter zwei diametral gegenüberliegen den Polen auf :die übrigen Pole der Anord nung abgedrängt.
In Fig. 1 sind die Bürsten gerade für die Mitte des Intervalles einer Stromwendung eingezeichnet und die in Kurzschluss befindlichen Wellen durch stär keren Strich hervorgehoben. Von den Ring- verbindungen 5 zwischen Haupt- und Neben lamellen sind nur diejenigen eingezeichnet, die bei dieser Bürstenlage für die Strom leitung in Anspruch genommen werden. Die Stabwicklung kann ohne weitere Änderung durch eine Spulenwicklung ersetzt werden. Mit Ausnahme der Ringverbindungen 5 braucht der Wicklung eines normalen An kers nichts beigefügt werden. Es scheint dies ein besonderer Vorteil der Wellenwick lung zu sein, die bisher für .grössere Wech selstromkollektormaschinen kaum in Frage kam.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat folgende Bestimmungsgrössen:
EMI0007.0018
Polpaarzahl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> p <SEP> = <SEP> 2
<tb> Notenzahl <SEP> 19
EMI0007.0019
Ungekreuzte <SEP> Schleifenwicklung
<tb> (Stabwicklung) <SEP> mit <SEP> Stabzahl <SEP> 3;
$
<tb> Wickelschritt <SEP> . <SEP> 4
<tb> Schaltschritt <SEP> wie <SEP> stets <SEP> 1
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Teilflüsse <SEP> pro <SEP> Schleife <SEP> q <SEP> = <SEP> 4
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Anzapfungen <SEP> pro
<tb> Schleife <SEP> . <SEP> q <SEP> - <SEP> 1 <SEP> = <SEP> 3
<tb> Lamellenzahl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 7-6 Durch die von einer -Schleife umschlun genen vier Zähne ist eine natürliche Auf teilung des die Schleifen durchsetzenden Wechselflusses in vier Teilflüsse gegeben.
Diese natürliche Aufteilung des Flusses kann nun im Sinne vorliegender Erfindung dadurch nutzbar gemacht werden, dass von .der dem Kollektor abgewendeten Mitte der Schleife je drei Anzapfungsleiter 6, ausgehen, welche durch die innerhalb der Schleife, aber von ihren beiden .Stäben noch nicht in An spruch 'genommenen Nuten als Nebenwick lung geführt sind. Die Nebenwicklung -kann über oder unter der Hauptwicklung in die Nuten gebettet werden. Die Anzapfungs leiter sind je an eine zwischen den beiden Hauptlamellen der Schleife gelegene Hilfs- lamelle angeschlossen.
Umschlingt nun die Schleife den Fluss von vier Zähnen, so wird durch den zwischen zwei benachbarten La mellen verlaufenden Stromweg der Fluss nur eines Zahnes umschlungen. Bei Kurzschluss benachbarter Lamellen wird infolge davon der Fluss auch nur eines Zahnes auf die übrigen Zähne abgedrängt.
Zn Fig. 2 sind -die Bür sten in einer Lage eingezeichnet, welche der Mitte eines Stromwendeintervalles entspricht. Die augenblicklich kurzgeschlossenen und in Stromwendung befindlichen Stromwege des Ankers sind durch starken Strich hervor gehoben. Die Bürstenbreite stimmt wieder ungefähr mit der Lamellenbreite überein.
Der Bürstenabstand entspricht,der Polbreite, doch ist es ohne weiteres möglich, in gleicher Art, wie das anhand von Fig. 1 :ausgeführt wurde, Iden Bürsten einen von der Polbreite abweichenden Abstand zu beben, so dass bei spielsweise bei allen vier Bürsten im gleichen Zeitmoment .der Fluss des ersten, dann des zweiten, hierauf des dritten und endlich des vierten Zahnes der in Stromwendung befind lichen Schleifen gleichzeitig verdrängt wird.
Gesichtspunkt wird auch hier sein, Vermei den von unsymmetrischer Feldverteilung, die einen magnetischen Zug auf die Welle aus üben kann. Wird der Fluss pro Schleife statt in vier allgemein in q Teilflüsse unter teilt, so sind zwischen zwei benachbarte Hauptlamellen allgemein q-1 Hilfslamellen einzuschalten.
Besteht die Schleife statt aus zwei Stä ben mit. ihren Stirnverbindungen aus einer Spule beliebiger Windungszahl, so müssen auch die Anzapfungen in Form von Spulen ausgebildet werden, wie dies in Fig. 3 dar gestellt ist. Die Spule 2 bestehe aus drei Windungen, sie schliesst an die Hauptlamel len an. Der die Spule durchsetzende Fluss sei in q - 3 Teilflüsse unterteilt. Es sind infolgedessen davon q -1 - 2. Hilfslamellen zwischen die beiden Hauptlamellen einzu schalten. 6 stellen Spulen .dar, welche die Teilflüsse umschlingen.
Es ist möglich, jeden der Teilflüsse durch eine besondere Spule zu umschlingen, also eine Nebenwick lung von q derartigen Spulen 6 pro Schleife 2 einzulegen und diese Spulen in der Weise mit den Lamellen zu verbinden, dass jede Spule zwei aufeinanderfolgende Lamellen der Gruppe, bestehend aus den zwei Haupt lamellen der Schleife und :den (q - l.) Ne benlamellen, überbrückt. Eis genügt aber, wie man sich leicht davon überzeugt., au Stelle der q Teilflüsse nur q-1 Teilflüsse zu umschlingen. Die Abdrängung des Teil flusses, der von keiner der Hilfsspulen 6 um schlungen wird, geschieht durch die Wechsel wirkung der Hilfsspulen mit der Hauptspule 2.
Da die Nebenwicklung nicht geschlossen ist und nur kurzzeitig, nämlich nur so lange wie die zugehörigen Lamellen von einer Bürste bestrichen werden, Strom führt, kön nen gegebenenfalls die Anzapfungsleiter im Querschnitt bedeutend kleiner wie die Haupt wicklung bemessen werden. Dies gilt für alle Anordnungen nach Fig. 1 bis 5.
Einer besonderen Betrachtung bedarf bei einer Wicklung mit Anzapfungen nach Fig. 2 oder Fig. 3 die Wendung ,des normalen Betriebsstromes in den jeweils kurzgeschlos- senen Stromwegen des Ankers. Die Anord nung der Wendepole in der neutralen Zone zwischen den Polen .1 (Fig. 2) ist nicht mehr ohne weiteres möglich, da ja die in Stromwendung befindlichen Stäbe zum Teil mitten unter dem Hauptpol gelegen sind.
Man kann aber die Stromwendung dadurch bewerkstelligen, dass man in an sich bekann ter Weise den Anker in axialer Richtung über das Ständereisen hervorstehen lässt, und in .axialer Richtung neben den Hauptpolen die Wendepole anordnet, und zwar müssen, wenn .die Stäbe der eigentlichen Ankerwick lung induziert werden sollen, wie man sich anhand der Fig. ? überzeugen kann, meh rere Wendepole aufeinander folgen, wobei die Polpaarbreite dieser Wendepole sich er gibt aus der Anzahl der Teilflüsse und dem Wickelschritt der Schleife.
Bei derartiger Anordnung der Wendepole können die ge rade. in :Stromwendung befindlichen Anzap fungsstäbe mit ihrem über das Ständereisen hinausragenden Ende mit. richtiger Phase in das Feld eines Wendepolpaares eintreten, so dass die Stromwendung in den kurzgeschlos- senen Stäben in üblicher Weise unterstützt wird. Die Erregung der Wendepole geschieht in üblicher Weise ,durch eine vom Anker strom durchflossene Wicklung.
In Fig. 6 sind zum besseren Verständnis der Stromwendung und der Wirkungsweise der Wendepole für die Wicklung der Fig. 2 als Abszisse :die Nummern der Lamellen von 1 bis<B>76</B> eingetragen, während auf der Or- dinatenachse jeweils die Nummer desjenigen Zahnes angegeben ist, aus welchem durch liurzschluss zweier benachbarter Kollektor lamellen der Fluss abgedrängt wird. plan erkennt:
Bei Verbinden der Lamellen 1 und 2 wird im Zahn 1 der Fluss verdrängt, durch Verbinden von :.> mit .> im Zahn 2, durch Verbinden von 3 mit .1 im Zahn 3, von 1 mit 5 im Zahn 4. Verbindet man aber 5 mit 6, so geht man über auf die :Stromwege der folgenden Schleife. Damit springt die Num- mer des Zahnes, in welchem :der Fluss ab gedrängt wird, wiederum auf 2, zurück. Ver- gedrängt wird, wiederum auf 2 zurück.
Ver bindet man 6 mit 7, folgt,der Zahn 3, 7 mit 8 der Zahn 4, 8 mit 9 der Zahn 5 usw., :das heisst die Nummern :der Zähne, .in welchen jeweils bei fortschreitendem Kurzschliessen aufeinanderfolgender Lamellen :des Kollek tors der Fluss verdrängt wird, schreiten nicht gleichmässig, sondern im sogenannten Pilgerschritt fort. Auf drei Schritte vor wärts folgen jeweils zwei Schritte rückwärts, hierauf wieder drei Schritte vorwärts usf.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Kombination der Wellenwicklung nach Fig. 1 mit :der Unterteilung des Wechsel flusses pro Windung durch Anzapfungs leiter, die eine Nebenwicklung bilden, wie dies für die Schleifenwicklung in Fig. 2,dar- gestellt ist.
Die Bestimmungsgrössen des Ausfüh rungsbeispiels nach Fig. 4 .sind folgend:,:
EMI0009.0011
Polpaarzahl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> p <SEP> = <SEP> -3
<tb> Nutenzahl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 22
<tb> Ungekreuzte <SEP> Wellenwicklung
<tb> (Stabwicklung) <SEP> mit <SEP> einem
<tb> Ankerzweigpaar <SEP> u. <SEP> Stabzahl <SEP> 44
<tb> Wickelschritt <SEP> . <SEP> 4
<tb> Sebeltschritt <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Teilflüsse <SEP> pro <SEP> Welle <SEP> q <SEP> = <SEP> 4
<tb> Zahl <SEP> :der <SEP> Anzapfungen <SEP> pro
<tb> Welle <SEP> . <SEP> . <SEP> q <SEP> - <SEP> 1 <SEP> = <SEP> 3
<tb> Lamellenzahl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 264
<tb> Zahl <SEP> :
der <SEP> Ringverbindungen <SEP> . <SEP> 818 Die 22 Wellen führen in üblicher Weise 7.u Kollektorlamellen. Diese sollen :die Haupt lamellen genannt werden. Entsprechend der Polpaarzahl p = 3 sind zunächst zwischen zwei benachbarte Hauptlamellen in entspre chender Weise, wie :dies anhand von Fig. 1 auseinandergesetzt wurde, p -1 = 2i Hilfs lamellen eingefügt, die durch die Ringver- bindungen 5 mit entsprechenden Hauptlamel- len in Verbindung stehen.
Der Kollektor hat nun p. 22, also -66 Haupt- und Hilfslamellen. Jedoch "sind nun (in Übereinstimmung zu der Ausführung nach Fig. 2) zwischen zwei benachbarten dieser G6 Lamellen noch q -1 = 3 Hilfslamellen eingefügt, die ent weder unmittelbar mit :den Anzapfungs leitern, welche die Nebenwicklung bilden und :den Wechselfluss pro Welle in nie vier Teilflüsse je Zahn aufteilen, oder über Ring verbindungen mit entsprechenden an jene An zapfungen angeschlossenen Lamellen verbun den sind. Die Gesamtlamellenzahl der Wick lung ergibt sich also :zu 22 . p. q = 264.
In ähnlicher Weise, wie in Fig. -3 die :der Stabwicklung in Fig. 2 entsprechende Spulenwicklung im Aufbau dargestellt ist, zeigt Fig. 5 die :der Fig. 4 entsprechende Spulenwicklung, die auf Grund der Ausfüh rungen zu Fig. 3 ohne weiteres verständlich ist. ' Der Erfindungsgegenstand lässt sich in gleicher Weise anwenden für Generatoren wie für Motoren oder Blindleistungsmaschi nen. Er :ist von Interesse sowohl für den Reihenschlussmotor wie für den Repulsions motor oder den Winter-Eichberg-Latour- Motor. Ferner kann der Erfindungsgegen stand :auch bei einer höheren Phasenzahl, bei spielsweise auf Dreiphasenmaschinen Anwen dung finden.
Insbesondere ist :die Erfindung vorteilhaft zum Bau von Bahnmotoren für ,die Frequenz :des Landesversorgungsnetzes, :die zum Beispiel in,der .Schweiz 15'd Hz be trägt, zu .benutzen.