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Stromabnahme-Einrichtung bei Stufentransformatoren oder Kollektorreglern
Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei Wechselstromwicklungen, die an Kölntakte angeschlossen
sind, über die zwe&s Stromabnahme Kohlenbürsten gleiten, wie dies beispielsweise
bei Wechselstromkollektorankern er Tau'.
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und Kollektorreglern (i,-st,'die Transformatorsp,änriüiZg `zwischen
zwei benachbarten Kontakten bzw. Lamellen einen bestimmten 113etrag nicht überschreiten
darf, wenn die
Bürsten und Kontakte nicht durch die quer durch die Bürsten
fließenden Ströme 6esc17äcgt werclef- Tsollen. Bei Wechselstromkollektormotoren
werden die Verhältnisse meistens so gewählt, daß die Bürste nicht mehr als zwei
Lamellen überbrückt. _Dabei wird eine Transformatorspannung zwischen zwei benachbarten
LaineIleii gewählt, die etwa im Bereiche von zwei bis drei: Volt liegt. Bei. diesen
Verhältnissen überschreiten im Dauerbetriebe Erwärmung und Abnutzung von Kohlen
und Lamellen nicht das zulässige Maß. Bei Kollektorreglern oder Stufentransformatoren,
die mit sogenannten Ruhekontakten, wie sie z. B. in der Patentschrift 373
923 beschrieben sind, ausgestattet sind, die so breit sind, daß die Bürsten
die benachbarten Lamellen oder Kontakte nicht berühren, kann man mit der Transforma.torspannung
etwa auf das Doppelte der oben genannten Werte gehen, also auf etwa q. bis 6 Volt,
wobei Voraussetzung ist, daß man auf den schmalen Kontakten, den sogenannten Übergangskontakten,
nicht stehenbleibt, sondern verhältnismäßig rasch mit den Bürsten von einem »Ruhekontakt
über die Übergangskontakte zum nächsten Ruhekontakt geht.
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In Abb. i ist eine Transfonnatorwicklung dargestellt, die an Kontakte
angeschlossen ist, ron denen. zwei durch die Bürste B überbrückt werden. Der Querstrom
fließt von Transformatorspule i durch Kontakt i i gemäß Pfeil p quer durch die Bürste
B zu Kontakt io zurück zu Spule i. Dabei muß der Querstrom zweimal die Kontaktfläche
zwischen Bürste und Kontakt durchfließen. In Abb. z ist die Bürste um eine halbe
Kontaktteilung verschoben. Der Querstrom fließt jetzt durch Spule i und z, Kontakt
12, quer durch die Bürste B gemäß Pfeil g, durch Kontakt io und zurück zu Spule
i. Die Transformatorspannung, die jetzt den Querstrom erzeugt, ist doppelt so groß
wie in Stellung nach Abb. i, da zwei Spulen hintereinandergeschaltet sind. Der Querstrom
durchfließt auch jetzt nur zweimal die Kontaktfläche. Der den Querstrom begrenzende
Widerstand ist bekanntermaßen Irrur zum sehr geringen Teil der Ohmsche Widerstand
des Querstromkreises, sondern der Übergangswiderstand an den Kontaktflächen und
die bei Stromdurchgang zwischen Kohlenbürste und Kontakten entstehende elektrische
Spannung, die der Stromrichtung entgegengerichtet ist. Der Querstrom in Stellung
Abb. 2 ist somit nahezu
doppelt so groß wie in Stellung Abb. i,
da der übergangswiderstand in beidem Fällen nahezu der gleiche ist.
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Einrichtungen, die diesen Übelstand beseitigen wollen, indem sie versuchen,
den Querstrom mehr oder weniger zu unterdrücken, sind seit langer Zeit bekannt.
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Eine Anordnung, die z. B. den Querstrom vollkommen zu vermeiden sucht,
wird durch die amerikanische Patentschrift 1 059 134 angegeben; jedoch bringt
dieser Vorteil die Notwendigkeit mit sich; daß die verwendete Wicklung aus mehreren.
vollkommen getrennten Wicklungen bestehen muß.
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Auch die schweizerische Patentschrift 14734 gibt eine Möglichkeit
an, den Querstrom zu vermindern; die dort angegebene Einrichtung bringt aber, ganz
abgesehen von dem für die Praxis nahezu unbrauchbaren, äußerst komplizierten mechanischen
Aufbau der Bürsten selbst, nur dann einen merklichen Vorteil, wenn die Kohleinbürsten
nur zwei Lamellen gleichzeitig überbrücken. Falls die Bürsten mehr als zwei Lamellen
überbrücken, wird auch hier der Querstrom unzulässig groß. Aus diesen Gründen hat
der Vorschlag keime Aufnahme in der Praxis gefunden.
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Die nachstehend beschriebene und in den Abb.3, 4, 5 und 6 schematisch
dargestellte Erfindung ermöglicht, indem sie den Quer-
strom durch
Wirku_ ngen@ des Querst romees selbst- begrenzt, die t Transformatorspannung
zwischen zwei benachbarten Kölntakten doppelt so hoch zu wählen wie in den im den
Abb. i und 2 dargestellten bekannten Anordnungen, wodurch erreicht wird, daß man
bei sonst gleichen Verhältnissen nur halb soviel Kontakte braucht, oder daß die
Windungsspannung des Transformators doppelt so hoch gewählt werden kann.
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In Abb.3 sind zwei Bürsten B1 und B2 nebeneinander angeordnet. Jede
Bürste ist nur so breit, daß nie von einer Bürste mehr als zwei Kontakte überbrückt
werden können. Beide Bürsten sind mit einer Drosselspule D mit möglichst geringem
magnetischen Widerstand, also möglichst geringen Erregeramperewindungen, verbunden.
Die Stromzu-bzw. -abführung erfolgt, wie bei ähnlichen Drosselspulen üblich, in
der Mitte der Spule bei E, so daß der Hauptstrom nahezu induktionsfrei die beiden
Hälften der Drosselspüle durchfließen kann. In der Stellung nach Abb.3 durchfließt
der Querstrom Kon-takt I I, Bürste B2, Drosselspule D, Bürste Bi und Kontakt
io. Auf diesem Wege durchfließt er einmal die Kontaktfläche zwischen Bürste B2 und
Kontakt i I und einmal die Kontaktfläche zwischen Bürste B1 und Kontakt i o, wie
durch die Pfeile s und Y angedeutet ist. Außerdem muß er gemäß Pfeil v die Drosselspule
D durchfließen und muß Meer den sehr großen in u itiven Widerstand
überwinden, so -däß-der Querstrom nur sehr klein
sein wird.
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In Abb.4 ist die Stellung der Bürsten-um eine halbe Lamellenteilung
verschoben gezeichnet. Jede Bürste überbrückt hierbei zwei Kontakte. In dieser Stellung
sind die zwei Tralnsformatorspulen I und z hintereinandergeschaltet, die Spannung,
die den Querstrom erzeugt, ist doppelt so groß -wie im Falle der Abb.3. Dem Querstrom
stehen jetzt zwei Wege zur Verfügung. Der eine geht von Kontakt 12 durch Bürste
B@ gemäß Pfeil w durch die Drosselspule D, durch Bürste B1 und Kontakt io. Der Querstromteil,
der diesen Weg geht, ist sehr klein, da die Drosselspule für den Querstrom ein sehr
großer induktiver Widerstand ist. Der andere Weg geht von Kontakt 12 gemäß Pfeil.u
quer durch die Bürste B2 nach Kontakt i i, gemäß Pfeil t
quer durch
die Bürste B1 nach Kontakt i a. Der Querstrom, der jetzt von einer doppelt so hohen
Spannung erzeugt wird wie in Stellung nach Abb.3, muß jetzt aber auch doppelt so
oft die Kontaktflächen zwischen Bürsten und Kontakten durchfließen, also viermal
die an den Kontaktflächen entstehenden gegenelektromotorischen Kräfte und die Übergangswiderstände
überwinden, im Gegensatz zu der bekannten Anordnung nach Abb.2, wo der Querstrom
bei überbrückung von zwei Transformatorspulen nur zweimal die Kontaktfläche durchfließen
muß.
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Laie zwischen den Kontakten. Io und 12 herrschende Trausformatorspannung
kann somit doppelt so hoch gewählt werden als wie in dem bisher bekannten Falle
nach Abb. 2, ohne daß dadurch der Querstrom vergrößert wird, wenn man vorn dem vernachlässigbar
kleinen Querstrom, der durch die Drosselspule geht, absieht.
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Um die Drosselspule nicht mit den Bürsten mitbewegen zu müssen, kann
man, wie in Abb. 5 gezeigt, die Bürsten mit Schleifringen S1 und S2 verbinden, auf
denen Metallschleifkomtakte F1 und F2 schleifen, die mit der Drosselspule D verbunden
sind.
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Statt zwei Bürsten neheneinander kann man auch mehrere Bürsten oder
Bürstenreihen nebeneinander anordnen, die untereinander mit einer oder mehreren
Drosselspulen verbunden sind. Es ruß nur immer darauf geachtet werden, daß keine
der Gleitkontaktbürsten mehr als eine Spule überbr'ü'cken kann. In Abb. 6 ist -beispielsweise
eine -Anordnung mit drei Bürsten :nebeneinander gezeichnet. Es werden im ganzen
maximal drei Spulen überbrückt. Die Spannung, :die den Querstrom erzeugt, ist dreimal
so groß wie
die Spannung zwischen zwei benachbarten Kontakten, aber
der Querstrom muß auch sechsmal die gegemelektromotorische Kraft und die Übergangswiderstände
an den Kontaktflächen überwinden, -wie durch die Pfeile x, y und z angedeutet ist.
Der Querstrom ist also bei gleicher Spannung zwischen den Kontakten nur halb so
groß wie bei einer Anordnung (nach Abb, z, oder, mit anderen Warten, bei gleich
großem Querstrom kann nach Anordnung Abb. 3 bis Abb. 6 die Spannung zwischen den
Kontakten doppelt so groß sein.