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Anordnung zur Verbesserung der Kommutierung von Doppelkollektormaschinen
Es gibt Fälle, in denen man Zweikollektor-Gleichstrommaschinen in größeren Einheiten
gern anwenden möchten und zwar wegen der leichteren Ausführbarkeit und größeren.Betriebssicherheit
solcher Doppelkollektormaschinen, bei denen beide Ankerwicklungen übereinander in
den Nuten liegen. Ein solches Bedürfnis liegt z. B. bei Gleichstrc>m-1,ökömotiven
für höhere Fahrdrahtspannung vor. Müssen nämlich ständig zwei Fahrmotoren in Reihe
geschaltet werden, weil ein Motor nicht die volle Spannung aufnehmen kann, so teilt
sich die Fahrdrahtspannung beim Schleudern einer Achse auf die beiden Motoren ganz
ungleichmäßig auf. Besonders bei Motoren für hohe Spannungen kann dies leicht zu
Überschlägen führen. Verbraucht dagegen jeder Fahrmotor die volle Spannung (»Vollspannungsmc>tor«),
so gibt es keine durch Schleudern einer Treibachse bedingte Spannungserhöhung.
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Bei dem zur Verfügung stehenden beschränkten Raum kann einFahrmotor
oft nicht für die volleFahrdrahtspannung ausgelegt werden, weil seine Kollektor-
und Ankerdurchmesser zu groß werden müßten. Bei gegebenem Ankerdurchmesser läßt
sich aber bei Doppelkollektorausführung die doppelte Spannung erreichen gegenüber
Einkollektorausführung. Auch bei Speisung ortsfester Motoren durch Stromrichter,
z. B. bei Walzwerksantrieben, ist die Wahl einer höheren Gleichspannung erwünscht.
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Die beiden in den Nuten übereinanderliegenden Ankerwicklungen werden
von dem gleichen Magnetsystem induziert. Es hat sich nun gezeigt, daß die innenliegende
Ankerwicklung von den Polen nicht ganz so stark induziert wird wie die außenliegende.
Bei in Reihe geschalteten Ankerwicklungen ist dies im Hinblick auf die Erzeugung
der Ankerspannung ohne Belang, zumal die Spannungsunsymmetrie nur gering ist. Anders
liegen die Dinge aber bei den Wendepolen. Ihre Einstellung kann, entweder für die
äußere oder aber für -die innere Ankerwicklung die genau erforderliche Wendespannung
ergeben. Praktisch wird man einen Kompromiß schließen und die Luftspaltinduktion
unter den Wendepolen, für -.die äußere Ankerwicklung etwas zu stark, für die innere
Ankerwicklung etwas zu schwach einstellen.
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Der genannte Mangel steht bei Verwendung dieser Maschinenart im Wege,
besonders dann, wenn wie bei Bahnmotoren die Bürstenstellung wegen der Drehrichtungsumkehr
in der Neutralen sein muß.
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Es ist darüber hinaus bereits bekanntgeworden, Hoelispannungs-Gleichstrommaschinen
für Triebfahrzeuge mit zwei in der Nut übereinanderliegenden Ankerwicklungen, die
zu je einem bsonderen Kollektor geführt sind und deren Wendezonen infolge
einer Verschiebung der Bürsten der beiden Kollektoren in entgegengesetzter Richtung
aus der neutralen Zone heraus räumlich gegeneinander versetzt sind, dadurch zu verbessern,
daß die beiden. Ankerwicklungen in den gleichenAnkernuten übereinander angeordnet
sind und jeder Wicklung ein eigenes, gegenüber dem anderen ebenfalls in Umfangsrichtung
versetztes Wendefeld zugeordnet ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten
Anordnung sind die besonders breiten Wendepole, die so breit sind, daß beide Wendezonen
überdeckt werden und die noch dazu eine vom Üblichen abweichende, besondere Formgebung
benötigen, so daß der Luftspalt über dem Polbogen in der Weise abgestuft ist, daß
jede Wicklung in einem geeigneten Wendefeld kommutiert. Die gerade in der Stromwendung
befindlichen Wicklungsteile liegen dabei in verschiedenen Nuten des Ankers. Nach
der bekannten Anordnung können auch zwei selbständige, nebeneinanderliegende Wendepole
vorgesehen werden. In jedem Falle ist jedoch der auf dem Maschinenumfang
für die Wendepole beanspruchte Polbogen so groß, daß für die Hauptpolbeaufschlagung
des Ankers wenig Platz bleibt und die Maschine außerordentlich schlecht aus--genutzt
wird.
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- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kompensierung beider Ankerwicklungen
durch Wendepole zu gewährleisten, die in Umfangsrichtung nicht mehr Platz benötigen
als normale Wendepole bei einfacher Ankerwicklung.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Verbesserung der Kommutierung
von Doppelkollektormaschinen mit zwei in den Nuten übereinanderliegenden Ankerwicklungen.
Erfindungsgemäß sind außer den üblichen Wendepolen (Hauptwendepolen) Zusatzwendepole
vorhanden, welche in der äußeren Ankerwicklung eine Spannung induzieren, die der
von den Hauptwendepolen induzierten Spannung entgegengerichtet
ist.
Mit Rücksicht auf die Kühlluftführung werden die Zusatzwendepole zweckmäßig so angeordnet,
daß die Lücken zwischen den Hauptwendepolen in den Hauptpolen frei bleiben. Diese
Zusatzwendepole werden in Richtung der Motorachse und in Umfangsrichtung gegenüber
der Achse der Hauptwendepole um einen geringen Betrag versetzt, so daß sie in jedem
Falle genau die gleiche Ankerspule induzieren wie die Hauptwendepole. Unterhalb
der Wickelköpfe der äußeren Ankerwicklung ist nach einem weiteren Erfindungsgedanken
ein lamellierter Ring als magnetischer Rückschluß für den Zusatzwendefluß, der lediglich
die äußere Ankerwicklung durchsetzen soll, angeordnet.
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Die Einstellung des Luftspaltes unter den Hauptwendepolen erfolgt
also so, daß der zur innenliegenden Ankerwicklun 'g gehörende Kommutator
funkenfrei arbeitet. Dann ist die außenliegende Ankerwicklung überkompensiert. Die
erfindungsgemäß vorgesehenen Zusatzwendepole erzeugen nun '. wie erwähnt, eine Spannung,
welche der von den Hauptwendepolen induzierten entgegenwirkt, und es gelingt leicht,
den Luftspalt unterhalb der Zusatzwendepole so einzustellen, daß ein, ausreichender
Kompensationsgrad der äußeren Ankerwicklung und damit ein funkenfreier Lauf des
zugehörigen Kollektors bewirkt wird.
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Die Fig. 1 und 2 geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wieder, und zwar zeigt Fig. 1 den Querschnitt durch eine mit erfindungsgemäßen
Zus#t-zwendepolen ausgerüstete Doppelkollektormaschine, während Fig. 2 das Wicklungssehema
der äußeren Ankerwicklung enthält.
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In Fig. 1 sind mit 1 und 3 die außen- bzw. innenliegende
Ankerwicklung mit ihren Kommutatoren 2 bzw. 4 bezeichnet. Dem Hauptwendepol
5 ist der axial dahinterliegende Zusatzwendepol 6 zugeordnet, der,
wie aus Fig. 2 hervorgeht, in tangentialer Richtung etwas verschoben ist, um die
in der Kommutierung befindlichen Windungen magnetisch zu beaufschlagen. Polschuh
und Polschenkel der Zusatzwendepole werden so ausgebildet, daß sich die Polschenkel
mit ihren Spulen nicht vor den Pollücken des Hauptmagnetsystems befinden, damit
der axiale Kühlluftstrom nicht gehemmt wird. Das Hauptpolsystem und das Zusatzpolsystem
werden von dem Magnetgehäuse 8
.getragen.
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Der magnetische Rückschluß für den Zusatzwendefluß wird durch den
lamellierten Ring 7 gebildet, der unterhalb der Ankerwicklung 1 angeordnet
ist und gleichzeitig als Wickelkopfträger dienen kann. Dieser Ring braucht nur von
geringer Dicke zu sein, da der Zusatzwendefluß nur klein ist; letzterer hat
je lediglich, die Differenz zwischen der in Ankerwicklung 1
un
d der in Ankerwicklung 3 induzierten Wendespannung zu erzeugen. Trotz
des relativ großen Abstandes zwischen Zusatzwendepol 6 und Ring
7 wird die erforderliche Durchflutung wegen der geringen Induktion nicht
sehr groß werden.
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Fig. 2 zeigt eine Mwicklung der äußeren Ankerwicklung 1. Aus
den eingetragenen Pfeilrichtungen der induzierten Wendespannung erkennt man, daß
die von den Zusatzwendepolen 6 erzeugte Spannung gegen die von den Hauptwendepolen
5 erzeugte Spannung gerichtet ist. Die Zusatzwendepole 6 werden ebenfalls
vom Ankerstrom oder einem ihm verhältnisgleichen Strom erregt. Bei der gewählten
Anordnung der Zusatzwendepole 6 werden auch Ankerwindungen beaufschlagt,
die nicht im Kurzschluß sind. Die hierbei erzeugten Spannungen sind, aber gegenüber
den von den Hauptpolen in diesen Ankerzweigen induzierten Spannungen ganz gering
und daher bedeutungslos. Die Zusatzwendepole 6 erhalten zweckmäßig eine solche
Stellung, daß die unter ihnen liegenden Oberlagen der kommutierenden Zone angehören.