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Anordnung zur Verbesserung der Kommutierung von Doppelkollektormaschinen
Es gibt Fälle, in denen man Zweikollektor-Gleichstrommaschinen in größeren Einheiten
gern anwenden möchte, und zwar wegen der leichteren Ausführbarkeit und größeren
Betriebssicherheit solche Doppelkollektormaschinen, bei denen beide Ankerwicklungen
übereinander in den Nuten liegen. Ein solches Bedürfnis liegt z. B. bei Gleichstromlokomotiven
für höhere Fahrdrahtspannung vor. Müssen nämlich ständig zwei Fahrmotoren in Reihe
geschaltet werden, weil ein Motor nicht die volle Fahrdrahtspannung aufnehmen kann,
so teilt sich die Spannung beim Schleudern einer Achse auf die beiden Motoren ungleichmäßig
auf. Besonders bei Motoren für hohe Spannungen kann dies leicht zu Überschlägen
führen. Verbraucht dagegen jeder Fahrmotor die volle Spannung (»Vollspannungsmotor«),
so gibt es keine durch Schleudern einer Treibachse bedingte Spannungserhöhung.
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Bei dem zur Verfügung stehenden beschränkten Raum kann ein Fahrmotor
oft nicht für die volle Fahrdrahtspannung 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 Ankerwicklungen
von den Polen nicht symmetrisch induziert werden. 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 der 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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Darüber hinaus ist bereits bekanntgeworden, Hochspannungs-Gleichstrommaschinen
mit zwei in der Nut übereinanderliegenden Ankerwicklungen, die zu je einem besonderen
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 gleichen Ankernuten übereinander angeordnet sind und jeder Wicklung ein .eigenes,
gegenüber dem anderen ebenfalls in Umfangsrichtung versetztes Wendefeld zugeordnet
ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Anordnung ist in den besonders breiten
Wendepolen zu sehen. Diese sind so breit, daß beide Wendezonen überdeckt werden.
Sie benötigen dazu noch eine vom Üblichen abweichende Formgebung, 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 den Maschinenumfang für die Wendepole beanspruchte Polbogen
so groß, daß für die Hauptpolbeaufschlagung des Ankers wenig Platz bleibt und die
Maschine außerordentlich schlecht ausgenutzt wird.
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Auch ist es bekanntgeworden, eine Kompensierung zur Verbesserung der
Kommutierung von Doppelkollektormaschinen mit zwei in den Nuten übereinanderliegenden
Ankerwicklungen dadurch zu erreichen, daß außer den üblichen Wendepolen (Hauptwendepolen)
Zusatzwendepole vorhanden sind, welche in der äußeren Ankerwicklung eine Spannung
induzieren, die der von den Hauptwendepolen induzierten Spannung entgegengerichtet
ist.
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Hierbei liegt also der magnetische Rückschluß unterhalb der Wickelköpfe
der äußeren Ankerwicklung, also zwischen dieser und der inneren. Dadurch
ist
es sehr schwierig, ihn fest zu lagern. Außerdem ist es in unerwünschter Weise notwendig,
die Spulen der inneren Ankerwicklung radial nach innen abzukröpfen, um Raum für
den vorwiegend als lamellierter Ring ausgebildeten Rückschluß zu schaffen.
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Da die von den Zusatzwendepolen bei der genannten, bekannten Anordnung
erzeugte Spannung in entgegengesetzter Richtung zu der von den Hauptwendepolen induzierten
Spannung liegt, ist es notwendig, daß die von letzteren erzeugte Spannung insgesamt
höher ist, als es an sich die resultierende Wendespannung erfordert.
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Alle genannten Nachteile werden bei der Anordnung nach der Erfindung
dadurch vermieden, daß zur Verbesserung der Kommutierung von Doppelkollektormaschinen
mit zwei in den Nuten übereinanderliegenden Ankerwicklungen, wobei außer den üblichen
Wendepolen (Hauptwendepolen) Zusatzwendepole vorhanden sind, welche in eine der
beiden Ankerwicklungen eine zusätzliche Spannung induzieren, die Zusatzwendepole
in die innere Ankerwicklung eine Spannung induzieren, die der von den Hauptwendepolen
induzierten Spannung gleichgerichtet ist.
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Mit Rücksicht auf die Kühlluftführung werden die Zusatzwendepole zweckmäßig
so angeordnet, daß die Lücken zwischen den Hauptwendepolen und 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 Wikkelköpfe der inneren Ankerwicklung ist dabei nach einem weiteren
Erfindungsgedanken ein lamellierter Ring als magnetischer Rückschluß für den Zusatzwendefluß,
der lediglich die innere Ankerwicklung durchsetzen soll, angeordnet.
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Die Einstellung des Luftspaltes unter den Hauptwendepolen erfolgt
also so, daß der zur außenliegenden Ankerwicklung gehörende Kommutator funkenfrei
arbeitet. Dann ist die innenliegende Ankerwicklung unterkompensiert. Die erfindungsgemäß
vorgesehenen Zusatzwendepole erzeugen nun, wie erwähnt, eine Spannung, welche in
gleicher Richtung wie die von den Hauptwendepolen induzierte wirkt, und es gelingt
leicht, den Luftspalt unterhalb der Zusatzwendepole so einzustellen, daß ein ausreichender
Kompensationsgrad der inneren Ankerwicklung und damit ein funkenfreier Lauf des
zugehörigen Kollektors bewirkt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben, in welcher F
i g. 1 die Spannung vektoriell entsprechend der eingangs erwähnten bekannten Anordnung
aufzeigt, F i g. 4 eine solche nach der vorliegenden Erfindung; F i g. 2 stellt
einen Längsschnitt durch eine mit erfindungsgemäßen Zusatzwendepolen ausgerüstete
Doppelkollektormaschine dar, während F i g. 3 das Wicklungsschema der inneren Ankerwicklung
enthält.
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In den F i g. 1 und 4 sind die von den Hauptwendepolen induzierten
Spannungen mit e", l und e,1, z bezeichnet, während die von den Zusatzwendepolen
induzierte Spannung mit e" z bezeichnet ist. e, R ist dann die resultierende Wendespannung.
Man erkennt, daß die insgesamt aufzubringende Spannung und damit die entsprechende
Leistung bei der Anordnung nach der F i g. 4 entsprechend der vorliegenden Erfindung
um den doppelten Betrag der Zusatzwendespannung e"z geringer ist.
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In der F i g. 2 ist mit 1 und 3 die außen- bzw. innenliegende Ankerwicklung
mit dem zur letzteren gehörenden Kommutator 4 bezeichnet. Dem Hauptwendepol5 ist
der axial dahinterliegende Zusatzwendepol 6 zugeordnet, der, wie aus F i g. 3 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 achsparallel gerichtete Kühlluftstrom
nicht gehemmt wird. Das gesamte Wendepolsystem wird von dem Magnetgehäuse 8 getragen.
Der magnetische Rückschluß für den Zusatzwendefiuß wird durch den lamellierten Ring
7 gebildet, der unterhalb der Ankerwicklung 3 angeordnet ist und gleichzeitig zusammen
mit dem Flansch 9 als Wickelkopfträger dienen kann. Dabei ist die äußere Ankerwicklung
1, in Bezug auf ihre Wickelkopflänge, relativ kurz gehalten, um Raum für
den Zusatzwendepol 6 zu schaffen.
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Die F i g. 3, welche eine Abwicklung der inneren Ankerwicklung 3 gemäß
F i g. 2 aufzeigt, läßt aus den eingetragenen Pfeilrichtungen die von den Zusatzwendepolen
6 erzeugte Spannung erkennen, die mit der von den Hauptwendepolen 5 erzeugten Spannung
gleichgerichtet ist. Die Zusatzwendepole 6 werden ebenfalls vom Ankerstrom oder
einem ihm verhältnisgleichen Strom erregt. Die von den Zusatzwendepolen 6 beeinflußten
Stäbe der anderen Schicht der Ankerwicklung liegen in dem mit 2 bezeichneten Bereich;
die in ihnen durch den Zusatzwendepol6 hervorgerufenen Spannungen können somit die
Vorgänge in der Kommutierungszone nicht stören.
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Die in den nachstehend genannten Patentansprüchen 2 bis 5 enthaltenen
Fortbildungen des dem Anspruch 1 zugrunde liegenden Erfindungsgedankens sind nur
in Verbindung mit dem Anspruch 1 zu werten.