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Anordnung der Kompensationsspulen bei Kommutatormaschinen mit ausgeprägten
Polen. Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Kompensationsspulen an Kom;mutatormaschinen
mit ausgeprägten Polen zwecks Erzielung möglichst geringer radialer Abmessungen.
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Es ist nämlich insbesondere bei Bahn- und Kranmotoren zwecks Unterbringung
einer möglichst großen Leistung innerhalb eines begrenzten Raumes wichtig, .die
radialen Abmessungen der Motoren möglichst weitgehend zu vermindern. Bei Maschinen
mit ausgeprägten Polen ist es .demnach wünschenswert, die Polschenkel bzw. die Feldmagnetspulen
soweit als möglich zu verkürzen, was durch weitgehendste Verminderung des Luftspaltes
ermöglicht wird, da damit der zu überwindende magnetische Widerstand wesentlich
herabgesetzt wird. ,Aus mechanischen Gründen würde sich die Verminderung des Luftspaltes
durch. Benutzung von Kugel- oder Rollagern weitgehend verwirklichen lassen, doch
steckt einer solchen Verminderung die durch die Ankerrückwirkung erzeugte Feldverzerrung
eine Grenze.
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Um diese Feldverzerrung aufzuheben, müßte man eine Kompensationswicklung
anbringen. Hierdurch werden aber einerseits die Anschaffungskosten der Motoren wesentlich
erhöht, andererseits entstehen, namentlich bei Bahnmotoren, die verhältnismäßig
häufigen Ausbesserungen unterworfen sind, Schwierigkeiten, weil die Kompensationswicklung
auf den Polflächen mehr oder weniger gleichmäßig verteilt ängeordnet wurde und deshalb
in die Nuten eingewickelt werden mußte.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es zweckmäßiger ist,
die Kompensationswicklung derart zu konzentrieren, daß die Zwischenräume j e zweier
benachbarter Pole in an sich bekannter Weise durch j e eine einzige Kompensationsspule
überbrückt und die zur Aufnahme der Kompensationsspulen dienenden Nuten der Polschuhe
derart angeordnet sind, daß sie die Polfläche in wesentlich gleiche Teile unterteilen.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß die auf einen Pol entfallende Ampereleiterzahl
der Kompensationswicklung kleiner als die unter einem Polschuh liegende Ampereleiterzahl
des Ankers, aber größer als ein Viertel derselben ist.
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Bei einer derart konzentrierten Anordnung der Kompensationswicklung
können auf Schablonen fertiggewickelte Spulen benutzt werden, die das leichte Einsetzen
und Entfernen sowohl der Kompensationsspulen als der Feldmagnetäpulen gestatten,
so daß etwaige Ausbesserungen leicht durchgeführt werden können.
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Die durch die Erfindung geschaffenen Verhältnisse sind in Abb. i für
denjenigen Fall dargestellt, daß nur jedes zweite Polpaar, und in. Abb.
a für denjenigen Fall, daß sämtliche Pole paarweise verbunden sind.
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Abb.3 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer vierpoligen
Maschine mit einer der Abb. i entsprechenden Anordnung der Kompensationsspulen,
während
Abb.4 die Ausführung der Feldmagnetpole für die in Abb.
2 veranschaulichte Anordnung der Kompensationsspulen darstellt.
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Wie aus Abb. i und 3 hervorgeht, besitzt ein jedes Polpaar N-S j e
eine gemeinsame Kompensationsspule A, deren j e eine Seite a
in der
Mittelebene je eines Polschuhes liegt, s o daß die betreffende Seite a der Kompensationsspule
die Polfläche in zwei gleiche Teile teilt.
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Wie aus Abb. r hervorgeht, sind die hierdurch geschaffenen magnetischen
Verhältnisse die folgenden: Die volle Linie I veranschaulicht den Verlauf des Ankerfeldes
im Bereiche der einzelnen Polflächen. Das Ankerfeld besitzt seine größten Werte
an den beiden Rändern der Polflächen, während es in der Mitte der Polfläche Null
ist. Dementsprechend ist die Richtung des Ankerfeldes an den beiden Rändern der
Polfläche einander entgegengesetzt.
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Die volle Linie II veranschaulicht die Stärke des durch die Kompensationsspule
A erzeugten Feldes im Bereiche der Polfläche. Dieses Feld besitzt an der ganzen
Polfläche eine gleichmäßige Stärke, doch ändert sich die Richtung desselben in der
Mitte einer jeden Polfläche. Der Verlauf des aus dem Ankerfeld und Kompensationsfeld
resultierenden Feldes längs der Polflächen ist durch die starken strichpunktierten
Linien III bezeichnet.
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In Abb. r ist angenommen, daß die auf eine Polfläche entfallende Ampereleiterzahl
des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden Ampereleiterzahl
des Ankerfeldes beträgt. Unter diesen Verhältnissen erreicht der Höchstwert des
resultierenden Feldes an dem einen Rand der Polfläche bloß die Hälfte des Höchstwertes
des Ankerfeldes, und dieser Wert nimmt bis zum ersten Viertel des Feldbogens allmählich
bis auf Null ab, um in entgegengesetztem Sinne bis zur Mitte des Polbogens auf die
Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes anzuwachsen. Bei Überschreitung der Mitte
des Polbogens ändert sich die Richtung des resultierenden Feldes und beträgt die
Stärke desselben gleichfalls bloß die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes. Diese
Feldstärke nimmt bis zum dritten Viertel des Polbogens «nieder allmählich bis auf
Null ab, um bis zum anderen Polende mit geändertem Sinne bis auf ihren Höchstwert
anzuwachsen, der jedoch wieder bloß die Hälfte des Höchstwertes des Ankerfeldes
erreicht.
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Es ist also ersichtlich, daß die durch das Ankerfeld erzeugte Feldstufe
bei der beschriebenen Anordnung in zwei Stufen. von der halben Größe unterteilt
wird. Dieses günstigste Ergebnis tritt dann ein, wenn die auf die Polfläche entfallende
Arnperewindungszahl des Kompensationsfeldes die Hälfte der auf die Polfläche entfallenden
Amperewindungszahl des Ankers beträgt. Bei Abweichung von diesem Verhältnis gestaltet
sich das Ergebnis ungünstiger, und zwar wächst bei Verringerung der Amperewindungszahl
des Kompensationsfeldes idie Feldstärke an den Rändern der Polfläche gegenüber dem
durch die starke strichpunktierte Linie angedeuteten Wert an, was mit Rücksicht
auf die Kommutierungsverhältnisse verwerflich ist. Wird aber die Amperewindungszahl
des Kompensationsfeldes gegenüber dem angegebenen Wert erhöht, so steigt zwar die
Feldstärke in der Mitte des Feldbogens über den durch die strichpunktierte Linie
III angedeuteten Wert, was die Kommutation nicht beeinträchtigt, dagegen kann die
Stärke des resultierenden Feldes durch Steigerung der Amperewindungszahl des Kompensationsfeldes
bis auf die Amperewindungszahl des Ankers (auf die Polfläche bezogen) an den Polrändern
auf Null herabgedrückt werden, wie dies die schwache strichpunktierte Linie III,
andeutet. Dieser Vorteil wird jedoch durch Vergrößerung der Kompensationswicklung
erkauft. Bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung ist ein jedes Polpaar durch je
eine Kompensationsspule A bzw. B verbunden, so daß in einer jeden
Polfläche zwei Spulenseiten a bzw. b zu liegen kommen. Die beiden Spulenseiten
a und b sind derart angeordnet, daß sie den Polbogen in drei gleiche
Teile unterteilen.
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Bei den durch die Schaulinien der Abb. 2 gewählten Verhältnissen ist
die Ampereleiterzahl in den beiden Nuten der Polfläche gleich angenommen, so daß
in dem mittleren Abschnitt des Polbogenstückes sich kein Kompensationsfeld ausbildet,
sondern sich dieses auf die beiden äußeren Polbogenstücke beschränkt. An den Rändern
des mittleren Bogenstückes beträgt daher der Höchstwert des Ankerfeldes nur ein
Drittel von jenem an den beiden äußersten Endpunkten des Polbogens. Für die beiden
äußeren Polbogenstücke wird bei einer bestimmten Kompensations-Ampereleiterzahl
pro Pol für den Höchstwert des resultierenden Feldes ein Minimum erzielt, und zwar
im Falle, wenn das Kompensationsfeld zwei Drittel des Höchstwertes des Ankerfeldes
beträgt, wie dies in Abb. 2 durch die Linie II angedeutet ist. Das unter diesen
Umständen .resultierende Feld ist durch die strichpunktierten Linien III angedeutet.
Von diesem günstigsten Verhältnis kann man mehr oder weniger abweichen, doch soll
die Ampereleiterzahl des
Kompensationsfeldes nicht weniger als ein
Viertel der unter dem Polschuhbogen liegenden Anker .Smpereleiterzahl betragen und
diese nicht überschreiten.
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Dadurch, daß die Kompensationsspulen pro Polfläche in einer oder höchstens
in zwei \'uten konzentriert sind, kann man die Schenkel der Magnetpole derart ausführen,
daß die fertigen Kompensationsspulen in beinahe gänzlich geschlossene Nuten eingelegt
werden können. Zu dem Ende werden die Magnetpole in der Längsrichtung der Schenkel,
welche die zur Aufnahme der Kompensationswicklung bestimmte Nut einschließen, unterteilt.
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Gemäß- Abb. 3 sind z. B. die Pole in der Mittelebene an der Stoßfläche
d unterteilt. Die hierbei entstehenden Schenkel c werden miteinander durch quer
verlaufende Schrauben verbunden.
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Der Zusammenbau der Maschine erfolgt in der Weise, daß die beiden
Hälften c, c je zweier benachbarten Magnetpole um die beiden Seiten a der Kompensationsspule-A
gelegt und zusammengeschraubt werden. -Hierauf werden die Feldspulen e auf die Magnetschenkel
aufgeschoben und das durch die Kompensationsspule A miteinander vereinigte, mit
den aufgeschobenen Feldspulen e ausgerüstete Magnetschenkelpaar durch die Schrauben
f an das Gestell g angeschraubt.
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Bei der in Abb. q. dargestellten Ausführung ist der Magnetpol nach
schräg zu seiner Achse verlaufenden Ebenen d unterteilt, zu denen Außenflächen
Ja der Magnetschenkel parallel laufen. Infolgedessen läßt sich der Zusammenbau
in folgender Weise ausführen: Es wird zunächst der mittlere Teil c, des Magnetpols
mittels der Schraube f1 an das Gestell g festgeschraubt und die Feldspule e in ihrer
Stellung am Gestell festgelegt. Hierauf werden die KompensationsspulenA und B in
die halben Nuten des mittleren Stückes cl der Pole eingesetzt. Es können nun die
beiden Seitenteile c, c der Magnetschenkel in die zwischen dem Mittelteil cl und
der schiefen Innenfläche der Feldspulen e freigebliebenen schiefen Kanäle eingeschoben
und durch Schrauben f befestigt werden.
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Durch die angegebene Anordnung wird die Maschine nicht nur mit Rücksicht
auf die geringeren radialen Abmessungen in der Raumausnutzung sparsamer, sondern
es vermindern sich auch infolge Verringerung des Feldkupfers die Herstellungskosten.
Der Wirkungsgrad wird infolge der geringeren Erregungsverluste günstiger.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Verwendung von Wendepolen und
Wendewicklungen daraus, daß die Abmessungen derselben geringer ausfallen, da ein
Teil der magnetmotorischen Kraft des Ankers bereits kompensiert ist.
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Die angegebene Anordnung läßt sich sowohl bei Gleichstrom- als auch
bei Wechselstrom-Kommutatormaschinen anwenden.