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Wechselstrom-Kommutatormasciine Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische
Maschinen, insbesondere auf Wechselstrom-Kommutatormaschinen, bei denen die Leistung
entweder durch die zwischen den Kommutatorsegmenten induzierte Umformerspannung
oder durch die Reaktanzspannung der Stromwendung oder durch ein Zusammenwirken beider
Komponenten beschränkt ist.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine effektive Vierfachwicklung
herzustellen, deren vier Elemente so angeordnet sind, daß keine unausgeglichenen
Spannungen zwischen ihnen und infolgedessen keine Kreis- bzw. Querströme innerhalb
derselben und in ihrer Umgebung vorhanden sind, wenn sie miteinander z. B. durch
Bürsten oder andere Verbindungsvorrichtungen verbunden werden. Für dieselbe Polstärke
bringt eine Vierfachwicklung nur die Hälfte der Umformerspannung@für jedes Segment
hervor, die durch eine Duplexwicklung erzeugt wird, oder im Viertel der durch eine
Einfachwicklung hervorgerufenen Spannung, wobei vorausgesetzt ist, daß alle Wicklungen
dieselbe Wicklungsteilung besitzen. Hieraus folgt, daß die Verwendung einer Vierfachwicklung
es ermöglicht, eine Kommutatorwindung von voller Teilung in Verbindung mit einem
viel größeren Wert einer Feldstärke als bisher zu benutzen. Die Brauchbarkeit derartiger
Maschinen wird dementsprechend stark vergrößert, so daß ein höherer
Leistungsbereich
gedeckt wird. Mit der Verwendung einer Vierfachwicklung sind noch andere Vorteile
verknüpft, die dem Fachmann auf dem in Rede stehenden Maschinengebiet. einleuchten,
so z. B. die vorteilhafte Wirkung vielfacher Stromkreise auf die Reaktanzspannung
der Stromwendung.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Wechselstrom-Kommutatormaschine,
die mit einem Rotor versehen ist, der einen genuteten magnetischen Kern besitzt,
der axial in gleiche Abschnitte unterteilt ist, mit dazwischen befindlichem Raum
für den Übergang der Leiter und mit Übereinstimmung der Nuten in den beiden Abschnitten;
die Maschine ist ferner mit einer Vierfachwicklung versehen, die mit dem Kommutator
der Maschine verbunden in den Nuten des erwähnten Kerns untergebracht ist. jeder
Wicklungsabschnitt enthält abwechselnd Spulen von voller Zahnteilung und teilweiser
Zahnteilung, die in Reihe geschaltet sind. Die teilweise Zahnteilung wird erhalten,
indem man eine Seite der teilweisen Zahnteilung aufweisenden Spulen durch benachbart
liegende gestaffelte Nuten in den beiden Enden des Kerns und den Leitungsraum führt.
Ferner sind Spannungsausgleichsmittel, die diese Wicklungen vermittels des Kommutators
miteinander verbinden, vorgesehen.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise und schematisch dargestellt.
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Fig. i veranschaulicht die Leitungsanordnung einer Vierfachwicklung
in den Nuten gemäß der Erfindung; Fig.2 veranschaulicht den Erfindungsgegenstand
unter Hinzunahme von zweifachen und einfachen Kopplungswicklungen.
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Gemäß Fig. i, in welcher schematisch ein Teil der Wicklung einer Kommutatormaschine
dargestellt ist, bezeichnet das Bezugszeichen a eine Hälfte und b die andere Hälfte
des magnetischen Kerns. Die Leitung zwischen beiden ist bei d dargestellt. Mit den
Bezugszeichen c1 bis c5 sind fünf benachbarte Kommutatorsegmente bezeichnet, während
m, n, p und q die vier Stromkreise der Vierfachwicklung darstellen,
die mit den Segmenten cl, c2, c3 und c,, verbunden sind. Die Bezugszeichen S1, S2
bis S("+tj S("+3) usw. bezeichnen Nuten in dem Kern, wobei n die Zahl der Nuten
für jeden Pol bedeutet. Die Zahlen i, 2, 3 in den Nuten bezeichnen die Leiterstellung,
und zwar sind drei Segmente für jede Nut bei diesem Beispiel vorgesehen. Das Bezugszeichen
i bezeichnet die erste Leiterstellung, 2 die zweite Leiterstellung usw. Die vierte
Leiterstellung, z. B. jeder Nut, würde also die erste Leiterstellung der nächsten
Nut in der Windungsrichtung bedeuten, da hier nur drei Leiterstellungen je Nut in
diesem Beispiel vorhanden sind. Gemäß einem anderen Beispiel würde, wenn nur ein
Segment pro Nut vorhanden ist, die dritte Leiterstellung der Nut Nummer (n + i)
tatsächlich die einzige vorhandene Leiterstellung der Nut Nummer (n + 3) sein.
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Um die Erfindung zu verwirklichen, ist es erforderlich, daß die Vierfachwicklung
in der folgenden Weise ausgeführt wird: Ein willkürlich gewählter Stromkreis Nummer
i möge bei einem willkürlich gewählten Kommutatorsegment Nummer i beginnen, möge
zu der ersten Leiterstellung in der Nut Nummer i in dem Kern a, von da über die
Zentralleitung zu der zweiten Leiterstellung in der Nut i in dem Kern b führen,
von da außenseits des Kerns zu der dritten Leiterstellung in der Nut Nummer (n +
i) im Kern b; von da zurück über den zentralen Leiter zu der vierten Leiterstellung
in der Nut Nummer (n + i) im Kern a,
von da zum Kommutatorsegment Nummer
5.
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Der Stromkreis Nummer 2 soll nun beim Kommutatorsegment Nummer 2 beginnen
und eine Leiterstellung in Voreilung des Stromkreises Nummer i in der Wickelrichtung
in allen Nutteilen einnehmen und weitergehen bis zum Kommutatorsegment Nummer 6.
jeder der anderen zwei Stromkreise und der Rest der Wicklung ist in ähnlicher Weise
gewunden und richtet sich augenscheinlich automatisch nach der oben gegebenen Definition
des ersten Turnus des Stromkreises Nummer i.
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Indem dies Gesetz auf das in Fig. i veranschaulichte Beispiel angewandt
wird, ist es ersichtlich, daß der erste, mit dem Bezugszeichen m markierte Stromkreis
die erste Leiterstellung in Nut Sla einnimmt, die zweite Stellung in Nut'Slb, die
dritte Stellung in Nut S("+,)b und die vierte Stellung in Nut S("+,)", die tatsächlich
die erste Leiterstellung in Nut S("+,)" in Übereinstimmung mit der oben gegebenen
Definition einer Leiterstellung ist.
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Weiterhin kann man Spannungsausgleichsvorrichtungen benutzen, um die
vier Stromkreise zu kuppeln. Dabei sind verschiedene Arten in Betracht zu ziehen,
in denen dies ausgeführt werden kann, wobei eine Möglichkeit allein oder mehrere
in Kombination miteinander zur Anwendung kommen können.
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Es sei ferner bemerkt, daß die Aufspaltung des magnetischen Ankerkerns
in zwei axial voneinander getrennte Teile das Wickeln von Spulen ermöglicht, die
als Spulen mit teilweiser Zahnteilung bezeichnet werden können. So besitzt die Spule
zwischen den Kommutatorabschnitten c2 und c6 volle Zahnteilung, wobei eine Seite
vollständig in Nut S1 und die andere Seite vollständig in Nut S("+,) sich befindet,
während die Spule zwischen den Segmenten cl und c. den Bruchteil einer Zahnteilung
hat, da sie tatsächlich eine halbe Zahnteilung weniger als die vorstehend betrachtete
Spule besitzt. Dies Ergebnis wird beim Übergang von Nut S("+1) zu Nut S("+1)
lm Zentrum des Kerns erhalten. In der dargestellten Vierfachwicklung besitzt
je die Hälfte der Spulen eine der vorerwähnten Bauarten. Es sei ferner bemerkt,
daß dieselben so angeordnet sind, daß ein Ende einer Spule jeder Teilung mit jedem
Kommutatorsegment verbunden ist. Auf diese Weise ist das Segment c" auf der rechten
Seite mit einer Spule von teilweiser Zahnteilung verbunden und auf der linken Seite
mit einer Spule von voller Zahnteilung. Infolgedessen besteht jeder Abschnitt der
Vierfachwicklung abwechselnd aus Spulen voller Zahnteilung und Spulen teilweiser
Zahnteilung, die in Reihe geschaltet sind.
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Verbindungen gleicher Potentiale können ein beliebiges Segment mit
einem beliebigen Punkt in einem beliebigen Stromkreis verbinden, der dasselbe Potential
besitzt. Derartige Leiter liegen ganz außerhalb des magnetischen Feldes. Es kann
z. B. der Punkt x
in Fig. i, der im ersten Stromkreis liegt, als
Mittelpunkt der Windung, die die Segmente cl und c.; verbindet, in dieser Weise
mit Segment c, verbunden sein, das sich im dritten Kreis befindet. Oder es kann
der Punkt y im zentralen Kanal, der zu dem dritten Stromkreis gehört, in ähnlicher
Weise mit dem Segment c4 verbunden werden, das im vierten Stromkreis liegt. Ein
beliebiger Teil der gesamten möglichen Leiter kann dabei verwandt werden.
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Andernfalls kann auch eine Duplexwicklung parallel mit der vierfachen
Hauptwicklung geschaltet werden, wobei die Wechselstromkreise automatisch vollständig
gekuppelt werden, während noch andere betriebliche Vorteile erhalten werden. Solch
eine Duplexwicklung muß zwecks entsprechender Wirkung in der folgenden Art oder
in äquivalenter Form ausgeführt werden Von. den beiden Stromkreisen möge der erste
an demselben Kommutatorsegment Nummer i der vierfachen Wicklung beginnen, um zu
der ersten Leiterstellung in Nut Nummer in den a-Kernen zu führen. Von hier geht
die
Leitung durch den Kanal zu der zweiten Leiterstellung in Nut Nummer im b-Kern, alsdann
außenseits des Kerns
nach der zweiten Leiterstellung in Nut Nummer
im b-Kern; alsdann zurück durch den Kanal nach der Leiterstellung in Nut
im a-Kern, von da zum Kommutatorsegment Nummer 3.
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Diese Bestimmung der ersten Windung des ersten Stromkreises der Duplexwicklung
veranschaulicht automatisch das Verfahren mit dem anderen Stromkreis und dem übrigen
Teil der Wicklung.
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Das Wort äquivalent wird zu Beginn der Erläuterung der Duplexwicklung
gebraucht, da es möglich ist, die Leiterstellung der Stromkreise in den
a- und b-Kernen derart zu vertauschen, daß die Reihenfolge der Leiterstellungen,
die mit erste, zweite, zweite, erste angegeben ist, äquivalent der Reihenfolge:
erste, zweite, erste, zweite ist. Das genaue Verfahren kann dabei durch die Zweckmäßigkeit
beim Wickeln bestimmt werden.
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Die Stromkreise dieser Duplexwicklung können selbst durch eine einfache
mit ihr parallele Wicklung gekuppelt sein, wobei diese Einfachwicklung durch das
nächste alternative Verfahren der Kupplung bestimmt ist. Es ist zu bemerken, daß
bei dieser Duplex wicklung beide Stromkreise nicht durch auf gleichem Potential
befindliche Verbinder gekuppelt sind, da das Potential ihrer Windungen nicht irgendwelchen
Punkten am Kommütator entspricht.
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Fig.2 veranschaulicht die Duplexkupplung. Die Nummern und Buchstaben
dieser Figur entsprechen denjenigen der Fig. i. Die beiden Stromkreise der Duplexwicklung
sind bei k und L angedeutet, oder aber eine einfache Wicklung kann
parallel mit der Vierfachwicklung geschaltet sein, wobei alle vier Stromkreise automatisch
gekuppelt werden. Solch eine einfache Wicklung muß, um wirkungsvoll zu sein, in
der folgenden Weise ausgeführt werden: Die Wicklung soll bei demselben Segment Nummer
i der Vierfachwicklung beginnen, alsdann zur ersten Leiterstellung in Nut Nummer
sowohl im a-Kern wie im b-Kern führen, von
da außerhalb des Kerns zur ersten Leiterstellung in Nut Nummer dem Segment Nummer
2. Der übrige Teil der Wickin den b- wie in den a-Kern; von da nach lung folgt automatisch.
Solch eine Einfachwicklung ist in Fig. 2 dargestellt und mit dem Zeichen j bezeichnet.
In dieser Figur ist der Kommutator zwecks größerer Klarheit dreimal dargestellt.
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Wenn eine Kupplung für die Einfachwicklung benutzt wird, so wird damit
eine geringe Ungleichmäßigkeit der Spannung eingeführt, die Veranlassung zu einem
Querstromverlust geben kann. Bei richtiger Auswahl der Nutenzahl, nämlich der Nuten
je Pol n = 12 x, wo x eine ganze Zahl bedeutet, reicht diese Ungleichmäßigkeit
in keiner Weise hin, um die richtige und wirkungsvolle Funktion der Vierfachwicklung
zu stören, vorausgesetzt, daß die Einfachwicklung in der oben beschriebenen Weise
und mit einem Material von geeignetem Widerstand ausgeführt ist.
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Fig. 2 veranschaulicht also das Schema für eine vollständig ausgeglichene
und gekuppelte Wicklung bei n = 12 Nuten prti Pol und mit vier Segmenten pro Nut;
e bezeichnet üblicherweise Ausgleichsvorrichtungen.
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Durch den Gebrauch des Ausdrucks- Kommutatorsegmente in der vorstehenden
Beschreibung soll entweder auf regelrechte Kommutatorsegmente oder auf gleichwertige
Hilfsmittel hingewiesen werden, denn es ist bei der handwerklichen Ausführung von
Wicklungen für elektrische Maschinen allgemein bekannt, daß die Wicklungen an die
Kommutatorsegmente entweder unmittelbar oder mit Hilfe von Verbindungen angeschlossen
werden können, die entweder innerhalb oder außerhalb des Magnetkerns liegen, also
entweder aktive oder inaktive Verbindungen sind, die aus Kupfer od. dgl. oder aus
Widerstandsmaterial bestehen. Die jeweilige Kommutatorstellung kann daher auf der
einen Seite oder auf der anderen Seite oder auf beiden Seiten der Wicklung sein.
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Die relativen Querschnitte oder das Material oder die relativen Tiefenlagen
in der Nut der verschiedenen parallelen Wicklungen oder Verbindungen können entsprechend
der besonderen Aufgabe gewählt werden, die jede von ihnen zu erfüllen hat, und es
ist nicht notwendig, irgendwelche Beschränkungen in diesen Richtungen anzulegen.
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Durch geeignete Mittel kann die Gleichheit des magnetischen Flusses
in den beiden Hälften des Kerns sichergestellt werden. Eins dieser Mittel ist die
$-förmige Schleife um die beiden Hälften jedes Zahns herum.