Anordnung zum Unterdrücken der Lamellenoberwellen bei kommutierenden elektrischen Maschinen. Der Strom einer kommutierenden Wechsel- oder Gleichstrommaschine weist praktisch immer höhere Harmonische auf, und zwar vorzugsweise von Periodenzahlen, die in ein facher Beziehung stehen zur Anzahl der Kommutatorlamellen, die in der Sekunde eine Bürste passieren. Diese Harmonischen können als Lamellenoberwellen bezeichnet werden, und ihre Entstehung kann etwa in der folgenden Weise erklärt werden: Während des Vorüberganges von zwei aneinanderliegenden Kommutatorlamellen an einer Bürste soll der Strom in der zwischen den Lamellen liegenden Spule seine Richtung ändern.
Während der Umkehrungsperiode ist die Spule durch die Bürste kurzgeschlossen, wodurch mehr oder weniger unregelmässige Spannungsabfälle in letzterer entstehen. Die Gesamtspannung von Bürstenhalter zu Bür stenhalter wird durch diese Spannungsabfälle beeinflusst, und hierdurch entstehen also (primäre) Lamellenoberwellen einer Art in der Maschinenspannung, bezw. im Strom. Oberwellen zweiter Art, die bedeutend ernsthafter sein können, entstehen aber sekun där in gewissen Maschinen, und zwar in folgender Weise: Die während der Kommu tation kurzgeschlossene Spule umschlingt im allgemeinen den ganzen Eisenkern eines Pol paares der Maschine.
Derselbe Eisenkern ist auch mit der Erregerwicklung verkettet, welche also zusammen mit der kurzgeschlos senen Spule als eine Art von Transformator betrachtet werden kann, dessen Primärstrom ein hochfrequenter Wechselstrom ist. In der Sekundärwicklung - der Erregerwicklung der Maschine, - welche eine grössere Win dungszahl hat, wird deshalb eine verhältnis mässig hohe Spannung erzeugt, welche die Lamellenobertöne bedeutend verstärkt. In Gleichstrommaschinen; wo ein wesentlicher Teil des magnetischen Kreises im allgemeinen aus massivem Eisen besteht, wirkt der letz tere gewissermassen dämpfend auf die Ober wellen, aber in kommutierenden Wechsel strommaschinen, wo der ganze Magnetkreis lamelliert ist, tritt keine solche Dämpfung ein.
Hierin dürfte der Hauptgrund liegen, weshalb die Lamellenoberwellen, die sich vorwiegend als Quellen von Schwachstrom störungen im Eisenbahnbetrieb bemerkbar ge macht haben, im allgemeinen als gefährlicher bei Wechselstrom-Kommutatormaschinen als bei Gleichstrommaschinen betrachtet wurden. Die in vorbeschriebener Weise in der Erregerwicklung erzeugte Spannungsoberwelle schickt eine entsprechende Stromoberwelle durch die Leitung, und letztere Welle ist die unmittelbare Quelle der meisten Störungen.
Um sowohl die erste als die zweite Welle zu unterdrücken, wird nach der Erfindung ein kapazitativer Nebenschluss zur Erreger wicklung vorgesehen, welcher zweckmässig eine solche Kapazität besitzt, dass er die ge nannte Wicklung für Frequenzen von der Grössenanordnung der Lamellenfrequenz prak tisch kurzschliesst, während er für die nie drige Maschinenfrequenz als ein grosser (be ziehungsweise bei Gleichstrom unendlicher) Widerstand wirkt. Da die fraglichen Ma schinen (vorzugsweise Bahnmotoren) oft bei sehr veränderlicher Geschwindigkeit arbeiten, wird auch die Lamellenfrequenz oft verän derlich. In solchen Fällen ist es von beson derer Wichtigkeit, dass der Nebenschluss einen niedrigen Widerstand für die Frequenz besitzt, die sich als besonders störend für das Telephongespräch erwiesen haben, d. h. etwa 800 pro Sekunde oder mehr.
In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine Kapazität und eine Induktanz in Reihe zwischen die Klemmen der Erreger wicklung zu schalten, welche dabei derart bemessen werden können, dass eine Resonanz bei etwa 800 Perioden eintritt. Ist C die Kapazität in Farad und L die Induktanz in Henry, so soll also
EMI0002.0000
sein. In vielen Fällen kann jedoch eine der artige besondere Induktanz entbehrt werden. Die Kapazität soll jedenfalls grösser sein als diejenige, die mit der Streuinduktanz der Erregerwicklung bei den wichtigsten vor kommenden Oberwellen in Resonanz ist, aber nicht so gross, dass sie mit jener Induk tanz bei der gewöhnlichen Maschinenfrequenz, etwa 15-25 pro Sekunde, Resonanz bildet. Die Resonanzfrequenz für die Kapazität und die genannte Streuinduktanz soll also etwa zwischen 50 und 500 liegen.
Durch den Kurzschluss wird die Sekundär spannung des aus der Ankerspule und der Erregerwicklung gebildeten Transformators sehr niedrig und ist deshalb nicht im Stande, merkbare störende Oberwellen in der Leitung zu erzeugen. Da bei einer solchen niedrigen Spannung die elektrische Festigkeit des Kondensators im allgemeinen nicht ganz aus genutzt wird, ist es oft zweckmässig, zwischen Erregerwicklung und Kondensator einen Transformator einzuschalten. Die Wirkung eines solchen Transformators wird gleich bedeutend mit einer Vermehrung der Kapa zität des Kondensators im Verhältnis des Quadrates der Übersetzung. Letztere wird in der Praxis nicht durch die von der Oberwelle hervorgerufene elektrische Beanspruchung, sondern durch diejenige der transformierten Erregerspannung gewöhnlicher Periodenzahl begrenzt.
Falls die Schaltung einer Induktanz in Reihe mit dem Kondensator zwecks Schaffung einer Resonanz erwünscht ist, kann die Streu induktanz des Transformators leicht für die sen Zweck hinreichend gross gemacht werden.
Obwohl die Erregerwicklung, wie oben dargelegt wurde, die Hauptquelle der Lamel lenoberwellen sein dürfte, können solche doch unter Umständen auch in den übrigen festen Wicklungen der Maschine, d. h. in der Kom- pensations- und Wendepolwicklung, entstehen. Zur Unterdrückung von diesen können auch letztere Wicklungen mit kapazitativen Ne benschlüssen versehen werden, welche dann aber von dem Nebenschluss der Erregerwick lung getrennt sein sollen.
Im Gegenfalle kann es nämlich eintreffen, dass Spannungs- oberwellen in jeder Wicklung für sich ent stehen, welche sich zwar in ihrer- unmittel baren äusseren Wirkung aufheben, gleichzeitig aber infolge ihrer verschiedenen magnetischen Beziehung zum Ankerstromkreis tertiäre Oberwellen im letzteren hervorrufen können.
Falls bei mehrpoligen Maschinen die Er regerspulen für sich in Reihe geschaltet sind, können sie zusammen an einem gemeinsamen Kondensatorkreis angeschlossen sein. Zwar können dann die Lamellenoberwellen der verschiedenen Spulen in verschiedenen Phasen liegen, aber die äussere Wirkung ihrer Resul tierenden wird doch unterdrückt. Dasselbe gilt auch für die übrigen Wicklungen, falls sie mit kapazitativen Nebenschlüssen ver sehen sind.