DE241376C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES J_k

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 241376 KLASSE 21 d. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Dezember 1909 ab.

Bekanntlich läßt sich die Drehzahl gewisser

• Kollektormaschinen für Mehrphasenstrom durch Bürstenverschiebung regeln. Diese Regelung kommt immer dadurch zustande, daß mit der Bürstenverschiebung das Feld des Motors oder wenigstens die Komponente des Motorfeldes, die das Drehmoment erzeugt, nach Größe, häufig auch nach Phase· geändert wird. Dabei ist es gleichgültig, ob das Feld von dem Anker

ίο der Maschine allein oder gemeinsam von Anker- und Statorwicklung hervorgebracht wird. Bürstenverschiebung ist also in allen Fällen, wo nicht etwa das Feld durch eine in der Feldachse gelegene, unmittelbar von einer Spannungsquelle gespeiste Wicklung unbedingt konstant gehalten wird, gleichbedeutend mit Feldänderung.

In der Praxis hat sich als ein Nachteil herausgestellt, daß die Regelung durch Bürstenverschiebung, die sich durch große Einfachheit und Billigkeit vor anderen Regelmethoden auszeichnet, verhältnismäßig grob ist, d. h. daß einer kleinen räumlichen Verschiebung der Bürsten schon eine erhebliche Geschwindigkeitsänderung entspricht. Beispielsweise entspricht einer Änderung der Drehzahl im Verhältnisse 10:4! bei einem normalen Drehstromserienmotor von sechs Polen ein räumlicher Verschiebungswinkel von nur etwa

Die Ursache dieser Erscheinung liegt darin, daß aus anderen Gründen alle Anker für Mehrphasen-Kollektormaschinen viele Ankeramperewindungen führen müssen, während andererseits die magnetischen Felder schwach sind. Denkt man sich nun zuerst die Bürsten aus einer Stellung, wo sie nichts zum Felde beitragen (der sogenannten Kurzschlußstellung, in der sich Anker und Stator völlig kompensieren), in eine andere verschoben, so' werden bereits viele Amperewindungen feldbildend wirken, und schon nach einer geringen Verschiebung nähert sich das Feld seiner Sättigung, womit natürlich die Möglichkeit des Regeins aufhört. Diesem Mangel abzuhelfen, ist der Zweck der nachfolgend beschriebenen neuen Einrichtung. Ihr Kennzeichen besteht im wesentlichen darin, durch mehrere (meist zwei) Bürstensätze demselben Anker mehrere Achsen ungleich großer magnetomotorischer Kraft zu geben und diese Achsen mit Hilfe der Bürstensätze, die alle oder teilweise beweglich angeordnet sind, gegeneinander derart zu verstellen, daß die' resultierende magnetomotorische Kraft des ganzen Ankers gleichfalls räumlich mit verstellt wird, doch in anderem Maße, als die räumliche Bürstenverschiebung beträgt.

In Fig. ι ist ein zweipoliger Anker einer Dreiphasen-Kollektormaschine dargestellt. Durch einen Bürstensatz a, b, c werden ihm Ströme Ja· Jb' Jc die gleich groß und 120⁰ zeitlich gegeneinander verschoben sind, zugeführt, durch einen zweiten Bürstensatz «', b', ti fließen dem Anker Ströme i_al, i_bl, i_d zu, die auch unter sich gleich groß und zeitlich um 120 ° verschoben sein sollen. Der Einfachheit halber sei angenommen, /, und i_al seien gleichphasig. Der Bürstensatz a', b', ti möge gegen den a, b, c um den Winkel α verstellt sein.

Die zwei Stromkreisgruppen, die den Bürstensätzen a', b', ti und a, b, c entsprechen,

fs. Auflage, ausgegeben am //). Dezember igi-j.J

erscheinen vom Anker aus parallel geschaltet, denn der Anker ist, für sich genommen, eine einzige, Wicklung, die Bürsten stellen die Stromanschlußpunkte . an sie dar. Der Natur der Sache nach laufen verschiedene Ströme, die man einer einzigen Wicklung zuführt, 'in dieser ganz oder teilweise parallel, je nach Lage der Anschlußpunkte (Bürsten).

Den Strömen J_a, J_b, J_c allein entspricht eine'

ίο ini Räume rotierende M. M. K. von der Größe O A (Fig.2), den Strömen i₇,, i_bl, i_c, entspricht die M. M. K. OA', die, räumlich um α gegen die erstere im Sinne der Bürstendrehung verschoben ist. Beide zusammen geben die' gesamte M. M. K. O M. des ganzen Ankers. Die räumliche Verschiebung "γ von OM gegen OA ist je nach Wahl des. Verhältnisses O A : O A' verschieden, immer aber kleiner als a. Man erreicht mithin durch Anwendung mehrerer 'geeignet gespeister Bürstensätze bei großer Bürstenverschiebung eine verhältnismäßig geringe Verschiebung der gesamten resultierenden ■M.·M. K. des Ankers. '■■■.'-

Gleichzeitig ändert sich die Größe der resultierenden M. M. K. Nun ist nach den oben gegebenen Erläuterungen zu einer verhältnismäßig starken Beeinflussung des Feldes bzw. einer seiner Komponenten nur eine geringe Verdrehung der resultierenden M. M. K. notwendig, Bei geringer Verdrehung von O M ist aber, wenn etwa die Maßverhältnisse der Fig. 2 gelten; die Änderung von O M.. noch sehr gering, selbst bei großem a. Außerdem wirkt die Einrichtung eben dadurch, daß Q M etwas abnimmt, nur günstig für den beabsichtigten Zweck, denn die Abnahme von O M gleicht in vielen Fällen die Feldverstärkung bei Zunahme von γ etwas aus (vgl. z. B. Fig. 2).

Der Winkel y wächst natürlich nur so lange, wie α noch unterhalb 90⁰ ist, und erreicht endlich den Wert S für a == 90°. Im allgemeinen erreicht man- also durch Drehen des Bürstensatzes a\ b'_y c' um i8o° eine Drehung der gesamten M. M. K. um 2 8 Grade.

Die Regelung des Winkels γ ist also je nach Wahl des Verhältnisses O A: O A beliebig.' Die , mechanische Bürstenverschiebung kann dabei immer so eingerichtet werden, daß sie volle 180 elektrische Grade beträgt. In besonderen Fällen lassen sich noch viel mannigfaltigere Regelbereiche erschließen, wenn man die Bürsten a', b', c' mit den Bürsten a, b, c durch eine Übersetzung kuppelt, derartig etwa, daß mit der Drehung des Bürstensatzes a', b', c'

um den Winkel a der Satz α, b, c den Winkel

zurücklegt, wo χ eine Zahl > 1 ist. Die sich daraus ergebenden Möglichkeiten sind sehr zahlreich, im übrigen nach den gegebenen Erläuterungen ohne weiteres abzuleiten.

Um das Verhältnis der magnetomotorischen Kräfte OA und OA' (Fig. 2) konstant zu erhalten, kann man die beiden Stromkreise durch einen Reihenschlußtransformator kuppeln. Dieser bewirkt, daß die Stromstärken beider Kreise stets im Verhältnis seiner Windungszahlen stehen. Gleichzeitig bewirkt ein solcher Transformator eine Reihenschaltung beider Kreise vermöge der in ihm herrschenden Verkettung durch seinen magnetischen Fluß.

Stromkreise, die gemäß den- obigen Erläuterungen vom Anker aus betrachtet parallel geschaltet sind, werden also durch den Reihenschlußtransformator in Reihe geschaltet, ohne daß es dazu einer unmittelbaren elektrischleitenden Verbindung bedarf. Anwendungen der vorstehend 'grundsätzlich behandelten Einrichtungen und Einzelheiten der Ausführung zeigen die folgenden Beispiele.

In Fig. 3 bedeutet A den Anker, S die Wicklungen des Stators eines gewöhnlichen Drehstromserienmotors-. ~ Die Bürsten a,- b, c sind unmittelbar in Serie mit dem Stator geschaltet, die Bürsten a',-b', c! mittelbar durch einen kleinen Serientransformätor t. Mit x-x ist die magnetische Achse der Statorwicklung S in bezug auf den Ankerv4 bezeichnet, für den Augenblick, in dem der Strom in der Bürste α sein negatives Maximum hat. Zu weiterer Erläuterung dienen die Fig. 4,1, II, III. Zuerst mögen die Bürsten a', b', c' (Fig. 3) ausgeschaltet sein, so daß allein durch Verschieben der Bürsten a, b, c in bekannter Weise geregelt werden soll. Die Vorteile der neuen Einrichtung treten durch die Gegenüberstellung deutlich hervor. Steht Bürste a in der Linie x-x, so heben sich die M. M. Ke. O S des Stators und O A des Ankers auf (Fig. 4, Ϊ), (Kompehsations- oder Kurzschluß-Stellung), es gibt kein Feld im Motor. Durch Verdrehen der Bürsten a, b, c um 2 6 entsteht nach Fig. 4, II die resultierende M. M. K. O R. Das Feld möge dabei schon so stark sein, daß der Motor bereits an seiner zulässigen unteren Geschwindigkeitsgrenze angelangt ist. Die Bürstendrehung beträgt also für das ganze Regelbereich nur 2 ß. Nunmehr werde aber der Bürsterisatz a, b, c unter dem Winkel β gegen xx festgestellt, und der bewegliche Bürstensatz a', V, c' nach Fig. 3 angeschlossen. Nimmt dann die von diesem "aus erzeugte M. M. K. OA' (Fig. 4, III) die Lage —a ein, so erhält der Anker die resultierende M. M. K. OM₀. Diese liegt so, daß sie den Stator kompensiert, die" Verhältnisse entsprechen also Fig. 4,1. Nimmt aber OA' die Lage -f α ein, so ergibt sich O M als resultierende M. M. K. für den Anker. Dieses O M bildet mit O S. die resultierende M. M. K. OR der ganzen Maschine, die Verhältnisse entsprechen also Fig. 4, II. Statt also den Motor mit der kleineren Ver-

Schiebung 2 6 zu regeln, hat man jetzt für denselben Regelungsbereich die große Verschiebung 2 α zur Verfügung. Die Fig. 4, I, ll, III entsprechen ungefähr den wirklichen Größen-5 Ordnungen. Man sieht daraus, das 2 α etwas größer als i8o° sein kann, während 2 £ etwa 30⁰ beträgt.

Bei Anwendung der beschriebenen Einrichtung kann man, ohne irgendwie die Kommutation zu verschlechtern, die Stromstärke auf die Hälfte herabsetzen, also die Spannung entsprechend erhöhen. Die Kompensationswicklung 5 muß natürlich jeweils das Spiegelbild des ganzen Ankers werden· Zweitens werden ■

Ϊ5 in: allgemeinen die Bürsten beim Anfahren nicht nebeneinander stehen. Baut man nun ■-_-. aus anderen Gründen — Widerstände zwischen die Rotorwicklung und den Kommutator ein, so werden die Widerstände nur mit dem

2D halben Strome beansprucht wie bei den bekannten Ausführungen, können also schwächer gehalten werden bzw.' sicherer sein.

Die erforderlichen Transformatoren t können natürlich auch in Sparschaltung verwendet werden und auch selbst wieder regelbar sein.

Claims (2)

1. Patent-An Sprüche:

   ■1. Mehrphasen-Kollektormaschine mit mehreren Bürstensätzen für jedes Polpaar, bei der jeder Bürstensatz eine der Phasenzahl entsprechende Zahl von Bürstenstiften für das Polpaar besitzt und alle oder' einzelne Bürstensätze beweglich sind,, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die einzelnen Bürstensätze im Anker gebildeten Stromzweige mittels Transformatoren so geschaltet sind, daß sie, vom Transformator aus betrachtet, in Reihe liegen, während sie im Innern des Ankers teilweise oder ganz parallel geschaltet erscheinen.
2. 2. Kollektormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Bürstensätze durch eine mechanische Übersetzung unter sich derart gekuppelt sind, daß sie gemeinsam, aber in verschiedenem Maße verschoben werden.

   Hierzu 1. Blatt Zeichnungen.