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Kompensiert Wechselstrommaschine.
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Bezeichnet man mit pp die Anzahl der Polpaare der Hauptmaschine, mit pe die Anzahl der Polpaare der Erregerwicklungen und mit pc die Anzahl der Polpaare des Erregerkommutators, so lassen sich die zwischen diesen Zahlen möglichen Beziehungen durch die folgende Gleichung ausdrücken :
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Ob das Vorzeichen von pe und pe positiv oder negativ ist, hängt bei jedem der beiden Systeme von der Art und Weise ab, wie die Verbindungen zwischen Anker und Kommutator hergestellt sind, und weiters von der relativen Drehungsrichtung zwischen Statorfeld und Anker des Erregers. Es ist häufig zweckmässig die Kombination pp = pf- {- pc zu wählen, um die Polzahl des Kommutators und infolgedessen die Anzahl der Lamellen zu verringern.
In manchen Fällen empfiehlt es sich, erfindungsgemäss die bis jetzt noch unbenutzten Kombinationen
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die Verbindungen zwischen Anker und Kommutator müssen, wie in Fig. 2 für einen Teil des Umfanges gezeigt ist, umgekehrt werden, nämlich wie folgt : Nachdem man eine Windung und eine Kommutatorlamelle, die im selben Radius liegen, verbunden hat, verbindet man die erste Windung die rechts von dieser ursprünglichen Windung liegt, mit der Kommutatorlamelle, die links von der ursprünglichen Kommutatorlamelle liegt, die zweite rechtsliegende Windung mit der zweiten linksliegenden Lamelle usw.
In diesem Falle schaltet man also zwischen den Windungen und den Lamellen eine ,,Umkehrungsverbindung"ein.
Will man das Verhältnis pP = e -pe erzielen, so muss sich das Erregerfeld im selben Sinne wie der Anker drehen, aber die Verbindungen dürfen nicht umgekehrt werden, sondern sind nach Fig. 3 auszuführen.
Will man endlich das Verhältnis pP = pe-pe erzielen, so muss sich das Erregerfeld im entgegengesetzten Sinne der Ankerdrehung drehen, und die Verbindungen dürfen nicht umgekehrt werden.
Wie beweisbar, werden bei den Periodenumformern dieser Art, dank der beschriebenen Vorkehrungen, auf dem Kommutator durch feststehende Bürsten Ströme von der Frequenz der Schlüpfung aufgenommen, also Ströme, die sich für die Kompensation eignen.
Beim Erreger Boucherot sind die Wicklungen des Rotors aus Wieklungselementen zusammengesetzt, wobei die Anzahl der Windungen nach einem Sinusgesetz variiert. Die Periode dieses Gesetzes entspricht 2p-Polen. Bezeichnet man mit n die Höchstzahl der Windungen einer Spule und mit @ die Winkelstellung einer gegebenen Nut auf dem Rotor, so soll nach Boucherot die Anzahl der Windungen jener Spule, deren oberes Bündel in der Nut liegt, n sin pP e betragen.
Ein an zwei aufeinanderfolgende Kommutatorlamellen angeschlossenes Wicklungselement setzt sich bei diesem System aus zwei Elementarspulen zusammen, nämlich der Elementarspule s (Fig. 4), mit ,,n sin pp @"-Windungen, welche die ,,Sinuselementarspule" genannt wird und in Serie geschaltet ist mit der zweiten Elementarspule e, genannt ,,Cosinuselementarspule", die ,,n cos pp @"-Windungen enthält und. gegenüber der ersten Elementarspule im 2pe-poligen Erregerfeld um eine halbe Polteilung verschoben ist. Diese Polteilung
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des Erregerfeldes sind dieselben wie im System Leblane.
B. Ausführungsformen der Erfindung.
Der magnetische Kreis eines solchen Erregers wurde bisher für Kompensationszweeke stets unabhängig von dem der Hauptmaschine ausgeführt. Erfindungsgemäss werden für Kompensationszwecke die beiden magnetischen Kreise zu einem einzigen vereinigt, was dadurch ermöglicht wird, dass man die Arten der Wicklungen und die Anzahl der Pole 2pP und 2pe so wählt, dass zwischen den betreffenden Wicklungen keine gegenseitige Induktion stattfindet. Das allgemeine Schema bleibt das der Fig. 1.
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Verschiedene Vorkehrungen, welche für andere Anwendungen schon bekannt sind, können, um die gegenseitige Induktion der Haupt-und der Erregerwicklungen zu verhindern, erfindungsgemäss benutzt werden ; also unter anderm Verkürzung oder Verlängerung des Schrittes, Sternschaltung der Phasen, Reihen oder Reihenparallelsehaltung der Spulen jeder Phase, Schaltung der Kommutatorwicklungen in Reihe bzw. reihenparallel oder Anwendung von Spulen mit zwei oder mehreren gegenseitig zweckdienlich verschobenen Windungen und anderer, mehr oder minder analoger Kunstgriffe.
Im allgemeinen ist es vorteilhaft, Vorkehrungen zu treffen, damit die Erregerwicklung Se nur einen Bruchteil der Spannung der Leitung L erhält. Die Speisung des Erregerstators unter verminderter
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Hanptwicklung oder, wenn diese unter Hochspannung steht, durch eine 2pP-polige Hilfswicklung S'p (Fig. 6) erfolgen.
C. Vorteile der erfindungsgemäss ausgeführten Maschinen im Vergleich mit den bekannten kompensierten Maschinen.
Um gewisse Vorteile klar hervortreten zu lassen, sei ein spezielles Beispiel gewählt. Es sei angenommen, dass es sich um einen achtpoligen Motor handelt (also 4 Polpaare, pP = 4) und dass z. B. vierpolige Erregerwicklungen Se und Re (pe = 2) und ein gleichfalls vierpoliger Kommutator (pu = 2) gewählt werden, entsprechend der Gleichung pP = pe + pe.
Wenn die Frequenz des Leitungsstromes 50 Perioden per Sekunde beträgt, so macht das Erregerfeld (pe = 2) 25 Umdrehungen per Sekunde, also 1500 Touren per Minute, und das Feld des Hauptstators, somit auch der Rotor, wenn man von der Schlüpfung absieht, 750 Touren per Minute. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Erregerfeld und Erregerwicklung Re beträgt also bei normalem Gang ungefähr 750 Touren und 1500 Touren beim Anlassen. Es ergibt sich, dass beim Anlassen die Spannung zwischen den Kommutatorlamellen nur doppelt so gross ist als beim normalen Gang, was zulässig ist.
Für einen sechspoligenMotor ( = 3) mit zweipoliger Erregerwicklung (pe = l) und vierpoligem Kom- mutator (pe = 2) ist, wie leicht auf dieselbe Weise beweisbar, die Spannung zwischen den Kommutatorlamellen beim Anlassen nur 50% höher als beim normalen Gang.
Für einen vierpoligen Motor (pP = 2) mit achtpoliger Erregerwicklung (pe = 4) und vierpoligem Kommutator (pc = 2) ist die Spannung zwischen den Kommutatorlamellen beim Anlassen dieselbe wie beim normalen Gang.
Im Gegensatz hiezu ist bei kompensierten Motoren von gewissen andern Arten die Spannung zwischen Kommutatorlamellen beim Anlassen 5-10mal höher als beim normalen Gang, was eine grosse Erhöhung der Anzahl der Kommutatorlamellen erfordert, um diese Spannung beim Anlassen in zulässigen Grenzen zu halten.
Das Leitungsnetz ist an den Stator des Motors angeschlossen, was die Speisung unter Hochspannung ermöglicht. Bei kompensierten Maschinen einiger anderer Arten ist das Leitungsnetz an die Schleifringe des Rotors angeschlossen, was sehr nachteilig ist.
Bei einem erfindungsgemäss ausgeführten Motor findet die Kompensation der Phasenverschiebung sogar im Leerlauf statt, was nicht der Fall für Maschinen gewisser anderer Systeme ist.
Endlich kann man, dank der Erfindung, Kommutatoren derselben Polzahl und übereinstimmend damit derselben Lamellenzahl für Maschinen verschiedener Polzahl benutzen, was für die Seidenfabrikation
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D. Weglassung gewisser Leiter des Stators.
Gewisse Nuten des Stators enthalten Leiter der Hauptwicklung SP (oder der Hilfswicklung S'P) und der Erregerwicklung se, die von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossen sind. Diese Leiter können daher in gewissen Fällen erfindungsgemäss weggelassen werden.
E. Kurzschlusskommutatorwicklung für das Hauptfeld.
Die Erregerwicklung des Rotors Re wird nur von Strömen durchflossen, deren Frequenz gleich
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während die Hauptwicklung RP des Rotors nur von Strömen mit der Frequenz der Schlüpfung durchflossen wird. Zwecks guter Ausnutzung des Kupfers der Maschine ist es vorteilhaft, die Erregerwicklung Re von Strömen der zwei Frequenzen gleichzeitig durchströmen zu lassen. Dies ist in gewissen Fällen möglich, indem man erfindungsgemäss eine 2pe-polige Wicklung macht, die gegenüber dem 2pP-poligen Hauptkraftfluss kurz geschlossen ist. Ist z. B. die Hauptwieklung vierpolig (pP = 2) und die Erregerwicklung achtpolig (pe = 4), so kann die Rotorerregerwicklung mit Äquipotentialverbindungen aus-
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geführt werden.
Letztere verbinden Punkte, die im achtpoligen Felde um eine doppelte Polteilung versetzt sind und dementsprechend äquipotential sind. Im vierpoligen Felde sind dieselben Punkte nur um eine einzige Polteilung versetzt und also nicht äquipotential ; im vierpoligen Felde bilden also die 1\quipotentialverbindungen einen Kurzschluss.
F. Anwendung eines nicht konstanten Eisenquerschnittes am Stator.
Der maximale Kraftfluss, welcher durch die verschiedenen Eisenquerschnitte des Statorjoches und der Statorzahnung hindurchgeht, ist variabel. Z. B. im Falle p 8 = 4 ist es leicht, zu beweisen, dass zwei entgegengesetzte Sektionen A und A' (Fig. 7) des Statorjoches immer von der Summe des Haupt-und des Erregerkraftflusses durchflossen sind und dass die zwei Sektionen B und B', welche gegen die vorhergehende rechtwinkelig gestellt sind, nur von der Differenz der beiden Kraftflüsse durch- flossen sind. In den zwischen AA' und BB' liegenden Sektionen variiert der Maximalwert des Kraftflusses für jede Sektion nach einem Sinusgesetz.
Das Resultat ist dasselbe in den Fällen p = 1 mit pe = 3 oder pP = 3 mit pe = 1 oder pP = 4 mit pe = 2 oder pP = 5 mit pe = 1.
Bei diesen und allen ähnlichen Fällen kann man erfindungsgemäss die Bleche mit Abplattungen ausführen, die den Zonen, die von dem maximalen Kraftflusse nicht durchflossen sind, entsprechen, also die Bleche z. B. nach Fig. 7 auszubilden, was eine bedeutende Materialersparnis ermöglicht.
In dem Falle pP = 6 mit pe = 2 ergeben sich an der Peripherie des Stators vier Zonen A,. 1'
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eine Differenz entsteht. Man kann daher erfindungsgemäss an den Blechen vier Abplattungen machen, wie dies die Fig. 8 zeigt.
Um die magnetischen Eisenwiderstände der Zahnung auszugleichen, kann man im Sinne der Erfindung in den verschiedenen Zonen (A und B) des Stators verschiedene Nuten anbringen oder diese in verschiedenen Abständen anordnen. Das Stanzen verschieden profilierter oder ungleichmässig voneinander abstehender Nuten lässt sich speziell in dem Falle leicht ausführen, wenn sämtliche Nuten auf einmal durch eine einzige Stanze ausgeschnitten werden, oder in dem Falle, wo der Stempel einen Abschnitt des Stators ausschneidet, der von einer Zone A bis zur benachbarten Zone B reicht.
G. Arbeiten der Maschine als Generator.
Eine erfindungsgemäss ausgeführte Maschine kann auch als asynchroner, selbst erregender Generator verwendet werden und gegebenenfalls auch für die Erzeugung eines wattlosen Stromes oder Blind- stromes". Eine solche Verwendung der Maschine bildet auch einen Teil der Erfindung.
H. Arbeiten auf Einphasenstrom.
Eine erfindungsgemäss ausgeführte Maschine kann auch für Einphasenstrom verwendet werden,
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wie dies deutlich in Fig. 10 veranschaulicht ist. Der Rotor der Maschine, die durch den Einphasenstrom gespeist werden soll, ist in diesem Fall derselbe wie derjenige für einen Mehrphasenstrom.
1. Arbeiten als Synchronmaschine.
Eine erfindungsgemäss ausgeführte Maschine kann auch als Synchronmaschine Verwendung finden, wenn man den Kommutator, um Gleichstrom zu erhalten, nur mit zwei Burstenstiften ausstattet, anstatt mit drei oder mehr, wie dies im Falle der Erregung durch Mehrphasenstrom zweckdienlich ist.
Mit dieser Anordnung arbeitet die Maschine als echte synchrone Induktionsmaschine.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kompensierte Wechselstrommaschine, insbesondere Asynchronmaschine, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kommutatorperiodenumformers entweder des Systems Mauriee Leblane oder des Systems mit Sinusvariationen der Zahl der Windungen nach Boucherot als Erregermaschine, dessen Polzahl von jener der Hauptmaschine abweicht, wobei die Vereinigung der magnetischen Kreise der Hauptmaschine und des Erregers in einem gemeinsamen magnetischen Kreis erfolgt, was durch Anordnung an sich bekannter Einrichtungen ermöglicht wird, die die gegenseitige Induktion der Wicklungen verschiedener Polzahlen verhindern.