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Durch Mehrphasenstrom zu erregender Elektromagnet.
Es ist bekannt, Elektromagnete in der Weise durch Mehrphasenströme zu erregen, dass die von den einzelnen Phasen gespeisten Spulen je zur Erregung eines besonderen Kernes dienen, wobei diese Kerne auch magnetisch miteinander verbunden sein können. Die hiedurch erzeugten magnetischen Felder sind im Wesen voneinander unabhängig und die Folge davon ist, dass die elektromagnetische Kraft, die von der Vereinigung dieser einphasigen Magnete ausgeht, pulsierend wirkt, weshalb derartige Magnete für viele Zwecke gänzlich unbrauchbar sind.
Es wurde auch bereits eine Konstruktion für einen Mehrphasen-Elektromagnet mit einem hohlkonischen Kern vorgeschlagen, welcher mit Mehrphasen-Spulen derart bewickelt ist, dass die magnetischen Flüsse, die durch die einzelnen Spulen hervorgerufen werden, sich zu einem magnetischen Drehfeld zusammensetzen. Die Bewicklung und daher auch der Effekt eines solchen Mehrphasen-Elektromagnetes ist also ähnlich wie bei dem Stator eines Asynchronmotors und der in den kegelförmigen Hohlraum des Magnetkernes hineinzuziehende Anker wird daher nicht bloss in axialer Richtung angezogen, sondern auch durch die auf ihn wirkenden Kräftenpaare drehend beeinflusst, wodurch ein solcher Magnet für verschiedene Zwecke unbrauchbar wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden in Nuten oder Kanäle des mit Mehrphasenstrom zu erregenden Elektromagnetes parallele oder gleichlaufende Stromleiter (Spulenteile) eingelegt, die derart in Stern-oder Dreieckschaltung mit den Stromanschlüssen der drei Phasen verbunden werden, dass der zwischen zwei in gleichem Sinne an das Netz angeschlossenen, in Eisen eingelegte Stromleiter befindliche, gleichfalls in Eisen eingelegte Stromleiter an das Netz, d. h. an seinem Stromanschluss in verkehrtem Sinne angeschlossen ist. Durch die Stromleiter werden dann magnetische Flüsse erzeugt, die ein nahezu konstantes und über die ganze, von den Stromleitern beeinflusste Polfläche des Elektromagnetes verteiltes elektromagnetisches Feld ergeben, das sich in progressiver Bewegung befindet, ohne das Bestreben zu haben, die anzuziehenden Körper zu drehen.
Praktisch genommen, erzeugt ein solcher Magnet also eine gleichbleibende magnetische Anziehungskraft und er kann daher den Gleichstrom-Elektromagnet überall dort ersetzen, wo nur Mehrphasenstrom zur Verfügung steht. Er kann aber auch noch für ganz besondere Zwecke verwendet werden, wovon später gesprochen werden wird.
Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform eines Elektromagnete gemäss der Erfindung u. zw. zeigt die Fig. 1 einen solchen Magnet in Vorderansicht und Fig. 2 in Stirnansicht, während die Fig. 3 das Schaltbild veranschaulicht. Die Fig. 4-9 zeigen die resultierenden magnetischen Flüsse bei ver- 8chiedenen Stellungen des Vektor-Diagramms des Dreiphasenstromes.
Der Magnetkern a enthält eine Anzahl von Nuten oder Kanälen b, die zur Aufnahme je einer Seite der Spule c, d, e dienen. Diese Spulen sind in die Nuten b so eingelegt, dass einerseits die linken Seiten und anderseits die rechten Seiten der Spulen unmittelbar benachbart nebeneinanderliegen und die Spule d, deren Windungen zwischen denen der anderen Spulen c, e liegen, ist im Verhältnis zu diesen Spulen in entgegengesetztem Sinne geschaltet.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die linken Seiten der Spulen c und e unmittelbar an die Netzanschlüsse I und 11 geschaltet, während an der Spule d nicht die linke, sondern die rechte Seite mit dem Anschluss 111 direkt verbunden ist. Die Enden der drei Spulen sind zu einem gemeinsamen Punkt z zusammengeführt (Sternschaltung). Natürlich wäre auch die Dreieckschaltung zulässig. Würden die drei Spulen e, d, e, parallel geschaltet, von Gleichstrom durchflossen werden, so würden die Ströme in den linken Seiten der Spulen c und e in gleicher Richtung, in der linken Seite der Spule d aber in entgegengesetzter Richtung
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Diagrammes die Stromrichtungen den in Fig. 3 eingezeichneten Pfeilen entsprechen.
In den linken Spulenseiten sind also in diesem Augenblick die drei Phasen gleichgerichtet, ebenso auch die Stromrichtungen in den rechten Spulenseiten, allerdings in entgegengesetzter Richtung als in den linken Spulenseiten. Dieses Strömungsbild ändert sich natürlich mit der Drehung des Vektor-Diagrammes, u. zw. derart, dass eine
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wobei über jedes Schaubild des magnetischen Flusses das zugehörige Vektor-Diagramm gesetzt ist. Wie diese Diagramme zeigen, hat der Elektromagnet keine ruhenden Pole. Bei Änderung der elektrischen Ströme in den einzelnen Phasen summieren sich die magnetischen Flüsse von verschiedenen nebeneinander liegenden Spulenseiten bzw. Stxomleitern, wobei immer die verschieden gerichteten magnetischen Felder durch drei Spulenseiten (Stromleiter) getrennt sind.
Auf diese Weise ergibt sieh ein konstantes magnetisches Feld, welches quer zu den Spulenseiten (Stromleitern) wandert, u. zw. im Sinne der zwischen den Fig. 4-9 bezeichneten JPfeile f. Ein an irgend einer Stelle entstehender Nordpol wandert bei den Teildrehungen des Vektor-Diagrammes (um je 60 ) von rechts nach links, u. zw. in der Weise, dass ein neuer Nordpol rechts erscheint, bevor der vorhergehende auf der linken Seite verschwunden ist. Das resultierende magnetische Feld bewegt sich also progressiv quer zu den parallelen Teilen der Spulen, bzw. zu den parallelen Stromleitern ; die magnetische Anziehungskraft bleibt aber über die ganze Polfläche nahezu konstant und es ist keine Veranlassung zu störenden Vibrationen gegeben.
Werden zwei Phasen verkehrt, so verkehrt sich nur die Richtung des Wanderns des magnetischen Feldes. Bleibt aber aus irgend einem Grunde eine Phase aus, so entstehen sofort-starke Schwankungen des magnetischen Feldes, weil dann das bisher vorhanden gewesene Gleichgewicht gestört ist. Diese Eigenschaft tritt besonders dann hervor, wenn zwischen Anker und Kern ein geringer Luftspalt vorhanden ist. Im Zusammenhange mit Induktionserscheinungen (Foucaultsche Ströme) geht die Konstanz der
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befindlicher Anker gerät in Schwingungen. Diese Eigenschaft des Magnetes macht ihn besonders geeignet für selbsttätige Ausschalter von Drehstromanlagen, die beim Ausbleiben einer Phase die Stromzuführung selbsttätig unterbrechen sollen.
Derartige Schalter gibt es bereits ; doch waren sie mit Drehstrom-Elektro- magneten versehen, bei welchen die einzelnen Phasen, mehr oder minder unabhängig voneinander, die Erregung zu besorgen hatten, so dass also schon von vorneherein mit Pulsation der magnetischenAnziehungs- kraft zu rechnen war, wodurch die Verlässlichkeit derartiger Schutzschalter sehr stark beeinträchtigt wurde.
Bei Verwendung eines Magnetes gemäss der vorliegenden Erfindung. wird. ab. er ein den Schalter verriegelnder Anker, so lange alle drei Phasen gleichmässig wirken, ruhig festgehalten und erst, wenn das Gleichgewicht gestört wird, wird die Verriegelung des Schalters aufgehoben, wobei die Pulsationen die Entriegelung beschleunigen und die Unterbrechung der Stromzuführung herbeiführen.
Wesentlich ist die Schaltung paralleler oder gleichlaufender Spulenteile oder Stromleiter zur Erzeugung des progressiv wandernden elektromagnetischen Feldes mit nahezu konstanter Intensität, wobei die die magnetische Kraft ausübende Komponente immer genügend gross ist, um die senkrecht darauf gerichtete Komponente praktisch nicht in Erscheinung treten zu lassen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Durch Mehrphasenstromzu erregender Elektromagnet, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen oder gleichlaufenden Stromleiter mit den einzelnen Phasen derart verbunden sind, dass einer von ihnen, der zwischen zwei anderen liegt, an seine Phase im Verhältnis zu den anderen verkehrt geschaltet ist.