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Asynchroner Wechselstrommotor bezw.-erzeuger.
Es ist bekannt, dass die asynchronen Wechselstrommeteren für ein- oder mehrphasigen Wechselstrom zu ihrer Feldorregung dem Stromkreis, an den sie angeschlossen smd. immer einen gewissen wattlosen Magnetisierungsstrom entnehmen und hiedurch eine Phasen- verschiebung des Stromes gegen die Spannung, einen Mehrverbrauch an Strom und Spannungsabfall im Netze hervorrufen, welcher die unangenchmste Eigenschaft dieser Motoren ist.
Gegenstand der Neuerung, die hier beschrieben werden soll, ist das interessante und erwünschte Resnttat, diese Phasenverschiebung, die wattlosen Magnctisierangs-und Leerströme und alle die bekannten Folgen des Luftzwischenraumes zwischen Stator und Rotor dieserMotorenzukompensieren.
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Eine Bestrebung, die Phasenverschiebung zu kompensieren, ist schon von Leblane ausgegeangen. Er benützt hiezu einen Hilfsmotor, welchen er in den Stromkreis des Kurz-
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auf dem Umfange verteilten Kupferstäben, die an jeder der beiden Stirnflächen des Ankers dun' a einen Schlussring K unter sich geschlossen sind.
Ein dreiphasiger Wechselstrom erzeugt dann in bekannter Weise in dem Stator A ein Drehfeld, welches beide Anker, den Stator A und Rotor B, gleichmässig durchsetzt und zwischen den Statorwinduugen und der geschlossenen Ankerwicklung des Rotors ein Drehmoment ausübt. t) as Feld wird vom Stator aus erzeugt (im Gegensatze zum Synchronmotor. den man
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ströme des Stators, die das Feld erzeugen, sind Wechselströme der vollen Poriodenzahl um ! entsprechen deshalb nicht wie bei Gleichstrom oder auch bei Wechselstrom niederer Poriodenzabl der erforderlichen Felderregung, sondern sind bedeutend grösser.
Bekanntlich tritt in Stromkreisen höherer Wechselzahl eine bedeutende sogenannte gegenelektromotorische
Kraft auf und der Magnetisierungsstrom wird erzeugt durch das kleine Restglied, welches die Differenz bildet zwischen der Klemmenspannung und dieser gegenelektromotorischen Kraft.
Diese Ströme erhalten dadurch die bekannte grosse Phasenverschiebung gegen die Spannung.
Die im Kupfer wirklich in Wärme umgesetzte Arbeit dieser Ströme hingegen ist aühr klein.
Sie liegt in der Regel noch weit unter 10/0 ihres scheinbaren Wertes.
Alles dieses wird vermieden, wenn wir das Drehfeld nicht im Stator, sondern im Kurzschll1ssanlcer direkt erzeugen. Im Kurzschluss-Sekundäranker, dem Rotor B, existiert @ die gegenelektromotorische Kraft nicht oder doch nur in ganz untergeordnetem Masse.
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Die Wechselzahl des Feldes ist hier nur sehr klein und direkt gegeben durch die Schltlpfung les Motors. Der Anker rotiert bekanntlich mit dem Drehfelde. Seine Geschwindigkeit gegen das Drehfeld differiert nur um einen kleinen Betrag, die Schlüpfung, weiche gerade genügt, die zur Drehung nötigen Ströme im Anker zu induzieren.
Im Gegensatze zu der hohen olektromotorischen Kraft des Stators ist deshalb die elektromotorische Kraft des Rotors sehr klein und deckt gerade die im Kupfer in Witrme umgesetzten Ohmschen Verluste der induzierten Kurzschlussströme. Schicken wir nun die zur Erzeugung des gemeinsamen Drehfeldes nötigen Magnetisierungsströme anstatt durch den Primäranker durch den Sekundäranker, so umgehen wir die unangenehme gegenelektromotorische Kraft, die sich ihnen im Stator entgegenstellte. Die ganze für die Magnetisierungsströme erforderliche Spannung fällt auf den kleinen Betrag, der zur Deckung der Ohmschen Verluste im Kupfer erforderlic ist.
Die einzige Aufabe ist nur die, die Ströme in die in sich geschlosseno Wicklung des Rotors hinein zu lancieren, und zwar so, dass sie genau die gleiche Richtung und Phase erhalten, wie die Magnetisierungsströme des Stators. die sie kom- pensieren sollen.
Dies geschieht hier in einfachster Weise, wie die Figur schematisch darstellt, durch drei Bürsten b, b, b, welche auf dem Scbhhlussring K des Ankers schleifen und deren Stellung
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in niedere Periodcnzaht (Kurxscb) ussanker) statt, jedoch haben wir zu dieser Umrichtung nicht einen Kommutator in gewöhnlichem Sinne nötig, sondern die Umrichtung kann, wie
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in diesem Ringe nur gering zu sein, zweitens aber kann man die Verluste in der Wicklung verringern, indem man die Nuten tiefer macht und etwas mehr Kupfer auf den Anker legt. Die hiedurch etwas grössere Streuung ist unbedenklich, da ja die Phasenverschiebung des Stromes durch die vorliegende Anordnung aufgehoben ist. Nötig ist dies übrigens nicht, wie untenstehendes Beispiel zeigen wird.
Ein Kinwand, der naheliegt. ist der, dass ein Teil des Erregerstrome* : in dem Neben- Schluss, der den Ring zur Wicklung bildet. verloren gehen muss. Dies ist richtig, jedoch wird durch die beschriebene Anordnung der Erregerstrom an sich bereits so reduziert, dass dieserverlustkeineRollespielt.
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beträchtlcher als hier. Trotzdem nimmt man sie gerne in den Kauf und sie werden durch andere Vorteile bei weitem kompensiert.
In der praktischen Ausführung ist es zweckmässig, anstatt eines einzigen Ringes aus
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an den Bürsten vermieden.
Schliesslich kann man auch gleichzeitig eine Kurzschlusswicklung und eine zweite Erregerwicklung mit Kommutator anbringen. Die Selbstinduktion der Kommutatorwicklung wird dann durch die liurzsclilugwicklung aufgehoben und auch hier würde so ein Feuern an den Bürsten vermieden sein.
Die Ausführungsform ist nicht zu verwechseln mit einer äusserlich ähnlichen Anordnung zur Vermeidung der Funkenbildung an Kommutatoren, wo ein Kommutatoranker gleichzeitig in sich geschlossene Windungen trägt, zu dem Zwecke, die durch die Stromunterbrechungen erzeugten Extraströme in sich aufzunehmen und so die Funkenbildung tun Kommutator zu verhindern. Wenn auch rein äusserliche Merkmale übereinstimmen und die Anordnungen gewisse Wirkungen gemeinsam haben, so erfüllt doch die vorliegende
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erstrebt war.
Bei Motoren mit gewickeltem Schlussanker und Schleifringen zum Anlassen legt man den Erregerring zweckmässig in den neutralen Punkt der drei Ankerphasen (siehe Fig. 2).
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Der Vorgang im Betriebe ist folgender : Die momentane Lage und synchrone Drehung des Feldes zum Erregeranker (Stator) ist durch die Stellung der Bürsten fixiert (siehe Fig. 1) and unabhängig von der Geschwindigkeit des Ankers. Der durch die Bürsten zugeführte Strom erzeugt im Korzschlossanker ein mit demselben rotierendes Feld. Rotiert der Anker bei Leerlauf synchron, so ist das Feld illl Anker konstant und der Strom vollkommen
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immer wieder das Feld und die durch die Schlüpfung induzierten Arbeitsströme suchen es mit einer gewissen Zähigkeit in der jedesmaligen Lage gegen die Drehung festzuhalten und übertragen die Arbeit bezw. das Drehmoment vom Erreger- auf den Kurzschlussanker.
Dieselben Arbeits- oder Wattströme, wie im Kurzschlussanker, natürlich entgegengesetzt ge- richtet, Hiessen im l) rimärankor, dagegon keinerlei Magnetisierungsstrom.
Um die Phasenverschiebung genau aufzuheben, muss natürlich der Strom, der zu den Bürsten fliesst, reguliert worden. Dies geschieht durch Rcguiierwidcrstande, die man in die Stromzuführungen legt oder durch Bürstenverstellung oder durch sonstige Régulier- vorrichtungen. Man kann dann noch weiter gehen und schliesslich durch Cbererregung, ähnlich wie bei Synchronmotoren, eine Phasenvoreilung erzeugen.
Welche Vorteile beim Motor die Kompensierung der Phasenverschiebung bedeutet, braucht wohl kaum erwähnt zu worden ; die Phasenverschiebung ist die bekannte unangenehme Eigenschaft des sonst in jeder Hinsicht so vorzüglichen asynchronen Drehstrom-
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toen Strom liefern können, aber nur dann. wenn sio mit einem anderson auf Spannung orrogtot) Synchrongenerator parallel geschaltet sind.
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kann mit anderen Gonoratoren parallel geschaltet werden, ohne vorher genau auf Syn- chronismus gebracht zu sein.
Parallelschaltung und Parallelbetrieb derartiger Generatoren gestatten sich genau so einfach wie bei Gleichstrommaschinen und alle die verschiedenen chwierigkeiten, die im Parallelbetrieb an Wechselstrommaschinen bekannt sind, durch Ungleichförmigkeitsgrad der Antriebsmaschine, insbesondere bei Antrieb durch Explosionsund Gasmotoren, fallen hier fort. Die Einrichtung eignet sich deshalb auch besonders zur Konstruktion grosser, langsam laufender Maschinen mit direkter Dampfmaschinenkupplung, deren Ungteichförmigkeitsgrad bekanntlich grosse Schwierigkeiten im Parallelbetriebe bietet und schwere Schwungmassen vorschreibt.
Es ist vorauszusehen, dass die Versuche noch weitere Resultate zutage fördern worden. Wahrscheinlich werden derartige Generatoren durch eine ähliche Anordnung auch loicht componndierbar gemacht, werden können auf konstante Spannung bei variabler Belastung, wie eine Gleichstrom-Compoundmaschine, und schliesslich gegen Phasenverschiebungen im Netze.
Eine äusserlich ähnliche Ausführungsform ist in der deutschen Patentschrift Nr. 61951 beschrieben, jedoch ist der Motor nicht von der Type der Induktionsmotoren, sondern ein
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Konduktionsmotor von der Gattung der Kollektormotoren, die bekanntlich ähnlich wie Gleichstrommotoren in jeder Drehrichtung und mit ganz variabler Geschwindigkeit arbeiten können, jedoch wegen anderer übler Eigenschaften (Feuern an den Barsten, Pn ! sationen des Feldes ete.) keine nennenswerte praktische Verwendung gefunden haben.
PATENT. ANSPRÜCHE :
1. Asynchroner Wechselstrommotor bezw.-erzeuger, dessen mit einer Strom wendevorrichtung verbundener Läuferwicklung mittels Bürsten Ein-oder Mehrphasenstrom von der Wechselzahl des Betriebsstromes zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwicklung eine der bei gewöhnlichen Induktionsmotoren verwendbaren KurzschlussWicklungen ist, zum Zwecke, durch Erregung eines Feldes im Läufer die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im Ständer zu regeln oder aufzuheben und dabei dem Motor den Charakter eines Induktionsmotor8 zu belassen.