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Österreichische PATENTSCHRIFT ? 19562.
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Jede Induktionsmaschine, die an eine von einer Wechselstrommaschine gespeiste Leitung angeschlossen ist, kann als Motor laufen, indem sie sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die geringer ist, als die dem Synchronlauf entsprechende oder als Generator, wenn man ihr unter Zufuhr von Arbeit eine höhere Geschwindigkeit verleiht als dem Gleichlauf entspricht.
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die zur Erzeugung des in ihr erforderlichen Drehfeldes nötig sind. Das stellt einen er- heblichen Übelstand dar, wenn die Maschine als Motor dienen soll, und schliesst die Verwendung dieser Maschinen als Generatoren gänzlich aus. Durch vorliegende Erfindung wird bezweckt, diese Maschinen im Gegenteil zu befähigen, in beiden Fällen wattlose Ströme an die Leitung abzugeben, an welche sie angeschlossen sind, statt dieser Leitung solche Ströme zu entnehmen.
Es ist angestrebt worden dieses Resultat ohne Änderung der Konstruktion dieser Maschinen zu erreichen, indem einfach die induzierten oder Ankerspnlen, deren Anzahl nach der im nachfolgenden beizubehaltenden Annahme drei betragen soll, durch ebensoviel gnsonderte Leitungen einer gewohnlichen Erregermaschine geschlossen werden.
Diese Krrpgermaschine erzeugt die nötigen elektromotorischen Kräfte, um in den Sekundäricitungen der Induktionsmaschine, zu deren Erregung sie dient, die Ströme hervorzurufen. welche die zur Bildung des Drehfeldes erforderlichen, magnetisierenden Kräfte erzeugen, durch dessen Drehung im Netz die gewünschte Spannung erzeugt wird, gleichgiltig welches lie wirksamen Widerstände und der Leistungsfaktor des Netzes sind, d. h. gleichgiltig wie gross die Stärke der Wattströme und der wattlosen Ströme ist, welche die Maschine an das Netz abgibt.
Hutin und Leblanc haben vor langer Zeit nachgewiesen, dass das angestrebte Resultat erzielt werden kann, wenn man, statt die Leitungen der Induktionsmaschine in sich zu schliessen, sie durch gewöhnliche oder elektrolytische Kondensatoren oder sonstige Vorrichtungen schliesst, welche, wenn sie von einem Wechselstrom durchflossen werden, einen mit diesem der Frequenz nach gleichen, aber der Phase nach ihm voreilenden Strom zu erzeugen vermögen.
Es wurde weiters folgende Erscheinung beobachtet :
Man stellt einen Anker (10, Fig. 1) einer etwa zweipoligen Gleichstrommaschine in einen aus Blechen zusammengesetzten Ring 11, in welchem sich die im Ring 10 entstehenden Kraftlinien schliessen, der aber keine Bewicklung aufweist. Ist der Stator der Erregermaschine unbewickelt, so entsteht das Feld durch die den Rotor durchfliessenden Ströme und die Stärke desselben kann gewünschtenfalls durch Hinzufügung von Bewicklungen auf den Stator erhöht werden.
An den Kollektor 12 legt man drei feste Bürsten 13, 14, 15, die voneinander um je 1200 entfernt sind und durch welche man Dreiphasenstrom in den Anker sendet. Dieser erzeugt ein Drchfeld, das sich gegenüber den festen Bürsten 13, 14, 15 in einer bestimmten
Richtung mit einer Geschwindigkeit a dreht, welche der Frequenz des Stromes entspricht.
Hierauf dreht man den Anker in derselben Richtung wie das Feld u. zw. mit einer Ge- schwindigkeit w. Misst man nun die elektromotorischen Kräfte, welche nötig sind, um den
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motorische Kraft zwischen zwei Bürsten der Phase noch hinter der Stärke des von der einen zur anderen Bürste gehenden Stromes zurück, und zwar um so mehr, je schneller sich der Anker gegenüber dem Feld dreht.
Man hat so ein einfaches Mittel, um die von Rutin und Leblane angegebene Bedingung zu erfüllen. Es genügt, die drei induzierten Leitungen einer Induktionsmaschine durch die drei auf dem Kollektor 12 des Ankers schleifenden Bürsten 13, 14, 15 zu schliessen und diesen Anker mit einer Geschwindigkeit zu drehen, welche viel grösser ist, als die Geschwindigkeit des Drehfeldes, das in dem Anker durch die denselben durchfliessenden, im Anker der Induktionsmaschine erzeugten Ströme hervorgerufen wird.
Die Vorgänge werden sich so abspielen, als ob die drei induzierten Leitungen der Induktionsmaschine durch Kondensatoren gleicher Kapazität geschlossen wären.
Diese Einrichtung ist im vorliegenden Fall sehr wirksam. Die von den induzierten Spulen der Induktionsmaschine gelieferten Ströme haben in der Tat eine sehr geringe Frequenz tx, meist zwischen 1 und 2 gelegen. Die Drehungsgeschwindigkeit des Feldes gegenüber den Bürsten wird daher im Vergleich zur Geschwindigkeit, die man dem Anker 10 erteilen kann, klein sein.
In dieser Weise ist die Erregermaschine der Induktionsmaschine eingerichtet, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.
In Fig. 1 ist die Art des Ausschneidens der Bleche des Rotors (rotierenden Teiles) und Stators (feststehenden Teiles) der Erregermaschine dargestellt.
Die Bleche des Rotors 10 sind ähnlich ausgeschnitten, wie die des Ankers irgend- einer Gleichstrommaschine. Der Kollektor 12 gleicht ebenfalls jenem derartiger Maschinen.
Die Bleche des Stators 11 sind einfache, aus Blechscheiben ausgeschnittene Ringe mit sechs gleichweit voneinander abstehenden Ausschnitten 16 (Fig. 1), die so aufeinander gelegt werden, dass die Ausschnitte sich decken. Der Zweck dieser Ausschnitte ist folgender :
Man stellt die Bürsten 13, 14, 15 derart ein, dass die von ihnen kurzgeschlossen n
Bewicklungsteile sich während der Dauer dieses Kurzschlusses vor den Ausschnitten 16 hinbewegen. Wenn beispielsweise der Eintrittsdraht jeder Spule des Rotors sich in der- selben durch die Achse gelegten Ebene befindet, in welcher auch der mit diesem Draht verbundene Stromsammlerstab liegt, so müssen die Bürsten in der Durchmesserebene an- geordnet sein, welche durch die Mitte der Ausschnitte geht.
Es werden dann diese Spulen bei ihrer Verschiebung ein Feld durchschneiden, dessen Stärke angenähert gleich Null ist.
Es können daher in diesen Spulen nur elektromotorische Kräfte entstehen, die zu schwach sind, um die Stromwendung zu beeinträchtigen.
Im vorstehenden ist angenommen worden, dass die Bewicklung des Rotors der Erreger- maschine jener einer zweipoligen Gleichstrommaschine gleicht. Man kann sie auch ähnlich der Bewicklung einer mehrpoligen Gleichstrommaschine machen, aber man müsste dann die Zahl der Ausschnitte in den Rotorblechen entsprechend vergrössern, so dass, wenn die Rotorspulen durch die Bürsten kurzgeschlossen werden, sie sich vor Ausschnitten bewegen, wo die Feldstärke praktisch genommen gleich Null ist.
Zwischen der Polzahl der Erregermaschine und jener der davon bedienten Induktionsmaschine besteht keine Beziehung. Ebenso besteht keine notwendige Beziehung zwischen den Tourenzahlen beider Maschinen. Es ist nur empfehlenswert, die Erregermaschine so rasch als möglich laufen zu lassen.
In der Praxis wird man häufig dazu geführt, die Erregermaschine gleich auf die Welle der Induktionsmaschine zu setzen, wie in Fig. 2 und 3 angedeutet. Dies hat aber keinen anderen Zweck als den, eine Transmission entbehrlich zu machen.
In Fig. 2 und 3 ist die Induktionsmaschine bei 17 und die Erregermaschine bei 18 angedeutet ; letztere sitzt auf dem herausragenden Ende der Welle an dem von der Riemenscheibe abgekehrten Ende der Maschine und das der. Erregermaschine zunächst stehende Lager erhält Öl von einer Schmiervase 19. Ein Pfropfen 20 gestattet das Öl abzulassen.
Die das Lager tragende Platte ist mit einem runden gusseisernen Gehäuse 21 ausgestattet in welchem der aus Blechen bestehende Stator eingelassen ist. Dieses Gehäuse trägt drei Stall gen 22, 23, 24, von denen jede ihrerseits erstens eine auf dem Kollektor der Erregermaschine schleifende Bürste und zweitens eine Bürste trägt, die auf einem der drei nach Fig. 2 neben dem Kollektor liegenden Ringe 25, 26, 27 schleift. Die beiden auf derselben Stange sitzenden Bürsten sind leitend verbunden. Diese drei auf der Welle fest-
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wicklungen der Induktionsmaschine durch drei Drähte in Verbindung, die durch die Mitte der Welle hindurchgehen.
Die in Fig. 2 und 3'gezeigte Ausführungsform ist nur als eine beispielsweise gewählte anzusehen, die mannigfach abgeändert werden kann. Die Induktion- nnd Errogermaschioe bilden zwei voneinander mechanisch unabhängige Maschinen, ähnlich wie eine Wechselstrommaschine und ihre Erregermaschine. Die Art und Weise des Antriebes der Erregermaschme von der Induktionsmaschine aus und die Lage der ersteren gegenüber der letzteren sind dabei völlig gleiehgiltig.
Im voranstehenden wurde angenommen, dass die Frequenz α der in den Sekundär-
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Erregermaschine nur sehr gering ist und dass daher die Induktionsmaschine ihre normale Geschwindigkeit angenommen hat. Soll aber die Induktionsmaschine als Motor laufen, so wird diese Bedingung beim Anlassen nicht erfüllt und dann erhöht die Erregermaschine die Selbstinduktion der Sekundärleitungen der Induktionsmaschine statt sie zu verringern, wodurch das Anlassen erschwert wird. Man muss daher beim Anlassen die Erregermaschine ausschalten und an ihre Stelle Anlasswiderstände einschalten, wie dies üblich ist. Man kann sich hiezu der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung bedienen. Diese besteht aus drei gleichen Rheostaten, deren bewegliche Arme 31, 32, 33 von einer Stange 34 aus betätigt werden, von welcher sie isoliert sind.
Die von den Sekundärleitungen der Induktionsmaschine ausgehenden Ströme treten an den Enden 35, 36,37 der beweglichen Hebel ein, um durch eine je nach der Stellung der Hebel mehr oder minder grosse Anzahl von Widerständen 38, 39, 40, die zwischen die Stromschlussstucke der Rheostaten eingeschaltet sind, in den Kurzschlussdraht 41 zu gelangen, welcher die Endplatten 42, 43, 44 der Rheostaten miteinander zu verbinden hat. Die Platten 45, 46, 47 der Rheostaten sind mit den drei Bürsten der Erregermaschine verbunden.
Das Anlassen der Induktionsmaschine geschieht daher in derselben Weise, wie bei einer gewöhnlichen Induktionsmaschine. Sie nimmt allmählich die normale Geschwindigkeit an und dann erst werden ihre Sekundärleitnngen mit den Bürsten der Erregermaschine verbunden.
Hat die Induktionsmaschine als Generator zu laufen und ist sie an ein bereits mit anderen Maschinen verbundenes Netz anzuschliessen, so empfiehlt es sich, in jeder ihrer Ilriu) ärleitungen einen Rheostaten mit mehreren Widerständen einzuschalten, die man nacheinander durch Kurzschluss ausschaltet. Auf diese Weise kann das Anschliessen einer Induktionsmaschine keine Störung im Betrieb der Anlagen mit sich bringen.
Läuft die Induktionsmaschine als Motor, so kann man sie als sich selbst überlassen betrachten, obne dass die Arzt ihrer Erregermaschine während des Ganges geregelt werden könnte. Diese letztere \\ so so bemessen, dass der Wirkungsgrad der Induktionsmaschine bei mittlerer Belastung di-n Höchstwert aufweist. Da nun im allgemeinen jede Funktion sich in der Nähe ihres Maximums nur langsam ändert, so wird der Wirkungsgrad der Maschine auch bei Änderungen der Belastung stets sehr nahe den Höchstwert aufweisen. Jeder Grösse der Belastung wird eine bestimmte Stärke der Erregungsströme entsprechen, für welche der Leistungsfaktor gleich 1 ist. Da die Stärke dieser letzteren Ströme nicht geregelt wird, so wird sie bald zu klein, bald zu gross sein.
Im ersteren Fall muss das Netz an die Maschine wattlose Ströme abgeben, welche ihr Feld verstärken, im letzteren Fall gibt die dann übererregte Maschine wattlose Ströme an das Netz ab ; diese schwächen zwar das Feld, steigern aber die Netzspannung. Das Verhältnis ist dann dasselbe, als ob an das Netz ein Synchronmotor angeschlossen wäre, der bald zu wenig, bald zu stark erregt ist, um den Leistungsfaktor 1 aufzuweisen.
Da in den meisten Fällen eine grössere Anzahl Motoren an das Netz angeschlossen ist, deren Belastungsgrad verschieden ist, so ist die Summe der wattlosen Ströme, welche die Zentrale an das Netz zu liefern hat, praktisch genommen gleich Null.
Das einfachste Mittel, die Stärke der Erregung einer Induktionsmaschine zu ändern, besteht in der Änderung der Ganggeschwindigkeit ihrer Erregungsmaschine.
Soll eine Induktionsmaschine als Motor laufen, so hat man es zumeist mit einer rasch laufenden Maschine von mittlerer Stärke zu tun. Es empfiehlt sich dann, die Erreger- maschine unmittelbar auf die Welle der Erzeugermaschine zu keilen.
Wenn aber eine Induktionsmaschine als Generator laufen soll, so hat man es ge- wöhnlich mit einer langsam laufenden grossen Maschine zu tun, und dann empfiehlt es sich, die
Erregermaschine nicht auf die Achse der Induktionsmaschine zu keilen, um erstere rascher laufen lassen zu können als letztere. Die Erregermaschine hat bloss eine scheinbare Arbeit zu leisten und um sie in Drehung zu versetzen, braucht man nur die mechanische und magnetische Reibung zu überwinden. Man kann daher die Erregermaschine mit nur unbedeutendem Kostenaufwand durch einen kleinen Gleichstrommotor treiben lassen. Dies
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gestattet die Ganggeschwindigkeit der Erregungsmaschine in der leichtesten Weise zu regeln, indem man einfach die Spannung der Leitung ändert, an welche der Gleichstrommotor angeschlossen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE ;
1. Durch die Ankerreaktion erregte, asynchrone Induktionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringe des induzierten, rotierenden Teiles mit gleichmässig verteilten, am Umfang des Stromsammlers eines Gleichstromankers schleifenden Bürsten verbunden sind, wobei der Gleichstromanker sich in einem unbewickelten Eist'dring mit einer Ge- schwindigkeit drel1t, die im selben Sinne grösser ist als die Geschwindigkeit des im Gleichstromanker erregten Drehfeldes.