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Einphasenmotor.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung,'um bei Einphasen-Induktionsmotoren mit Kurzschlussanker in deren Lällferwindungen, gleichzeitig mit der Kurzschlussinduktion und ohne diese zu behindern, durch besondere Ströme, welche mittels Kollektor und Bürsten von aussen eingeführt werden, das Kraftfeld zu erregen, zu dem Zwecke, um ein beliebig kräftiges Drehmoment hervorzubringen und durch Veränderung des Kraftfeldes regulierbar zu machen.
Wie bei dem gewöhnlichen Induktionsmotor wird die Ständerwicklung an das Netz angeschlossen, wodurch in der Läuferwicklung, die ohne Schleifringe in bestimmter GruppenSchaltung kurzgeschlossen ist, Ströme induziert werden, welche mit den eigentlichen Energieströmen des Ständers äquivalent sind und daher in dieser Beschreibung Arbeitsströme genannt werden. Die Errogerströme werden möglichst phasengleich mit den Arbeitsströmen direkt oder vermittels Transformierung aus dem Netze genommen und in den Kollektoranker eingeleitet.
Indem die Erregerströme durch die Läuferwicklung, wenn auch nur durch einen Teil ihrer Windungen, fliessen, erzeugen sie einen Kraftnuss, welcher durch die Bürsten in einer Querlage zur magnetischen Achse des induzierender Ständerfeldes festgehalten ist.
Dieser Kraftfluss, obgleich er vom Anker ausgeht, bildet ein feststehendes Feld, dessen Kraftlinien die Kurzschlusswicklung quer zur Stromrichtung durchdringen, daher auf die vom Induktionsstrom durchflossenen Ankerdrähte eine Zugkraft ausüben. Dies geschieht nicht allein bei ruhendem Läufer, sondern auch während der Rotation, weil auch bei rotierendem Läufer die gegenseitige Lage des zwischen den Bürsten erregten Kraftflusses und der in den Kurzschlussspulen induzierten Ströme aufrecht erhalten wird.
Überdies werden während der Rotation in sämtlichen Windungen des Läufers, gleich- viel ob sie Erregerströme oder Induktionsströme führen, infolge ihrer Drehung im Ständer- felde elektromotorische Kräfte hervorgerufen, welche quer zur magnetischen Achse dieses
Feldes, daher in gleicher Lage, wie das von aussen erregte Feld ebenfalls einen Kraft- fluss erzeugen, dessen Intensität von der Tourenzahl abhängig ist (selbsterregtes Feld).
Die Richtung dieses Feldes ist lediglich durch die Drehrichtung des Läufers bestimmt.
Hingegen kann die Stärke und Richtung des von aussen erregten Feldes willkürlich ver- ändert werden.
Das Ankerfeld, welches aus beiden Kraftnüssen resultiert, ist für das Drehmoment massgebend. Durch Veränderung der von aussen zugeführten und darum leicht zugänglichen Erregerströmo mittels Widerständen, Spannungsreglern u. dgl., oder durch deren Um- schaltung bezw. deren Schaltung entgegen dem selbsterregten Kraftflusse, dann auch durch
Verdrehung der Bürsten, womit die wirksame Komponente der Aussenerregung geändert wird, kann man das resultierende Kraftfeld verstärken, schwächen und umkehren. Es ist in dieser Weise jede gewünschte Regulierung des Einphasenmotors ausführbar, obzwar dieser die wesentlichen Eigenschaften eines Induktionsmotors beibehält.
Die Arbeitsströme, das sind die vom Wechselfelde unabhängig von der Drehung induzierten Läuferströme, nipsscn stets in kurzgeschlossenen Stromkreisen, ohne an die Kommutierungsorgane zu gelangen. Der Kollektoranker dient ausschliesslich zur Feldcrregnng, es fliessen darum immer nur schwächere und leicht kommutierbare Brregerströme
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während des Anlaufs die grosse Bomichleunigungsarbeit loisten, also die gesamten Arbeits- ströme und auch das Kraftfeld zur Wirksamkeit bringen muss.
Die bestimmten Funktionen eienrseits des Kurzschlussakers und andererseits des Kollektorankers bleiben bei jeder Geschwindigkeit unverändert, ebenso auch die polzahl und die Anordnung und Schliessung der Stromkreise, es entfallen daher die Einrichtungen, wie Schleifringe, Widerstände und Schaltvorrichtungen, welche bei anderen kombinierten Einphasenmotoren notwendig sind, um bei Anlauf und bei Vollgeschwindigkeit die Ankerfunktion zu wechseln, oder die Polzahl, die Schliessungskreise usw. zu verändern.
In den Fig. 1 und 2 sind die Wicklungen und Schaltungen dieses Motors schematisch dargestellt. Die Ständerwicklung ist durch einen Kreis a angedeutet und deren Anschluss- punkte sind mit b bezeichnet. Der Läufer c ist der Einfachheit wegen mit Ringwicklung und mit direkt auf der Wicklung liegenden Bürsten + d und-d dargestellt.. Die Punkte der läuferwicklung, zwischen welche die Kurzschlussverbindungen gelegt sind, haben die Bezeichnungen e, J, 9 usw. Die Polachse der Ständerwicklung, also die Achse der Induktion ist mit x, die durch die Bürsten festgelegte Polachse des von aussen erregten Kraftfeldes mit y bezeichnet.
Der Verlauf der Induktionsströme mit Berücksichtigung des
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erregten Feldes mit unterbrochenen Parallellinien angedeutet, während die Erregerströme durch Pfeile in den betreffenden Leitungen bezeichnet sind.
In Fig. 1 wird in einer zweipoligen Anordnung die Wirkungsweise der Erregung erläutert. Die Läuferwicklung ist durch eine dreiteilige Schaltung zwischen den Punkten e, f und g kurzgeschlossen. Bei der gezeichneten Stellung des Läufers fliessen die Erregerströme von + d durch die Läuferwindungen einerseits nach e, andererseits nach f, dann durch die Kurzschlussdrähte, ohne in die zwischen e-g und f-g liegenden Windungen zu gelangen, nach 9 und-d.
Der von diesen Strömen erregte Kraftfluss hat den Verlauf von + d gegen e und wo er zu beiden Seiten aus dem Läufer beraustritt. Obzwar der Kraftfluss an verschiedenen Stellen des Läuferumfanges ungleich dicht ist, so sieht man dennoch aus der gegenseitigen Richtung der Kraftlinien und der Kurzschlussströme, dass die Einzeldrehmomente am ganzen Umfange nach einer und derselben Drehrichtung wirken.
Bei einer um 600 verschobenen Stellung des Läufers befindet sich der wirksame Teil der Armatur'auf der entgegengesetzten Seite bei der Bürste-d, wobei die Drehmomente dieselbe Richtung haben wie früher. Während der Drehung vollzieht sich der Übergang des Feldes allmählich von einer Bürste zur anderen. Weil jedoch in diesem Falle, wie ans der Figur ersichtlich ist, die Summe der Drehmomente nicht bei jeder diametralen Teilung des Umfanges auf beiden Hälften gleich ist, so entstehen einseitige Zugkräfte, welche überdies während der Drehung des Läufers periodisch ihre Winkel- stellung ändern. Diese diametrale Unsymmetrie der Zugkräfte, welche von der ungeraden
Teilung des Kurzschlusses herrührt, kann Stösse und Vibrationen verursachen.
Fig. 2 zeigt als Beispiel eine vierpolige Anordnung, bei welcher die sechsteilige
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schlusspunkten liegen, und zwar dann, wenn die Windungen unter eine Bürste kommen (in der dargestellten Lage unter die positiven Bürsten). Nach 300 Winkeldrehung gelangen wieder andere, für die Erregung nutzbare Windungen unter die negativen Bürsten usf.
Folglich funktioniert die Kraftliniendichte in Intervallen, welche durch einen Winkel von
360 ., == 30 bestimmt sind.
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Anstatt der sechsteiligen Verbindung könnten in der Anordnung nach Fig. 2 auch drei-, fünf-oder siebenteilige usw. benützt werden. Die nach einer ungeraden Zahl geteilte Kurzschliessung hätte aber den Nachteil, dass einseitig wirkende Zugkräfte entstehen würden, ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 1.
In Fig. 2 ist auch die Schaltung des Erregerstromkreises mit dem Netze und der Ständerwicklung gezeigt. Nach diesem Beispiele sind die Erregerbürsten an die Sekundärwicklung des Transformators t angelegt, welcher primär in den Hauptstromkreis eingeschaltet ist, bei welcher Schaltung die Phasen der Arbeitsströme und des Kraftfeldes in guter Übereinstimmung sind.
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Richtung an die Spannung zu legen.
Man kann die Arbeits- und Erregerströme, anstatt in einer gemeinsamen Wicklung, wie in den Figuren dargestellt ist, auch in zwei getrennten Wicklungen des Läufers führen, von denen die Arbeitswicklung bloss Kurzschlussverbindungen erhält. Nur die Erregerwicklung wird mit dem Kollektor verbunden, es ist aber zweckmässig,. diese überdies in gleicher Weise kurz zu schliessen, wie die Arbeitswicklung. Die Windungszahl, der Querschnitt und auch die Kupfermenge kann für die zwei Wicklungen verschieden gewählt werden, je nach der verschiedenen Grösse vom Strom und Energie, die in beiden geführt bezw. verbraucht wird.
Bei der Wahl der Kurzscblussteilung ist hauptsächlich darauf zu achten, dass die aneinander stossenden Verbindungsdrähte niemals einen direkten Schluss zwischen Bürsten entgegengesetzten Zeichens herstellen, so dass die Kraftlinienwege, welche sich für die Erregung zwischen den Bürsten von entgegengesetztem Zeichen darbieten, durch die Kurzschliessung nicht gänzlich abgedrosselt werden, was z. B. bei einer vieroder achtteiligen Kurzschliessung im zweit oder vierpoligen Felde nach den dargestellten Beispielen oder bei Kurzschliessung aller Windungen bezw. aller Kolloktorteilo der Fall wäre.
Es ist selbstverständlich, dass Maschinen, welche mit der beschriebenen Anordnung ausgestattet sind, in Umkehrung der Funktion auch als Stromerzeuger benutzt werden können.
Jede beliebige Polzahl und jedes Wicklungssystem für Ständer und Läufer sind anwendbar.
PATENT-ANSPR & CHE :
1. Einphasenmotor mit kombiniertem Kurzschluss- und Kollektorläufer, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anlassen und bei jeder Tourenzahl des Motors mittels auf dem Kollektor schleifender, ruhender Bürsten in einen beschränkten, stets wechselnden, doch für den Stromverlauf zwischen den Bürsten stets einen offenen Stromkreis darstellenden
Teil der Läuferwicklung Strom eingeleitet wird, der ein Feld erzeugt, dessen Stärke und dessen durch die Bürstenstellting bestimmte Lage veränderbar gemacht ist, zum Zwecke, durch Einwirken dieses Feldes auf die im Läufer induzierten Ströme eine regelbare Zug- kraft des Motors zu erhalten.