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Induktionsmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf Induktionsmaschinen und insbesondere auf solche mit einem Stator, der den Rotor nur teilweise umspannt. Derartige Maschinen werden üblicherweise und im folgenden "Kurzstatormaschinen"genannt.
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der Kurzstatormaschinen, welche mit veränderlicher Geschwindigkeit laufen können, sind die zusammenwirkenden Oberflächen des Stators und des Rotors teilweise von sphärischer Gestalt. Der Stator ist zu einem oder mehreren Blöcken gestaltet, der bzw. die um eine Achse, welche lotrecht zur Rotationsachse des Rotors liegt, verdrehbar ist bzw. sind. Eine Geschwindigkeitsänderung der Maschine wird mittels Einstellung des Statorblocks bzw. der Blöcke erreicht, wobei der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des sich bewegenden Magnetfeldes und der Bewegungsrichtung des Rotors geändert wird.
Eine solche Maschine hat eine andere Konstruktionsform als übliche Induktionsmaschinen und es wurde der Vorschlag gemacht, die Konstruktionsform der üblichen Induktionsmaschinen zu verwenden. Nach diesem Vorschlag wird die Geschwindigkeitsänderung des Motors elektrisch hervorgerufen und zu diesem Zweck eine Statorwicklung aus Spulen vorgesehen, von denen einige mit Magnetisierungsstrom vom Netz und andere von wenigstens einer Phasenschiebeeinrichtung gespeist werden. Durch Verstellung der Phasenschiebeeinrichtung bzw. -einrichtungen ist die Phase des von ihr bzw. ihnen gelieferten Stromes in bezug auf die Phase des vom Netz stammenden Stromes veränderbar. Bei geeigneter Anordnung der Spulen ändert eine solche Verstellung die Polteilung der Statorwicklung und daher die Geschwindigkeit der Maschine.
Tatsächlich resultiert die Verstellung der Phasenschiebeeinrichtung bzw. -einrichtungen in einem "Dehnen" oder "Schrumpfen" der Polteilung und nach einem andern Vorschlag wurde dies mit Hilfe eines Transformators mit einer logarithmisch verteilten Wicklung erreicht, wobei der Transformator und die Induktionsmaschine als eine Einheit konstruiert waren.
Eingehende Untersuchungen wurden in der letzten Zeit über das Betriebsverhalten vonKurzstatorma- schinen angestellt und es wurde herausgefunden, dass, ausser bei Stillstand, jeder Teil der Maschine unter transienten Bedingungen arbeitet, selbst wenn der Rotor mit konstanter Geschwindigkeit und unter konstanter Last läuft. Das Ergebnis dieses transienten Arbeitens ist, dass ein zusätzlicher Rotorkupferverlust unter dem Statorblock auftritt, der nach der herkömmlichen Theorie der Induktionsmaschinen nicht berechenbar ist.
Dieser zusätzliche Verlust ist am grössten, wenn der Schlupf Null ist und fällt auf Null,
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schcinungen dort auf, wo eine Stelle des Rotors unter einer Kante des Stators, nämlich der Austrittskan- te, vorbeiläuft, wobei Rotorkupferverluste ausserhalb der aktiven Zone des Stators erzeugt werden. Die-
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gebnis der Untersuchungen an Kurzstatormaschinen zeigte, dass die Flussdichte über den Statorblock nicht gleichförmig ist, sondern sie ist am kleinsten an dem Punkt, an welchem die Rotorleiter unter den Einfluss des Statorblockes kommen, also an der Eintrittskante, und steigt an einem Punkt zwischen Eintritts-
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das n-fache der Rotorkupferverluste beschränkt.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Induktionsmaschine, deren Stator den Rotor teilweise überdeckt, bei welcher diese Begrenzung dadurch aufgehoben ist, dass erfindungsgemäss der Rotor wenigstens eine Wicklung aufweist, durch deren Ausbildung die Energie, welche an der Austrittskante des Stators üblicherweise fortgeführt und als Kupferverluste verbraucht wird, gesammelt und an der Eintrittskante des Stators, an Stelle vom Netz aufgenommener Energie wieder zugeführt wird. Es besteht hiebei die Möglichkeit, dass die Wicklung eine Anzahl von Spulen umfasst, die zu einem vollständigen Strompfad verbunden sind.
In der Zeichnung sind einige beispielsweise Ausführungsformen dargestellt, an Hand derer die Erfindung im folgenden näher beschrieben wird. Es zeigt Fig. 1 diagrammatisch eine Kurzstatormaschine mit einem zweipoligen Stator. Fig. 2 ein ausgebreitetes Wicklungsschema, Fig. 3 eine andere Ausführungform einer Kurzstatormaschine, Fig. 4 ein Wicklungsschema einer weiteren Ausführungsform, Fig. 5 ein Wicklungsschema der Ausführungsform nach Fig. 3, Fig. 6 ein Wicklungsschema einer weiteren Ausführungsform und Fig. 7 eine Spulenanordnung für einen Teil einer Wicklung.
Fig. 1 zeigt diagrammatisch eine Kurzstatormaschine mit einem zweipoligen Stator 10 und einem sechspoligen Rotor 11. Der Stator überspannt einen Winkel von 1200. Vom Rotor ist aus Gründen der Einfachheit eine einzige Wicklung 12 dargestellt, die dazu dient, zu zeigen, wie der ganze Strompfad des Rotors gestaltet wird. Es kann aus dieser Figur ersehen werden, dass die Statorpolteilung gleich ist der Wicklungspolteilung des Strompfades. Der Strompfad kann aus einem einzigen Leiter oder aus mehreren Leitern bestehen.
In Fig. 2 ist ein ausgebreitetes Wicklungsschema dargestellt, welches vier voneinander getrennte Wellenwicklungen zeigt.
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<tb> Motor <SEP> mit <SEP> Wellenwicklung <SEP> Käfigläufermotor
<tb> Leerlaufgeschwindigkeit <SEP> 995 <SEP> Umdr/min <SEP> 820 <SEP> Umdr/min
<tb> Grösster <SEP> Wirkungsgrad <SEP> 80,5% <SEP> 44, <SEP> 5%
<tb> Schlupf <SEP> beim <SEP> grössten <SEP> Wirkungsgrad <SEP> 5% <SEP> 401o
<tb> Leistungsabgabe <SEP> bei <SEP> 600 <SEP> W
<tb> Rotorkupferverlusten <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> KW <SEP> 0,9 <SEP> KW
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Es ist aus diesen Zahlen entnehmbar, dass die erfindungsgemässe Maschine grosse Vorteile gegenüber Käfigläufermaschinen bietet.
Wie zu ersehen ist, wurde bis jetzt ein Fall beschrieben, bei welchem die Statorpolteilung gleich der Polteilung der Rotorwicklung ist.
Wo dies nicht der Fall ist, muss aus folgenden Gründen mehr als eine Rotorwicklung vorgesehen werden. Der Statorblock und seine zugeordnete M. M. K. können für die vollen 3600 der Maschine in eine Fourierreihe entwickelt werden. Daher kann die Wirk-M. M. K., wie gross auch die Polzahl ist, als eine Anzahl wandernder M. M. K. betrachtet werden, so wie dies bei herkömmlichen Maschinen mit 2, 4, 6, 8 und mehr Polen möglich ist. Wenn der Rotor getrennte Wicklungen für 2,4, 6,8 oder mehr Pole enthält, wird in jeder Wicklung ein Strom induziert, der im Idealfall gleich gross jedoch entgegengesetzt gerichtet zur entsprechenden Komponente des Statorstromes ist.
Daher wird der gesamte Wirkstrom in jeder Rotornut gleich gross und entgegengesetzt gerichtet dem gegenüberliegenden Statorstrom sein, so dass eine normale Induktionswirkung möglich ist. Der Rotornutzstrom ausserhalb des Statorblockes ist Null, da dort kein Statorstrom fliesst.
Nach der Theorie ist eine unendliche Anzahl von Rotorwicklungen erforderlich, jedoch ist es in der Praxis möglich, mit einer geringen Anzahl von Wicklungen den Erfordernissen ausreichend nahe zu kommen, um gute Ergebnisse zu erzielen. Fig. 6 zeigt eine Ausführung mit einem zweipoligen Stator, welcher einen Winkel von 1440 überspannt. Die Polteilung. des Stators entspricht daher einer üblichen fünfpoligen Maschine. Es hat sich erwiesen, dass zwei Statorwicklungen, von denen die eine eine vierpo - lige, die andere eine sechspolige Wicklung ist, gute Ergebnisse liefern.
Die vierpolige Wicklung, welche neun getrennte Stromkreise aufweist, ist in der Zeichnung strichliert dargestellt, wogegen die sechspolige Wicklung, die sechs getrennte Stromkreise besitzt, mit Hilfe von vollen Linien veranschau-
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licht ist.
Es wurde bereits vorher erwähnt, dass jeder geschlossene Stromkreis bzw. Strompfad der Rotorwicklung aus einem oder mehreren Leitern bestehen kann und wenn auch in den Fig. 2,4, 5 und 6 nur einzelne Leiter gezeichnet sind, geschah dies nur zur Vereinfachung der Zeichnung und soll die Anordnung mehrerer Leiter nicht ausschliessen. Die wirkliche Spulenanordnung für drei Leiter ist in Fig. 7 für einen Teil der Wicklung gezeigt. Die voll ausgezogenen Linien sind die tatsächlichen Spulen, wogegen die strichlierten Linien die Endverbindungen der Spulen zeigen. Es ist der Zeichnung zu entnehmen, dass alle drei Spulen gleich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Induktionsmaschine mit einem Stator, welcher den Rotor nur teilweise überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor wenigstens eine Wicklung aufweist, durch deren Ausbildung die Energie, welche an der Austrittskante des Stators üblicherweise fortgeführt und als Kupferverluste verbraucht wird, gesammelt und an der Eintrittskante des Stators, an Stelle vom Netz aufgenommener Energie wiederzugeführt wird.