<Desc/Clms Page number 1>
Dynamomaschine mit selbständigem Kommutatoranker.
Wenn man den Rotor eines am Netze liegenden Mehrphasen-Asynchronmotors mit einem Kommutatoranker gleicher Polzahl in bekannter Weise mittel Schleifringen und Leitungen mehrphasig verbindet, dann entsteht im Anker ein Drehfeld und am Kommutator treten Spannungen auf, deren Grösse und Frequenz proportional mit der Schlüpfung sich ändern. Dreht man aber den Anker mit der Rotorgeschwindigkeit in der Richtung des Drehfeldes, dann wird an Bürsten, die man auf dem Kommutator ruhen lässt, die ursprüngliche Frequenz des Netzes wieder hergestellt.
Die Spulen des Kommutators bilden lediglich zu den Stromkreisen des Rotors parallel geschaltete Reaktanzen, welche die Spannungen aufrecht halten und der Kommutator wirkt als Frequenzumformer in umgekehrtem Sinne wie eine in Kaskade geschaltete Maschine, bei der sich eine Sehlüpffrequenz ergibt, die kleiner als die Netzfrequenz ist. Zwischen Bürsten, deren Lage rücksichtlich der synchron rotierenden Teile mit den Anschlusspunkten am Stator übereinstimmt, werden folglich mit der Schlüpfung veränderliche Spannungen, in Phase den Netzspannungen entgegengerichtet, auftreten.
Wenn man die Bürsten an eine veränderliche Spannung des Netzes legt und damit in die Schliessullgskreise niedriger gehaltene E. M. Gegenkräfte einschaltet, anstatt der üblichen Anlasswiderstände, dann kann man die umgewandelte Energie der Rotorströme in das Netz zurückleiten, also ohne Energievergeudung die Phasengleichheit der Felder und Ströme im Motor her-
EMI1.1
gebend für die Stärke der Rotorströme, welche einen Faktor des Drehmomentes bilden. Diese
Differenz und folglich auch das Drehmoment können positiv oder negativ sein.
Ein Beispiel der Anordnung mit zwei Polen und drei Phasen in allen Teilen des Motors 111 und auch des Kommutatorankers A ist in Fig. l'schematisch dargestellt. Die Achsen beider sind als gekuppelt anzusehen, womit die synchrone Drehung des Ankers und Rotors gesichert ist.
Die Schleifringe des Rotors R sind mit denjenigen des Ankers A in solcher Ordnung verbunden, dass die Drehrichtung des letzteren mit dem Drehfelde übereinstimmt. Die Bürsten Bl, B2 und Bs stimmen gleichfalls nach dem Drehsinn mit den Anschlusspunkten 1, 2 und 3 des Stators S überein.
T ist ein dreiphasige Transformator oder Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die an die Bürsten angelegten Gegenspannungen geregelt werden können, wobei von einer Spannungsübersetzung zwischen Stator und Rotor, sowie zwischen Netz und Bürsten der einfacheren Darstellung wegen abgesehen wurde.
Beim Anlassen des Motors macht man die Gegenspannung um einen bestimmten Wert kleiner als die Bürstenspannung, dam : t durch diese vom Rotor zum Netz der für die Anlaufs- kraft notwendige Strom abfliesst. Je mehr die Touren zunehmen, desto kleiner wird die Spannung bei T gehalten. Jeder Tourenzahl entspricht eine bestimmte T-Spannung, nahe dem Synchronismus wird diese Null, was der Kurzschliessung des Rotors ungefähr gleichkommt. Erhöht man im
Gleichgewichtszustande bei irgend einer Tourenzahl die T-Spannung, dann kehrt sich der Strom- lauf um und es entsteht eine Bremswirkung, die man bis zum Stillstand des Motors fortdauern lassen kann, wenn man die T-Spannung allmählich bis zur Netzspannung steigert. Auf diese
Weise kann man den Motor umsteuern, wenn man die Energie vom Netze durch die Bürsten einleitet und die Spannung an der Statorseite verändert.
In Fig. 2 sind vier Bürsten des Ankers A und ebensoviel Anschlusspunkte des Stators in zwei Phasen geschaltet. Der Spannungsteiler T ist gleichfalls zweiphasig. Bei dieser Anordnung
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
In dieser vereinfachten Anordnung kann man den Motor und Kommutatoranker ausschliesslich mit Einphasenstrom benützen. Man schaltet z. B. entweder die Erregerwicklung 1 des Stators oder die Bürsten Bt in Reihe mit dem in der Achse II fliessenden Hauptstrom. Weil hiedurch die Phasengleichheit des Feldes und der Ströme für alle Tourenzahlen gesichert ist, wird die Gegenspannung unnötig, der Transformator T dient dann lediglich zur Feldregelung und man kann auch entweder die Bürsten-Bu oder den Stator in der Achse 11 kurzschliessen, je nachdem dieser oder jene an das Netz gelegt werden. Daraus ansteht der kompensierte Einphasen- Serienmotor, wie er in Fig. 3 ganz schematisch dargestellt ist.
In weiterer Vereinfachung der Schaltung wird der Repulsionamotor nach Fig. 4 durch Verschieben der Bürsten um einen Winkel Cl. gegen die Achse II hergestellt. Bei beiden Anordnungen werden die Energieströme im Rotor durch Vermittlung des Kommutatorankers in der von den Bürsten festgelegten Achse wirksam gemacht.
In den Fig. 3 und 4 wurden die Phasenverbindungen (analog den Verbindungen 1, 2, 3 in Fig. 2) zwischen den zwei Rotoren sowie auch die beiderseitigen Schleifringe weggelassen, um die Darstellung nicht undeutlich zu machen.
In analoger Weise kann man die Kombination des Motors, dessen Magnetpole auch in ausgeprägter Form hergestellt werden können, mit dem getrennten Kommutatoranker nach vorliegender Erfindung, unter Benützung irgend einer bekannten Schaltung von Einphasenmotoren des Reihen-, Nebenschluss-oder Repulsionssystems ausführen, indem man den Rotor mit dem nach aussen verlegten Kommutator wie den gewöhnlichen Anker der Maschine ansieht, und die mit dem Kommutator verbundenen Reaktanzspulen als Mittel betrachtet, um die Kommutatorspannungen zu balancieren.
Man kann an dem Hilfsanker irgendwelche, zur Verbesserung der Kommutierung oder des Leistungsfaktors dienende Einrichtungen anbringen, soferne sie nicht in der Hauptmaschine selbst bereits wirksam oder nicht hinreichend sind. Die getrennte Anordnung des Hilfsankers gestattet eine bequeme, bauliche Entwicklung solcher Einrichtungen, welche im Motor unter Umständen sehr beschränkt wäre. Der Kommutatoranker braucht grundsätzlich keine Zugkraft auszuüben, welche bei richtigem Drehsinne ohnehin negativ ausfallen würde. Für seine eigentliche Funktion sind daher Magnetfelder unnötig ; für die genannten Zwecke wird man aber Wendepole oder kompensiert Felder in gegebenen Fällen anwenden können.
Um die Reaktanz zu erhöhen, kann man folglich den Anker mit einem Eisenblechmantel umgeben, wie in Fig. 3 durch den
Stator F andeutungsweise gezeigt ist, an welchem gegebenenfalls die erwähnten Hilfsspulen angebracht oder die für die Kommutierung nützlichen Lufträume ausgespart werden, letzteres auch dann, wenn man die Streuung im Bereiche der vom Hauptstrom durchflossenen Ankerwindungen vermindern will. Abgesehen von diesen Rücksichten, kann man den Anker auch mit geschlossenen magnetischen Kreisen herstellen.
Die den Hilfsanker drehende Kraft wird in der Regel nicht bedeutend sein. Man kuppelt den Kommutatoranker mit der Motorwelle direkt oder, wie in den Figuren angedeutet, mittels
Kurbel oder benützt irgendwelche, möglichst zwangläufige Übersetzung durch Zahnräder oder dergleichen oder auch eine synchrone elektrische Übertragung der Kraft. Die Polzahl des
Kommutatorankers kann verschieden von der des Motors gemacht werden, in welchem Falle der Synchronismus durch entsprechende Übersetzung ausgeglichen wird. Die Tourenzahl des
Hilfsankers wird dadurch von der Rotortourenzahl unabhängig.
Die Spulen des Hifsankers nehmen eigentlich nur Magnetisierungsströme auf, die umso schwächer sind, je grösser die Reaktanz der Spulen ist. Nur diejenigen Ankerwindungen, die sich jeweils zwischen der Bürste und dem nächsten Anschluss der Verbindungen oder Zuleitungen befinden, haben abwechselnd und vorübergehend Arbeitsströme zu führen. Diese stärker be- anspruchten Windungen, welche auch den Leistungsfaktor verschlechtern, werden verhältnis- mässig um so weniger sein, je grösser die Phasenzahl der Verbindungen ist und um so geringer kann der Drahtquerschnitt der Ankerwicklung genommen werden.
Um trotz grosser Phasenzahl die Schleifringe wenigstens am Motor nicht übermässig ver- mehren zu müssen, wird es in solchen Fällen erwünscht sein, die Phasenverbindungen vom Stator ausgehen zu lassen und vielleicht auch an den ruhenden Teil des Hilfsankers anzuschliessen. Man 'kann diese Verbindungen sowohl vom Rotor, als auch vom Stator zu den Ankerspulen und auch zu den Bürsten, die in entsprechender Zahl vorgesehen werden müssen, herstellen. Man kann ferner den Anker festhalten und die Bürsten, gegebenenfalls samt den Hilfspolen, drehen. Für
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
bunden werden.
Als Beispiel wird in Fig. 5 eine zweipolige Anordnung des kompensieren Serienmotor dargestellt, bei welcher der Stator S mit den ruhenden Spulen des Ankers A in acht Phasen verbunden ist. Zwischen den gleichbezeichneten Punkten 1 bis 8 beider Wicklungssysteme sind Verbindungsleitungen zu denken. In den Rotor wird der Hauptstrom zur Erregung des Feldes in der Achse I durch Schleifringe eingeleitet.
Gleichfalls durch Schleifringe und durch rotierende Bürsten Bn passiert der Hauptstrom den Kommutator und im Wege der Phasenverbindungen (1, 2 etc. zwischen Stator und Kommutatoranker), deren Leitungsdrähte nicht eingezeichnet wurden, auch den Stator in einer Achse, welche in jedem Augenblick mit der Bürstenlage übereinstimmt, ebenso wie die kurzgeschlossenen Punkte II des Rotors. Die Achse des Feldes und die der gleichphasigen Ströme drehen sich bei dieser Anordnung mit dem Rotor, dennoch bleibt das Drehmoment, welches Feld und Ströme aufeinander ausüben, kontinuierlich zwischen Rotor und Stator wirksam.
PATENT-ANSPRÜCHE : - 1. Dynamomaschine mit einem ausserhalb der Maschine selbstständig angebrachten Kommutatoranker, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit dem Rotor oder Stator der Dynamomaschine unter Vermittlung von Schleifringen durch Mehrphasenleitungen verbunden und mit dem Rotor synchron im Sinne des im Kommutatoranker kreisenden Feldes gedreht wird, so dass man mittels auf dem Kommutator schleifender Bürsten die Ströme der Hauptmaschine mit der Frequenz des Netzes zu-und ableiten und dadurch auch die Ströme und Felder der Haupt- maschine mittelbar regeln kann.