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Synchronmotor.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Synchronmotor, welcher ohne jede Hilfsvorrichtung, wie Hilfsmotor oder Gleichstrom, an ein Wechselstromnetz angeschlossen, mit Belastung auf synchronen Gang kommt und in Synchronismus bleibt.
Das Anlassen von Sychronmotoren geschieht bisher in der Weise, dass man sie mittels einer äusseren Antriebskraft (Anlassmotors) anlässt und nach Erreichung der Synchron-Tourenzahl den Motor erregt und im Augenblicke des Synchronismus, der durch Phasenlampen oder Phasenvoltmeter angezeigt wird, an das Netz schaltet.
Bei dieser Art der Belastung kann der Motor nur leer, d. h. unbelastet angelassen werden, weil beim Anlassen unter Belastung die Leistung des Anlassmotors ebenso gross sein müsste, wie die des anzulassenden Synchronmotor.
Der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Motor, welcher mit Belastung auf synchronen Gang kommt, kennzeichnet sich dem bekannten gegenüber dadurch, dass er die Anordnung eines Hilfsmotors o. dgl. nicht erfordert.
Das Wesen der Erfindung besteht in der Unterteilung des Ankers in einen normalen Gleichstromanker mit Gleichstromkollektor und einen Polanker, in welchen der durch die Statorwicklung im Gleichstlomanker induzierte Wechselstrom als fluktuierender oder pulsierender Gleichstrom geleitet wird. Dies geschieht durch Vermittlung einer Umpolvorrichtung, die bei Erreichung des Synchronismus und nur in diesem Falle pulsierenden Gleichstrom in den Polanker leitet und indem dieser in richtigem Augenblicke erregt wird, wird die Maschine in Synchronismus mitgerissen.-
Gemäss der Erfindung ist-in den Erregerstromkreis ein Vorschaltwiderstand oder eine Drosselspule geschaltet, welche die Anwendung eines Anlassers mit drei Hauptstellungen gestattet.
In der ersten dieser Stellungen ist der Vorschaltwiderstand eingeschaltet, weshalb im Erregerkreis nur wenig Strom fliesst, in der zweiten wird der Erregerkreis kurz geschlossen, die Maschine erreicht den Synchronismus, es entsteht pulsierender Gleichstrom, das Netz reisst die Maschine in Synchronismus mit. In der dritten. Stellung sind die Rotoren miteinander verbunden und der Stator an das Netz geschaltet.
Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes besteht im Wesen in der Ausbildung des Nutenankers für den Gleichstrom und des Polankers als gemeinsamen Anker, wobei man auch die Wicklungen vereinigt, und zwar derart, dass man auf dem nunmehr
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anbringt, die nicht bloss auf der Kollektor-sondern auch auf der entgegengesetzten Seite an geeigneten Stellen abgezapft wird. Der Kollektor und die Umpolvorrichtung werden auch bei der vorliegenden Ausführung beibehalten, und zwar in der Weise, dass dieselben zweckmässig beiderseits des Ankers an der Welle angebracht werden, wobei von jeder Ankerspule zum Gleichstromkollektor in bekannter Weise eine Leitung abzweigt, während zur Umpolvorrichtung die erwähnten Abzapfungen führen.
Beim Anlassen des Motors wird demzufolge der durch die Statorwicklung in der Ankerwicklung induzierte Wechselstrom zum Umpoler geleitet, welcher die Umkehrung der negativen Kurvenhälften des Wechselstrorr es bewirkt, so dass bei Erreichung des Synchronismus pulsierender (fluktuierender) Gleichstrom in den Anker gelangt ; ist dieser im richtigen Moment erregt, so wird die Maschine im Synchronismus mitgerissen.
Bei einer weiterenAusführungsform des Eifindungsgegenstandes finden zwei voneinander getrennte Wicklungen Anwendung, wobei man in die Nuten der Gleichstromwicklung gleichzeitig auch die getrennte Wicklung für den fluktuierenden Gleichstrom einlegt.
Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise Ausführungsformen des Erfindunggegenstandes.'
Fig. zweigt einen Längsschnitt durch den Synchronmotor gemäss der Erfindung,
Fig. 2 das Schaltungsschema der beiden Rotoren,
Fig. 3 die Umpolvorrichtung in axonometrischer Darstellung,
Fig. 4 dieselbe Vorrichtung in aufgerolltem Zustande.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen das Schaltungsschema in den drei verschiedenen Stellungen des Anlassers.
Fig. 8 zeigt die Wicklungsart mit einer gemeinsamen Wicklung, während
Fig. 9 die Wicklungsweise für zwei getrennte Wicklungen in gemeinsamen Ankernuten veranschaulicht.
Zwei Rotoren 1 und 2 (Fig. I) sitzen auf gemeinsamer Welle 3 und bewegen sich in einem, im gemeinschaftlichen Stator 4 erzeugten mehrpoligen Magnetfeld. Die Polzahl ist
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von der Tourenzahl des Synchronmotor abhängig. Rotor 1 ist ein Nutenanker mit Gleich- tromwicklung und mit Gleichstromkollektor. 5, Rotor 2 ein Polanker mit Folgepolen, d. h. auf je einen Nordpol folgt je ein Südpol. Im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) besitzt der Polanker 2 vier Pole und erhält einen vierteiligen Kollektor 6, dessen gegen- überliegende Segmente leitend verbunden sind, um mit zwei, um 900 versetzten Bürsten 7 auszukommen. Die Bürsten 7 sind mit den Bürsten 8 des Ankers 1 verbunden.
Der in Fig. 2 schematisch in Form von vier Segmenten ausgebildete Kollektor besteht in Wirklichkeit z. B. aus'zwei voneinander isolierten ringförmigen Stromaufnehmern 9 und 10, deren jeder mit zwei Vorsprüngen 11 versehen ist, der in die entsprechende Aussparung 12 das anderen Stromaufnehmers eingreift. Vorsprünge 11 und Aussparungen 12 sind um r800 gegeneinander versetzt. 13 sind die Bürsten für die Wechselstromzuleitung, 14 die Bürsten für den pulsierenden Gleichstrom. Mit 15 sind einlegbare Segmente bezeichnet, durch deren Zu-und Abschalten die Stromschlussdauer beliebig geregelt werden kann.
Vollständigen Synchronismus des Motors vorausgesetzt, wird durch den rotierenden Umpoler die negative Kurvenhälfte des von der Maschine 1 dem Umpoler zugeführten Wechselstroms in eine positive umgekehrt und auf diese Weise fluktuierender Gleichstrom erzeugt und abgenommen.
Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen die den verschiedenen Stellungen des Anlassers entsprechenden Schaltungsweisen.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist zwischen Anker 1 und 2 ein Widerstand 16 oder eine Drosselspule geschaltet. Bei der der ersten Stellung des Anlassers entsprechenden Schaltung nach Fig. 5, in welcher sich der Widerstand 16 im Erregerkreis befindet, ist Maschine 1 als Wechselstrom-Serien-Kommutatormotor geschaltet. Die Maschine läuft an, doch im Erregerkreis strömt nur unbedeutender Strom.
In der zweiten Stellung des Anlassers, der die Schaltung nach Fig. 6 entspricht, sind der Widerstand 16 des Erregerstromkreises und die Bürsten der Maschine 1 kurzgeschlossen, die Maschine nähert sich dem Synchronismus, wobei durch Vermittlung des Umpolers pulsierender Gleichstrom erzeugt wird, der das Polrad der Maschine 2 erregt, worauf das Netz die Maschine in Synchronismus mitreisst.
In der dritten Stellung nach Fig. 7, in welcher die Verbindung zwischen den Rotoren und dem Stator aufgehoben ist, ist letzterer an das Netz geschaltet und die beiden Rotoren sind miteinander verbunden. Aus dem bisherigen geht hervor, dass auf dem Kommutator der Kollektormaschine 1, wie bei jedem Wechselstrom-Kommutatormotor, eine der Periodenzahl des Netzes entsprechende Periodenzahl auftritt ; dieser Wechselstrom wird vom Umpoler in der erläuterten Weise in pulsierenden Gleichstrom umgeändert, mit welchem der Polanker des Synchronmotors erregt wird. 1
Bei der in Fig. 8 veranschaulichten Ausführungsform entstehen in den einzelnen Wicklungen-eine Drehrichtung in der Pfeilrichtung vorausgesetzt-die durch Pfeile angedeuteten Stromrichtungen.
Wie ersichtlich, bilden sich am Anker starke Pole, welche durch neutrale Zonen voneinander getrennt sind ; letztere entstehen dadurch, dass in einer Nute befindliche Wicklungen von entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossen werden, so dass sie sich in ihrer Wirkung aufheben. Von den einzelnen Ankerspulen führen in bekannter Weise Abzweigungen zum Kollektor, deren Segmente bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel mit den fortlaufenden Zahlen 1 bis 32 bezeichnet sind. An dem Kollektor liegen vier Bürsten 8 auf, von welchen die diametral gegenüberliegenden miteinander verbunden sind. Die Zuleitungen zu den Kollektorbürsten sind mit Ia und Ib bezeichnet.
Auf der dem Kollektor entgegengesetzten Seite werden die Wicklungen an vier geeigneten Stellen abgezapft und die Abzapfungen zu den Segmenten-I bis IV der Umpolvorrichtung geleitet. Auf den Segmenten gleiten vier Bürsten 7, von welchen die diametral gegenüberliegenden gleichfalls miteinander verbunden sind. Die Zuleitungen Ia bzw. Ib sind mit lIa bzw. Ilb während des Betriebes in Reihe geschaltet.
In Fig. 9 ist eine Ausführungsform mit zwei getrennten Wicklungen veranschaulicht.
Bei dieser Wicklungsweise verbleibt die Wicklung für den induzierten Wechselstrom unverändert, mit dem Unterschiede, dass die Abzapfungen auf der Umpolerseite im Wegfall kommen. Der pulsierende (fluktuierende) Gleichstrom wird in diesem Falle nicht in eine gemeinsame Leitung geführt, während man für den Gleichstrom in die gemeinsamen Nuten die mit dünnen Linien angewendete zweite Wicklung einlegt. Die Stromrichtung in dieser Wicklung ist ebenfalls mit Pfeilen kenntlich gemacht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, werden nur die beiden Enden dieser Wicklung zu den Umpolersegmenten I bzw. IV geführt ; die Segmente 11 und III werden hierbei durch Vermittlung der Bürsten 7 und 8 mit den ihnen diametral gegenüberliegenden Segmenten IV bzw. I verbunden.
Die Zuleitungen la-Ija und Ib-Ilb sind miteinander während des Betriebes in Reihe geschaltet.
In seinen baulichen Einzelheiten kann der Erfindungsgegenstand vielfach abgeändert werden, ohne dass das Wesen der Erfindung dadurch'eine Änderung erleiden würde ; ins-
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besondere kann man anstatt zwei Anker auf gemeinschaftlicher Welle anzuordnen, auch zwei Maschinen direkt kuppeln, von denen die eine mit einem Gleichstrom-Kollektoranker die andere mit einem Polanker ausgestattet ist.
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Synchronous motor.
The subject matter of the present invention is a synchronous motor which, without any auxiliary device, such as auxiliary motor or direct current, is connected to an alternating current network, comes into synchronism with a load and remains in synchronism.
Synchronous motors have so far been started in such a way that they are started by means of an external drive force (starter motor) and, once the number of synchronous revs has been reached, the motor is excited and connected to the network at the moment of synchronism, which is indicated by phase lamps or phase voltmeter.
With this type of load, the engine can only be empty, i.e. H. be started unloaded, because when starting under load, the power of the starter motor would have to be as great as that of the synchronous motor to be started.
The engine forming the subject of the present invention, which comes into synchronous gear under load, is distinguished from the known one in that it does not require the arrangement of an auxiliary engine or the like.
The essence of the invention consists in the subdivision of the armature into a normal direct current armature with a direct current collector and a pole armature in which the alternating current induced by the stator winding in the direct current armature is conducted as fluctuating or pulsating direct current. This is done by means of a polarity reversal device which, when synchronism is reached and only in this case, conducts pulsating direct current into the pole armature and by exciting it at the right moment, the machine is carried away in synchronism.
According to the invention, a series resistor or a choke coil is connected in the excitation circuit, which allows the use of a starter with three main positions.
In the first of these positions the series resistor is switched on, which is why only little current flows in the excitation circuit, in the second the excitation circuit is short-circuited, the machine achieves synchronism, pulsating direct current is generated, the network pulls the machine with it in synchronism. In the third. The rotors are connected to each other and the stator is connected to the mains.
A further embodiment of the subject matter of the invention consists essentially in the formation of the slot armature for the direct current and the pole armature as a common armature, whereby the windings are also combined, in such a way that one is now on the
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attaches, which is tapped not only on the collector but also on the opposite side at suitable points. The collector and the polarity reversal device are also retained in the present embodiment, in such a way that they are expediently attached to the shaft on both sides of the armature, with a line branching off in a known manner from each armature coil to the direct current collector, while the aforementioned taps for the polarity reversal device to lead.
When the motor is started, the alternating current induced by the stator winding in the armature winding is passed to the polarity reverser, which reverses the negative curve halves of the alternating current, so that when synchronism is reached, pulsating (fluctuating) direct current enters the armature; if this is excited at the right moment, the machine is carried away in synchronism.
In a further embodiment of the subject matter of the invention, two separate windings are used, with the separate winding for the fluctuating direct current also being inserted into the slots of the direct current winding at the same time.
The drawing illustrates, for example, embodiments of the subject matter of the invention.
Fig. Shows a longitudinal section through the synchronous motor according to the invention,
2 shows the circuit diagram of the two rotors,
3 shows the polarity reversal device in an axonometric representation,
4 shows the same device in a rolled-up state.
5 to 7 show the circuit diagram in the three different positions of the starter.
Fig. 8 shows the winding type with a common winding while
Fig. 9 illustrates the manner of winding for two separate windings in common armature slots.
Two rotors 1 and 2 (Fig. I) sit on a common shaft 3 and move in a multi-pole magnetic field generated in the common stator 4. The number of poles is
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depends on the number of revolutions of the synchronous motor. Rotor 1 is a slot armature with a direct current winding and a direct current collector. 5, rotor 2 a pole armature with following poles, d. H. each north pole is followed by a south pole. In the exemplary embodiment shown (FIG. 2), the pole armature 2 has four poles and has a four-part collector 6, the opposite segments of which are conductively connected in order to get by with two brushes 7 offset by 900. The brushes 7 are connected to the brushes 8 of the armature 1.
The collector, which is shown schematically in the form of four segments in FIG. B. from two mutually insulated annular current sensors 9 and 10, each of which is provided with two projections 11, which engage in the corresponding recess 12 of the other current sensor. Projections 11 and recesses 12 are offset from one another by r800. 13 are the brushes for the alternating current supply line, 14 are the brushes for the pulsating direct current. Insertable segments are denoted by 15, the connection and disconnection of which can be used to regulate the current circuit duration as required.
Assuming complete synchronism of the motor, the rotating polarity reverser reverses the negative half of the curve of the alternating current supplied to the polarity reverser by the machine 1 into a positive one, and in this way fluctuating direct current is generated and removed.
FIGS. 5 to 7 illustrate the circuits corresponding to the various positions of the starter.
As can be seen from FIG. 5, a resistor 16 or a choke coil is connected between armature 1 and 2. In the circuit according to FIG. 5 corresponding to the first position of the starter, in which the resistor 16 is located in the excitation circuit, machine 1 is connected as an AC series commutator motor. The machine starts up, but only insignificant current flows in the excitation circuit.
In the second position of the starter, which corresponds to the circuit according to FIG. 6, the resistor 16 of the excitation circuit and the brushes of the machine 1 are short-circuited, the machine approaches synchronism, with pulsating direct current being generated by the polarity reversal, which is the pole wheel of machine 2, whereupon the network pulls the machine with it in synchronism.
In the third position according to FIG. 7, in which the connection between the rotors and the stator is canceled, the latter is connected to the mains and the two rotors are connected to one another. From what has been said so far, it can be seen that on the commutator of the collector machine 1, as with every AC commutator motor, a number of periods corresponding to the number of periods of the network occurs; this alternating current is changed by the pole reverser in the manner explained in pulsating direct current, with which the pole armature of the synchronous motor is excited. 1
In the embodiment illustrated in FIG. 8, the current directions indicated by arrows arise in the individual windings - assuming a direction of rotation in the direction of the arrow.
As can be seen, strong poles are formed on the anchor, which are separated from one another by neutral zones; the latter arise from the fact that oppositely directed currents flow through windings located in a slot, so that their effect is canceled out. In a known manner, branches lead from the individual armature coils to the collector, the segments of which are denoted by the consecutive numbers 1 to 32 in the embodiment shown in FIG. Four brushes 8 rest on the collector, of which the diametrically opposite ones are connected to one another. The leads to the collector brushes are labeled Ia and Ib.
On the side opposite the collector, the windings are tapped at four suitable points and the taps are routed to segments I to IV of the polarity reversal device. Four brushes 7 slide on the segments, of which the diametrically opposite ones are also connected to one another. The supply lines Ia and Ib are connected in series with IIa and Ilb during operation.
In Fig. 9, an embodiment with two separate windings is illustrated.
With this type of winding, the winding for the induced alternating current remains unchanged, with the difference that the taps on the polarity reversal side are omitted. In this case, the pulsating (fluctuating) direct current is not fed into a common line, while the second winding used with thin lines is inserted into the common grooves for the direct current. The direction of current in this winding is also indicated by arrows. As can be seen from the drawing, only the two ends of this winding are led to the pole reversal segments I and IV; the segments 11 and III are connected to the diametrically opposed segments IV and I by means of the brushes 7 and 8.
The supply lines la-Ija and Ib-Ilb are connected in series with one another during operation.
In its structural details, the subject matter of the invention can be changed in many ways without the essence of the invention being changed; ins-
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In particular, instead of arranging two armatures on a common shaft, you can also couple two machines directly, one of which is equipped with a direct current collector armature, the other with a pole armature.