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Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors von Asynchronmaschinen durch Vibratoren.
Aus dem Ö. P. Nr. 67097 ist es bekannt, dass Leistungsfaktor und Überlastbarkeit eines Asynchronmotors dadurch gesteigert werden können, dass in jeden der sekundären Stromkreise eine dem Strome um eine Viertelperiode voreilende elektromotorische Kraft ein- geführt wird. Es ist auch bekannt, dass ein in einem Gleichstromfeld gelagerter Gleichstromanker in Schwingung gerät, wenn man ihn in den Sekundärstromkreis des Asynchronmotors schaltet und dass durch diese Schwingung eine dem Strom um eine Viertelperiode voreilende elektromotorische Kraft in seinen Windungen induziert wird. Der schwingende Anker wirkt als mechanischer Kondensator, und es ist der Vorschlag gemacht wolden, den Leistungsfaktor von Asynchronmaschinen durch die Verwendung von gewöhnlichen, als mechanische Kondensatoren wirkende Gleichstrommaschinen zu verbessern.
Dieser Vorschlag hat bisher in der Praxis nicht Eingang gefunden, weil der mit Gleichstrommaschinen gewöhnlicher Bauart erzielbare Effekt zu gering ist im Vergleich mit dem für sie nötigen Materialaufwand, der Raumbeanspruchung und ihrem Eigenverbrauch an elektrischer Leistung. Infolgedessen werden'die Kosten so hoch und der Wirkungsgrad so klein, dass die bekannte physikalische Tatsache der kondensatorischen Wirkung eines Gleichstromankers bisher praktisch nicht ausgenutzt werden konnte.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die Bauart des schwingenden Ankers und des Gleichstromfeldes derart zu verbessern, dass der bekannte und gewünschte physikalische
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Die Unterschiede zwischen Gleichstrommaschine und Vibrator sind durch Verwendungszweck und Wirkungsweise bedingt. In der Gleiehstrommaschine ist der Luftspalt durch die Bedingung funkenloser Kommutierung und geringer, durch Ankerrückwirkung erzeugter Feldverzerrung nach unten beschränkt ; die Sättigung des Ankereisens ist durch die Bedingung mässiger Erwärmung nach oben beschränkt. Beide Beschränkungen fallen beim Vibrator fort. Die Bedingung der funkenlosen Kommutierung ist auch bei dem kleinsten noch mechanisch möglichen Luftspalt schon von selbst erfüllt, weil wegen der geringen Winkelgeschwindigkeit des Vibratorankers die Frequenz der Kommutierung klein ist.
Sie ist, wie Strom und elektromotorische Kraft eine periodische Funktion der Zeit, aber selbst ihr Maximalwert ist viel kleiner als bei der Gleichstrommaschine, und zu jenen Zeiten, wenn der Strom seinen Scheitelwert erreicht, ist sie Null. Die geringe Winkelgeschwindigkeit ermöglicht es auch, die Sättigung des Ankereisens beliebig weit zu treiben, ohne übermässige Erwärmung des Vibratorankers herbeizuführen.
Infolge des sehr kleinen Luftspaltes sind beim Vibrator weniger Amperewindungen zur Felderregung nötig als bei der Geichstrommaschine und es besteht ferner der Unterschied, dass, während beim Anker der Gleichstrommaschine der Hauptanteil an Erregung für den Luftspalt nötig ist, beim Vibrator der Hauptanteil an Erregung auf das Ankereisen entfällt.
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Eine Folge der hohen Eisensättigung ist, dass das Gleichstromfeld durch den Ankerstrom nur unbedeutend verzerrt wird, und dass die durch etwaige exzentrische Lagerung des Ankers
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langen Anker eine verhältnismässig dünne Welle verwenden kann, wodurch erreicht wird, dass im Ankerkern ein grosser Querschnitt für den Kraftfluss verfügbar bleibt.
Die mathematische Untersuchung des Schwingungsvorganges zeigt, dass die in Voltampere ausgedrückte scheinbare Leistung des Vibratorankers direkt proportional ist dem Quadrat des Kraftflusses und umgekehrt proportional ist dem Trägheitsmoment des Ankers. Um also mit mässigem Materialaufwand eine genügende Voltampereleistung zu erzielen, muss beim Vibratoranker, abweichend von den günstigsten, für den Anker einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine geltenden Verhältnissen, die Ankerlänge gross sein im Vergleich zum Ankerdurchmesser, der Luftspalt muss so klein sein, als es mechanische Rücksichten gestatten, und die Eisensättigung muss so hoch sein, dass der Hauptanteil der für den Anker nötigen Amperewindungen auf dag Ankereisen selbst und nicht auf den Luftspalt entfällt.
Um die Materialausnutzung im Feldsystem günstig zu gestalten, wird die zweipolige Anordnung gewählt und es wird nicht wie bei der Gleichstrommaschine jeder Anker in einem besonderen Feldsystem gelagert, sondern alle für-die Sekundärstromkreise der Asynchronmaschine nötigen Vibratoranker werden in'einem gemeinsamen Feldsystem gelagert.
Jeder Vibratoranker schwingt in seinem eigenen Felde ; die Magnete dieses Feldes sind jedoch alle durch ein gemeinsames Joch, wie es für Dynamomaschinen an sich bereits bekannist, in der Form eines rechteckigen Rahmens verbunden, und die Schaltung der Erregerspulen ist derart, dass nicht nur die gegenüberliegenden Polflächen ein und desselben Feldes, sondern auch die Pole benachbarter Felder abwechselnde Polarität erhalten und infolgedessen der Jochrahmen an keiner Stelle mehr als den halben Kraftfluss zu führen hat.
Bei dem sehr kleinen Luftspalt ist es wichtig, dass eine Durchbiegung des Jochrahmens infolge magnetischer Anziehung zwischen Polflächen und Anker verhindert wird und dass der Anker genau zentriert ist. Die erste Bedingung wird erfüllt dadurch, dass der Rahmen mit Rippen versehen wird und die zweite dadurch, dass die Lagerung der Welle in Lagerschilden erfolgt, die unmittelbar an dem Jochrahmen befestigt sind.
Um Kommutator und Bürsten leicht zugänglich zu machen, werden die Vibratoranker in das gemeinsame Feldsystem so eingelegt, dass. die Kommutatoren benachbarter Anker nicht nebeneinander, sondern an entgegengesetzten Seiten des Jochrahmens zu liegen kommen.
Fig. i zeigt einen Querschnitt und Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Feldsystem eines zweiphasigen Vibrators. Fig. 3 ist ein Schnitt durch das Feldsystem eines zwei-oder dreiphasigen Vibrators, wobei die Schnittebene parallel ist zur Richtung des magnetischen Feldes und in der Achse liegt. Fig. 4 zeigt die gegenseitige Lage der Anker in einem dreiphasigen Vibrator. In allen Figuren bedeuten A Anker, C Kommutator, N Polfläche mit Nordpolarität, S Polfläche mit Südpolarität,/Jochrahmen, jR Rippen, L Lagerschilder und E Erregerspulen, In Fig. I sind Anker und Lagerschilder weggelassen ; in Fig. 2 sind die Lagerschilder weggelassen und die Umrisse der Anker durch punktierte Linien angedeutet. In Fig. g ist der Anker nicht eingezeichnet.
Das Lagerschild auf der Kommutatorseite hat Rippen zur Befestigung der Bürstensätze : diese sind jedoch, als nicht zur vorliegenden Erfindung gehörig, in der Zeichnung fortgelassen.