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Anordnung zum Steuern von Drehfeld-Asynchronmotoren mit Kurzschlussankern.
Um Asynchronmotoren mit beliebig grossem Drehmoment zu steuern, kann man die Eigenschaft der Nutenstromverdrängung verwenden, die den Ohmschen Widerstand der zur Erzeugung des normalen Drehmomentes notwendigen Ankerleiter bei erheblichen Abweichungen von der synchronen Drehzahl beträchtlich vergrössert.
Ein derartiger Motor lässt sich alsdann ohne Schleifringe und ohne alle äusseren Steuerwiderstände und Kontakte bauen. Er lässt sich in der für die Praxis. einfachsten und betriebssichersten Weise als Käfigrotor mit einfachen äusseren Sehlussringen ausführen ; er besitzt bei normalem, fast synchronem Betriebe nur eine äusserst geringe Schlüpfung, die nicht grösser ist als die der bisherigen Schleifring-oder Käfigrotoren. Er besitzt ferner auch ausserhalb des normalen Arbeitsbereiches bei allen Drehzahlen ein sehr starkes Drehmonent, das sich bei geeignetem Entwurf im ganzen Bereich der vorkommenden Drehzahlen ungefähr in der Höhe des maximalen Kippmomentes halten lässt.
Die Wirkungsweise des Motors ist umso günstiger, je besser es gelingt, die Stromverdrängung künstlich zu vergrössern. Das Mittel, die Stabtiefe gross zu wählen, führt zwar bei kleinen Motoren zu ausreichenden Ergebnissen,'bei grossen Motoren lassen sich jedoch die erforderlich tiefen Nuten nicht unterbringen. Ein besseres Mittel ist die Anwendung von mehr als einem Leiter in jeder Nut, die jedoch nicht einfach parallel geschaltet werden dürfen, sondern beispielsweise durch Serienschaltung so ange- ordnet sein müssen, dass diejenige Verteilung der Ströme auf die einzelnen Leiter, die bei niederen Frequenzen vorhanden ist, auch bei hohen Frequenzen erhalten bleibt.
Hiezu können die Leiter verdrillt, verschränkt oder verseilt werden, kurz alle jene Anordnungen, die zur Verminderung der Stromverdrängung bekannt sind. Hier soll im Gegensatz dazu die Verdrillung jedoch zur Vermehrung der Stromverdrängung benutzt werden. Die Ursache hiefür, dass der Widerstand von Leitern in einer tiefen Nut mit zunehmender Unterteilung des Leiters zunächst stark anwächst, ist darin zu suchen, dass das unter dem Einfluss des Nutenstromes entstehende Nutenquerfeld, das bei Gleichstrom oder gleichmässigem Stromdurchfluss den in den Fig. 1-3 dargestellten gradlinigen Verlauf besitzt, durch die Rückwirkung der starken Wirbelströmung im Einfacbleiter ausserordentlich stark geschwächt wird, so dass es bei Wechselstrom den Verlauf der stark ausgezogenen Kurve in Fig. 1 erhält. Unterteilt man aber diesen Leiter z.
B. in drei Teile, wie in Fig. 2, so sind die vom ursprünglichen Nutenfeld mit gleichmässiger Verteilung her-
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feld sehr erheblich geringer, so dass das resultierende Feld den Verlauf der stark ausgezogenen Kurve der Fig. 2 erhält.
Dieses stärker resultierende Feld erzeugt nun trotz geringerer Ausdehnung der Einzelleiterschnitte dennoch durch induzierte Ströme stärkere Stromwärmeverluste in demselben. Erst bei sehr starker Unterteilung der Leiter, wie sie etwa in Fig. 3 dargestellt ist, erhält man nicht nur eine geringe Rückwirkung der Wirbelströme auf das Feld, sondern auch eine so geringe Ausdehnung der einzelnen Leiter, dass in ihnen keine starken Wirbelströme mehr induziert werden können.
Die Erfindung gibt nun ein Mittel an die Hand, die Widerstandsvermehrung durch Nutenstrom- verdrängung beträchtlich zu steigern. Es geschieht dies der Erfindung gemäss dadurch, dass das ursprüngliche Streufeld der Nut durch eingelagerte magnetische Schichten, vergrössert wird. Man verwendet dem-
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gemäss Leiter, die zum Teil aus elektrisch, zum Teil aus magnetisch gut leitendem Material auigebant sind, so wie es z. B. für einen unterteilten Leiter in Fig. 4 dargestellt ist.
Durch Einlagerung passend bemessener Eisenschichten e in Kupferleiter k kann man erreichen, dass man bereits mit einem solchen Ein- oder Zweifachleiter in der Nut bei einer tatsächlichen Nutentiefe von 2-3 cm eine numerische Nutentiefe von 8-12 erhält, d. h. die Wirkung einer Nut, die bei schwach isolierten Kupferleitern ohne Verwendung der Eiseneinlagen gemäss der Erfindung etwa 8-12 cm tief sein müsste. Es tritt also eine Widerstandsvermehrung bis zum 12-18fachen im Anlaufmomente ein, ein Wert, der für mittelgrosse Drehstrommotoren gerade richtig ist.
Ein KäfigTotor mit unterteilten Leitern ist'in'Fig. 5 gezeichnet, Sie, bestehen aus abwechselnd geschichteten Kupfer-und Eisenstäben, wobei die Leiter in der Mitte einmal gekreuzt sind, und an den Enden unter sich und mit den Kurzschlussringen verbunden sind. Die Eisenstäbe können dabei zur Stromleitung mitbenutzt werden, was für eine gute Ausnutzung natürlich zweckmässig ist.
Rotoren mit künstlich vermehrtem Leiterwiderstand durch Nutenstromverdrängung besitzen naturgemäss eine grÏssere Nutenstreuung als gewöhnliche Rotoren. Dieses ist jedoch wegen der Möglich- keit der Verwendung von Käfigankern völlig unschädlich für den Betrieb. Denn einerseits ist die Streuung eines Käfigankers wegen des Fortfalles der weit ausladenden Stirnverbindungen viel geringer als die der gewöhnlich verwandten Phasenanker, wodurch die Vermehrung der Nutenstreuung für den normalen
Betrieb der Motoren bereits nahezu wettgemacht ist. Anderseits reduziert sich diese vermehrte Streuung ganz von selbst gerade in den Arbeitsbereichen, wo sie unangenehm wäre, nämlich während des Steuerns, z. B. beim Anlauf mit maximalem Moment, da das Nutenstreufeld durch die starken Wirbelströme, in den Leitern, wie man z.
B. an Hand der Fig. 1-3 erkennen kann, durch die immerhin vorhandene Rück- - Wirkung der Wirbelströme auf das Feld wesentlich vermindert wird. In Wirklichkeit zeigen daher die nach den beschriebenen Gesichtspunkten gebauten Motoren ein wesentlich grösseres Kipp-und Steuer- moment als die meisten bisher gebauten Motoren.