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Drehstrom-Synchronmotor.
Gegenstand der Erfindung ist ein Drehstrom-Synchronmotor, besonders für kleinere Leistungen, der in ähnlicher Weise wie ein Asynchronmotor angelassen wird, selbsttätig in Synchronismus fällt, seinen Erregerstrom selbst erzeugt und ihn in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung selbsttätig regelt.
Der Motor erhält einen umlaufenden Primärteil, auf dem ausser der Drehstromwicklung noch eine Gleichstromankerwicklung angebracht ist, die mit einem Kommutator verbunden ist, und den Erregergleichstrom erzeugt. Der Ständer erhält eine Mehrphasenwicklung, vorzugsweise eine Zweiphasenwicklung ; beim Anlauf dienen die beiden Phasen gemeinsam als Sekundärwicklung. Sie werden mit dem Anlasser verbunden und üben dieselbe Wirkung aus wie die Läuferwicklung eines gewöhnlichen DrehstromAsynchronmotors. Dadurch dass die Spannung des Erregergleichstroms verhältnismässig niedrig gewählt ist, ist es möglich geworden, die Anbringung einer besonderen Erregerwicklung auf dem Ständer zu vermeiden so dass also dieselbe Ständerwicklung während des Anlaufs als Sekundärwicklung und während des Betriebes als Erregerwicklung dienen kann.
Die Schaltung ist in der Abbildung dargestellt. Es bedeuten 1, 2, 3 die Drehstromwicklung des Läufers, der durch die Schleifringe 4, 5, 6 der Netzstrom zugeführt wird. Die Wicklung 7 ist die zur Erzeugung des Erregergleichstromos dienende Gleichstrom-Läuferwicklung, die mit einem in der Abbildung nicht dargestellten Kommutator verbunden ist. Der erzeugte Gleichstrom wird durch die Bürsten 8 und 9 abgenommen. Wie ersichtlich, steht die Gleichstromwicklung 7 mit den Drehstromwicklungen 1, 2, 3 in leitender Verbindung. Die Gleichstromwicklung 7 ist nach Art eines Drehstrom-Gleichstrom-Einanker- umformers an drei Punkten angezapft, an denen in bekannter Weise eine Drehstromspannung herrscht.
An diese drei Punkte sind Wicklungen 1, 2, J angeschlossen ; diese sind am Umfang des Ankers in solcher Lage angebracht, dass die in ihnen entstehenden Spannungen sich gradlinig zu der Drehstromspannung addieren, die an den erwähnten drei Anzapfpunkten der Wicklung 7 herrscht. Hiedurch wird ein zweifacher Vorteil erreicht : Erstens wird die Windungszahl der Drehstromwicklung in dem Verhältnis verringert, in dem die an den drei Anschlusspunkte herrschende Drehstromspannung zur Netzspannung steht.
Zweitens werden durch diese Schaltungsweise die in der Gleichstromwicklung 7 auftretenden Kupferverluste verringert. Wenn die Verhältnisse so gewählt werden (was praktisch leicht möglich ist), dass der Erregergleichstrom etwa gleich der Stärke des bei voller Belastung auftretenden Drehstroms ist, so subtrahieren sich die beiden Ströme in der Gleichstromwicklung in der bei Einankerumformern bekannten Weise, wobei der Verlust in der Ankerwicldung nur 56% desjenigen Wertes beträgt, der bei gleicher Stromstärke auftritt, wenn die Maschine als Gleichstromdynamo arbeitet.
Die Gleichstronibrirste 8 steht mit der Ständerwicklung 10 in Verbindung ; von dieser fliesst der Strom über den Anlasswiderstand 12 zur Gleichstrombürste 9. Die zweite Phase 11 der Ständerwicklung schliesst sich, wie aus der Abbildung ersichtlich, ebenfalls über den Anlasser 12.
Der Anlassvorgang spielt sich folgendermassen ab : Nach Einschaltung des Netzschalters 13 erhält der Läufer Drehstrom und das Rotordrehfeld induziert in den Ständerwicklungen 10 und 11 Zweiphasenstrom, der über den Anlasser 12 geschlossen wird, wobei in der bei Asynchronmotoren bekannten Weise ein Drehmoment des Motors erzeugt wird. Dieser setzt sich in Bewegung, und mit zunehmender Drehzahl wird der Anlasser 12 allmählich kurzgeschlossen ; inzwischen ist an den Bürsten 8 und 9 eine verhältnismässig niedrige Wechselspannung entstanden. Es fliesst durch die Wicklung 10 ein entsprechender Wechselstrom, dessen Stärke beim Kurzschluss des Anlassers 12 zunimmt, während seine Frequenz mit zunehmender Drehzahl des Motors infolge Stillsetzens des Rotordrehfeldes allmählich abnimmt.
Wenn der
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Anlasser 12 ganz kurzgeschlossen ist, läuft der Motor als Asynchronmotor mit ganz geringem Schlupf und fällt bei richtiger Wahl der Verhältnisse von selbst in Synchronismus. Nunmehr ist der aus den Bürsten 8, 9 kommende Strom Gleichstrom, der die Erregung des Motors durch die Wicklung 10 übernimmt, so dass die Läuferwieldungen 1, 2 und 3 von Blindstrom entlastet werden.
Aus bekannten Gründen nimmt die Stärke des erforderlichen Erregergleichstroms bei Belastung des Motors zu. Wird der Erregerstrom bei Belastung nicht entsprechend verstärkt, so fällt der Motor ausser Tritt. Wählt man aber die Erregung von vornherein so stark, wie bei voller Belastung erforderlich ist, so ist der Motor bei Leerlauf übererregt und gibt voreilenden Blindstrom an das Netz zurück. Dies ist in der Regel'nicht erwünscht, da hiedurch ein verhältnismässig niedriger Wirkungsgrad des Motors bei Teilbelastung herbeigeführt wird.
Bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Motor kann in sehr einfacher Weise eine Selbstregelung des Erregerstroms in Abhängigkeit von der Belastung herbeigeführt werden. Es wird hiefür die bekannte Tatsache benutzt, dass die Achse des Drehfeldes bei einem Drehstrommotor bei Belastung verschoben wird. Da es sich hier um einen Synchronmotor mit umlaufendem Primärteil handelt, so steht das Drehfeld im Raum still, und seine Achse verschiebt sich zwischen Leerlauf und Belastung um einen bestimmten Winkel. Die Verschiebung der Feldachse bewirkt natürlich eine Änderung der an den Bürsten 8, 9 auftretenden, Gleichspannung.
Man kann nunmehr die Bürsten bei Leerlauf des Motors derart gegen die Feldachse verschieben, dass die an ihnen auftretende Gleichspannung verhältnismässig niedrig ist und für die Erregung des Motors bei Leerlauf gerade genügt. Wird der Motor nunmehr belastet, so verschiebt sich die Feldachse derart, dass die Spannung an den Gleichstrombürsten steigt, der Erregerstrom also selbsttätig zunimmt. Hiedurch kann bei richtiger Wahl der Verhältnisse erreicht werden, dass der Leistungsfaktor bei allen Belastungen praktisch genau gleich 1 bleibt.
PATENT-ANSPRUCHE :
EMI2.1
wicklung und beim Betrieb als Erregerwicklung dient.