DE129341C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

- M 129341 KLASSE 21 d.

Die Wicklungen der sogen. Kurzschlufsanker bei Motoren mit Drehfeld sind entweder Trommelwicklungen oder mehrphasige Spulenwicklungen oder mehrphasige Wicklungen, welche !denen von Gleichstrommaschinen entsprechen.

Wenn man für solche Anker die besten Nutzeffectsbedingungen bei vollem Strom erhalten will, giebt man ihren Wicklungen möglichst geringe Widerstände, weil die Schlüpfung für ein gegebenes Drehmoment und den dafür erforderlichen Strom im Anker um so geringer ist, je geringer diese Widerstände sind, und !weil der Procentsatz des Kraftverlustes .im Kupfer des Ankers, berechnet auf die ganze ihm zugeführte Kraft, mit der Schlüpfung wächst.

Wenn man aber einen solchen Motor in Gang setzen will, indem man einfach seine Induktorstromkreise an das Vertheilungsnetz legt, so werden diese Stromkreise einerseits von übermäfsigen Strömen durchlaufen und andererseits ist das Drehmoment bei Stillstand des Ankers gewöhnlich niedriger als das normale Drehmoment. Infolge dessen wird trotz aufserordentlich grofsen Stromverbrauchs sehr selten ein Angehen des Motors erreicht.

Zur Vermeidung dieser Uebelstände ist allgemein eine Methode gebräuchlich, welche darin besteht, dafs beim Anlassen des Motors in die Ankerstromkreise Widerstände von geeigneter Gröfse eingeschaltet werden, welche in dem Mafse, wie der Motor auf seine Betriebsgeschwindigkeit gelangt, vermindert werden.

Nun wird man durch einen leicht verstandlichen Sicherungszweck dazu geführt, für die Ankerstromkreise Wicklungen anzuwenden, welche wenige Windungen von grofsem Querschnitt enthalten, so dafs die in diesen Ankerstromkreisen inducirten elektromotorischen Kräfte schwach sind, wobei durch Erhöhung des Stromes nichtsdestoweniger die zur Erzielung eines gegebenen Drehmomentes erforderliche Zahl von Amperewindungen des Ankers erreicht wird. Aber gerade infolge der grofsen, in den inducirten Stromkreisen erhaltenen Stromstärken ist man genöthigt, die Anlasser nahe an den Motoren anzuordnen und sie beispielsweise bei Strafsenbahnwagen von der Plattform aus durch eine mechanische Uebertragung zu steuern, wenn man die starken Leitungen zwischen Anker und Anlasser nicht zu lang machen will. Aufserdem sind die Contacte der Anlasser ebenfalls sehr umfangreich, da ihre Contactflächen im Wesentlichen den Stromstärken proportional sein müssen.

Durch die im Folgenden beschriebene Anordnung, welche den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet, werden die geschilderten Nachtheile gänzlich vermieden; diese Anordnung zeigt wesentliche Unterschiede gegenüber derjenigen der amerikanischen Patentschrift 591268, obwohl in beiden Fällen durch Vermittelung eines Transformators auf die Ankerstromkreise des Motors eingewirkt wird.

Nach der amerikanischen Patentschrift werden die Ankerstromkreise eines Drehfeldmotors mit dem Primärstromkreis eines Transformators ver-

Bünden, dessen Secundärstromkreis mit dem äufseren Regelungsstromkreis verbunden ist, in welchem künstliche Regelungsvorrichtungen liegen, mittels deren die Induktanz und Capacität derart verändert werden kann, dafs die Zugkraft und die Geschwindigkeit des Motors mit verändert werden. Hierzu werden Condensatoren verwendet aus dem Grunde, weil der Induktanz oder Selbstinduktion der Secundärwicklungen des Transformators eine grofse Bedeutung beigelegt wird und, um diese Selbstinduktion zu unterdrücken, nur Condensatoren benutzt werden können.

Vorliegende Erfindung beruht nun ganz im Gegentheil auf der Beobachtung, dafs die Selbstinduktion der Wicklungen eines Transformators praktisch vernachlässigt werden kann, wenn der Transformator einen geschlossenen magnetischen-Stromkreis besitzt, und durch die Anordnung der Primär- und Secundärwicklungen in geeigneter Weise die Streuung verringert wird. Bekanntlich ist ja die Selbstinduktion der Wicklungen eines Transformators der Streuung zuzuschreiben, und der Magnetisirungsstrom kann für den Fall eines geschlossenen magnetischen Stromkreises praktisch vernachlässigt werden, sobald der secundäre Strom einen bestimmten Werth angenommen hat.

Im Verlauf der vorliegenden Beschreibung wird sich aufserdem zeigen, dafs hier an Stelle der empfindlichen Condensatoren, die bis jetzt wenig praktische Verwendung gefunden haben, Ohm'sche Widerstände oder als Abart Drosselspulen verwendet werden, welche eine kräftige Ausführung gestatten.

Auch ist ein Unterschied, in der Art und Weise der Wirkung dieser Apparate vorhanden, da ein Condensator bestrebt ist, eine voreilende Phasenverschiebung des Stromes gegen die ihn erzeugende elektromotorische Kraft herbeizuführen, während eine Selbstinduktion eine verzögerte Phasenverschiebung und ein rein O hm'scher Widerstand überhaupt keine Phasenverschiebung hervorruft.

In der vorliegenden Anordnung werden die Enden der verschiedenen Ankerwicklungen mit den entsprechenden Klemmen der Primärwicklung eines Transformators verbunden, welcher dieselbe Zahl von Stromkreisen besitzt. Die Secundärwicklungen dieses Transformators werden beim Anlassen durch veränderliche Widerstände geschlossen.

Bei jeder Verminderung der Widerstände nehmen die Secundärströme und damit auch die Primärströme zu, wenn in jedem der n-phasigen Stromkreise des Ankers eine bestimmte elektromotorische Kraft angenommen wird. Daraus folgt bei der gewöhnlichen Bauart der Motoren eine Vermehrung des Drehmomentes und der Geschwindigkeit des Ankers oder mit anderen Worten eine Verminderung der Schlüpfung. Die Beschleunigung hört auf, wenn die Geschwindigkeit so grofs geworden ist, dafs das Drehmoment im Wesentlichen denselben Werth wie zuvor angenommen hat, sofern man der gröfseren Einfachheit halber ein constantes Widerstandsmoment annimmt.

Aus dem Gesagten folgt, dafs man so die Geschwindigkeit fortschreitend regeln kann bis zum vollständigen Kurzschlufs der Secundärstromkreise des Transformators. Man kann alsdann noch eine geringe Verminderung der Schlüpfung erhalten, indem man die Primärstromkreise des Transformators und damit die Ankerstromkreise des Motors kurz schliefst.

Es ist leicht ersichtlich, dafs man den Secundärstromkreisen des Transformators eine genügend grofse Zahl von Windungen geben kann, um beliebig schwache Ströme zu erhalten.

Man kann η-Transformatoren für einfachen Wechselstrom anwenden, von denen jeder für einen der n-phasigen Stromkreise des Ankers bestimmt ist. Dieser Fall ist in Fig. ι der beiliegenden Zeichnung dargestellt, α ist einer der Ankerstromkreise, b die Primärwicklung des Transformators, c dessen Secundärwicklung, in deren Stromkreis der Regler f eingeschaltet ist, dessen Widerstand durch Drehung der Kurbel d verändert werden kann. Mittels des Unterbrechers e kann der Stromkreis a des Ankers kurzgeschlossen werden, wenn die Widerstände f ausgeschaltet sind. Uebrigens können diese Widerstände für die η-Transformatoren gleichzeitig und in gleicher Weise geändert werden, oder auch nach einander für jeden einzeln, wie dies für die weiteren Fälle eingehender erläutert werden wird. Der Widerstand jedes einzelnen Stromkreises, sowie der Metallquerschnitt des zugehörigen Widerstandes können sich übrigens nach einem beliebigen Gesetz ändern, je nachdem der Anwendungsfall dies bedingt.

Man kann auch nur einen einzigen n-phasigen Transformator von beliebiger Form verwenden, der z. B. aus η-geraden Kernen besteht (ausgenommen beim zweiphasigen, bei welchem η -\- i, also drei Kerne vorhanden sind) oder auch Kreisform haben kann.

Man könnte auch den n-phasigen Transformator durch eine beliebige Anzahl Transformatoren für ein- oder mehrphasigen Wechselstrom ersetzen unter der Bedingung, dafs die Anzahl sämmtlicher Primär- oder Secundärstromkreise dieser verschiedenen Transformatoren η beträgt. Beispielsweise könnte für einen dreiphasigen Anker ein Transformator für einfachen Wechselstrom und ein zweiphasiger Transformator verwendet werden.

Man könnte auch einen' Transformator verwenden, bei dem die Zahl der mehrphasigen Stromkreise in einem gewissen Verhältnils zu der Zahl der mehrphasigen Stromkreise des Ankers ,steht, oder auch mehrere ein- oder mehrphasige Transformatoren, welche zusammen diese Bedingung erfüllen. Z. B. könnte man für einen dreiphasigen Anker einen sechsphasigen Transformator verwenden.

Endlich kann man die Widerstände der Regler, welche in die Secundärstromkreise des oder der Transformatoren eingeschaltet sind, gleichzeitig und in gleicher Weise für jeden dieser Stromkreise verändern. . Es ist dann eine Anzahl von mxn Contacten für m verschiedene Stellungen der Kurbel und η Stromkreise des Ankers erforderlich. Die Fig. 2 stellt eine solche Anordnung für eine dreiphasige Ankerwicklung unter Anwendung eines dreiphasigen Transformators mit geradlinigen Kernen dar. Die Stromkreise des dreiphasigen Ankers sind in Dreieckschaltung, die Primärstromkreise b_x b₂ i>₃ und die Secundärstromkreise C₁ C₂ C₃ in Sternschaltung angeordnet. In die letzteren sind die Regler f_x f.₂ f_A eingeschaltet, deren Widerstände gleichzeitig und in gleicher Weise mittels einer dreiarmigen Kurbel Ci₁ d.₂ d_& verändert werden. Anschlagstifte Si S\ Sz S\ Ss S's begrenzen die Bewegung der Kurbel in der einen oder der anderen Richtung, wobei die Stifte g₁ g_% g._A den gröfsten, die Stifte g\ g'.₂ g'_s den kleinsten Widerständen entsprechen.

Die Abschnitte jedes der Widerstände^ f.₂f₃, welche durch die Drehung der Kurbel nach einander ausgeschaltet werden, können offenbar in Bezug auf Widerstand und Metallquerschnitt verschieden sein, je nach den Gesetzen, nach welchen die Veränderung erfolgen soll.

Sobald die in die Secundärstromkreise eingeschalteten Widerstände ausgeschaltet sind, kann man die Schlüpfung noch etwas vermindern, indem man die Stromkreise des Ankers durch die Unterbrecher e_x e₂ kurzschliefst.

Im Gegensatz hierzu kann man auch die Widerstände für jeden der Stromkreise nach einander verändern. Man erhält dann bei der gleichen Contactzahl wie vorher, mxn verschiedene Stellungen der Kurbel, welche ebensoviel verschiedene Werthe der Schlüpfung für ein gegebenes Drehmoment liefern.

Fig. 3 stellt eine derartige Anordnung für eine dreiphasige Ankerwicklung und einen kreisförmigen Transformator dar. Die Stromkreise Ci₁ a.₂ a₃ des dreiphasigen Ankers sind in Dreieckschaltung angeordnet. Der Transformator ist vierpolig, und seine Primär- und Secundärwicklungen sind in Sternschaltung und nach Art von Ringspulen und in Reihenschaltung für jeden der drei dreiphasigen Stromkreise angeordnet. Die Figur ist der Klarheit halber in zwei Theile zerlegt. Im oberen Theil der Figur sind nur die Primärwicklungen b₁ b.₂ b_s und im unteren nur die Secundärwicklungen C₁ C₂ c₃ gezeichnet.

Die Spulen b₁ b.₂ b₃ und C₁ C₂ C₃ gehören einem bestimmten Pol und die Spulen b\ b\ b'_s und c\ c'₂ c'₃ dem entgegengesetzten Pol an. In den Secundärstromkreisen können die Widerstände der Regler f_} f.₂ /₃ nach einander durch Verschiebung einer Kurbel oder einer Gleitschiene d verändert werden, deren Breite so grofs sein mufs, dafs sie stets alle drei Phasen beeinflufst. Sobald die in die Secundärstromkreise eingeschalteten Widerstände ausgeschaltet sind, werden die Stromkreise des Ankers durch Schliefsen der Unterbrecher e_x e₂ kurzgeschlossen.

Auch in diesem letzten Falle können die Widerstände für die verschiedenen Stellungen der Kurbel nach einem beliebigen Gesetz je nach den Anforderungen der einzelnen Anwendungen um gleiche oder ungleiche Beträge verändert werden.

In allen Fällen spielt die Bauart der Regler keine Rolle, ebensowenig die Ersetzung der Regler durch Spulen mit veränderlicher Selbst-' induktion, wobei das Verfahren entsprechend zu gestalten ist. Die Kurbeln oder Gleitschienen können alsdann mit Widerständen versehen werden, entsprechend einer Anordnung, welche z. B. bei Zellenschaltern für Accumulatoren gebräuchlich ist.

Die Ankerwicklungen können alle bekannten mehrphasigen Formen erhalten, welche zu ihrer Verbindung mit den Primärwicklungen des oder der Transformatoren geeignet sind, ebenso wie die des oder der Transformatoren in Vieleck- oder Sternschaltung angeordnet sein können.

Es ist ersichtlich, dafs die neue Anordnung gleichzeitig zum Anlassen und zur Regulirung der Winkelgeschwindigkeit von ein- oder mehrphasigen Wechselstrommotoren mit Drehfeld dient, da für ein gleiches Drehmoment die Schlüpfung von der Gröfse der in die Secundärstromkreise des oder der Transformatoren eingeschalteten Widerstände abhängt.

Die Vortheile der neuen Anordnung ergeben sich am deutlichsten, wenn man erwägt, dafs der Transformator nahe am Motor angebracht werden kann, wodurch eine zu grofse Länge der Leitungen von grofsem Querschnitt vermieden ist, und dafs der Regler im Secundärstromkreise an beliebiger Stelle angebracht werden kann. Z. B. kann bei einem Strafsenbahnwagen die Steuerung durch den Fahrschalter selbst erfolgen. In allen F"ällen kann für jede einzelne Einrichtung die in Bezug auf leichte Handhabung und Anlagekosten zweckmäfsigste und billigste Anordnung leicht gefunden werden.

Claims (1)

1. Patent-An Sprüche:

   Vorrichtung zum Anlassen und zur Geschwindigkeitsregelung ein- und mehrphasiger Wechselstrominduktionsmotoren durch an die Ankerwicklung angeschlossene Transformatoren, dadurch gekennzeichnet, dafs deren secundäre Wicklungen durch Ohmsche Widerstände geschlossen sind, deren Gröfse gleichzeitig in gleicher Weise oder nach einander für jede Phase vermittelst eines Schalters geändert werden kann.
   Abänderung der Vorrichtung nach Ansprach i, dadurch gekennzeichnet, dafs die Ohm'schen Widerstände im Secundärstromkreis der Transformatoren durch Selbstinduktionsspulen ersetzt sind, wobei die Stromschlufsstücke des zur Aenderung der Selbstinduktion dienenden Schalters, wie bei den bekannten Zellenschaltern, durch Widerstände verbunden sind.
   Ausführung der Vorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anordnung von Schaltern zwischen Anker und Transformatoren, zu dem Zwecke, nach Kurzschliefsung sämmtlicher Reglungswiderstu'nde auch die Ankerwicklung kurzschliefsen zu können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.