DE130573C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT

In der Patentschrift i28266/2id ist ein Verfahren beschrieben, um ein- oder mehrphasige Wechselstrominductionsmotoren unter Belastung anzulassen und ihre Geschwindigkeit während des Ganges zu regeln, welches dadurch gekennzeichnet ist, dafs der Stator in gleichem oder entgegengesetztem Sinne wie der Rotor mit veränderlicher Geschwindigkeit in Umlauf versetzt wird.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist gleichfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlassen und zur Regelung der Geschwindigkeit von ein- oder mehrphasigen Wechselstrominductionsmotoren, aber ohne die Nothwendigkeit der Benutzung eines besonderen Motors, um die Umdrehung des Stators herbeizuführen. Die Vorrichtung kann im Uebrigen allgemein für alle Motoren angewendet werden, welche die Fähigkeit besitzen, zwar leer, aber nicht unter Belastung anzulaufen, und besteht ihr Zweck eben darin, solchen Motoren das Anlaufen unter Belastung zu gestatten. Sie gestattet gleichzeitig auch ein allmähliches Verlangsamen des Ganges der Motoren.

Der eine Theil des Motors (Rotor) sitzt fest, der andere Theil (Stator) beweglich auf der Welle, wobei es gleichgültig ist, welcher der beiden Theile als Rotor bezw. Stator ausgebildet ist. Rotor und Stator stimmen in der Ausführung Uberein mit den entsprechenden Theilen der bekannten Ein- oder Mehrphasenmotoren ; die gegenseitigen Stellungen dieses Rotors und Stators können· beliebig sein, ob sie nun concentrisch (concentrischer Ring) oder neben einander (neben einander · liegende Scheiben) angeordnet sind.

Das vorliegende Verfahren zum Anlassen besteht darin, den Strom derart in den inducirenden Theil gelangen zu lassen, dafs derselbe leer anläuft. Wenn er annähernd seine normale Winkelgeschwindigkeit erreicht hat, welche in der. Nähe derjenigen liegt, die dem Synchronismus entspricht, so läfst man ihn allmählich durch ein beliebiges Mittel langsamer laufen;' nun geht der Rotor unter Belastung an im entgegengesetzten Sinne zur Bewegung des Stators und hat von diesem Zeitpunkt ab das Bestreben, mit Bezug auf den Stator eine annähernd constante relative Winkelgeschwindigkeit beizubehalten, die derjenigen des Synchronismus nahe liegt, abgesehen von den Abweichungen, welche die Schlüpfungsunterschiede auf die verschiedenen Zugkraftmomente ausüben.

Was die absolute Winkelgeschwindigkeit des Rotors anbetrifft (die gleich der Summe aus der relativen Winkelgeschwindigkeit mit Bezug auf den Stator und aus der Winkelgeschwindigkeit dieses Stators, beide nach ihrem Vorzeichen genommen, ist), so kann diese je nach der Winkelgeschwindigkeit, welche man im Stator beibehalten will, sich ändern und nach vorliegender Erfindung durch eine allmähliche und regulirbare Bremsung dieses Stators geregelt werden.

Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, und werden einige Mittel angegeben, um das Ver-

fahren, welches den Gegenstand der Erfindung bildet, auszuführen.

In der Fig. ι stellt α den Stator eines Motors dar (in diesem Falle der inducirende Theil), welcher lose auf der Welle c sitzt, auf welche der Rotor b, Fig. 2 (in diesem Falle der inducirte Theil) aufgekeilt ist. Der Strom gelangt durch die Schleifringe d und e in den Stator, welchen man durch ein geeignetes Mittel leer anlaufen läfst. Sobald er die in der Nähe des Synchronismus gelegene normale Winkelgeschwindigkeit erreicht hat, kann man ihn allmählich · zum Stillstand bringen, beispielsweise durch eine Bremse f, die im Sinne des Pfeiles in Thätigkeit gesetzt wird. In derselben Zeit, wie die Winkelgeschwindigkeit des Stators allmählich abnimmt, geht der Rotor an, selbst unter Belastung, indem er mit Bezug auf den Stator eine relative Winkelgeschwindigkeit beibehält, die annähernd derjenigen des Synchronismus gleich ist. Was seine absolute Winkelgeschwindigkeit betrifft, so wird dieselbe beinahe der des Synchronismus entsprechen, sobald der Stator durch Bremsen bis zum Stillstand gebracht ist; sie hat das Bestreben, Null zu werden, wenn man die Bremse ganz losläfst. Hierbei sind andere beschleunigende Wirkungen als nicht vorhanden gedacht.

Es mufs bemerkt werden, dafs nach der Zeichnung nur zwei Schleifringe d und e dem Stators Strom zuführen; diese beiden Schleifringe entsprechen der inducirenden Hauptwickelung, welche in vielen Fällen der allein treibende Theil sein wird, sobald das Anlassen ohne Belastung einmal bewerkstelligt ist. Aber um dieses Anlassen ohne Belastung zu bewerkstelligen, erfordern die meisten der bekannten Verfahren zum mindesten noch einen weiteren Schleifring, der mit dem einen Ende der eigens zum Anlassen bestimmten Wickelung verbunden ist; das andere Ende dieser Wickelung würde dann mit einem vierten Schleifring oder mit einem der beiden Schleifringe d e oder mit einem Punkte der inducirenden Hauptwickelung, die . zwischen den Schleifringen d und e liegt, verbunden sein. Die Anlaufwickelung kann ein Theil der inducirenden Hauptwickelung sein, der in geeigneter Weise angeordnet ist, um das Anlaufen' zu bewirken, wobei diese Anlaufwickelung, wenn einmal das Anlassen bewerkstelligt ist, in die Hauptwickelung eingeschaltet werden kann. Es ist möglich, nur die zwei Schleifringe d und e zu benutzen, welche der inducirenden Hauptwickelung entsprechen; z. B. kann man inducirende Hülfswickelungen benutzen, welche unsymmetrisch mit Bezug auf die Hauptwickelung angeordnet und beständig kurz geschlossen sind.

Es ist sehr zu beachten, dafs die Bremsung des Stators allmählich erfolgen mufs, da man sich sonst der Gefahr aussetzen würde, auf den abfallenden Ast der Zugkraftmomentencurve des Motors, die eine Function der Schlüpfung ist, zu kommen, und man würde alsdann dahin gelangen, dafs der Stator vollständig gebremst wird, ohne dafs der Rotor anläuft; gleichzeitig würde die Stromstärke im Motor unmäfsig ansteigen.

Nachfolgend ist beispielsweise ein besonderes Mittel für die regelbare Bremsung des Stators bei dem Verfahren gemäfs vorliegender Erfindung angeführt.

Es kann eine elektromagnetische Bremse benutzt werden, welche einen feststehenden Theil (Stator der Bremse) und einen mit dem Stator des Motors beweglichen Theil (Rotor der Bremse) umfafst; die Verbindung des Rotors der Bremse mit dem Stator des Motors kann dabei entweder direct oder mittels einer beliebigen Uebertragung durch Zahnradgetriebe, Riemen, Reibung u. s. w. hergestellt werden, ohne' dafs es unbedingt nöthig wäre, dafs diese Verbindung ohne Schlüpfung sei, obgleich diejenige ohne Schlüpfung vorzuziehen wäre. .

Der inducirte Theil der elektromagnetischen Bremse ist identisch mit den Rotoren der Drehfeldmotoren (Käfiganker oder mehrphasiger Rotor mit oder ohne Widerstand). Der inducirende, mit Gleichstrom erregte Theil - erzeugt ein Magnetfeld oder eine Reihe von Magnetfeldern von constanter Richtung und könnte im Nothfall durch permanente Magnete ersetzt werden. Er kann massiv sein oder nicht, kann vorstehende Pole oder Ringform haben, und da das oder die Magnetfelder, die er erzeugt, mit Bezug auf ihn selbst feststehend sind, so kann er grofse Inductionen ertragen. Wenn der Stator Ringform hat, so kann seine Wickelung eine der beliebigen Formen annehmen, wie sie für die inducirenden Hauptwickelungen der asynchronen Motoren für. einfachen Wechselstrom gebräuchlich sind.

Der inducirende oder der inducirte Theil der elektromagnetischen Bremse können als Stator oder Rotor ausgebildet sein. Die Einrichtungen dieses Rotors bezw. dieses Stators können beliebig sein (concentrische Ringe, neben einander liegende Scheiben u. s. w.).

In Fig. 2 ist der inducirende Theil h der Bremse mit dem Stator a des Motors direct verbunden, während der inducirte Theil g der Bremse feststeht.

Wie oben erwähnt, wird der Stator α durch ein beliebiges Verfahren leer angelassen. Die 'Hülfsschleifringe, welche zu diesem Anlassen ohne Belastung erforderlich sind, sind in der Fig. 2 nicht angegeben. Dreht sich der Stator a mit einer gewissen Geschwindigkeit, so zieht er den inducirenden Theil der Bremse h mit derselben Geschwindigkeit oder mit einer

der seinigen proportionalen Geschwindigkeit nach. Der ganze Vorgang ist der, als ob der Theil g seine Stellung mit Bezug auf die feststehenden Magnetfelder änderte; dadurch werden in g Ströme erzeugt, und ein veränderliches Zugkraftmoment tritt auf als Function des Erregerstromes in /?, der relativen Winkelgeschwindigkeit von g mit Bezug auf h und als Function des Widerstandes der Mehrphasenströme in g.

Es ist leicht verständlich, dafs durch ein auf die Welle c wirkendes Widerstandsmoment der Stator α mehr oder weniger gebremst werden kann. Man erreicht dies durch Einwirken auf den Erregerstrom in h mittels des Vorschaltwiderstandes in z, oder durch Einwirken auf die Widerstände der Mehrphasenstromkreise von g, was gleichzeitig oder je für sich auf einfache und bequeme Weise ausgeführt werden kann.

Für ein gegebenes Zugkraftmoment wird also dementsprechend auf die absolute Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors eingewirkt.

Selbstverständlich können die gegenseitigen Stellungen des Motors und der elektromagnetischen Bremse zu einander beliebig sein (concentrisch, neben einander liegend u. s. w.).

Die Theorie der oben beschriebenen elektromagnetischen Bremse führt in gewisser Weise auf diejenige eines Drehfeldmotors zurück, bei welchem das inducirende Magnetfeld constant wäre für einen bestimmten Werth des Erregerstromes, während bei den Drehfeldmotoren, welche von Ein- oder Mehrphasenströmen von constanter Spannung gespeist werden, vielmehr das entgegenwirkende Feld annähernd constant ist. Aufserdem ist bei der in Frage stehenden elektromagnetischen Bremse das inducirende Feld feststehend mit Bezug auf den inducirenden Kern, anstatt dafs es sich mit Bezug auf diesen Kern dreht.

Der gröfseren ■ Einfachheit halber kann die Streuung vernachlässigt werden.

Die inducirende Wickelung der Bremse, welche durch Gleichstrom erregt wird, schafft ein inducirendes Feld Φ; (Fig. 3), welches für' einen bestimmten Werth / des inducirenden Gleichstromes constant ist. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Theorie soll angenommen werden, dafs der inducirte Theil g umläuft und der inducirende Theil h feststeht, im Gegensatz zu dem, was in Fig. 2 dargestellt ist. ...

Infolge der Drehung des inducirten Theiles resultirt ein Magnetfeld Φ,-; dieses Feld Φ,· ist augenscheinlich constant für zu Grunde liegende Gröfsen, und es wird feststehend sein, sobald Φ,- feststehend ist; infolge der Drehung des inducirten Theiles mit Bezug auf das entgegenwirkende Feld werden Ströme in ihm erzeugt, die ein inducirtes Feld Φ_α schaffen, welches um 90⁰ gegen Φ,- verzögert ist, wenn der Drehungssinn von Φ,- mit Bezug auf den inducirten Theil in Betracht kommt (ähnlich wie das Ankerrückwirkungsfeld bei einer Gleichstromdynamo); d. h. wenn der inducirende Theil feststeht und der inducirte Theil sich im Sinne des Pfeiles 1 dreht, werden sich mit Bezug auf den rötirenden Theil die in Wirklichkeit feststehenden Felder Φ,- und Φ,· im Sinne des Pfeiles 2 drehen; das Feld Φ_α wird also die Richtung bekommen, wie in der Figur nach O-A, um 90⁰ gegen Φ,. verzögert; das inducirende Feld Φ,·, welches durch O-I gleich und parallel A-R dargestellt wird, ergiebt aber in seiner Zusammensetzung mit Φ_α das Feld Φ,.. Es ist also ersichtlich, dafs für einen constanten Werth von Φ, der Punkt R sich auf einem Kreis vom Durchmesser O I = Φ; bewegt, so dafs sich für jede Lage des Punktes R ergiebt:

O R = Φ,-

RI-=Φ_α.

Wenn mit r der Widerstand der inducirten Mehrphasen wicklung der Bremsvorrichtung oder eines ganz bestimmten Bruchtheiles dieser .Wicklung, mit γ die Schlüpfung zwischen dem inducirten und inducirenden Theil und mit s und s' Constanten bezeichnet werden, so ist'

RI = Φ.

γΦ,-

und daraus

Das Zugkraftmoment Wist dann

W = s' Φ_α Φ,- = s' Φ* tg a ,
und da

Φ,=

5'Φ

,² +. Vs'² ΦΙ —

Die vorstehenden Gleichungen ergeben ein Mittel, um die Bedingungen der Wirkungsweise einer solchen Vorrichtung vorher zu bestimmen, jedoch wird hierauf nicht näher eingegangen.

Indessen soll bemerkt werden, dafs die Gleichung (2) zeigt, dafs das Zugkraftmoment dem Inhalt des Dreiecks ORI proportional

ist; es wird also ein Maximum für einen ge-■ gebenen Werth 0 1= Φ;, sobald

R~I=O~R,

d. h. sobald

und dann

= — Φ²

2 '

Aus dieser Gleichung ergiebt sich der Werth des Magnetfeldes und infolge dessen des kleinsten Erregerstromes, der wenigstens nöthig ist, aber nicht genügt, um eine Bremsung hervorzurufen:

/ 2 W

wobei W hier das Widerstandsmoment am Motor für den Fall der. directen Verbindung der elektromagnetischen Bremse mit dem Motor bezeichnet.

Für die Drehfeldmotoren, welche unter constanter Spannung gespeist werden, und bei welchen Streuung auftritt, ist es bekanntlich erforderlich, dafs der Widerstand der inducirten Stromkreise einen gewissen Werth hat, wenn ein genügendes Anzugsmoment hervorgebracht werden soll. Die Verhältnisse liegen hier ähnlich, indem der ohmische Widerstand oder der scheinbare Widerstand der inducirten Stromkreise einen genügend grofsen Werth haben mufs, wenn eine sichere Bremsung bei einem gegebenen Widerstandsmoment am Rotor des Motors hervorgebracht werden soll. Alle bekannte Verfahren, bei welchen man auf die . inducirten Wicklungen einwirkt, um Drehfeldmotoren anzulassen und in ihrer Geschwindigkeit zu regeln, können also leicht dem vorliegenden System der elektromagnetischen Bremsung angep.afst werden, obgleich hier das inducirende Feld an Stelle des resultirenden praktisch constant gehalten wird.

Die Handhabung kann natürlich dadurch vereinfacht werden, dafs man dem Widerstand der inducirten Wicklungen einen genügend hohen Werth giebt, um das Anlaufen sicher hervorzurufen, ohne dafs Schleifcontacte erforderlich wären (Kätiganker oder kurzgeschlossene Mehrphasenwicklungen); aber dies ergiebt alsdann eine gröfsere Schlüpfung der elektromagnetischen Bremse während des normalen Ganges.

Während des letzteren wird, um die Schlüpfung des beweglichen Theiles möglichst zu verringern, der Erregergleichstrom auf den höchstmöglichen Werth gebracht.

Um endlich bei normalem Gange die Bremsung vollständig zu erreichen, d. h. um die Schlüpfung des beweglichen Theiles der elektromagnetischen Bremse durchaus aufzuheben, kann man auch eine mechanische Bremse (z. B. mit Bremsklötzen oder mit Seil li. s. w.) anwenden, welche mechanisch oder elektrisch zur Wirkung gebracht werden kann. Diese mechanische Bremse ist möglichst so anzubringen, dafs sie nur tangential auf die gebremsten Theile wirkt, z. B. wie in Fig. 4, wo die Seile in der Richtung der Pfeile gezogen sind.

Als besondere Mittel, um den Stator genannten Theil des Motors beim Betrieb mit einphasigen Wechselströmen ohne Belastung anzulassen, kann ein beliebiges der bekannten Mittel zur Erzielung einer Hilfsphase angewendet werden.

Allgemein kann man Ein- oder Mehrphasen- ■ motoren ohne Belastung nach zwei ganz verschiedenen Methoden anlassen, je nachdem die inducirte Wicklung mit veränderlichen Widerständen verbunden, oder dieselbe eine Kurzschlufswicklung mit beliebig vielen Phasen ist, und zwar ist es hierbei gleichgültig, zu welcher Methode des Anlassens ohne Belastung gegriffen -wird. Im ersten Fall kann das Anlaufen durch Speisen der inducirenden Stromkreise unter der vollen normalen Spannung erzielt werden, wobei ein übermäfsiger Stromverbrauch dadurch vermieden wird, dafs in die inducirten Stromkreise Widerstände eingeschaltet sind. Ist eine inducirte mehrphasige kurzgeschlossene Wicklung vorhanden, so wird das Anlaufen erzielt durch Speisen der inducirenden Stromkreise mittels einer Spannung, die genügend unter der normalen, zur Speisung zur Verfügung stehenden Spannung liegt. In diesem Fall ergäbe sich der Vortheil einer besseren Leistung des Rotors bei normalem Gange, da so die Widerstände seiner Stromkreise geringer würden.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ■1. Verfahren, um ein- oder mehrphasige Wechselstrominductionsmotoren, deren Ständer in gleichem oder entgegengesetztem Sinne wie der Läufer kreist, unter Belastung anzulassen und ihre Geschwindigkeit während, des Ganges zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dafs der Ständer durch ein in seiner Wicklung erzeugtes Drehfeld zunächst leer angelassen und auf annähernd synchrone Umlaufzahl gebracht wird, worauf seine Geschwindigkeit durch Bremsen allmählich wieder vermindert wird, zu dem Zwecke, ein möglichst sanftes Anlaufen des mit der anzutreibenden Last gekuppelten Läufers zu erzielen.

   Bei dem Verfahren nach Anspruch ι die Anordnung einer elektromagnetischen Bremse, deren beweglicher, durch Gleichstrom erregter Theil mit dem drehbaren Ständer des Motors verbunden ist und auf einen nach Art der Läufer von Wechselstrominductionsmotoren gebauten ruhenden Theil inducirend einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dafs in die Stromkreise des letzteren die beim Anlassen von Wechselstrominductionsmotoren üblichen Mittel, wie veränderliche Widerstände u. dgl., geschaltet sind, zum Zwecke, die Stärke des inducirten Stromes und dadurch die Wirksamkeit der Bremsung zu regeln.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.