DE194466C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

194466-KLASSE 21 d. GRUPPE

LOUIS JOHN HUNT

Bei der Anwendung von Induktionsmotoren ist es wohl bekannt, daß man durch die Kaskadenschaltung zweier Maschinen eine Anordnung erlangt, welche eine Reihe von Geschwindigkeiten bei hohem Wirkungsgrad ergibt. Man hat auch schon Maschinen ersonnen, die zwei oder mehr Wicklungen auf dem Ständer oder dem Läufer tragen und deshalb die Kaskadenschaltung in einer einzigen Maschine gestatten. Die Wicklungen sind auf jedem Teil so angeordnet, daß sie Felder von verschiedenen Polzahlen erzeugen, so daß jede der Ständerwicklungen mit einer und nur einer der Läuferwicklungen zusammen wirkt. Solche Maschinen haben, selbst in der bestbekannten Ausführung, einen ernstlichen Nachteil in der hohen Selbstinduktion und folglich einen niedrigen Leistungsfaktor, was aus der Anwesenheit der beiden Ständerwicklungen entspringt.

Nach der vorliegenden Erfindung ist diese Verlustquelle dadurch vermieden, daß auf dem Ständer eine einzige zusammengesetzte Wicklung vorgesehen ist, die so verkettet ist, daß sie die zwei Felder von verschiedenen Polzahlen erzeugenden Wicklungen ersetzt. Dadurch wird der einfache Kaskadenmotor zu einer praktischen Maschine, weil der Leistungsfaktor wesentlich zunimmt, und außerdem der Widerstandsverlust wegen der kurzen Verbindungen stark vermindert wird. Zusammengesetzte Wicklungen zur Erzeugung von Feldern verschiedener Polzahlen sind in Induktionsmotoren ebenfalls schon angewendet worden, aber nur zu dem Zwecke, zuerst ein Feld mit einer Anzahl Pole zu erzeugen, und nachher mit oder ohne einen Wechsel der Verbindungen ein Feld, das eine andere Zahl von Polen hat, so daß die zwei Felder nicht gleichzeitig in Wirkung sind. Bei solchen Maschinen ist es deshalb nur möglich, zwei Geschwindigkeiten zu erlangen, die den beiden Polzahlen entsprechen, Motoren mit zwei getrennten Wicklungen ergeben noch eine weitere Geschwindigkeit durch Anwendung der zwei in Kaskade verbundenen Wicklungen, die gleichzeitig Felder von beiden Polzahlen erzeugen. Um diese Geschwindigkeit auch noch mit einer einzigen Ständerwicklung zu erhalten, richtet man die Wicklung so ein, daß die Ströme, die das Feld der einen Polzahl erzeugen, in zwei oder mehreren parallelen Wegen fließen und schließt oder unterbindet den Kreis der Ströme, die das Feld der anderen Polzahl erzeugen, je nach Wunsch durch Herstellung oder Unterbrechung von Verbindungen an Punkten gleichen Potentials im Kreislaufe des ersten Feldes. Der Ausdruck »gleichen Potentials« bezieht sich natürlich nur auf die das erste Feld erzeugenden Ströme, denn selbstverständlich werden die Punkte nicht länger gleichwertig sein, wenn das zweite Feld erzeugt wird. Sieht man noch weiter Mittel vor, durch welche die Verbindungen zwischen den Läuferwicklungen derart umgeändert werden können, daß in dem einen Falle die zwei Läuferfelder in derselben Richtung, in dem anderen Falle in einander entgegengesetzter Richtung umlaufen, so kann man außer den

schon beschriebenen drei Geschwindigkeiten, nämlich die entsprechend den zwei Polzahlen und der Kaskadenschaltung der Differenz der Polzahlen, noch eine weitere Geschwindigkeit erlangen, die der Summe der zwei Polzahlen entspricht.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Die Fig. ι und 2 zeigen zwei Ausführungsformen der Ständerwicklung.

Fig. 3 erläutert die Richtung der Ströme in Wicklung nach Fig. i.

Fig. 4 zeigt die Wicklungen eines Motors, und zwar mit einer Wicklung nach Fig. ι auf seinem Ständer und zwei parallelen, an drei Schleifringen angeschlossenen Wicklungen auf dem Läufer.

Fig. 5 zeigt die Wicklungen eines Motors nach Fig. 4, aber mit fünf Schleifringen auf dem Läufer.

Die Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen schematisch die Schaltungen, die vermittels der in Fig. 5 angedeuteten Schalteranordnungen erhalten werden können.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ähnlich wie die Ständerwicklung nach Fig. 1 ausgebildete Läuferwicklungen.

Die in Fig. 1 dargestellte dreiphasige Ständerwicklung besteht aus zwei parallelen Zweigen 17, 18, 19, 20 und 21, 22 für jede Phase. Wird der Wicklung bei 10 Drehstrom zugeführt, so durchläuft der Strom die Wicklungen in der Richtung, welche durch die auf der Wicklung angegebenen Pfeile bezeichnet ist und erzeugt dabei eine bestimmte Polzahl x. Verbindet man nun die Punkte 23 mit 24 und die entsprechend gelegenen Punkte der anderen Wicklungszweige durch Widerstände oder Kurzschlußverbindungen 25, so können in den einzelnen dadurch entstehenden, in sich geschlossenen Kreisen Ströme in Richtung der neben den Wicklungen stehenden Pfeile fließen, ohne die bei 10 zugeleiteten Ströme zu stören, weil die Punkte 23, 24 usw. für diese Ströme äquipotential sind, und zwar würden diese Ströme die Polzahl Y₂ χ ergeben. Natürlich würden die durch die Wicklungen fließenden Ströme tatsächlich nicht voneinander unabhängig sein, sondern sich zu resultierenden Strömen zusammensetzen. Um jedoch die Erklärung zu erleichtern, soll angenommen werden, daß die Ströme nebeneinander bestehen.

Die die Polzahl ^J/₂ χ ergebenden Ströme werden nun in folgender Weise erzeugt. Denkt man sich die Wicklung nach Fig. 1 auf dem Ständer eines Induktionsmotors angebracht, dessen Läufer zwei in Kaskade geschaltete Wicklungen mit den Polzahlen χ und ¹I₂ χ besitzt, so wird das durch die bei 10 eingeleiteten Ströme erzeugte χ-polige Feld den x-poligen Läufer in Drehung versetzen. Die in der x-poligen Läuferwicklung induzierten Ströme erzeugen dann in der anderen Läuferwicklung ein Y₂x-poliges Feld und dieses induziert in der Ständerwicklung, die das '/₂x-polige Ständerfeld erzeugenden Ströme.

Andere Verhältnisse der beiden Polzahlen kann man erhalten, wenn man nach Fig. 2 drei oder mehr parallele Wicklungen für den Primärstrom anwendet und eine entsprechende Anzahl von in sich geschlossenen Stromkreisen durch die Verbindung der Punkte gleicher Spannung 26, 27, 28 usw. der primären Wicklung herstellt. Zur näheren Erläuterung ist die Wicklung der Fig. 1 noch in einer anderen Art der Darstellung in Fig. 3 gezeigt. Die dargestellte Wicklung ist dreiphasig und ergibt vier bzw. acht Pole. Die Richtungen der von außen zugeleiteten Ströme in den Leitern sind in der üblichen Weise durch Punkte und Kreuze in den Kreisen gezeigt, während die Zeichen neben den Kreis.en die induzierten Ströme darstellen.

In den Fig. 4 und 5 ist die Anwendung einer Wicklung der beschriebenen Art für Motoren dargestellt, die bestimmt sind, mit mehreren verschiedenen Geschwindigkeiten zu laufen. Auf der rechten Seite der Figur sind Schalter dargestellt, mit deren Hilfe die nötigen Verbindungswechsel bewirkt werden können. Die Wicklung des Ständers ist dreiphasig und jede Phase besitzt für sich vier Klemmen A, B, C, D, A\ B\ C¹ D¹ und A², B², C², D². Diese Klemmen sind mit den entsprechenden Schalterkontakten A, A¹, IJ usw. verbunden; in der Figur sind jedoch die Verbindungen zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen. In der gezeichneten Stellung der Schalter sind die Klemmen A, A¹, A² mit der Hauptstromleitung 10 verbunden. Die Klemmen B, B¹, B'² sind mit C, C¹, C'² und die Klemmen D, D¹ D² zusammen unter sich verbunden. Die Ständerwicklung entspricht also genau der Fig. 1, nur sind die Widerstände 25 durch Kurzschlußverbindungen ersetzt. Es ist aber selbstverständlich, daß auch Widerstände zwischen den Klemmen B, C usw. eingeführt sein könnten, und daß Vorkehrungen für stufenweises Ausschalten dieser Widerstände getroffen werden könnten. In diesem Zustande wirkt die beschriebene Wicklung von verschiedenen Polzahlen, indem eine jede mit einer der ebenfalls dreiphasigen Läuferwicklungen 2 und 4 zusammen wirkt. Wenn die bei r und s und t angeschlossenen Schleifringe auf dem Läufer mit Hilfe des Schalters 11 kurzgeschlossen werden, wird z. B. die Läuferwicklung 4 unwirksam. Die Punkte B, C usw. werden nun wirklich Punkte gleichen Potentials, und die Ständerwicklung wirkt jetzt als eine einzige χ-polige Wick-

lung, entsprechend der aktiven, ebenfalls x-poligen Läuferwicklung 2. Der mittlere Schalter kann jetzt ohne Wirkung für die Maschine geöffnet werden. Öffnet man auch den dritten Schalter, der die Klemmen D, D¹, D² kurzschließt, und legt den mittleren .Schalter so nach rechts, daß er die Klemmen C, C, G² kurzschließt und ebenso den übrigbleibenden Schalter so, daß die Klemmen B, B¹, B² an die Hauptstromleitung angeschlossen sind, so werden die Verbindungen der Ständerwicklung derart geändert, daß sie, wenn die Schleifringe kurzgeschlossen bleiben, wie eine einfache Wicklung von '/₂ x-Polen wirkt.

Der Motor hat also drei Geschwindigkeiten, abgesehen von der Geschwindigkeitsänderung, welche durch Änderung des Widerstandes 11 erreicht werden kann.

Bei Fig. 5 kann eine noch größere Zahl

ao von Geschwindigkeiten erlangt werden, weil noch durch den Schalter 13 die Verbindungen zwischen zwei Läuferwicklungen umgekehrt werden können, so daß in dem einen Falle die Geschwindigkeit des Motors der Summe, in dem anderen Falle der Differenz der Polzahlen entspricht. Der Widerstand 11 kann entweder an die drei Schleifringe k, m, 0 oder an /, n, q je nach der Stellung des Schalters 16 angeschlossen werden. Die Widerstände 14 und 15 können zur allmählichen Verbindung der Schleifringe k und m mit den an Z und η angeschlossenen Ringen dienen.

Mit dieser Anordnung können die bei Fig. 4 beschriebenen Geschwindigkeitsänderungen erlangt werden, und zwar durch die Verbinbindung der Ständerwicklung in der geschilderten Weise und durch Ausschalten der Widerstände 11 zwischen den Schleifringen. Dies ergibt die in den Fig. 6, 8 und 9 schematisch dargestellten Verbindungen. Wenn man beide Läuferwicklungen in Kaskadenschaltung benutzt, können sie entweder unmittelbar, wie in Fig. 6, oder durch die in Fig. 5 dargestellten Widerstände 14, 15 verbunden sein. Eine weitere, mit dem Motor nach Fig. 4 nicht herstellbare Geschwindigkeit kann hier erlangt werden durch die Verbindung der Schleifringe in der Ordnung k,.n, m, Z/ was durch Umlegen des Schalters 13 erreicht wird. Dies bewirkt, daß die zwei durch die in den Wicklungen 2 und 4 fließenden Ströme' erzeugten Magnetfeder in derselben Richtung umlaufen, während sie nach Fig. 6 in entgegengesetzten Richtungen umliefen. Diese Schaltung ist in Fig. 7 schematisch dargestellt.

Es ist auch möglich, eine ähnliche Wicklung für den Läufer anzuwenden. Eine zweiphasige Läuferwicklung dieser Art ist in Fig. 10 dargestellt und eine ähnliche für drei Phasen in Fig. 11. In diesen beiden Figuren bezeichnen wie vorher 2 und 4 die Läuferwicklungen oder vielmehr die parallelen Gruppen der einzigen Wicklung. Es ist ersichtlich, daß der Mittelpunkt jedes strom- erzeugenden Leiters oder Satzes von Leitern einer Gruppe mit der Verbindungsstelle eines Paares von Leitern oder Gruppen verbunden ist, eine Anordnung von Verbindungen, wodurch die Wirkung erzielt wird, daß die eine Gruppe nur von dem Felde der einen Polzahl, die andere nur von dem Felde der anderen Polzahl beeinflußt wird. Gibt man dem Läufer vier getrennte Wicklungen und dem Ständer eine entsprechende Zahl von Wicklungen, so erhält man eine Maschine, die vier voneinander getrennten, aufeinander geschalteten Maschinen gleichwertig ist. Dabei kann man zwei Wicklungen am Läufer statt vier benutzen, indem die beiden anderen Wicklungen durch Stromkreise ersetzt werden, die durch Verbindung entsprechender, symmetrisch gegenüberliegender Punkte erhalten werden, wie es für die Ständerwicklungen nach den Fig. ι und 2 gezeigt wurde.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Umlaufzahl eines Wechselstrominduktionsmotors mit einer für zwei verschiedene Polzahlen umschaltbaren Ständerwicklung und zwei diesen Polzahlen entsprechenden Läuferwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwicklungen in Kaskade oder 'gegeneinander geschaltet und die Teile der Ständerwicklung so verbunden werden, daß sie als Primärwicklung für die eine Läuferwicklung die eine Polzahl und gleichzeitig als Sekundärwicklung für die zweite Läuferwicklung die andere Polzahl erzeugen, zum Zwecke, außer den beiden den Polzahlen entsprechenden Geschwindigkeiten noch zwei weitere, der Summe oder Differenz der Polzahlen entsprechende Umlaufszahlen zu erhalten.

2. Ständerwicklung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus zwei oder mehr vom Primärstrom in Parallelschaltung durchflossenen Zweigen besteht, die durch Anlegen von Querverbindungen zwischen äquipotentialen Punkten zu in sich geschlossenen Stromkreisen für die in ihnen vom Läufer aus induzierten Ströme verbunden werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.