DE194888C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 194888 KLASSE 21 d. GRUPPE

FRANKLIN PUNGA in BASEL.

Induktionsmotor nach Atkinson. Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. Mai 1905 ab.

Die Einphasen - Kommutatormotoren mit kurzgeschlossenen Bürstenpaaren nach Atkinson laufen in ihren bekannten Ausführungsformen mit einer durch Perioden- und Polzahl bestimmten Tourenzahl, die von der Belastung fast unabhängig ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Motor der angegebenen Art mit vier oder drei Bürstenstiften , dessen Tourenzahl nicht durch

ίο Perioden- und Polzahl festgelegt ist, sondern beliebig verändert werden kann, wobei aber die Belastung fast ohne Einfluß auf · die Tourenzahl bleibt. Dies ist dadurch erreicht, daß die Arbeitsbürsten des Motors anstatt kurzgeschlossen zu werden, an eine auf dem Ständer befindliche Wicklung angeschlossen werden, die nahezu coaxial oder parallel zu der durch die Arbeitsbürsten gebildeten magnetischen Achse der Rotorwicklung ist. Es sind zwar Motoren bekannt, bei denen in den Stromkreis der Erregerbürsten auf dem Ständer befindliche Wicklungen eingeschaltet sind, aber einerseits sind diese Wicklungen nicht dazu benutzt worden, die Tourenzahl des Motors veränderlich zu mächen, andererseits hat die TourenreguHerung durch Anschließen einer auf dem Ständer befindlichen Wicklung in den Stromkreis der Arbeitsbürsten nach der Erfindung einen wesentlich größeren Bereich als eine etwaige Regulierung mittels der Erregerbürsten. Ein weiterer wesentlicher Fortschritt und noch größerer Tourenbereich wird dann erzielt, wenn man zugleich Hilfswicklungen in die Arbeitsbürstenleitung und in die Erregerbürstenleitung einschaltet, wobei eine wesentliche Verringerung der schädlichen Funkenspannung erreicht wird. Es läßt sich nämlich zeigen, daß an den Bürsten des Rotors eine schädliche Funkenspannung auftritt, die dem Tourenbereich vom Synchronismus bis zur gewünschten Tourenzahl direkt proportional ist. Erzielt man nun die Regulierung der Tourenzahl durch Einschaltung einer Wicklung in den Kreis der Erregerbürsten, so tritt diese Spannung an den Arbeitsbürsten auf; dies ist ein großer Nachteil, denn sie führen einen großen Strom, haben also einen kleinen Übergangswiderstand, und somit sind die durch die zusätzliche Funkenspannung

ß Schaltet man

erzeugten Verluste

groß.

aber eine Wicklung zum Zwecke der Tourenregulierung in den Kreis der Arbeitsbürsten, so tritt die Funkenspannung an den Erregerbürsten auf, die einen wesentlich kleineren Strom führen und somit weit günstiger für die Aufnahme der Funkenspannung sind. Benutzt man sowohl eine Wicklung in den Kreis der Erregerbürsten als auch eine, solche in den Kreis der Arbeitsbürsten, so ist die auftretende Funkenspannung nur halb so groß als in den vorgenannten Fällen, tritt aber jetzt sowohl an Arbeitsbürsten als auch an Erregerbürsten auf. Die Einschaltung der Hilfswicklungen in den Stromkreis der Erregerbürsten, welche nach der Erfindung mit der Einschaltung der Hilfswicklung in den Stromkreis der Arbeitsbürsten vereinigt wird,

kann je nach der Achsenlage der Wicklung entweder dazu dienen, den Bereich der Tourenregulierung zu vergrößern oder den Leistungsfaktor zu erhöhen. Die bei Anwendung der Erfindung anzubringenden Wicklungen können, wenn sie coaxial liegen, obwohl sie verschiedenen Stromkreisen angehören, miteinander und mit der Ständerhauptwicklung zu einer einzigen vereinigt werden. In allen

ίο Fällen bewirkt die in den Stromkreis der Arbeitsbürsten eingeschaltete Wicklung, soweit sie coaxial oder parallel zu der durch die Arbeitsbürsten gebildeten magnetischen Achse der Rotorwicklung ist, die Tourenregulierung, wobei zu bemerken ist, daß diese regulierende Hilfswicklung nicht in allen Fällen geometrisch die angegebene Lage zu haben braucht; wesentlich ist nur, daß stets eine in der durch die Arbeitsbürsten gebildeten Achse wirkende Hauptkomponente vorhanden ist. Mit dieser Hauptkomponente können Nebenkomponenten kombiniert sein, welche einem anderen Zwecke (z. B. dem Zwecke der Verbesserung des Leistungsfaktors) dienen.

Die Erfindung ist anwendbar, gleichgültig, ob die Wicklungen als Spulen-, Ring- oder als Trommelwicklung ausgeführt sind. Auch die Ankerwicklung kann als Ring- oder als Trommelwicklung ausgebildet sein. Die Erfindung bezieht sich auf Motoren beliebiger Polzahl und auch auf andere Ausführungsarten als in nachfolgenden Figuren beschrieben sind:

Fig. ι der Zeichnung stellt die bekannte Form des der Erfindung zugrunde liegenden Motortyps, einen Einphaseninduktionsmotor mit zwei kurzgeschlossenen Bürstenpaaren schematisch dar.

Fig. 2 zeigt, wie dieser Motor in der einfachsten Weise, entsprechend der vorliegenden Erfindung, abgeändert werden kann. Die Bürsten in der j^-Achse sind nicht kurzgeschlossen, sondern mit den Enden einer auf dem Stator befindlichen Wicklung, die sich ebenfalls in derjK-Achse befindet, verbunden. Die Anzahl der Windungen dieser Wicklung kann je nach Bedarf eine andere sein. Wenn man die Zahl der Windungen in der Ankerwicklung in Serie zwischen den Bürsten mit s_a und die Zahl derjenigen in der zusätzlichen, auf dem Stator befindlichen Wicklung mit s^

bezeichnet und ferner das Verhältnis —*- mit a,

so ist die Tourenzahl des Motors in Fig. 2 in roher Annäherung /i±a mal größer als bei Synchronismus, α ist hierbei positiv zu nehmen, wenn die magnetomotorische Kraft der Zusatzwicklung in gleicher Richtung, und negativ, wenn sie in umgekehrter Richtung wirkt wie diejenige der Ankerwicklung.

Fig. 3 zeigt eine Abänderung insofern, als die in die Arbeitsbürsten eingeschaltete Hilfswicklung einen Teil der Hauptwicklung bildet; durch derartige Vereinigung von Wicklungen kann in vielen Fällen eine große Materialersparnis und eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht werden.

Fig. 4 und 5 zeigen Beispiele dafür, daß außer der Einschaltung von coaxialen Hilfswicklungen in den Kreis der Arbeitsbürsten auch in den Kreis der Erregerbürsten HiI fswicklungen eingeschaltet werden. Bei der Ausführungsart nach Fig. 4 dient die Hilfswicklung der Erregerbürsten zur Erweiterung des Tourenbereichs, bei der Ausführungsart nach Fig. 5 zur Verbesserung des Leistungsfaktors. Wenn im Falle der Fig. 4 die Hilfswicklung in der j'-Achse amal so viel Windungen und diejenige in der x-Achse β mal so viel Windungen besitzt als der Anker in Serie zwischen den Bürsten, so ist die Wirkung dieselbe, als ob sich die synchrone Tourenzahl in dem Verhältnis 1 zu j/(i -f- α) (ι -f- ß) vergrößert hätte; für α = β wird die wirkliche Tourenzahl annähernd gleich (ι _±. α)mal der synchronen Tourenzahl, wobei wiederum das positive oder negative Vorzeichen für α zu nehmen ist, je nachdem die Hilfswicklung im gleichen Sinne oder im entgegengesetzten Sinne wirkt wie diejenige der Ankerwicklung.

Fig. 6 bis 8 zeigen verschiedenartige Kombinationen der Hilfswicklungen mit der Hauptständerwicklung für den Fall der Fig. 5.

Fig. 9 zeigt eine Anordnung, bei der die Wirkungen der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsarten vereinigt sind und in verstärktem Maße vorhanden sind.

Fig. 10 zeigt auch für diesen Fall Vereinigungen von gleichachsig liegenden Wicklungen.

Wenn als Hauptwicklung eine Gleichstromwicklung, ζ. B. eine Ringwicklung oder eine der bei Gleichstromankern üblichen Trommelwicklungen benutzt wird, so werden, wie Fig. 11 zeigt, die jK-Bürsten an zwei diametral gegenüberliegende Punkte der Hauptwicklung angeschlossen. Würde die Verbindungslinie dieser diametral gegenüberliegenden Anschlußpunkte gerade mit der j'-Achse zusammenfallen, so würde durch die Schaltung lediglich eine Veränderung der Tourenzahl erreicht werden können; würde sie mit der x-Achse zusammenfallen, so würde lediglich eine Aufhebung der Selbstinduktion, also eine Verbesserung des Leistungsfaktors, erreicht werden; fällt sie, wie dargestellt, in eine zur x- und j^-Achse geneigte Richtung, so können beide Wirkungen gleichzeitig erreicht werden.

Fig. 12 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei der sowohl die x-Bürsten als auch die jK-Bürsten an die Hauptwicklung angeschlossen sind.

Fig. 13 zeigt eine der Fig. 12 entsprechende Anordnung, bei der jedoch die Bürsten nicht direkt an die Hauptwicklung oder an die Hilfswicklung angeschlossen sind, sondern die gleiche Wirkung mittels Transformatoren a, b erreicht ist, die entsprechend eingeschaltet sind. Dieselbe indirekte Wirkung mittels Transformatoren läßt sich auch hei den meisten vorher dargestellten Einrichtungen an die Stelle der direkten Schaltung setzen. Man kann hierbei auch in.vielen Fällen eine gute Regulierung der verschiedenen in Betracht kommenden Verhältnisse dadurch erreichen, daß man dem Transformator eine veränderliche Übersetzung gibt. Auf diese Weise kann man z. B. in Fig. 5 durch Einschalten von je einem Transformator mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis in den Kreis der Arbeitsbürsten und der Erregerbürsten sowohl die Tourenzahl regulieren als auch den Leistungsfaktor auf seinen günstigsten Wert einstellen. Sonst kann man natürlich auch wie bei den. bisher dargestellten Anordnungen die Regulierungen durch entsprechende Wahl der Windungszahl der Hilfswicklung und der Achsenrichtung derselben bewirken. Bei den bisher beschriebenen Anordnungen sind die Bürsten immer in unveränderlicher Stellung zur Achse der Hauptwicklung angenommen worden. Man kann aber auch unter Umständen eine Regulierung durch Veränderung der Bürstenstellungen erreichen; es erscheint aber vorteilhafter, die Bürstenstellungen konstant zu lassen, weil sonst die an bestimmten Stellen des Stators angebrachten Mittel zur Verbesserung der !Commutation für den Fall versagen würden, daß die Bürstenstellung innerhalb weiter Grenzen verschoben werden. Die in Fig. 1 bis 13 dargestellten Bürsten liegen stets in der x- oder j'-Achse.

Es ist jedoch selbstverständlich, daß alle beschriebenen Anordnungen und Wirkungen auch für andere Bürstenstellungen Geltung haben. Man kann auch die gleichen Wirkungen für solche Motorkonstruktionen erzielen, bei denen statt vier nur drei Bürsten angewendet sind, die alle drei miteinander kurzgeschlossen sind. Ein derartiger Motor ohne Anwendung der Erfindung ist schematisch in Fig. 14 dargestellt.

Fig. 15 zeigt für einen derartigen Motor die Einschaltung von Hilfswicklungen parallel zur j^-Achse, zum Zwecke der Tourenregulierung nach der Erfindung.

Fig. 16 zeigt eine ähnliche Anordnung unter Vereinigung der Hilfswicklungen mit der Hauptständerwicklung.

Fig. 17 zeigt eine der Fig. 12 entsprechende Anordnung für drei Bürsten, wobei Gleichstromwicklung angenommen ist:

■Während die Bürsten bei Fig. 14 bis 17 so angeordnet waren, daß eine derselben in der x-Achse lag und die Verbindungslinie der beiden anderen Bürsten parallel zur j'-Achse, sind in Fig. 18 bis 20 entsprechende Schaltungen für solche Anordnung dargestellt, daß eine Bürste in derj^-Achse liegt und die Verbindungslinie der beiden anderen parallel zur x-Achse. Die Fig. 18 entspricht im übrigen der Fig. 15, die Fig. 19 der Fig. 16 und die Fig. 20 der Fig. 17.

Das Anlassen der mit den beschriebenen Schaltungen versehenen Motoren kann auf verschiedene Art erfolgen. Man kann die Motoren als Repulsionsmotoren (Fig. 21) oder als Atkins on sehe Repulsionsmotoren (Fig. 22) oder als kompensierte Repulsionsmotoren (Fig. 23) oder als kompensierte Repulsionsmotoren mit Transformator (A, Fig. 24) anlassen.

Die Regel, wie man ganz allgemein eine jede der Schaltungen 1 bis 20 zum Anlassen umschalten kann, besteht darin, daß der Stromkreis, in welchem sich die x-Bürsten befinden und außerdem irgendein Kurzschlußkreis in der x-Achse ausgeschaltet wird und die Schal- go tung derart abgeändert wird, daß der Primärstrom oder der von den j'-Bürsten entnommene Strom eine in der x-Achse gelegene Wicklung durchfließt. Dabei können natürlich die x-Bürsten in dem neuen Stromkreise wieder benutzt werden.

Fig. 25 zeigt eine spezielle Anwendung dieser Regel. Solange der Erregerstromkreis mittels des Transformators mit dem Primärstrom verknüpft ist, ist es eine Schaltung zum Anlassen, sobald aber die Transformatofwirkung aufhört, z. B. durch Ausschalten des Transformators oder durch örtliche Entfernung der beiden Wicklungen des Transformators, geht der Motor nicht mehr an, er läuft aber, nachdem er einmal angelassen ist, als ein gewöhnlicher Induktionsmotor im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Fig. 26 zeigt die Anwendung der Anlaßregel auf Fig. 2. Fig. 27 zeigt eine sehr einfache Anordnung zum Anlassen bei Benutzung von drei Bürsten. Schaltet man einen der beiden Schalter aus, so geht der Motor als Repulsionsmotor in der einen Richtung an, und beim Einschalten des anderen Schalters in der entgegengesetzten Richtung. Sind beide eingeschaltet, so läuft der Motor nahezu in Synchronismus.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Induktionsmotor nach Atkinson mit vier oder drei Bürstenstiften (bezogen

   auf einen zweipoligen Motor), dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsbürsten, anstatt kurzgeschlossen zu werden, entweder direkt oder unter Zwischenschaltung von Transformatoren an eine auf dem Ständer befindliche Wicklung angeschlossen werden, die nahezu coaxial oder parallel zu der durch die Arbeitsbürsten gebildeten magnetischen Achse der Rotorwicklung ist.
2. 2. Induktionsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Erregerbürsten, anstatt kurzgeschlossen zu werden, entweder direkt oder vermittels Zwischenschaltung eines Transformators . an eine besondere, auf dem Ständer befindliche Hilfswicklung angeschlossen werden.
3. 3. Induktionsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungen, die coaxial liegen und verschiedenen Stromkreisen angehören, in eine einzige vereinigt werden, die dieselbe Achse hat. . . '
4. 4. Induktionsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Windungen, an welche die Bürsten angeschlossen werden, oder das Übersetzungsverhältnis des Transformators geändert werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.