DE204145C

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Publication number: DE204145C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

u 204145-KLASSE 21 d. GRUPPE

E. ARNOLD in KARLSRUHE i. B. und J. L. la COUR in VESTERAS, Schweden.

Zusatz zum Patente 165053 vom 25. Mai 1904.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Mai 1908 ab. Längste Dauer: 24. Mai 1919.

Bei der Tourenregelung kompensierter ein-, phasiger Nebenschlußmotoren mittels einer regelbaren Querwicklung nach dem D. R. P. 165053 bietet die Forderung nach einer feinen Abstufung der Grundtourenzahl (d. h. der Tourenzahl, bei der der Motor leer läuft und von der er bei Belastung nur um wenige Prozente abfällt) die konstruktive Schwierigkeit, daß hierbei eine große Zahl von Klemmen an der Querwicklung erforderlich ist. Diese Schwierigkeit ist im Zusatzpatent 165055 durch Verwendung eines Reduktionsreglers umgangen, der aber in vielen Fällen ein zu teurer Zusatzapparat ist, um allgemein verwendet zu werden. Schaltet man dagegen unmittelbar Teile der Querwicklung ab oder zu, so bietet sich bei bestimmten Bürstenanordnungen die Möglichkeit, zu jeder durch eine bestimmte Windungszahl der Querwicklung gegebenen Grundtourenzahl feinere Zwischenstufen durch Verschiebung der Erregerbürsten zu erzielen, wie in dem Patent 199077 gezeigt ist.

Die vorliegende Erfindung . ermöglicht, unabhängig von der Bürstenanordnung durch die konstruktive Anordnung der Querwicklung und des Kontrollers die Zahl der Abstufungen zu vergrößern, ohne die Zahl der Klemmen oder die Anzapfstellen der Querwicklung zu vermehren.

Zu diesem Zweck wird die regelbare Querwicklung nach Art einer umlaufenden Wellenwicklung (Gleichstromwellenwicklung) ausgeführt. Je einem Umlauf entsprechen dann so viele Windungen, als die Maschine Polpaare besitzt. Bringt man dann z. B. nach jedem Umlauf eine Anzapfung an, so ergibt sich je ein Kontakt für eine Stufe von p-Windungen (2 p = Polzahl). Man kann auch nach einem halben oder sonstigen Bruchteil eines Umlaufs einen Kontakt anbringen oder erst nach einem Vielfachen eines Umlaufs, erhält aber jedesmal nur einen weiteren Kontakt für eine neue Stufe.

Beim Übergang von einer Stufe zur nächsten werden, wenn man nicht den ganzen Stromkreis unterbrechen will, die ab- bzw. zugeschalteten Windungen für einen Augenblick kurzgeschlossen. Dies würde aber ebenso wie die Unterbrechung des Erregerkreises heftige Stromstöße und Funken an den Schaltapparaten bedingen, weil ja die Querwicklung im vollen Felde des Rotors liegt. Daher führt man die Schaltapparate so aus, daß der Kurzschluß der einzelnen Abschaltwindungen über eine kleine Drosselspule erfolgt, welche den Stromstoß dämpft, ähnlich wie dies auch beim Abschalten von einzelnen Windungen bei Transformatoren mit veränderlicher Windungszahl angewendet wird.

Hier kann aber die Drosselspule außerdem noch dazu verwendet werden, Zwischengeschwindigkeitsstufen zu erzielen, wenn sie

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nämlich, nachdem der Kurzschluß der abgeschalteten Windungen wieder geöffnet ist, dauernd in Reihe mit den übrigen Windungen der Querwicklung geschaltet bleibt. Diese Wirkung ergibt sich am einfachsten aus der Überlegung, daß die in den Erregerkreis des Rotors geschaltete Querwicklung eine Reaktanz darstellt, deren Größe eben die Tourenzahl bestimmt. Verändert man nun die in den

ίο Erregerkreis geschaltete Reaktanz durch Hinzufügung einer Drosselspule, so ergibt sich eine andere Tourenzahl, ohne daß die Windungszahl der Querwicklung geändert wird. Macht man nun die Drosselspule so groß, daß ihre Reaktanz halb so groß ist wie diejenige einer Windungsgruppe der Querwicklung, die auf einmal abgeschaltet wird, so ergibt sich zwischen je zwei durch die Stufung der Querwicklung gegebenen Tourenzahlen eine neue Zwischenstufe, und es ist somit die Zahl der Geschwindigkeitsstufen verdoppelt, ohne daß die Zahl der Anzapfungen der Querwicklung vergrößert wird. Man kann auch die Drosselspule in zwei Teile teilen und erst teilweise und dann ganz einschalten und damit die Zahl der Geschwindigkeitsstufen verdreifachen. Die Fig. 1 bis 3 zeigen einige Ausführungsbeispiele für die Anwendung dieser Anordnung.

In Fig. ι bezeichnet 5 die Statorhauptwicklung, R den Rotor mit Kommutator und den widerstandslos miteinander verbundenen Arbeitsbürsten B₁, B₃ und den Erregerbürsten B._z, .B₄. QW ist die regelbare Querwicklung, welche hier in vier Gruppen geteilt ist und somit fünf Klemmen hat. K ist der Kontroller, der fünf mit den Zahlen 1 bis 5 bezeichnete und mit den Klemmen der Querwicklung verbundene leitende Kontakte und zwischen diesen vier blinde (Isolier-) Kontakte besitzt, ferner zwei leitende Schienen α und b, zwischen denen eine Drosselspule D dauernd eingeschaltet ist. Auf der drehbaren Kurbel k sind isoliert voneinander die beiden Schleifkontakte s und r befestigt, von denen der eine (s) die Regelungskontakte mit der Schiene b, der andere (r) die Kontakte mit der Schiene α leitend verbindet. U ist ein doppelpoliger Umschalter zur Umkehrung des Sinnes der Querwicklung, welche bei dem Nebenschlußmotor, wie im D. R. P. 165053 gezeigt ist, bei untersynchroner Geschwindigkeit gegen den Rotor, bei Ubersynchronismus im Sinne des Rotors geschaltet wird. Die Erregerspannung für den aus Rotor- und Querwicklung gebildeten Erregerstromkreis ist in Fig. ι an einigen wenigen Windungen der Statorhauptwicklung S abgezweigt. Der Abzweigpunkt ist mit E bezeichnet. Beim Anlauf wird der Schalter I geschlossen, während der Schalter II offen ist, dann läuft die Maschine als Hauptstrommotor an. Bei Stillstand zeigt ein parallel zum Schalter II geschaltetes Voltmeter V nahezu die ganze Klemmenspannung an. Sobald der Motor auf die volle Geschwindigkeit gekommen ist, was man daran erkennt, daß das Voltmeter V fast gar nicht mehr ausschlägt, wird Schalter II geschlossen, und der Motor läuft als Nebenschlußmotor weiter. Mit Hilfe des Kontrollers K können nun Querwindungen ab- und zugeschaltet werden. Ist der Umschalter U nach oben gelegt, so ist z. B. hier die Hilfswicklung im Sinne des Rotors geschaltet. Steht r auf einem der leitenden Kontakte 1 bis 4, so geht der Rotorstrom vom Umschalter nach Schiene α über r nach der Querwicklung und von 5 wieder zum Umschalter. Steht dagegen s auf einem der Kontakte 1 bis 4, so geht der Strom von der Schiene α durch die Drosselspule nach b und über s nach der Querwicklung und von 5 zurück. Der Abstand zwischen s und r ist etwas größer als die Breite eines Isolierkontaktes, damit eine Gruppe der Querwicklung beim Abschalten zunächst über die Drosselspule D kurzgeschlossen ist.

Da jeder Stufe der Querwicklung je eine Geschwindigkeitsstufe unterhalb und oberhalb Synchronismus entspricht, ergeben sich also hier für η Klemmen der Querwicklung (n — 1) Stufen der Querwicklung und insgesamt 4 (n — 1) -)- ι Geschwindigkeitsstufen, wobei die synchrone Geschwindigkeit (ohne Querwicklung) eingerechnet ist. Wie erwähnt, kann durch Teilung der Drosselspule die Zahl der Tourenstufen auf 6 (n — 1) -f- 1 usf. erhöht werden. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich, eine dritte Kontaktschiene und einen weiteren Schleifkontakt an der Kurbel anzubringen, wie Fig. la zeigt.

Fig. 2 zeigt eine ganz ähnliche Anordnung des Kontrollers, bei welchem jedoch der Umschalter U in Fig. ι entbehrlich gemacht ist. Statt dessen ist hier eine Doppelkurbel verwendet, deren Kurbelarme k und k' um 120 ° gegeneinander versetzt und starr miteinander verbunden sind. Jede trägt zwei Schleifkontakte r, s bzw. r', s'. Entsprechend sind auch zwei umlaufende Kqntaktschienen b und b' und zwei Drosselspulen D und D' vorgesehen, und auch die Kontakte 1 bis 4 und die Isolierkontakte sind verdoppelt.

In der Anfangsstellung steht s auf 1 und s' auf 5, hierbei sind alle Querwindüngen gegen den Rotor geschaltet; diese Lage entspricht also der kleinsten Tourenzahl. Dreht man die Kurbeln aus dieser Lage entgegengesetzt dem Uhrzeiger, so wird die Querwicklung stufenweise abgeschaltet. Nach einer Drehung von 120 ° berühren s und s' gleichzeitig 5, dann sind alle Querwindungen aus-

geschaltet, und die Geschwindigkeit ist synchron. Dreht man die Kurbeln noch weiter in derselben Richtung, so wird die Querwicklung wieder stufenweise eingeschaltet, ist aber nun im Sinne des Rotors geschaltet. Dieser Bereich entspricht also den übersynchronen Tourenzahlen. Ist r' nach i' gelangt, so sind alle Querwindungen im Sinne des Rotors geschaltet; dies ergibt die höchste Tourenstufe.

ίο Um somit von der kleinsten auf die größte Tourenzahl zu gelangen, muß die Kurbel um ²/₃ des Umfangs gedreht werden.

Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der beschriebenen Regelungsvorrichtung für einen Nebenschlußmotor, bei dem die Querwicklung aufgeteilt und teilweise gleichzeitig als Haupt- und Querwicklung verwendet ist. Die Statorwicklungen bestehen hier aus vier Teilen. Der mit S bezeichnete Teil dient nur als

ao Statorhauptwicklung, der mit W bezeichnete Teil sowohl als Haupt- wie als Querwicklung, ist aber nicht regelbar, während QW den eigentlichen regelbaren Teil der Quer wicklung darstellt. Beide Teile sind als umlaufende Wellenwicklung ausgeführt. E ist eine aus wenigen Windungen bestehende Wicklung, welche die Erregerspannung für den Rotor und die Querwicklung liefert. K ist der Kontroller, der wieder in Kreisform ausgeführt ist.

Bei untersynchronen Tourenzahlen ist der nicht regelbare Teil der Querwicklung W dauernd gegen den Rotor geschaltet, um dem Feld eine für die Sättigung günstige Form zu geben. Die Tourenzahl wird erhöht, indem der regelbare Teil der Querwicklung QW stufenweise im Sinne der Rotorwicklung hinzugeschaltet wird. Bei Übersynchronismus ist der Teil W als Querwicklung ausgeschaltet, und es wird nur der regelbare Teil QW wieder im Sinne der Rotorwicklung geschaltet. Dies geschieht auf folgende Weise: Der Schalter III ist mechanisch gekuppelt mit dem Kontroller und liegt bei untersynchronen Tourenzahlen zwischen 0 und 7, bei übersynchronen zwisehen ο und 8. Der Schalter II dient wieder zur Umschaltung des Nebenschlußmotors in einen Hauptstrommotor beim Anlauf. Man stellt zum Anlauf den Kontroller auf die kleinste untersynchrone Tourenzahl, bei weleher der Motor zuerst laufen soll, wobei III zwischen ο und 7 liegt, und legt II nach links. Sobald das Voltmeter nahezu keinen Ausschlag mehr zeigt, wird II nach rechts umgelegt.

Liegt der Kontroller in der Anfangslage, so daß der Schleifkontakt s auf dem Kontakt ι liegt, so ist nur der Teil W der Quer

wicklung gegengeschaltet und QW ausgeschaltet. Diese Lage entspricht der kleinsten Tourenzahl. Man dreht nun den Kontroller- 60 hebel im Sinne [des Uhrzeigers und schaltet stufenweise Hilfswindungen QW ein, um die Tourenzahl zu erhöhen, wobei die Drosselspule D wieder Zwischenstufen ergibt. Ist die Kontrollerkurbel einmal ganz herumgedreht 65 und s nach Kontakt 0 gekommen, so wird der Schalter III zwangläufig von 7 nach 8 gelegt. Nun kann die Kontrollerkurbel nochmals herumgedreht werden, bis s nach Kontakt 6 kommt, und wird hier durch ein 70 Schloß des Schalters III verriegelt. Dieser zweite Umlauf entspricht den übersynchronen Tourenzahlen.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Kompensierter Einphasen-Nebenschlußmotor mit Querwicklung nach D. R. P. 165053, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwicklung als umlaufende Wellenwicklung ausgeführt ist und nach je einem Bruchteil eines Umlaufs oder nach je einem ganzen Umlauf oder einem Vielfachen davon durch Abzweigungen an die Schalterkontakte eines Kontrollers angeschlossen ist, der so eingerichtet ist, daß nur nach jeder zweiten oder dritten usw. Schaltstufe ein Teil der Querwicklung ab- bzw. zugeschaltet wird, während auf den zwischenliegenden Stufen kleine Drosselspulen in den Erregerkreis eingeschaltet sind, um dadurch eine große Anzahl Geschwindigkeitsstufen mit einer kleinen Zahl Abzweigstellen an der Querwicklung zu erhalten.

2. Ausführungsform des Motors nach Anspruch 1, wobei die Querwicklung in zwei Teile geteilt ist, von denen der eine nicht regelbar, der andere regelbar ist, und wobei der letztere in der in An-Spruch ι angegebenen Weise ausgeführt und an die Kontakte eines nach Anspruch 1 ausgeführten Kontrollers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht regelbare Teil der Querwicklung bei untersynchronen Tourenzahlen dauernd gegen den Rotor geschaltet ist und der regelbare Teil stufenweise im Sinne des Rotors dazugeschaltet wird, während bei übersynchronen Tourenzahlen der nicht regelbare Teil der Querwicklung vollständig ausgeschaltet ist und nur der regelbare Teil stufenweise im Sinne des Rotors geschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.