DE224721C

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Publication number: DE224721C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVe 224721 -KLASSE 21 d. GRUPPE

in FRANKFURT a. M.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Oktober 1909 ab.

Vorliegende Erfindung betrifft einen ohne Verwendung von Widerständen und Kommutator regelbaren Induktionsmotor. Bedingung für die Regelbarkeit der Tourenzahl eines Induktionsmotors ist, daß erstens die Spannungen des Läufers und des Ständers regelbar sind und zweitens, daß die Läuferströme stets die Periodenzahl der Schlüpfung haben. Die Zuführung von Strömen veränderlicher Periodenzahl zum Läufer hat praktische Schwierigkeiten geboten. Man hat deshalb einen Kommutator als Periodenumformer verwendet. Vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe jedoch ohne Verwendung eines Kommutators.

In Fig, ι ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gegeben. Von der Antriebswelle a wird zunächst ein gewöhnlicher Synchrongenerator g mit beispielsweise stehendem Anker s und umlaufendem Magnetsystem I angetrieben.

Auf derselben Welle sitzt ein zweites Magnetsystem m, das beispielsweise von Gleichstrom erregt wird. Dieses Magnetsystem ist von einem Anker t umgeben, der als Mehrphasenanker ausgeführt ist. Der Anker t ist aber auch beweglich, und zwar ist er mechanisch beispielsweise mit dem Läufer η des zu regelnden Induktionsmotors i gekuppelt. Der Anker t ist außerdem auch elektrisch unmittelbar oder vermittels Transformatoren mit dem Motorläufer η verbunden. Der feststehende Ständer u des Induktionsmotors i ist wiederum elektrisch unmittelbar oder vermittels Transformatoren von veränderlicher Übersetzung mit dem Ständer s des Synchrongenerators g verbunden. Die Arbeitsweise ist nun folgende:

Steht der Motor * still, während die Welle a umläuft, so werden sowohl im Anker s wie im Anker t durch die Rotation der Magnetpole I und m Ströme von voller Periodenzahl erzeugt. Für den Stillstand ist also die Bedingung erfüllt, daß sowohl Läufer wie Ständer des Induktionsmotors i Ströme von gleicher Periodenzahl führen. Der Induktionsmotor kann also ein Drehmoment liefern. Außerdem liefert auch noch der mit dem Läufer des Motors verbundene Ständer t ein Drehmoment, und zwar deshalb, weil er sich so zu bewegen strebt, daß in ihm möglichst geringe Ströme induziert werden. Der Ständer t ist bestrebt, dem Magnetfeld nachzulaufen, genau so wie der Läufer des Induktionsmotors dem Drehfeld nachläuft. Infolgedessen bewegt sich der Motor und mit ihm der Ständer t. Da nun eine relative Bewegung zwischen t und m eingetreten ist, so sind die Ströme, welche t entnommen werden, nicht mehr von voller Periodenzahl, sondern von der Periodenzahl der Schlüpfung, und zwar gerade von der Periodenzahl, die notwendig ist, um den Läufer des Induktionsmotors zu speisen.

Die Anordnung gibt ein sehr einfaches Verfahren zur Regelung der Spannung des Läufers und des Ständers des Induktionsmotors und

Claims

somit auch seiner Tourenzahl. Denn offenbar sind diese Spannungen bei konstanter Tourenzahl der Antriebswelle α von den Feldstärken der zugehörigen Feldmagnete I und m der beiden Synchrongeneratoren abhängig. Man kann also die Tourenzahl des Induktionsmotors durch einfache Regelung der Feldstärke der einzelnen Magnetsysteme regeln. Das ergibt eine vollkommen stoßfreie und allmähliehe Regelung in der einfachen Weise, welche ■ der Gleichstromregelung eigen ist. Zur weiteren Regelung können auch noch Transformatoren von veränderlicher Übersetzung zwischen den Teilen s und u bzw. t und η liegen.

Selbstverständlich können das bewegliche und das stehende System in dieser Anordnung ihre Rollen gegeneinander vertauschen. Nur darf das relative Verhältnis der einzelnen Glieder dieser Systeme zueinander nicht geändert werden.

Unter Umständen kann das mechanische Kuppeln des Läufers η des Induktionsmotors mit dem ihn speisenden Teil t der Synchronmaschine unterbleiben, z. B. beim Bahnbetriebe, wo die Gleichheit der Tourenzahlen dieser beiden Teile durch die Adhäsion der Wagenräder an den Schienen gesichert wird.

Die Feldmagnetsysteme I und m können

unter Umständen vereinigt sein.

Zur Erregung der Feldmagnete I und m kann eine Erregermaschine verwendet werden, die auf einer Welle mit ihnen sitzt, oder die von einer besonderen Welle angetrieben wird.

Das Magnetsystem m kann aber auch mit Wechselstrom erregt werden, da es ja nur auf ein mit konstanter Geschwindigkeit umlaufendes Drehfeld ankommt.

Hat man ein Netz zur Verfügung, so braucht man den besonderen Generator g nicht.

Man kann den Ständer t ebenfalls feststehend machen, wenn man das Magnetsystem m von einem Differentialgetriebe antreibt, das mit der Differenz der Geschwindigkeit des Läufers des Induktionsmotors und derjenigen des Antriebsmotors läuft.

. Eine derartige Anordnung ist in der Fig. 2 dargestellt.

Die primäre Antriebswelle α treibt hier ein Glied des Differentialgetriebes (Planet engetriebes), z. B. das Räderpaar q q. Das Rad j> des Differentialgetriebes ist mit dem Läufer m der Synchronmaschine und das andere Rad 0 mit der Arbeitswelle υ gekuppelt. Der Läufer des Induktionsmotors i ist auf der Welle w aufgekeilt.

Bei dieser Anordnung ist die Summe der Drehzahlen der beiden Läufer m und η gleich der doppelten Drehzahl der Welle a, so daß das Drehfeld des Ständers u auch mit doppelter Geschwindigkeit rotiert. Zu diesem Zweck versieht man den Ständer η mit einer Polzahl gleich der Hälfte der Polzahl des synchronen Generators g.

Eine andere Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Ständer t wird von einer Welle α beispielsweise mit 2000 Touren angetrieben. Demselben Ständer wird von irgendeiner Quelle y Wechselstrom von der Periodenzahl ft zügeführt. Das Drehfeld, welches im Ständer t durch die Wechselströme erzeugt wird, soll im entgegengesetzten Sinne zu der mechanischen Drehung von t, und zwar entsprechend der Periodenzahl mit 1000 Touren laufen. Somit wird in t ein rotierendes Drehfeld erzeugt, das im Räume mit 1000 Umdrehungen, d. h. ' also mit einer konstanten Tourenzahl umläuft. Dieses Drehfeld nun erzeugt in dem Läufer "m Ströme von der Periodenzahl der Schlüpfung des Motors i, dessen Läufer η mechanisch mit dem Läufer m gekuppelt ist. Es werden also dem Läufer η genau so wie im vorigen Falle Ströme von der erforderlichen Periodenzahl zugeführt. Der Induktionsmotor kann also ein Drehmoment ausüben. Weiter entsteht ein Drehmoment zwischen dem Ständer t und Läufer m. Beide Drehmomente wirken in einem und demselben Sinne (genau so wie im vorigen Falle). Die dem Ständer u entnommenen Ströme können wiederum dem Ständer t zugeführt werden, so daß die Wechselstromquelle y weniger zu liefern hat. Man kann endlich die Anordnung so treffen, daß die ganze mechanische Leistung nur von dem Antriebsmotor α geliefert wird, während die Wechselstromquelle bloß den Impuls für die Periodenzahl und die Magnetisierungsströme für das ganze System zu liefern hat. Im Falle der Fig.- 3 müssen zur Tourenänderung ioo Transformatoren mit veränderlicher Übersetzung verwendet werden, man hat also in diesem Falle nicht die sehr bequeme Regelung durch Gleichstrom. In sämtlichen Fällen kann der Induktionsmotor auch doppelt gespeist werden, d. h. beiden Teilen des Induktionsmotors können Ströme zugeführt werden. Dies hängt ganz von der Größe und dem Sinne der Spannung an w ab.

Pate nt-A ν Sprüche:

i. Anordnung zur Regelung von Induktionsmotoren durch Zuführung von Spannung veränderlicher Periodenzahl und Größe zu Ständer und Läufer, dadurch ge- ng kennzeichnet, daß der Generator, welcher zur Erzeugung der Schlüpfungsströme für den Induktionsmotor dient, derart mit dem Induktionsmotor gekuppelt ist, daß er gleichzeitig ein nützliches Drehmoment in demselben Sinne wie der Induktionsmotor liefert.
2. Regelungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Tourenzahl durch Änderung der Erregung des Generators und bzw. oder durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses eines zwischen Motor und Generator liegenden Transformators erreicht wird.
3. Regelbares Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (u) des Induktionsmotors (i) von einem durch die primäre Kraftmaschine (a) angetriebenen Synchrongenerator gespeist wird, während sein Läufer (n) mit dem ihn speisenden Teil einer anderen Synchronmaschine auch mechanisch, unmittelbar oder mittelbar, gekuppelt ist, wobei das Magnetsystem der zweiten Synchronmaschine gleichfalls von der primären Kraftmaschine (a) angetrieben wird.
4. Getriebe nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Läufer des Induktionsmotors speisende Teil (t) der zweiten Synchronmaschine stillsteht, während der andere Teil dieser Maschine von der primären Kraftmaschine vermittels eines Differentialgetriebes angetrieben wird.
5. Getriebe nach Anspruch 1 oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Synchronmaschine durch eine Asynchronmaschine ersetzt ist, deren einer Teil —· gegebenenfalls Läufer fm) — elektrisch und mechanisch mit dem Läufer des Induktionsmotors unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und der andere Teil von der primären Kraftmaschine angetrieben wird und den Ständer (u) des Induktionsmotors mit Wattstrom speist, während die wattlosen Ströme den beiden Maschinen unmittelbar oder mittelbar von einer besonderen Spannungsquelle (y) geliefert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.