DE236648C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M236648 KLASSE 21 d. GRUPPE

Durch Bürstenverschiebung geregelter Repulsionsmotor.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. März 1910 ab.

Der bekannte, in Fig. ι schematisch dargestellte Einphasen-Repulsionsmotor ist in sehr einfacher Weise anzulassen und zu regeln. Es bedeuten in Fig. ι für einen zweipoligen Motor s die Statorwicklung, r die Rotorwicklung, b_x b₁ die miteinander verbundenen Bürsten, α den Winkel der Bürstenverschiebung. Bekanntlich wird in einer Achse, die um 90⁰ (elektrisch) gegen die Achse der Statorwicklung verdreht ist, ein magnetisches Feld Φ_ρ durch die innerhalb des Winkels 2 α gelegenen Rotorleiter hervorgebracht, das mit den in dem Winkel (180-2 a) gelegenen übrigen Rotorleitern das Drehmoment des Rotors ergibt. Die magnetisierenden Leiter innerhalb 2 α sind in Fig. 1 durch dicke Bogenstücke, die das Drehmoment gebenden Leiter innerhalb (180-2 α) durch doppelte angedeutet.

Die Regelung erfolgt bekanntlich durch Ver-Schiebung der Bürsten, wodurch das Rotorfeld Φ_ρ gestärkt oder geschwächt wird und dementsprechend der Motor langsamer oder schneller läuft, solange die Spannung an der Statorwicklung konstant ist. Diese Regelungsweise zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus, so daß man für viele Zwecke gern den Repulsionsmotor anwendet. Störend ist dabei aber sein niedriger Leistungsfaktor.

Zweck der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist nun, dem Repulsionsmotor einen guten Leistungsfaktor zu geben, ohne die Regelung in mechanischer und elektrischer Hinsicht zu ändern.

Um das Wesen der neuen Einrichtung klarzulegen, muß auf das Arbeitsdiagramm des gewöhnlichen Repulsionsmotors kurz eingegangen werden. In Fig. 1 ist die räumliche Lage des Rotorfeldes Φ^,, und des Statorfeldes Φ₄, das durch die Klemmenspannung E_s am Stator gegeben ist, eingezeichnet, in Fig. 2 die zeitliche Lage beider Felder.

Es erzeugen:

Φ_ρ in den Rotorleitern innerhalb (180-2 α) durch Rotation die E. M. K. Ε,-ρ,

Φ_Ρ -Φ, -

a - Transformation -

(180-2 a) - Transformation 2α - Rotation

Εφ, Eu,

E_rs.

Die Verhältnisse -.-P³- und -gr-- sind bei kon-

tlp trs

stanter Perioden- und Drehzahl fest gegeben durch die Wicklungsanordnungen in Rotor und Stator und nicht viel voneinander verschieden. Die genannten vier E. M. Ke. treten im Rotor in Wirklichkeit nicht auf, sondern nur ihre Resultante e. Diese muß so groß sein, daß sie den Rotorstrom /« durch den Rotor treibt, ist also durch den induktiven und ohmschen Widerstand des Rotors bestimmt nach Größe und Phase.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, muß zur Erfüllung dieser Bedingung Φ_χ dem Rotorfelde Φ_ρ ηο um mehr als 90° voreilen.

Der Rotorstrom Jr wird nun durch einen

Statorstrom Jum kompensiert, wobei m das Übersetzungsverhältnis zwischen Stator und Rotor ist. Außerdem nimmt der Stator noch . einen Magnetisierungsstrom i μ zum Erzeugen seines Feldes Φ_χ auf. Der so entstehende wirkliche Statorstrom J_x hat gegen die E. M. K. E_x des Stators, die dem Statorfelde Φ₄. um 90⁰ voreilt, eine erhebliche Nacheilung.

Ersichtlich ist also einer der Hauptgründe für den niedrigen Leistungsfaktor beim Repulsionsmotor in der Tatsache zu suchen, daß das Statorfeld <E>_S dem Rotorfelde Φ_ρ um mehr als 90⁰ voreilt. Sobald Φ,,. um weniger als 90⁰ voreilt, wird auch der Leistungsfaktor befriedigend, weil dann E_x immer näher an J_s heranrückt, wie leicht aus Fig. 2 zu sehen ist. Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch eine in den Rotorkreis eingeführte E. M. K. von einer mit E_rs im wesentlichen gleichen Phase. Eine solche Spannung erhält man durch eine zweite Wicklung k, die man am Stator in solcher Lage anbringt, daß sie, wie Fig. 3 zeigt, vom Felde Φ_ρ transformatorisch beeinflußt wird. Diese Wicklung braucht dann nur im richtigen Sinne in den Kurzschlußkreis der Bürsten b₁ O₁ eingeschaltet zu werden. Diese Schaltung läßt sich aber nicht ohne weiteres vornehmen, weil eine solche Wicklung, da sie dann vom Rotorstrome Jn durchflossen wird, das Feld Φ_ρ aufheben würde. Um das zu verhindern, wird die Wicklung k nicht unmittelbar in den Kreis der Bürsten O₁ b₁ geschaltet, sondern zunächst in Reihe mit dem Anker r mittels zweier weiteren Bürsten b₂ δ₂, und zwar so, daß ihre magnetomotorische Kraft völlig aufgehoben wird durch die des Ankers. Die Bürsten b₂ b₂ werden zu diesem Behufe so gestellt, daß ihre Verbindungslinie unter (90-a) (elektrisch) im Sinne der Rotation des Motors gegen die Bürsten b₁ I₁ verschoben ist. Außerdem wird die Wicklung k so ausgebildet, daß sie für den durch die Bürsten b₂ b₂ angeschlossenen Ankerstromkreis eine vollständige Kompensation bildet. Es wird also dadurch erreicht, daß irgendwelche Ströme, die an den Bürsten b₂ b₂ in den Anker eintreten und zugleich die Wicklung k durchfließen, in der Richtung der Bürsten b₂ b₂ weder selbst ein Feld zu erzeugen noch auch das daselbst vorhandene Feld Φ_ρ zu stören vermögen. Die in Fig. 3 gezeichnete Lage der Bürsten und der Wicklung k braucht nicht genau mit der Richtung von Φ_ρ übereinzustimmen.

Die so geschaffene Strombahn kann allerdings nun nicht mehr direkt in den Kreis der Bürsten O₁ b₁ eingeschaltet werden, das muß vielmehr durch einen Transformator t erfolgen. Daß in der neuen Strombahn, trotzdem die Wicklung k und der Anker r einander in magnetischer Hinsicht kompensieren, eine E. M. K.

der gewünschten Art und Richtung auftritt, folgt aus der bekannten Tatsache, daß die E. M. K. zwischen den Bürsten b₂ b₂ bei einer gewissen Geschwindigkeit des Rotors r verschwindet. Daher bleibt in der neuen Strombahn nur die in der Wicklung k durch das Feld Φ_ρ transformatorisch erzeugte E. M. K. übrig.

Die Rolle, welche die Bürsten b₂ b₂ hier spielen, ist eine wesentlich andere als die der Bürsten eines zweiten Satzes in bisher bekannt gewordenen Anordnungen. Während sie bei diesen dazu dienen, eine Komponente des gesamten Motorfeldes hervorzubringen, die so gerichtet ist wie Φ_ρ in Fig. 3, wird hier gerade durch die Kompensationswicklung k das Auftreten eines derartigen Feldes verhindert, und zwar sowohl für den Anker wie für die Wicklung k. Das Feld Φ^, entsteht also genau wie beim Repulsionsmotor nur durch das Verschieben der Bürsten b_x b₁ und wird nur dadurch geregelt. Damit bleibt also auch das kennzeichnende Regelverfahren des Repulsionsmotors erhalten.

In Fig. 4 ist das Vektordiagramm der neuen Anordnung angegeben für die (fast synchrone) Geschwindigkeit, bei der die E. M. K. zwischen den Bürsten b₂ b₂ = 0 ist. Alle Vektoren sind wie in Fig. 2 bezeichnet, neu hinzugetreten ist nur die in k erzeugte E. M. K. Eu. Es ist der Einfachheit halber angenommen, daß der Transformator t keine Spannungen für sich verbraucht.

E_x ist jetzt praktisch phasengleich mit J_x geworden. Mit Hilfe des gegebenenfalls regelbaren Transformators t kann der den Leistungsfaktor bedingende Phasenwinkel nacheilend oder voreilend gemacht und auch bei Abnahme und Zunahme der Drehzahl nachreguliert werden, indem man die Übersetzung an t ändert. Im Gegensatz zu dem beispielsweise in der Patentschrift 186463 angegebenen Transformator kann hier Regelung des Transformators keinen Einfluß auf die Drehzahl des Motors haben oder wenigstens nur einen sehr kleinen. Diese Eigenschaft bleibt auch dann bestehen, wenn man den Transformator in den Statorkreis einschaltet und die Bürsten b_lb₁ wieder kurzschließt, wie die Fig. 5, 6 und 7 zeigen.

Eine weitere günstige Eigenschaft des Motors ist die, daß durch die Verschiebung der Phase von Φ_χ statt eines kleinen schädlichen ein nützliches Drehmoment auftritt. Denn wie man beim Vergleiche der Fig. 2 und 3 erkennt, hat sich die Projektion von Φ_χ auf /a> umgekehrt.

Der Transformator t ist nur für etwa ein Drittel der Motorleistung zu bemessen, ebenso entspricht die neue Wicklung k ungefähr einem Drittel der Hauptstatorwicklung s. Beide

Bürstenpaare können, falls das im Interesse der räumlichen Feldverteilung im Motor erwünscht ist, in Doppelbürstenpaare aufgelöst werden, wie beispielsweise in Fig. 6 für die Bürsten S₂ δ₂ dargestellt ist. Diese sind hier aufgelöst in b'₂ b\ bzw. b"₂ b'\ und durch Drosselspulen d d verbunden, denen der Strom im Wicklungsmittelpunkte zugeführt wird. Endlich können andererseits Bürsten dadurch

ίο erspart werden, daß man eine der Bürsten δ₂ fortläßt und ihren Anschluß an die Mitte der Kurzschlußverbindung der Bürsten S₁ O₁ verlegt. Das ist in Fig. 7 dargestellt für den Fall, daß t im Statorkreise liegt, und in Fig. 8, wenn t wie bei Fig. 3 im Rotorkreise liegt. Hier muß der Anschluß in der Mitte des Transformators erfolgen.

Da ersichtlich die Verbesserung des Leistungsfaktors eine Folge der Vergrößerung des Vektors E_n. (Fig. 4) ist, so kann man eine mäßige Verbesserung noch auf andere Weise erzielen und damit das beschriebene Mittel noch unterstützen. Wenn beispielsweise die Statorwicklung s eine den Polbogen nur teilweise, etwa zu drei Vierteilen bedeckende Wicklung ist, so hat das Statorfeld Φ_β die Verteilung nach Fig. 9. Die Spannung E_rs wird nun innerhalb des schraffierten Gebietes erzeugt. Konzentriert man jedoch die Wicklung in der Nähe der wickelfreien Zone, so entsteht eine Feldform nach Fig. 10. Diese ergibt eine Spannung E_rs, die gegenüber der

nach Fig. 9 im Verhältnis -~ größer ist/ während sich die transformatorische E. M. K. E_ts viel weniger vergrößert.

Die Sättigung einerseits, die ungünstigen Feldformen andererseits setzen natürlich diesem Mittel zur Verbesserung des Leistungsfaktors weit engere Grenzen, als sie für das zuerst beschriebene Mittel gezogen sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Durch Bürstenverschiebung geregelter Repulsionsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen zweiten Bürstensatz und eine zweite vom Querfelde transformatorisch beeinflußte Statorwicklung ein in sich magnetisch kompensierter Kreis gebildet ist, dessen Gesamtspannung durch einen Transformator entweder dem ersten (kurzger schlossenen) Bürstensatze oder der Hauptstatorwicklung zugeführt wird, zu dem Zwecke, den Leistungsfaktor des Motors zu verbessern.

2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Doppelbürstensätze an Stelle der Einfachbürstensätze.

3. Motor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der einen Bürste des kompensierten Kreises die zwei unter sich kurzgeschlossenen Bürsten des ersten Kreises als Stromzuführung benutzt werden.

4. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine nach der Wicklungsachse zu konzentrierte Hauptstatorwicklung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.