DE254350C

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Publication number: DE254350C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung umfaßt einen Drehstrom-Asynchron- oder Induktionsmotor, und zwar einen solchen mit einphasig oder einachsig gewickeltem Anker. Der letztere kann aus einem an sich dreiphasig gewickelten Anker durch Unterbrechung einer Phase hergestellt werden. Der besondere Vorzug dieser Maschine soll darin bestehen, daß ihr Verhalten dasselbe ist wie das eines Induktionsmotors mit Schleifringanker von der bekannten Konstruktion; insbesondere soll das Verhalten beim Anlaufen dasselbe sein wie das eines Schleifringmotors.

Zur Entwickelung des Prinzips zeigt Fig. ι schematisch einen Drehstrommotor M, bei welcher 5 der Stator und R der Rotor ist. G ist der Drehstromgenerator. Der Rotor R trägt eine sogenannte einphasige oder einachsige Wickelung, wie sie beispielsweise entsteht, wenn man bei einem Rotor mit Drehstromwickelung und Schleifringen eine der Bürsten abhebt. Tatsächlich kann die Wickelung eine in sich kurzgeschlossene ohne Schleifringe sein. Eine solche Maschine läuft bekanntlich leer bei Jhalber synchroner Tourenzahl und vermag mit einer um den Schlupf kleineren Tourenzahl als die halbe synchrone Arbeit zu leisten. Für unsere Betrachtung möge eine zweipolige Maschine vorausgesetzt werden. Es sei f_x die der Primärfrequenz entsprechende Drehgeschwindigkeit des Drehfeldes, die des

Rotors R sei -;-¹ f_s ; dann ist die in der

Rotorwickelung erzeugte Periodenzahl gleich

A. _

Zerlegt man das einphasige Wechselfeld, das durch den Rotorstrom entsteht, in zwei Drehfeld-Komponenten, die in entgegengesetzten Richtungen relativ zum Rotor mit. der Frequenz -¹- + fs umlaufen, so entstehen bekanntlich durch die Rückwirkung dieser beiden Drehfeld-Komponenten auf die Statorwickelung 5 in dieser zwei Spannungen. Eine dieser Spannungen von der Frequenz f-₁ ist die gegenelektromotorische Kraft entsprechend der Arbeitsleistung, die durch den Generator G geliefert werden muß. Die zweite Komponente erzeugt Ströme von der Periodenzahl 2 f_s. Auf dem an sich bekannten Zustandekommen dieser Ströme von der doppelten Schlupffrequenz beruht die Arbeitsfähigkeit des Motors. Diese Ströme "müssen sich für gewöhnlich über die Wickelungen des Generators G ausgleichen. Wenn man nun entsprechend der vorliegenden Erfindung eine solche Vorrichtung anordnet, daß die· in der Statorwickelung entstehenden Schlupf ströme sich nicht über den Generator auszugleichen brauchen, sondern sie getrennt abgefangen werden können, so kann man

diese Ströme ablenken in einen Widerstandsanlasser, mit Hilfe dessen die Maschine sich beim Anlauf verhält wie eine solche mit Schleifringanker.

Es würde theoretisch keine Schwierigkeiten machen, diese Ablenkung mit Hilfe von Kondensatoren durchzuführen; aber es ist zu beachten, daß bei den in der Starkstromtechnik verwendeten relativ niedrigen Frequenzen die

ίο Kondensatoren eine kostspielige und unangenehme Beigabe sein würden, selbst wenn sie nur für die Zwecke des Anlaufes Verwendung finden sollen. Ebenso würde die Benutzung von Drosselspulen für den gedachten Zweck Nachteile mit sich bringen, wie z. B. die Erhöhung der Selbstinduktion, wenn auch bei der niedrigen Schlupffrequenz der induktive Spannungsabfall an sich nicht groß wäre. Durch die in der Maschine selbst stattfindende Transformation der Schlupffrequenz macht sich selbst diese kleine wattlose Komponente im Leistungsfaktor und in der Überlastungsfähigkeit sehr ungünstig fühlbar.

Wenn auch diese Nachteile bestehen, so würde unter Umständen doch eine Verwendungsmöglichkeit in der Praxis vorhanden sein, durch die die Kostspieligkeit oder das Vorhandensein schlechterer Eigenschaften mit in Kauf genommen werden kann.

Eine natürliche Scheidung, der Ströme mit der Primär- und Sekundär- (Schlupf-) Frequenz läßt sich erzielen dadurch, daß man zwei Maschinen derart miteinander kuppelt, daß die Achsen der einphasigen Rotoren um 90 elektrische Grade (-J-- Polteilung) gegen einander versetzt sind. Eine Form der Verwirklichung dieses Prinzips ist in Fig. 2 dargestellt worden. Hier bedeutet S₁ die Statorwickelung von Motor M₁, S₂ die Statorwickelung des Motors M₂. Zwischen S₁ und S₂ ist ein dreischenkeliger Transformator T geschaltet, derart, daß die Spulen s auf den drei Schenkeln zwischen den drei Phasen von S₁ und S₂ liegen. Die Klemmen des Transformators sind mit a, b, c, d, e, f bezeichnet. An a-b, c-d, e-f werden die Anlaßwiderstände r eingeschaltet, während der Strom den beiden Maschinen an den Mittelpunkten g, h, k der Transformatorwickelungen zugeführt wird. Dieser Strom durchfließt die Transformatorwickelungen so, daß sich die Magnetisierung der beiden Hälften j eder Spule aufhebt; der Strom findet also bei geringer Streuung nur einen kleinen induktiven Widerstand vor und verzweigt sich gleichmäßig über S₁ und S₂. Die Drehfelder von M₁ und M₂ sind also phasengleich. Dadurch nun, daß die Achsen der Rotoren R₁ und R₂ um 90 ° (Polteilung 180 °) versetzt sind, sind die Ströme von der doppelten Schlupffrequenz, die in den beiden Statorwickelungen S₁ und S₃ erzeugt werden, um 180 ° in der Phase verschoben. Wäre nun der Transformator T nicht vorhanden und die beiden Maschinen unmittelbar parallel geschaltet, so würden die Ströme der doppelten Schlupffrequenz sich zwischen den beiden Statorwickelungen einfach ausgleichen. Auf alle Fälle würde also das Netz oder der Generator, von denen der Primärstrom geliefert wird, von diesen Strömen nicht berührt werden. Ohne den Transformator T würden die beiden Maschinen zusammen sich wie eine Maschine mit Kurzschluß anker verhalten.

Dadurch nun, daß der Transformator T eingefügt worden ist, vermögen sich infolge der Drosselwirkung desselben die Ströme der doppelten Schlupffrequenz nicht über diesen Transformator auszugleichen. Sie finden ihren Weg vielmehr über die Anlaßwiderstände r; erst wenn diese kurzgeschlossen sind, ist auch der Kurzschluß für die Sekundärströme d Maschine hergestellt.

Durch diese Anordnung ist also die Maschine erst arbeitsfähig geworden. Das Netz ist von den niedrig frequenten Strömen befreit, und man ist in der Lage, ohne Verwendung von Schleifringen die Maschine in günstigster Weise anzulassen oder auch die Tourenzahl durch dauernde Einschaltung von Widerständen im Rotor zu regulieren. Andererseits werden die Vorteile erreicht, die ein Kurzschlußanker mit sich bringt. Die Vereinigung von M₁ und M₂ zu einer Maschine, Unterbringung von S₁ und S₂ im gleichen Gehäuse, Anordnung von R₁ und R₂ auf derselben Welle dürfte wesentliche praktische Schwierigkeiten nicht bereiten. Notwendig ist diese Vereinigung jedoch nicht. An Stelle der Zwischenschaltung des Transformators T zwischen „ den beiden Wickelungen S₁ und S₂ könner.Jflfe diese letzteren auch unmittelbar hintereinander^^^

diese letzteren auch unmittelbar
geschaltet werden und dann gemeinsam erst auf einen Transformator, anstatt parallel für den Primärstrom wie in Fig. 2. Diese Anordnung ist in Fig. 3 für eine Phase dargestellt. Der Vorteil der Serienschaltung würde u. a. der sein, daß man für eine gegebene Spannung im Stator dickere Drähte zu verwenden in der Lage ist.

Anstatt der Rotoren können auch die Statoren um 90 ° versetzt sein.

Obgleich der Transformator T nur für die Zeit des Anlassens oder für eine Tourenregulierung erforderlich ist und daher beim normalen Betriebe meistens ausgeschaltet oder kurzgeschlossen werden kann, so kann man, falls dies erwünscht ist, diesen Hilfsapparat auch vermeiden. Dies geschieht in der Weise, daß man für die Ströme der doppelten Schlupffrequenz je eine besondere Wickelung, S₃ und S₄ in Fig. 4, auf den Statoren vorsieht. In diesem Fall kann man die Wickelungen der bei-

den Maschinen, welche für die primären Ströme bestimmt sind, zu einer einzigen vereinigen, vorausgesetzt, daß die beiden Statoren in einem Gehäuse eingebaut werden. Andererseits kann man auch die Wickelungen für die Sekundärströme zusammenfassen, wenn zum Zwecke der Gegenschaltung die Wickelungen für die Primärströme getrennt ausgeführt werden. In diesem Falle würde in Fig. 4 der Netzstrom den Wickelungen S₃ und S₄ zugeführt und der Regulierwiderstand an S angeschlossen werden. Jedoch hat diese Anordnung praktisch gewisse Nachteile in bezug auf die auftretenden Kupferverluste, die bei gleicher Kupfermenge geringer sind, wenn Primär- und Sekundärströme in einer und derselben Wickelung fließen. Auch der Transformator T kann in der Wickelungsanordnung modifiziert werden. Beispielsweise können die aßwiderstände an besondere Sekundärwicken angeschlossen werden, anstatt zwischen die Punkte a, b, c, d, e, f. Im allgemeinen wird man auch den. Transformator T mit dem Anlasser zu einem Apparat kombinieren.

Daß die hier als Asynchronmotoren be-. zeichneten Induktionsmaschinen bei höherer Tourenzahl auch als Induktionsgeneratoren wirken können, daß sie ferner auch zur Frequenztransformation verwendet werden können, dürfte selbstverständlich sein.

Claims

Paten t-An Sprüche:

i. Verfahren, um bei Wechselstrom-Asynchronmaschinen mit einachsigem Rotor und mit Strömen von der doppelten Schlupffrequenz, welche durch Rückwirkung des

Rotors auf den Stator entstehen, diese Ströme ganz oder zum größten Teil von der Wechselstromquelle (Generator oder Netz) abzulenken, dadurch gekennzeichnet, daß ein besonderer Strompfad für diese Ströme geschaffen und dieser Strompfad so angeordnet wird, daß die Netzströme selbst in diesen Strompfad nur in möglichst geringem Maße eintreten können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Motoren die Rotoren oder Statoren derselben um eine halbe Polteilung gegeneinander verdreht sind, wobei die Statoren zu einem Konstruktionselement vereinigt werden können,
3. Verfahren zum Anlassen oder Tourenregeln von zwei Maschinen oder einer Doppelmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Statorwickelungen auf einen Transformator oder eine Drosselspule geschaltet werden, in solcher Weise, daß der vom Netz zugeführte Strom einen geringen induktiven Widerstand vorfindet, während der induktive Widerstand für die sekundären Ströme der doppelten Schlupffrequenz beträchtlich ist, zu dem Zwecke der Einschaltung von Anlaß apparat en parallel zum Transformator bzw. zur 6g Drosselspule.
4. Verfahren zum Anlassen und Tourenregeln bei Maschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärströme in besonderen auf dem Stator an-

. geordneten Wickelungen fließen, die auf Anlaßapparate geschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.