DE269307C - - Google Patents
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- DE269307C DE269307C DENDAT269307D DE269307DA DE269307C DE 269307 C DE269307 C DE 269307C DE NDAT269307 D DENDAT269307 D DE NDAT269307D DE 269307D A DE269307D A DE 269307DA DE 269307 C DE269307 C DE 269307C
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K27/00—AC commutator motors or generators having mechanical commutator
- H02K27/12—AC commutator motors or generators having mechanical commutator having multi-phase operation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc Machiner (AREA)
Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
- M 269307 KLASSE 2\d. GRUPPE
ALEXANDER HEYLAND in BRÜSSEL.
Mehrphasenkollektormotor.
Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Juni 1913 ab.
Bekannt sind die Einphasenrepulsionsmotoren, welche relativ zum Felde einachsig
kurzgeschlossene Bürsten haben und durch Feldregelung bzw. Feld- oder Bürstenverdrehung
angelassen oder reguliert werden können. Ihre Vorteile bestehen unter anderem in erster Linie in ihrer Einfachheit sowohl
in der Ausführung wie in der Einfachheit ihrer Regelung und haben z. B. dazu
ίο geführt, daß man sie selbst in Mehrphasennetzen
für größere Leistungen benutzt hat, indem man den Dreiphasenstrom durch Zerlegung
nach der Skottschen Schaltung in zwei Einphasenströme gespalten und den Motor durch zwei gekuppelte Einphasenrepulsionsmotoren
ersetzt hat.
Ebenso sind bekannt die verschiedenen Arten von Einphasenkommutatormotoren mit
zweiachsigen Bürstensätzen, von denen der eine, sei es in der Hauptachse oder in der
hierzu senkrechten oder in einer irgendwie geneigten Achse, kurzgeschlossen oder über
eine niedere Erregerspannung in sich geschlossen ist und der andere durch Anschluß
an einen Stromkreis von in weiteren Grenzen veränderlicher Spannung und Strom zur Tourenregelung
benutzt wird.
Bei Mehrphasenkommutatormotoren ist das gleiche nicht ohne weiteres möglich, weil die
Statorwicklung ein Feld in verschiedenen Richtungen erzeugt.
Würde man den Anker eines solchen Mehrphasenkommutatormotors durch zwei Bürsten
kurzschließen, so würden dieselben zu einer Achse neutral liegen, in der hierzu senkrechten
Achse aber einen direkten Kurzschluß der Feldamperewindungen bewirken. Das Resultat
würde genau das gleiche sein, als wenn man den Anker eines mehrphasigen Induktionsmotors, anstatt über drei, über zwei Schleif-
ringe kurzschließt, wodurch man bekanntlich derartige Motoren anlassen kann, jedoch nicht
ähnliche Eigenschaften wie beim Einphasenrepulsionsmotor erzielt.
Schließt man den Anker eines Mehrphasenkommutatormotors
über drei Bürsten kurz, so ist dieses im Prinzip identisch mit dem Kurzschluß über drei Schleifringe beim mehrphasigen
Induktionsmotor. Es sind ebenso wie dort Widerstände zum Anlassen erforderlieh.
Man findet derartige Motoren wohl j als dreiphasige Repulsionsmotoren bezeichnet.
Eigenschaften, wie sie der Einphasenrepulsionsmotor aufweist, kommen dabei aber nicht
in Frage.
Andererseits sind durch die deutschen Patentschriften 193392 und 241437 Repulsionsmotoren
für Mehrphasenstrom an sich bekannt. Bei diesen wird die den Einphasenrepulsionsmotoren
zukommende Eigenschaft in der Weise angestrebt, daß die Pole der Maschine in Polpaare zerlegt werden, die voneinander
ganz unabhängig sind, so daß gewissermaßen jedes Polpaar einen unabhängigen einphasigen Repulsionsmotor darstellt.
Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es bei Mehrphasenkommutatormotoren,
insbesondere bei geeigneter' Ausführung der Wicklung, auch ohne Zerlegung
der Pole der Maschine in Polpaare möglich ist, den Einphasenrepulsionsmotoren
wesensgleiche Eigenschaften zu erzielen, und
zwar durch paarweises, der Phasenzahl entsprechend verschiedenachsiges Kurzschließen
von Bürsten, deren Abstand voneinander, auf dem Kommutatorumfang gemessen, jeweils
kleiner ist als der zwischen den Achsen der verschiedenen Phasen der Statorwicklung liegende
Teil des Kommutatorurnfanges.
In den Fig. 4 bis ii sind verschiedene Anwendungen
des Prinzips erläutert, während
ίο die Fig. ι bis 3 zur Erläuterung der bekannten
Vorgänge dienen.
Fig. ι und 2 zunächst stellen Schemata für
einphasige Repulsionsmotoren in der Nullstellung dar, und zwar Fig. 1 mit einem einfachen
Bürstensatze, der in der Richtung %-%. den Anker kurzschließt, Fig. 2 mit vier parallelen
Bürstensätzeri, die den Anker in der gleichen Richtung x-x kurzschließen. Der stark
ausgezogene Kreis S bezeichne die Statorwicklung mit den einphasigen Zuführungen
i, i, R die Rotorwicklung bzw. deren Kommutator
mit den innen eingezeichneten Bürsten. Das Feld ist durch die innerhalb des Rotors
eingezeichneten zwei Pfeile markiert und induziert in den beiden Ankerhälften Spannungen
von untereinander gleicher Phase, wie durch die außerhalb des Rotors eingezeichneten
kleinen Pfeile angedeutet ist, und die in der gezeichneten Stellung sich relativ zur
Kurzschlußachse aufheben. Werden derartige Motoren dann z. B. durch Verdrehung der
Bürsten angelassen, so bewirken die zwischen den Bürsten induzierten Ströme zunächst
lediglich eine Verdrehung der Feldachse, deren senkrechte Komponente durch die Stat or wicklung
bestimmt ist.
Das Wesen des Repulsionsmotor beruht auf der einachsigen Komponente des Statorfeldes,
wie sie dem Einphasenmotor eigen ist, und dem einachsigen Kurzschlüsse des Rotors.
Fig. 3 zeigt das zweipolige Schema eines Dreiphasenkommutatormotors mit den drei
Zuleitungen 1, 2, 3 und dreiachsig, beispielsweise den Achsen u, v, w, kurzgeschlossenen
Bürsten. Wäre der Kurzschluß einachsig, wie bei den obigen Einphasenmotoren, so würde
das Feld in einer Achse kurzgeschlossen und in der hierzu senkrechten nicht. Bei diesem
dreiachsigen Kurzschlüsse hingegen kann im Motor im Stillstand überhaupt kein Ankerfeld
auftreten. Selbst wenn man annimmt, der Motor sei so gewickelt, daß die Achsen der Statorspulen, wie in der gezeichneten
Stellung, nicht mit den Bürsten zusammenfallen, d. h. mit kurzen Spulen, so wird doch
das Feld in jeder Bürstenstellung durch die Kurzschlußströme der Bürsten aufgehoben.
Das Feld im Rotor müßte nämlich dann abwechselnd den durch die drei innerhalb des
Rotors eingezeichneten, ein Dreieck bildenden Pfeile markierten Verlauf haben, und würde
in den einzelnen Hälften der Kurzschlußstrom-kreise Spannungen verschiedener Phase erzeugen,
die ihrer Phase nach durch die außerhalb des Rotors gezeichneten kleinen Pfeile angedeutet sind. Dieselben setzen sich dann
immer zu Komponenten zusammen, die in Richtung des Kurzschlusses zwischen je zwei
Bürsten liegen und den Anker in sämtlichen Richtungen kurzschließen, so daß der Anker
sich ebenso verhält wie der Kurzschlußanker eines Induktionsmotors und ein Ankerfeld im
Stillstande nicht auftreten kann.
Bei dem vorliegenden Motor soll nun eine ganz ähnliche Wirkung zunächst erzielt werden
wie beim Einphasenrepulsionsmotor, und zwar dadurch, daß der Anker durch im zweipoligen
Schema paarweise verbundene Bürsten der Phasenzahl entsprechend verschiedenachsig,
aber nur teilweise, kurzgeschlossen wird, wobei der Abstand der Bürsten auf dem Kommutator
voneinander etwas kleiner ist als der zwischen den Achsen der Phasen des Stators
liegende Teil des Kommutatorumfanges.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Bürsten für das gleiche Schema, die hier dreiphasig,
also zu drei Paaren in der x-, y- und 2-Achse verbunden sind.
Auch hier würde, wenn wir zunächst wieder für die Statorwicklung Dreiphasenwicklung mit
kurzen, um 2/a der Polteilung sich überlappenden
Spulen annehmen, das vom Stator erzeugte Feld durch die im Dreieck angeordneten
Vektoren dargestellt sein. Es zeigt sich dann aber, daß die in den Kurzschluß-Stromkreisen
x, y, ζ induzierten Ströme an den frei bleibenden Stellen ein durch die punktierten
Pfeile markiertes Feld erzeugen müssen und dieses sich dem ursprünglichen, vom Stator
erzeugten Felde so überlagert, daß innerhalb jedes Bürstenpaares sich ein einachsiges,
durch die ausgezogenen Pfeile markiertes Feld einstellt, genau so wie das einachsige Feld
beim einphasigen Repulsionsmotor.
In der gezeichneten Nullstellung fließt dabei zwischen den Bürsten nur ein schwacher
Magnetisierungsstrom, welcher gerade aus- reicht, das durch die punktierten Pfeile angedeutete
Korrektionsfeld zu erzeugen.
Prinzipiell könnte hierbei für den Stator jede bekannte Mehrphasenwicklung benutzt
werden, beispielsweise auch die übliche Durchmesserwicklung, für Dreiphasenstrom mit'einem
Winkel gleich Va der Polteilung zwischen den Achsen der Phasen. Nur müßte dann der
Abstand zwischen den Kurzschlußbürsten verhältnismäßig sehr klein werden, sowohl wegen
des geringeren Abstandes zwischen den Achsen der aufeinanderfolgenden Phasen als auch
wegen deren kleineren elektrischen Phasen-Unterschiedes von 60°, welcher, wie aus der
eingezeichneten Zusammensetzung der Felder
hervorgeht, ein größeres Korrektionsfeld erfordern würde.
Besser ist es, den Phasenunterschied zwischen den aufeinanderfolgenden Phasen größer
zu wählen, beispielsweise wie in dem erläuterten Beispiele mit verkürztem 'Wicklungsschritt zu 120° oder durch Verkettungen in
6- oder g-Phasenschaltung zu 150° bzw. 160 °
u. dgl.
■ Fig. 5 zeigt die Bürstenverstellung im Anlaufe bzw. im Betriebe. Es gelten für alle
weiteren diesbezüglichen Eigenschaften des Motors dieselben Gesichtspunkte wie für Einphasenrepulsionsmotoren.
Die Bürsten können beispielsweise im ganzen verstellt werden, so daß die Fig. 4 in Fig. 5 übergeht, oder es
können, wie beim Derimotor, die Bürsten b feststehen und die Bürsten bx allein verstellt
werden. Ebenso können auch irgendwelche sonstwie für Einphasenmotoren bekannte Mittel
benutzt werden.
In der Nähe des Synchronismus können die einzelnen Bürstenpaare untereinander verbunden
werden, so daß der Motor als einfacher Induktionsmotor arbeitet, eventuell über eine
schwache Erregerspannung e durch einen Schalter i, wie in Fig. 5 der Klarheit halber
nur für die eine Phase 3 — 1 eingezeichnet
ist, so daß der Motor als kompensierter Induktionsmotor arbeitet.
Die Bürsten können auch, anstatt kurzgeschlossen zu sein, -über eine schwache Erregerspannung
e1 in sich geschlossen sein, so daß bereits beim Betrieb als Repulsionsmotor von
einer gewissen Tourenzahl an Kompensierung eintritt, wie in Fig. 5 z. B. der Klarheit halber
nur für die Phase 2 eingezeichnet ist.
Ebenso können durch entsprechende" Schaltungen dieselben Wirkungen erzielt werden,
wie bei den verschiedenen Arten von Einphasenmotoren mit zweiachsigen Bürstensätzen.
Fig. 6 zeigt z. B. einen derartigen mehrphasigen Repulsionsmotor mit besonderen Erregerbürsten
b, b, b, die an einen primär verbundenen Nebenschlußtransformator T so an
geschlossen sind, daß durch Einstellung der Erregerspannung die Tourenzahl geregelt oder
nach Belieben unter- oder übersynchron fest eingestellt werden kann.
Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung mit pro Phase zwei parallelen Bürstensätzen, wobei
die äußeren gleichzeitig als Erregerbürsten benutzt sind. Dieselben sind hier in entsprechender
Weise in Serie zum Primärstrome angeschlossen, uud der Motor erhält die gleichen
Eigenschaften wie die bekannten Einphasenmotoren nach Winter-Eichberg und Latour.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung mit pro Phase zwei parallelen Bürstensätzen, wobei die äußeren
als Haupt burst en dienen und an einen regelbaren Nebenschlußtransformator T angeschlossen
sind, während die Kurzschlußachsen als Erregerachsen dienen.
Fig. 9 zeigt eine analoge Anordnung, wobei die Hauptbürsten B, B; B durch den Transformator
T in Serie zum Primärstrome angeschlossen sind. Der Transformator ist hierbei
durch eine dritte Wicklung an die benachbarten Phasen so angeschlossen, daß in den
Erregerbürsten ein selbsttätig sich regelnder Strom induziert wird, und der Motor, ähnlich wie nach Fig. 7, Seriencharakter erhält.
Die Anordnungen nach Fig. 6 und 7 bzw. Fig. 8 und 9 können auch gleichzeitig benutzt
werden, insbesondere die letzteren zwei, wobei der betreffende Motor nach Belieben
Nebenschluß- oder Kompoundcharakter erhalten kann.
Schaltungen nach Fig. 6 und 7 eignen sich besonders für uhtersynchronen, nach Fig. 8
und 9 besonders für übersynchronen Betrieb, ähnlich wie dieses auch bei den entsprechenden
Einphasenmotoren der Fall ist.
Fig. 10 und 11 schließlich zeigen, daß es
auch möglich ist, größere Phasendifferenz zwischen den aufeinander folgenden Phasen durch
Verkettung im Motor selbst zu erzielen und hierdurch das erforderliche Korrektionsfeld zu
reduzieren.
Der Wicklungsschritt in Fig. 10 sei 1I12 des
Umfanges und die Stator wicklung an zwölf Stellen aufgeschnitten. Verkettet man dann
die einzelnen Sektionen in der aus Fig. 11 ersichtlichen
Weise, so erhält man eine zehnpolige Sechsphasenschaltuiig und zwischen den
benachbarten Phasen die durch die in Fig. 11 z. B. für Sektion 9 und 10 eingezeichneten
Pfeile dargestellte Differenz von 150 °. Der Wert des punktiert gezeichneten Korrektionsfeldes
fällt hierbei auf die Hälfte desjenigen bei Dreiphasenschaltung, während die Klemmen
I, II, III hier wie dort direkt an Dreiphasenstrom angeschlossen werden können.
Die Windungszahlen wird man hierbei immer zweckmäßig so wählen, daß die Amperewindungen
pro Phase ungefähr die gleichen werden. Desgleichen könnte man den Dreiphasenstrom
auch in neun Phasen zerlegen, ohne die Zerlegung in Transformatoren vornehmen
zu brauchen. Wie aber schon an Hand der Fig. 4 erläutert wurde, übt selbst bei dreiphasiger Schaltung mit verkürztem
Wicklungsschritt · das sich selbsttätig einstellende Korrektionsglied keine sehr schädlich
fühlbare Wirkung aus.
Die Erfindung bezieht sich somit in erster Linie auf Mehrphasenkollektormotoren mit verkürztem
Wicklungsschritt. Dies sind Motoren, bei welchen' der Wicklungsschritt, auf ein zweipoliges Schema bezogen, nicht dem Durchmesser,
sondern einer Sehne zum Kreise ent-
spricht. Die Statorspulen sind dann zweckmäßigerweise so zu wickeln, daß ihre Stromwindungen
sich in ähnlicher oder gleicher Weise zusammensetzen oder überlappen wie die des Rotors, und erzeugen zunächst bei
Stillstand des Motors kein Drehfeld, sondern ein pro Statorspule unter zwei verschiedenen
Phasen schwingendes Feld. ■
In gleicher Weise, wie hier beschrieben, ίο lassen die Motoren sich natürlich auch als
Generatoren benutzen.
Claims (8)
1. MehrphasenkOllektormotor, gekennzeichnet
durch paarweise, der Phasenzahl entsprechend verschiedenachsig kurzgeschlossene oder durch Stromkreise niederer
Spannung verbundene Bürsten auf dem Kommutator, die an Stellen bzw.
äquipotentialen Stellen des Kommutators aufliegen, deren Abstand, auf dem Kommutatorumfang
gemessen, kleiner ist als der zwischen den Achsen der verschiedenen Phasen der Statorwicklung liegende
Teil des Kommutatorumfanges.
2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der' Motor
mit verkürztem Wicklungsschritt, sogenannter Sehnenwicklung, ausgeführt ist.
3. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlauf
bzw. die Regelung, wie beim Einphasenrepulsionsmotor, durch Veränderung des
Winkels zwischen Stator und Rotorachse mittels Bürstenverschiebung ο. dgl. bewirkt
wird.
4. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe
des Synchronismus die verschiedenen Bürsten untereinander direkt oder über eine äußere Stromquelle verbunden werden.
5. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator
durch besondere Bürsten oder Kurzschlußbürsten verschiedener Phase in Parallel- oder Serienschaltung zum Rotor
verbunden ist, zum Zwecke einstellbarer oder selbsttätiger Tourenregelung im Betriebe.
6. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor
in Richtung der Hauptachsen der einzelnen Phasen in Serie zum Stator verbunden ist und gleichzeitig dem Hauptstrome
der betreffenden Phase ein phasenverschobener Strom übergelagert ist.
7. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor
für eine größere Phasenzahl ausgeführt ist, als dem Betriebsstrom entspricht, und der Betriebsstrom in Strom größerer
Phasenzahl, durch Verkettung in Transformatoren u. dgl., zerlegt wird.
8. Ausführungsform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung
des Stromes in größere Phasenzahl durch entsprechende Verkettung der Motorwicklung
selbst bewirkt wild.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE269307C true DE269307C (de) |
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ID=526181
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE269307C (de) |
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0
- DE DENDAT269307D patent/DE269307C/de active Active
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