-
Läufer für Asynchronmotoren mit.Selbstanlauf durch einen Widerstandskäfig
nach Boucherot. Nach einem Vorschlage von Boucherot kann man Asynchronmotoren dadurch
zum Anlaufen aus dem Stillstande mit großem Drelunomente bringen, daß man in ihrem
Läufer zwei Wicklungen unterbringt, die durch Lagerung in Nuten in verschiedener
Tiefe unter der Ankeroberfläche voneinander abweichende Reaktanz besitzen und- die
durch Ausführung aus verschiedenem Material voneinander abweichenden Widerstand
besitzen. Bringt man, wie es in Fig. i dargestellt ist, die Wicklung w mit großem
Widerstande dicht unter der Ankeroberfläche, die als Arbeitswicklung dienende Wicklung
k mit geringem Widerstande tief unter ihr an, so darf man beide als 4äfigwicklung
ausführen. Boucherot schlug vor, die Nuten für den Widerstandskäfig w und die für
den Kurzschlußkäfig k durch schmale Schlitze miteinander zu verbinden, um die Kraftlinien
beim Lauf des Motors zu zwingen, die Kurzschlußwicklung zu durchsetzen, so wie es
die gestrichelt eingetragenen Kraftlinien y (Fig. i) andeuten. Die Nut besitzt also
eine Verengung des Eisenkörpers- im Zwischenraum zwischen den Stäben des Widerstandskäfigs
und den Stäben des Kurzschlußkäfigs. Im- Betriebe nahe dem Synchronismus fließt
dann fast der ganze Sekundärstrom- in der Kurzschlußwicklung, während die Widerstandswicklung
nur nach Maßgabe ihrer Leitfähigkeit, also sehr wenig Ström führt. Steht der Läufer
jedoch still, so durchdringt das Magnetfeld ihn mit voller Frequenz; es wird daher
von dem Kurzschlußkäfig fast vollständig abgeschirmt und schließt sich in den mit
y" bezeichneten Bahnen zwischen den beiden Wicklungen. Die Widerstandswicklung allein
wird also vom Felde durchsetzt und kann bei geeigneter Bemessung ein starkes Drehmoment
im Läufer entwickeln.
-
Die von Boucherot angegebene, in Fig. i dargestellte Ausführungsform
des Doppelkäfigankers hat nun einige für Ausführung und Betrieb der Maschine nachteilige
Eigenschaften. Zunächst besitzt die Kurzschlußwicklung, die die eigentliche Arbeitswicklung
darstellt, eine sehr große Streuung, da das von dem Kurzschlußstrom erzeugte Streufeld
in den Schlitzen über -den Nuten einen bequemen breiten Weg findet und sich daher
stark ausbilden kann. Sodann bereitet die Form der Nuten mit dem schmalen verbindenden
Schlitz besondere Schwierigkeit beim Stanzen, auch wird die Zahnstärke zwischen
.den Nuten des Kurzschlußkäfigs wegen der runden Form des Ankers sehr gering und
führt in der Regel zu ungünstig hohen Zahnsättigungen im Betriebe. Schließlich braucht
man für einen Doppelanker nach Fig. i zwei Schlußringe für die Stäbe, durch die
die Lüftung des Ankers stark behindert wird.
-
Gemäß der Erfindung sollen für- derartige Anker mit Kurzschluß- #
und Widerstandskäfigwicklung einheitliche Nuten verwendet werden, in die die Stäbe
beider Wicklungen eingelegt werden. Die Nut besitzt- also keine Verengung des Eisenkörpers
im Zwischenraum zwischen den Stäben des Widerstandskäfigs und den Stäben des Kurzschlußkäfigs.
Hierdurch
werden die eben geschilderten Nachteile vermieden. Die' einfachste Ausführung ist
in Fig. 2 dargestellt, wo gewöhnliche Rechtecknuten angewandt sind. Die rechteckigen
Stäbe k der Kurzschlußwicklung liegen unten, die Stäbe w der Widerstandswicklung
oben in den Nuten. Die Nuten selbst sind durch Keile verschlossen. Die Widerstands-
und Kurzschlußstäbe können durch gemeinsame Schlußringe an den Stirnseiten des Ankers
leitend miteinander verbunden sein. Die Streuung,der tiefgelagerten Kurzschlußwicklung
ist bei dieser Ausführungsart bereits stark vermindert. Will man sie noch mehr verkleinern,
so kann man die Nuten in der durch Fig. 3 dargestellten Art ausführen, indem man
sie im oberen Teil, wo die Widerstandsstäbe liegen, breiter hält als im unteren.
-
Besondere Vorteile der neuen Ausführungsform bestehen noch darin,
-daß die beim Anlauf in der Widerstandswicklung erzeugte Wärme schneller und leichter
in die großen Massen des Ankers übertreten kann, da die Berührungsflächen sehr groß
sirnd. Ferner tritt in den Stäben, vor allem in den Kurzschlußstäben, eine sehr
erhebliche Stromverdrängung ein, solange der Läufer den Synchronismus noch nicht
erreicht hat. Hierdurch wird der wirksame Widerstand auch' der Kurzschlußstäbe vergrößert,
so daß sie mit zum nützlichen DreXunöment beitragen.
-
Die Bemessung der Nuten- und Stababinessungen soll mit Rücksicht auf
das gewünschte Anlaufmoment erfolgen. - Sie läßt sich aus einem einfachen Diagramm
herleiten, das in Fig. ¢ dargestellt ist. Dort ist zunächst ein Halbkreis K, gezeichnet,
der den Heylandkreis eines gewöhnlichen Motbrs, etwa mit Schleifringanker, darstellt,
dessen Wicklung in .dem Raum untergebracht ist, den allein die Widerstandswicklung
w einnimmt. Dieser Motor besitzt einen Leerlauf-Strom 1, und einen maximalen
Kurzschluß-Strom T,,. Außerdem sind zwei weitere Halbkreise gezeichnet, von denen
K den Heylandkreis eines Motors darstellt, bei dem nur die Kurzschlußwicklung k
arbeitet, während die Widerstandswicklung w offen oder entfernt ist. Der Leerlaufstrom
eines solchen Motors ist naturgemäß der gleiche wie vorher, da die Kraftlinien -den
gleichen' Verlauf besitzen. Sein Kurzschlußstrom lk ist jedoch wesentlich geringer,
da die Streuung der Rotorwicklung durch die -tiefe Lagerung in den Nuten erheblich
größer ist. Der dritte Halbkreis K, stellt den Heylandkreis für die wirkliche Widerstandswicklung
des Motors dar unter der Voraussetzung- einer unter ihr liegenden, ideal guten,
widerstandsfreien Kurzschlußwicklung. Das größte Drehmoment dieses Halbkreises ist
Da. Ihr Kurzschlußstrom i -st mit Jm identisch. Ihr Leerlaufstrom ist andererseits'
sehr groß, weil die Kraftlinien nicht mehr den guten Weg durch das Eisenjoch .des
Rotors zur Verfügung haben, sondern sich oberhalb der Kurzschlußwicklung quer durch
alle Nuten quetschen müssen. Dieser Leerlaufstrom ist identisch mit dem bereits
gezeichneten Kurzschluß-Strom lk, weil beide Ströme demselben Zustande des Motors
entsprechen. Die beiden Heylandkreise für den Kurzschlußanker mit geöffnetem Widerstandsanker
und für den Widerstandsanker mit ideal geschlossenem Kürzschlußanker berühren sich
also im Punkt Tjz und berühren den Kreis des gewöhnlichen Drehstrommotors in den
Punkten J,4--und T.. Sie sind also diesem normalen Kreise K einbeschrieben, so wie
es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Kurzschlußstrom Jk des für . sich allein geschlossenen
Kurzschlußankers ist also gleich dem Unterschied zwischen dem Kurzschlußstrom des
Widerstandsankers für sich (Tm) und dem doppelten größten Drehmoment 2
Da des Widerstandsankers,, gemessen im Strommaßstabe.
-
Wünscht man also für einen gegebenen Motor mit normalem Heylandkreise
K, und normalem Drehmoment D ein bestimmtes An-. laufdrehmoment Da, "so muß
man durch geeignete Bemessung für einen ganz bestimmten, aus dem Diagramm ablesbaren
Kurzschlußstrom lk des Käfigankers allein sorgen. Der -Motor läuft dann mit dem
gestrichelt in Fig. q. eingetragenen Primärstrom Ja an und hat im normalen Betriebe,
für den der Kreis K maßgebend ist, einen Primärstrom T, der etwas größer und stärker
phasenverschoben ist als der normale Strom i des gewöhnlichen Motors. Auch das Kippmoment
Dk des Motors ist wesentlich geringer als das des normalen Motors Dm, wie
aus Fig. q. ersichtlich ist, und zwar um das Maß des Anlaufmomentes.
-
In Wirklichkeit ist sowohl das Anlaufmoment etwas größer als D¢ und
auch das Kippmoment als Dk, weil im Anlaufzustand auch der Kurzschlußanker und im
Betriebszustand auch der Widerstandsanker ein wenig mitwirken, jedoch sind ihre
bezüglichen Drehmomente dort relativ gering, so daß man im allgemeinen mit der angenäherten.Darstellung
der Betriebszustände nach Fig. q. auskommen kann, in der die Wirkungen beider Ankerwicklungen
getrennt-behand-elt sind.
-
Um das maximal mögliche Anlaufmoment zu erzielen, muß man dem Anlaufkäfig
natürlich einen ganz bestimmten inneren Widerstand geben, der dem Drehmoment
Da der Fig. ¢ entspricht und nach bekannten Regeln errechnet werden kann.
Für manche Zwecke
ist es nützlich, diesen Widerstand so klein zu
machen, daß das maximale Moment Da nicht bei Stillstand des Motors auftritt,
sondern erst bei etwa halber Normaldrehzahl. Dies hat. den Vorteil, daß das tatsächliche
Drehmoment des ganzen Motors sich in einem größeren Drehzahlbereich auf einer ziemlich
gleichmäßigen Höhe hält. Das Kreisdiagramm des Motors ist von der Wahl dieses Widerstandes
bekanntlich unabhängig. Als Regel für den Aufbau derartiger Anker gilt stets, daß
man die Nuten und Stäbe und damit die Streuungsverhältnisse des Läufers so bemessen
muß, daß der Kurzschlußstromdes Kurzschlußankers für sich gleich der Differenz aus
dem Kurzschlußstrom des Widerstandsankers für sich und dem doppelten Maximalmoment
des Widerstandsankers -gemessen im Strommaßstab - wird.
-
Aus der Fig.3 ist die Anordnung der Fig. 5 abgeleitet, wo der Widerstandsstab
w als Nutenkeil die Wicklung k festhält. Durch diese Anordnung wird der wertvolle.
dem Nutenkeil geopferte Platz in günstiger Weise elektrisch ausgenutzt.