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Anordnung zum selbsttätigen Regeln der Stromaufnahme von Ein- oder
Mehrphasen-Induktionsmotoren, bei denen in den induzierten Stromkreis des 1Vlotors
Transformatoren eingeschaltet sind. Zum selbsttätigen Regeln der Stromaufnahme von
Ein- und Mehrphasen-Induktionsmotoren ist unter anderem die Stromverdrängung in
flachen Leitern des induzierten Teiles- des Motors benutzt worden. Diese Reglungsmethode
eignet sich nur für dazu entworfene Spezialmotoren, deren Leistungsfaktor dadurch
beträchtlich herabgedrückt wird. Eine Anpassung dieses Motors in bezug auf Stromaufnahme,
Drehmoment und Schlupf an die jeweils vorhandenen Betriebsverhältnisse ist nicht
möglich.
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Nach vorliegender Erfindung werden zum Regeln der Stromaufnahme bzw.
-abgabe von Induktionsmotoren bei unter- oder übersynchroner Umlaufszahl Transformatoren
benutzt, welche in an sich bekannter Weise vom induzierten Teil des anzulassenden
Schleifringmotors gespeist werden, aber abweichend von Transformatoren bekannter
Bauart in ihrem sekundären Teil so ausgebildet werden, daß die transformierten Ströme
starker Stromverdrängung ausgesetzt sind, so daß der Wider-' stand ihrer Strombahnen
sich selbsttätig mit Änderung der Periodenzahl des zugeführten Stromes vergrößert
oder verkleinert. Damit wird erreicht, daß der Stromverdränger dem nachteiligen
Einflusse der nur dem Motor dienlichen Verhältnisse entzogen wird, der Motor seine
guten Eigenschaften behält, nicht als Spezialmotor ausgeführt werden braucht, die
Stromverdrängung außerordentlich wirksam wird, zufolge der Möglichkeit hohe Feldstärken
zu benutzen, die Isolation der sekundären Transformatorleiter weggelassen und das
magnetische Material gleichzeitig zur Leitung des zu verdrängenden Stromes herangezogen
werden kann. Auch läßt sich ohne Schwierigkeit eine Reglung des Verlaufes der Stromverdrängung
bei sich ändernder Periodenzahl, der Stromaufnahme des Motors, dessen Drehmoment
u. a. vornehmen.
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An folgenden Beispielen sei das neue Verfahren erklärt: Abb. z zeigt
eine Schaltung des selbsttätigen Reglers für einen Zweiphasen-Induktionsmotor mit
den Zuleitungen U, X, V, Y zum Stator und den Klemmen u, v, w des dreiphasig
gewickelten induzierten Teiles (Ankers). Der Anker liefert seinenStrom an die primärenWicklungenTi,
T2, T3 des Transformators, dessen sekundäre Wicklungen durch kurzgeschlossene, der
Stromverdrängung ausgesetzte Leiter S', S2, S3 gebildet werden. Bei Gegenlauf, Stillstand
oderstark übersynchroner Umlaufzahl ist die Periodenzahl, die Stromverdrängung und
der Widerstand im sekundären Teil des Transformators hoch; bei voller Umlaufzahl
des Läufers besitzen genannte drei Größen einen kleinsten Wert.
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Abb. z und 2a zeigen einen dreiphasigen Transformator, desson drei
Schenkel aus vollem Eisen bestehen und dessen Kraftflüsse verkettet sind. Die primären
Wicklungsteile T1, T2, T3 induzieren hier vornehmlich in den Kernen die unter Verdrängung
stehenden Ströme, und zwar verlaufen die letzteren.in den hier zylindrisch angenommenen
Kernen
um die Zylinderachse und sind in jedem Augenblick den Strömen
in den primären Erregerspulen -entgegengesetzt gerichtet. Die sekundären Ströme
erzeugen eigene Kraftlinien, welche sich am Umfange des Kernes zu den primären Kraftlinien
addieren und in der Mitte des Kernes subtrahieren; die um -die Kernachse kreisenden
Ströme werden auf dieselbe zu gedrängt. Der Querschnitt ihrer Strombahn verringert
sich mit wachsender Induktion und Periodenzahl, wobei der Widerstand steigt. Die
Stromverdrängung ist außerordentlich stark, da die sekundären Strombahnen im vollen
primären Kraftflusse liegen. Die Kraftlinien, welche von den sekundären Strömen
erzeugt werden, schließen sich im wesentlichen nicht wie bei normalen Transformatoren
auf den gleichen Wegen, wie die von den primären Leitern erzeugten Kraftlinien,
sondern verlaufen innerhalb des Kernes wie strichliert für einen der Kerne angedeutet.
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Die sekundären Ströme in den nicht bewickelten Jochen usw. setzen
dem resultierenden @Kraftflusse bedeutenden Widerstand entgegen, so daß die resultierenden
Kraftlinien sich vorzugsweise über lange Luftstrecken um die Spule herum schließen.
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Um den durch diese Streuung stark vergrößerten Magnetisierungsstrom
zu verringern, wird der nicht bewickelte Eisenrückschluß vorteilhaft aus unterteiltem
Eisen hergestellt.
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Die Verkettung der Kraftlinienflüsse bedingt hier entweder Streuung
oder teure Wicklungen. Einphasige, in der Hauptform als Rotationskörper ausgeführte
Transformatoren verringern die Streuung auf ein sehr geringes Maß.
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Kurze, in den Kraftlinienweg eingefügte Luftstrecken erweisen sich
von wesentlichem Nutzen. Durch diese Maßnahme wird die Stromaufnahme des Motors
bei hoher Periodenzahl kaum nennenswert erhöht, die Phasenverschiebung bei Synchronismus
jedoch wesentlich verringert.
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In Abb. 3 ist eine solche Anordnung für !, eine Phase im Schnitt durch
die Achse der zylindrisch angenommenen Spule dargestellt. Die strichlierten Linien
geben den Weg der Kraftlinien an, welche die primäre und sekundäre Strombahn umschließen.
Die Stromverdrängung erfolgt wieder nach der Achse des zylindrischen Kerns zu. Statt
das Spuleninnere mit magnetischem Material auszufüllen, kann die Spule auch mit
einem vollen, magnetisch gut leitenden Mantel versehen werden, und eine Unterbrechung
des primären Kraftlinienkreises in der Spulenöffnung liegen. Die Verdrängung des
sekundären Stromes erfolgt stets von den Spulendrähten hinweg.
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Die elektrische Leitfähigkeit des magnetischen Materials, in welchem
die sekundären Ströme induziert werden, ist für die meisten Fälle nicht genügend
hoch, so daß durch Veränderung des Querschnittes der sekundären Strombahnen sowie
der Induktion kein Ausgleich geschaffen werden kann. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit
des sekundären Transformatorteiles werden deshalb Leiter aus Kupfer oder Aluminium
o. dgl. in denselben eingebettet. Dieser Weg ist in der Anordnung des Transformators
nach Abb, q. beschritten.
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Die Abb. q. stellt im oberen Teile den Transformator einer Phase des
sekundären Motorstromes im Schnitt durch die Achse dar. Die übrigen Phasen besitzen
völlig gleichartige Transformatoren; jeder derselben ist hier tellerförmig und in
allen Teilen zylindrisch angenommen. T' ist die aus isolierten Windungen bestehende
primäre Spule, Si die ringförmige sekundäre Kurzschlußwindung aus Kupfer, Aluminium
usw. und kann diese blank in dem sie allseitig umgebenden vollen Eisen liegen. Der
Eisenmantel ist an geeigneter Stelle zwecks Einbaues der Stromleiter geteilt und
kann mit Luftstrecken im primären Kraftlinienkreise versehen werden. Zufolge der
entgegengesetzt gerichteten Kraftlinien senden beide Strombahnen ein starkes Feld
bzw. Streufeld durch den verhältnismäßig dünnen sekundären Kurzschlußring. Das Streufeld
hat seine größte Dichte in der Nähe des inneren Umfanges des Kurzschlußringes, und
wird der sekundäre Strom nach dem äußeren Umfange des Kurzschlußringes und in den
Eisenmantel hineingedrängt.
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Durch Verschiebung der passend, z. B. wie in Abb. 5 angeordneten Stromleiter
gegeneinander läßt sich eine Reglung der Größe und des Verlaufs der Stromverdrängung
bei wechselnder Periodenzahl erzielen. Abb. 5 stellt wieder nur einen von zwei oder
mehreren gleichen Transformatoren, welche zu einem Motor gehören, in der Mitte geschnitten
dar. Wenn nötig, kann der Eisenmantel Kühlrippen zur Abführung der Strom- und Hysteresewärme
erhalten. T ist die primäre Spule, S der sekundäre Kurzschlußring, welcher leicht
in dem hohlzylindrischen Raum parallel zur Achse des Kerns K verschiebbar ist und
durch von außen drehbare Stellschrauben o. dgl. in seiner Lage gehalten werden kann.
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Befindet sich der Kurzschlußring in etwa der in Abb. 5 gezeichneten
Lage, so ist er einem Maximum von ihn durchdringenden Kraftlinien ausgesetzt, wird
er dagegen in die primäre Spule mehr oder weniger hineingeschoben, so sinkt die
Stromverdrängungswirkung und die Streuung, während die Stromaufnahme der Primärspule
ansteigt.
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Es läßt sich auch ohne weiteres erzielen, daß der Transformator auch
noch dadurch in seiner Wirkung beeinflußt wird, daß der Kurzschlußring in Abb, 5
leicht spielend beweglich
gemacht und dann von der abstoßenden Wirkung
des Streuflusses beider Spulen zum Teil oder ganz getragen wird; auch kann er durch
Zusatzkräfte, wie Feder- oder Gewichtsdruck oder Verzögerungseinrichtungen beeinflußt
werden, so daß es- ermöglicht wird, für den Induktionsmotor selbsttätige Regulierung
sehr verschiedenen Charakters herbeizuführen.