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Anordnung zum Steuern von Drehfeld-Asynchronmotoren mit Kurzschlußankern.
UmAsynchronmotoren mit beliebig großem Drehmoment zu steuern, kann man die Eigenschaft
der Nutenstromverdrängung verwenden, die den Ohmschen Widerstand, der zur Erzeugung
des. normalen Drehmomentes notwendigen Ankerleiter bei erheblichen Ab-
weichungen
von,der @asynclrronen Drehzahl b!eträchtlich vergrößert.
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Ein derartiger Motor läßt sich alsdann ohne Schleifringe und ohne
alle äußeren Steuerwiderstände und Kontakte bauen. Er läßt sich in der für die Praxis
einfachsten und betriebssichersten Weise als Käfigrotor mit einfachen_äußeren Schlußringen
ausführen; er besitzt bei normalem, fast synchronem Betriebe nur eine äußerst geringe
Sehlüpfung, die nicht größer ist als die der bisherigen Schleifring- oder Käfigrotoren.
Er besitzt ferner auch außerhalb des normalen Arbeitsbereiches bei allen Drehzahlen
ein sehr starkes Drehmoment; das sich bei geeignetem Entwurf im ganzen Bereich der
vorkommenden Drehzahlen ungefähr in der Höhe des maximalen Kippmomentes halten läßt.
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Die Wirkungsweise des Motors ist' um so günstiger; j e besser es gelingt,
die Stromverdrängung künstlich zu vergrößern. Das Mittel, die Stabtiefe groll zu
wählen, führt zwar bei kleinen Motoren zu ausreichenden Ergebnissen, bei großen
Motoren lassen sich jedoch die erforderlich tiefen Nuten nicht unterbringen. Ein
besseres Mittel ist die Anwendung von mehr als einem Leiter in jeder -Nut, die jedoch
nicht einfach parallel geschaltet werden dürfen, sondern beispielsweise durch Serienschaltung
so angeordnet sein müssen, daß diejenige Verteilung der Ströme auf die einzelnen
Leiter, die bei niederen Frequenzen vorhanden ist; auch bei hohen Frequenzen erhaltenbleibt:
Hierzu können die Leiter verdrillt, verschränkt oder: verseilt werden, kurz alle
jene Anordnungen, die zur Verminderung der Stromverdrängung bekannt sind: Hier soll
im Gegensatz dazu die Verdrillung jedoch
zur Vermehrung der Stromverdrängung
benutzt werden.
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Die Ursache hierfür, daß der Widerstand von Leitern in einer tiefen
Nut mit zunehmender Unterteilung des Leiters zunächst stark anwächst, ist darin
zu suchen, daß das unter dem Einfluß des Nutenstromes entstehende Nutenquerfeld,
das bei Gleichstrom oder gleichmäßigem Stromdurchfluß den in den Abb. i bis 3 dargestellten
geradlinigen Verlauf besitzt, durch die Rückwirkung der starken Wirbelströmung im
Einfachleiter außerordentlich stark geschwächt wird, so daß es bei Wechselstrom
den Verlauf der stark ausgezogenen Kurve in Abb. i erhält. Unterteilt man aber diesen
Leiter z. B. in drei Teile, wie in Abb. 2, so sind die vom ursprünglichen Nutenfeld
mit gleichmäßiger Verteilung herriihrenden Wirbelströme in den Teilleitern wesentlich
schwächer, und dadurch wird auch das Rückwirkungsfeld sehr erheblich geringer, so
daß das resultierende Feld den Verlauf der stark ausgezogenen Kurve der Abb. 2 erhält.
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Dieses stärkere resultierende Feld erzeugt nun trotz geringerer Ausdehnung
der Einzelleiterquerschnitte dennoch stärkere Stromwärmeverluste in denselben. Erst
bei sehr starker Unterteilung der Leiter, wie sie etwa in Abb. 3 dargestellt ist,
erhält man nicht nur eine geringe Rückwirkung der Wirbelströme auf das Feld; sondern
auch eine so geringe Ausdehnung der einzelnen Leiter, daß in ihnen keine starken
Wirbelströme mehr induziert werden können.
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Die Erfindung gibt nun ein Mittel an die Hand, die Widerstandsvermehrung
durch Nutenstromverdrängung beträchtlich -zu steigern. Es geschieht dies der Erfindung
gemäß dadurch, daß das ursprüngliche Streufeld der Nut durch eingelagerte magnetische
Schichten vergrößert wird. Man verwendet demgemäß Leiter, die zum Teil aus elektrisch,
zum Teil aus magnetisch gut leitendem Material aufgebaut sind, so wie es z. B. für
einen unterteilten Leiter in Abb. 4 dargestellt ist.
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Durch Einlagerung passend bemessener Eisenschichten e in Kupferleiter
1a kann man erreichen, daß man bereits mit einem solchen ?in- oder Zweifachleiter
in der Nut bei einer tatsächlichen Nutentiefe von 2 bis 3 cm eine numerische Nutentiefe
von 8 bis i2 erhält, d. h. die Wirkung einer Nut, die bei schwach isolierten Kupferleitern,
ohne Verwendung der Eiseneinlagen gemäß der Erfindung, etwa 8 bis i2 cm tief sein
müßte. Es tritt also eine Widerstandsvermehrung bis zum r2 bis i 8fachen im Anlaufmomente
ein, ein Wert, der für mittelgroße Drehstrommotoren gerade richtig ist. P-in Käfiigrotor
mit unterteilten Leitern ist in Abb. 5 gezeichnet. Sie bestehen aus abwechselnd
geschichteten Kupfer- und Eisenstäben, wobei die Leiter in der Mitte einmal gekreuzt
sind und an den Enden unter sich und mit den Kurzschlußringen verbunden sind. Die
Eisenstäbe können dabei zur Stromleitung mitbenutzt werden, was für eine gute Ausnutzung
natürlich zweckmäßig ist.
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Rotoren mit künstlich vermehrtem Leiterwiderstand durch Nutenstromverdrängung
besitzen naturgemäß eine größere Nuten= streuurig als gewöhnliche Rotoren. Dieses
ist jedoch wegen der Möglichkeit der Verwendung von Käfigankern völlig unschädlich
für den Betrieb. Denn einerseits ist die Streuung eines Käfigankers wegen des Fortfalles
der weit ausladenden Stirnverbindungen viel geringer als die der gewöhnlich verwandten
Phasenanker, wodurch die Vermehrung der Nutenstreuung für den normalen Betrieb der
Motoren bereits nahezu wettgemacht ist. Andererseits reduziert sich diese vermehrte
Streuung ganz von selbst gerade in den Arbeitsbereichen, wo sie unangenehm wäre,
nämlich während des Steueras, z. B. beim Anlauf mit maximalem Moment, da das Nutenstreufeld
durch die starken Wirbelströme in den Leitern, wie man z: B. an Hand der Abb. i
bis 3 erkennen kann, durch die immerhin vorhandene Rückwirkung der Wirbelströme
auf das Feld wesentlich vermindert wird. In Wirklichkeit zeigen daher die nach den
beschriebenen Gesichtspunkten gebauten Motoren ein wesentlich größeres Kipp- und
Steuermoment als die meisten bisher gebauten Motoren. - -