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Als Asynchronmotor anlaufender ein- oder mehrphasiger Wechselstromsynchronmotor.
Gegenstand der Erfindung ist ein als Asynchronmotor selbstänläufender Synchronwechselstrommotor,
der mit einer primären und einer sekundären Wicklung versehen ist, wobei in der
letzteren den induzierten Wechselströmen ein Gleichstrom - übergelagert wird, zum
Zwecke, den Läufer in den Synchronismus zu bringen. Dieser Gleichstrom wird in der
üblichen Weise durch eine -Erregermaschine niedriger Spannung,
diie
zweckmäßig mit der Welle des Hauptmotors direkt gekuppelt ist, geliefert. Bei solchen
Motoren haben sich beim Anlassen, ganz. besonders in Fällen, in denen ein erhebliches
Anzugsmoment erforderlich ist, Schwierigkeiten ergeben in bezug auf die Erzielung
einer korrekten und allmählichen Überlagerung des Gleichstroms über den Wechselstrom,
derart, daß Unstetigkeiten in der Charakteristik des Anzugsmomentes vermieden werden.
Zweck der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu überwinden und die erforderlichen
Schalt- und Anlaßvorrichtungen zu vereinfachen. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung
als Erregerrnaschine eine Gleichstrotndreileitermaschine verwendet, deren Nulleiter
mit einem geeigneten neutralen Punkt der sekundären Wicklung des synchronen Hauptmotors
verbunden ist. Eine :besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich, wenn der sekundäre
Teil des Hauptmotors mit einer Zweiphasenwicklung versehen ist, weil diese die günstigste
Ausnutzung des Wicklungskupfers gestattet.
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Die Gleichstrom'dreileitererregermasohine kann in an sich bekannter
Weise entweder aus zwei gesonderten Maschinen bestehen oder -derart ausgeführt sein,
daß ihr Anker, wie Abb. i der Zeichnung zeigt, zwei getrennte Ankerwicklungen besitzt,
die in Reihe geschaltet sind, wobei von der Verbindungsleitung zwischen beiden Ankerwicklungen
der Nulleiter abgezweigt wird, oder, wie Abb.2 zeigt, so, daß ein aus einer ein-
oder mehrphasigen Drosselspule bestehender Spannungsteiler über Schleifringe mit
entsprechenden Punkten der Ankerwicklung verbunden ist und der Nulleiter an den
neutralen Punkt dieses Spannungsteilers angeschlossen wird. Schließlich kann man
auch, wie in Abb. 3 dargestellt ist, die als Spannungsteiler dienende Drosselspule
unmittelbar in den Anker der Erregermaschine oder aber in den Läufer des Hauptmotors
einbauen und mit diesem umlaufen lassen. In allen diesen Fällen wird das andere
Ende des Nulleiters mit dem neutralen Punkt der Sekundärwicklung des Hauptwechselstrommotors
verbunden, und zwar in den beiden ersten Fällen über einen Schleifring, während
man im .dritten Fall, bei dem der Spannungsteiler mitrotiert, die Verbindung zweckmäßig
durch unmittelbaren Anschluß der beiden neutralen Punkte an die Welle bewirkt.
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In allen drei Abbildungen der Zeichnung ist die sekundäre Wicklung
des Motors als Zweiphasenwicklung a, b angenommen, jedoch ist der Gegenstand
der Erfindung selbstverständlich auch auf Wicklungen mit mehr als zwei Phasen anwendbar.
Die Primärwicklung c des Motors ist in der Zeichnung der Einfachheit halber als
Einphasenwicklung dargestellt, kann aber natürlich auch von beliebiger Phasenzahl
sein. Sie ist über den Schalter d mii dem Wechselstromnetz verbunden.
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In den Abbildungen der Zeichnung ist der Läufer der sekundäre Teil
des Motors, und in len Abb. i und 2 sind die Wicklungen a, b in der üblichen
Weise mit drei Schleifringen e, f und ä verbunden. Es ist klar, daß die mit
den Bürsten auf diesen Schleifringen verbundenen Stromkreise während des Anlassens
durch Anwendung an sich bekannter Mittel derart beschaffen sein müssen, daß sie
das Fließen von Zweiphasenströmen in den beiden Phasen a und b der Wicklung ermöglichen,
d. h. also, ;laß Ströme mit einer Phasendifferenz von 9o elektrischen Graden erzeugt
werden. Gleichzeitig muß die Möglichkeit gegeben sein, durch die zwei Wicklungen
a und b in Reihenschaltung Gleichstrom hindurchzuleiten.
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Gemäß der Erfindung ist der mit dem neutralen Punkt der Wicklung
a und b verbundene Schleifring f unmittelbar mit dem Nullpunkt des
Gleichstromdreileitergenerators verbunden.
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In Abb. i ist dieser Generator aus den beiden in Reihe geschalteten
Ankerwicklungen h und k zusammengesetzt. Mit zunehmender Drehzahl des Motors wird
sich Gleichstrom aus den Ankerwicklungen iz und k dem Zweiphasenstrom überlagern.
Der in den Wicklungen a und b induzierte Wechselstrom dagegen verschwindet,
sobald die Maschine in den Synchronismus übergeht und läßt den Gleichstrom in voller
Stärke.
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Die Anordnung nach Abb. i erfordert zwei Kommutatoren, von denen jeder
den vollen Gleichstrom führen muß. Diese Ausführungsform ist daher ziemlich kostspielig.
Statt dessen kann der Nullpunkt des Dreileitersystems mit Hilfe von äußeren Widerständen
geschaffen werden, oder aber der Dreileitergenerator hat, wie in Abb.2 gezeigt,
nur eine einzige Ankerwicklung 1, die mit einem sogenannten ruhenden Spannungsteiler
verbunden ist. Im letzteren Falle ist nur ein Kommutator erforderlich, aber der
Generator hat zwei Schleifringe m und n, welche Bürsten o und p tragen, die mit
den Enden einer stillstehenden Drosselspule q verbunden sind. Der neutrale Punkt
der letzteren bildet den Nullpunkt für das Dreileitersystem und ist daher mit dem
Schleifring f verbunden, der seinerseits gemäß der Erfindung mit dem neutralen Punkt
der Zweiphasenwicklung d und b verbunden ist.
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Abb.3 zeigt eine weitere aus Abb.2 abgeleitete Ausführungsform der
Erfindung. Die stillstehende Drosselspule ist hier durch eine Drosselspule q ersetzt,
welche entweder an dem Anker der Erregermaschine 1 befestigt j ist und mit ihm umläuft
oder aber in diesen Anker oder in ,den Läufer des Hauptmotors
eingebaut
ist. Auf diese Weise ist der Nullpunkt der umlaufenden Drosselspule q mit dem neutralen
Punkt der Zweiphasenwicklung a, b verbunden, ohne daß hierzu die Schleifringe f,
m und n erforderlich wären. Die Verbindung ist in der Zeichnung .durch einen Leiter
y angedeutet, der an der Welle entlanggeführt ist, sie kann aber auch durch einen
durch die hohle Welle geführten isolierten Leiter oder durch die Welle selbst bewirkt
werden, indem sowohl der neutrale Punkt der Wicklung als auch der Nullpunkt der
umlaufenden Drosselspule q unmittelbar mit der Welle verbunden wird. Bei Verbindung
der beiden Nullpunkte durch eine besondere Verbindungsleitung kann man die Einrichtung
zweckmäßig auch so treffen, daß diese Verbindung bei Erreichung des Synchronismus
von Hand' oder selbsttätig geöffnet wird, um zu verhüten, daß die den höheren Harmonischen
des Nutzwechselstromes entsprechenden Wechselströme sieh über diese Nullpunktsverbindung
schließen.
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Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung weder auf eine Zweiphasenwicklung
noch auf den Läufer des Motors, sondern kann ebensogut bei einer Mehrphasenwicklung
angewandt werden und: wenn die Statorwicklung die Sekundärwicklung ist und diese
irgendeine zu einem neutralen Punkt verbundene Anzahl von Phasen besitzt. Es ist
zu bemerken, daß gemäß der Erfindung die erforderlichen Schalt- und Anlaßapparate
in erheblichem Maße beschränkt werden. Außer dem Hauptschalter d in der Schaltung
.der Primärwicklung c werden lediglich zwei einstellbare regelbare Widerstände s,
t gebraucht, nämlich einer auf jeder Seite des Ankers der Erregermaschine, und diese
werden vorzugsweise miteinander gekuppelt. Sie dienen sowohl als Anlaßwiderstände
und auch zur Regulierung der Gleichstromzufuhr, wenn der Motor synchron läuft. In
Fällen, in denen ein hohes Anzugsmoment nicht unbedingt nötig ist, kann das Anlassen
auch mittels Autotransformators oder mittels der Sterndreieckschaltung erfolgen.
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Die Feldwicklung der Erregermaschine kann für Fremderregung, Nebenschluß-,
Hauptstrom-- oder, wie in Abb. i gezeigt, für Compounderregung gewickelt sein. Im
letzteren Falle ist es wichtig, daß die Reihenwicklungen u, v gleiche Windungszähl
besitzen und eine von ihnen- mit der einen Seite der Ankerwicklung, die andere mit
der anderen Seite derselben verbunden ist, um das elektrische Gleichgewicht des
Systems aufrechtzuerhalten. w ist die Nebenschlußwicklung.
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Wie schon erwähnt, beschränkt sich die Erfindung nicht auf die in
.der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern ist ganz allgemein für
die selbsttätige Synchronisierung von synchronen Wechselstrommotoren beliebiger
Phasenzahl und beliebiger Bauart verwendbar, wobei auch die Art der Erzeugung des
Dreileitergleichstromes für die Erregung des Synchronmotors unerheblich ist. Wesentlich
für die Erfindung ist vielmehr nur, daß .die Sekundärwicklung des Motors einen neutralen
Punkt besitzt, der mit dem Nullpunkt des Erregerdreileitersystems verbunden ist,
während die Außenklemmen der Sekundärwicklung .des Motors mit den Außenleitern des
Erregerd'reileitersystems verbunden werden.