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Induktionsmotor mit Selbstanlauf. Die neueren Untersuchungen, wie
sie in der Veröffentlichung von R ü d e n b e r g , »ETZ<; i 9 i ä, »Asynchronmotoren
mit Selbstanlauf durch tertiäre Wirbelströme« Seite 483 ff., :493 ff. und Soi ff.,
wiedergegeben sind, haben ergeben, daß die Selbstinduktion von Nutenleitern bei
Wahl geeigneter Verhältnisse von der Frequenz des durchfließenden Wechselstromes
abhängig ist. Diese Erscheinung soll gemäß der Erfindung angewandt werden, um das
Anlaufdrehmoment von Induktionsmotoren zu erhöhen. Aus Formel 32 der genannten Veröffentlichung
ergibt sich nämlich, daß das Anlaufdrehmoment umgekehrt proportional wächst, wenn
die Nutenstreuung abnimmt. Da andererseits beim Lauf mit normaler Drehzahl in den
Ankerleitern nur eine geringe Frequenz herrscht, so kann man die Nutenstreuung derart
wählen, daß, unbeschadet der Verhältnisse beim normalen Lauf, sowohl das Anfahrmoment
als das Drehmoment bei geringen und bei Gegenlaufgeschwindigkeiten einen Wert erhält,
der wesentlich größer ist als bei den üblichen Ausführungen.
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Zur Erläuterung der Verhältnisse ist in der Zeichnung die Abhängigkeit
der Nutenstreuung der Nutenleiter von der numerischen Nutentiefe für verschiedene
Stabzahlen in der Nut (Stabzerteilung) dargestellt. In den Kurven ist nicht die
Nutenstreuung als solche, sondern das Verhältnis f der Wechselstrom-<o nutenstreuung
a zur Gleichstromnutenstreuung so, wie sie sich aus der Formel 22, Seite 5o i der
genannten Veröffentlichung, ergibt, dargestellt. Nach der Formel ist dieses Verhältnis
worin außer der Stabzerteilung m noch Funktionen der numerischen Stabhöhe vorkommen.
Aus der numerischen Stabtiefe @ ergibt sich die numerische Nutentiefe als Produkt
aus numerischer Stabtiefe und Stabzerteilung he=m # @. Unter numerischer Nutentiefe
(die für Kupferleiter mit geringer Isolation bei 5o-periodischen Wechselströmen
ziemlich gleich der Kupfertiefe der Nut wird) ist folgender Ausdruck zu verstehen:
50
0,45 #=0,975 _# 1,95
In diesem Ausdruck bedeutet t die gesamte Leitertiefe in Zentimeter, d die Leiterstabdicke
in Zentimeter, b die Nutenbreite, ebenfalls in Zentimeter, f die Frequenz in per/sek.
und p den spezifischen Widerstand des Leiters im absoluten Maß, also für Kupfers
numerische Zahl ergibt.
tos cm2/sek., so daB sich also r als Einige Ausführungsbeispiele .sollen die Verhältnisse
an Hand der Zeichnung erläutern. Wählt man beispielsweise einen Wechselstromanker
mit einer Stabzerteilung 2, also mit zwei Leitern übereinander in der Nut, bei einer
Nutentiefe von t= 2,5 cm, einer Nutenbreite b = cm, eine Leiterbreite
d :_ o,28 cm, so würde sich aus der Formel bei einer Frequenz von 5o die
numerische Stabtiefe bzw. die numerische Nutentiefe berechnen. Aus dem Kurven-=
blatt ergibt sich dann für diesen Wert von für die Kurve 2 (Stabzahl 2) eine Verringerung
der Nutenstreuung mit Wechselstrom gegenüber der Streuung bei Gleichstrom auf
0,972. Aus der Formel der genannten Veröff entlichung
(Nr.32, Seite läßt sich das Anlaufmoment ermitteln, wenn man in diese Beziehung
für cos cp den Leistungsfaktor bei Normallast und für p 'den Läuferwiderstand einsetzt.
Man ersieht aus dieser Formel ohne weiteres, daß, da das Anfahrdrehmoment mit dem
reziproken Werte der quadratischenNutenstreuung wächst, für diesen Fall die erhaltene
Verringerung der Nutenstreuung nur einen sehr geringen Einfluß auf die Größe des
Anfahrdrehmomentes ausübt.
Wählt man dagegen gemäß dem Ausführungsbeispiel,
wie es in der genannten Veröffentlichung Seite 503 dargestellt ist, einen
Rotor mit einer Nutentiefe von 7 cm und einer Nutenbreite von o,¢ cm und einer numerischen
Nutentiefe von 4,8, so erzielt man bei e i n e m Leiter in der Nut eine Verminderung
der Wechselstromnutenstreuung gegenüber der Gleichstromnutenstreuung auf etwa
0,3, und wenn man diesen Wert in die obenstehende Formel einsetzt, eine beträchtliche
Vergrößerung des Anfahrdrehmomentes. Bei zwei Leitern wird bei dem gewählten Beispiel
die Nutenstreuung, verglichen mit der Gleichstromnutenstreuung, etwa auf -das o,55fache
vermindert, bei drei Leitern auf das o,8fache, also Werte, die erheblich günstiger
sind als das zuerst erläuterte Beispiel.
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Wie hieraus ersichtlich, hat man es völlig in der Hand, durch geeignete
Wahl der numerischen Nutentiefe und Stabzerteilung jeden erwünschten Wert der Nutenstreuung
einzustellen. Zweckmäßig wird man für die Nutenstreuung Werte von 0,5 und
darunter wählen, weil man dann zu den günstigsten Verhältnissen gelangt. Dies bedeutet,
daß man bei mehreren Leitern in der Nut eine numerische Stabtiefe von 2,5 und darüber
wählt.
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Damit die Zerteilung der Stäbe in vollkommenster Weise wirksam wird,
ist es zweckmäßig, die Teilleiter derart anzuordnen, daß in ihnen von den magnetischen
Feldern gleiche Spannungen induziert werden, damit keine Ausgleichströme zwischen
ihnen auftreten. Hierzu können die an sich bekannten Mittel der Kreuzung, Verschränkung,
Verdrillung der Teilleiter innerhalb oder außerhalb der Nut verwendet werden.
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Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich, wenn man die
Nutenleiter durch Kurzschlußringe zu einem Käfig verbindet, wobei dann die Nutenstreuung
den Hauptteil, die der Kurzschlußringe nur einen geringen Teil der gesamten Streuung
ausmacht. Hierdurch wird erreicht, daß die Stirnstreuung, die im allgemeinen unveränderlich
ist, nur eine geringe Wirkung auf den Motor ausübt.
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Die beschriebenen Mittel können bei sämtlichen Sekundärankern von
Asynchronmotoren verwendet werden. Besonders zweckmäßig ist es, sie bei Ankern anzuwenden,
die an sich einen erheblichen inneren Widerstand besitzen, um besser anzulaufen.
Dieser Widerstand kann entweder konstant sein oder sich durch geeignete Ausbildung
der Leiter mit der Sekundärfrequenz ändern. Besonders im letzteren Falle erzielt
man mit dem oben angegebenen Werte der numerischen Stabtiefe von 2,5 und darüber
günstige Verhältnisse, da alsdann Rotorwiderstand und Streuung bei Stillstand des
Motors einander nahezu oder ganz gleich sind, wodurch ein Arbeiten mit großem Drehmomente
bewirkt wird.
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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn man von der üblichen
Bemessung der Motoren abweicht und nunmehr die Rotorstreuun.g bei Lauf größer als
die Statorstreuung ausführt. Große Anlaufmomente erzielt man besonders dann, wenn
man die bei ruhendem Sekundärteil verminderte Rotorstreuung etwa zwischen der halben
und ganzen Ständerstreuung wählt.