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Einrichtung zur Kompensierung der Phasenverschiebung von Induktionsmotoren.
Die Phasenverschiebung von Induktionsinotoren läßt sich bereits vom Leerlauf an
bis auf den Einheitswert des Leistungsfaktors dadurch kompensieren, daß man einen
Periodenumformer verwendet, der aus einer an einen Kommutator angeschlossenen, mit
mehrphasigen Anzapfungen versehenen Wicklung besteht und mit einer der Umlaufzahl
des Läufers proportionalen Geschwindigkeit angetrieben wird. Der Periodenumformer
wandelt die -Netzfrequenz in einen Strom von der Schlüpfungsper iodenzahl um, der
in bezug auf den Arbeitstrom phasenverschoben in die Sekundärwicklung des Motors
gespeist wird, so. daß derselbe die Magnetisierung des Eisenkörpers des Motors bewirken
kann.
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Man kann nun die höhere Periodenzahl entweder in die Wicklung des
Periodenumforiners speisen und die Schlüpfungsfrequenz
den Kommutatorbürsten
entnehmen oder umgekehrt die höhere Frequenz den Kommutatorbürsten zuführen und
die Schlüpfungsfreqttenz an Anzapfungen der Wicklung abnehmen.
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Bisher sind drei verschiedene Arten der Verbindung des Periodenumformers
mit dem Motor bekannt.
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Bei der einen Schaltung wurde die Netzfrequenz den Anzapfungen der
umlaufenden Periodenumformerwicklung zugeführt, während die Kommutatorbürsten die
Schlüpfungsfrequenz lieferten, welche in den Läufer des Motors geleitet wurde. Bei
dieser Schaltung- mußte man, Dreiphasenstrom angenommen, drei Schleifringe für die
Speisung des Stromes zum Periodenumformer und drei weitere Schleifringe für die
Zuführung der umgeformten Ströme in den Läufer verwenden.
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Zur Verminderung der Anzahl der erforderlichen Schleifringe wurde
weiterhin die Netzfrequenz nicht der Periodenumformerwicklung, sondern den Kommutatorbürsten
zugeführt und die Schlüpfungsfrequenz an den Anzapfungen der umlaufenden Periodenumformerwicklung
abgenommen, wobei diese Anzapfungen unmittelbar, also ohne Schleifringe, mit der
Läuferwicklung des Motors verbunden werden können. Dieser zuerst von H e y 1 a n
d vorgeschlagenen Anordnung haftet jedoch der übelstand an, daß durch die Wicklung
des Periodenumformers ein Strom mit der niedrigen Schlüpfungsfrequenz fließt, weshalb
diese Wicklung einen verhältnismäßig hohen Wirkwiderstand besitzen muß, der große
ohmische Verluste verursacht.
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Um nun ohne Vermehrung der Schleifringe die Periodenumformerwicklung
mit der Netzfrequenz zu speisen, also den Wirkwiderstand durch den induktiven Widerstand
der Wicklung zu ersetzen, verlegte man die Sekundärwicklung des Motors in den Ständer
und schloß den Läufer an das Netz. In diesem Falle kann man nämlich den Arbeitstrom
mit der primären Frequenz durch die normalen Schleifringe des Läufers sowohl der
im Läufer untergebrachten Primärwicklung als auch der gleichfalls im Läufer untergebrachten
Periodenumformerwicklung zuführen, während die Schlüpfungsfrequenz von den ortsfesten
Kommutatorbürsten des Periodenumformers unmittelbar, d. h. ohne Schleifringe, abgenommen
und der im Ständer des Motors untergebrachten, also ruhenden Sekundärwicklung zugeführt
werden kann.
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Diese elektrisch vorteilhafte Anordnung besitzt aber den Übelstand,
daß der Läufer für die Netzspannung bemessen werden muß und deshalb der Motor mit
Rücksicht auf die Betriebsicherheit nur für niedrige Spannungen geeignet und die
Anwendungsmöglichkeit auf Motoren kleinerer Leistung beschränkt ist. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, daß w ähr end eine im Ständer angeordnete Primärwicklung
leicht für verschiedene Betriebspannungen umgeschaltet werden kann, sich Motoren,
deren Läufer als Primärteil dient, nur für eine Betriebspannung eignen.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht dagegen, ohne Steigerung
der Anzahl der Schleifringe die den Kommutatorbürsten des Umformers entnommene Schlüpfungsfrequenz
dem als Sekundärteil dienenden Läufer - zuzuführen und trotzdem die Ströme höherer
Frequenz in die Periodenumformerwicklung zu speisen.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Ströme höherer Frequenz
als der der Schlüpfung der Periodenumformerwicklung durch die umlaufende Sekundärwicklung
eines Transformators geliefer t werden, dessen ruhende Primärwicklung unmittelbar
oder mittelbar an das Netz angeschlossen ist.
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Hierzu ist erforderlich, daß die Polzahl P, des Periodenumformers
der Summe der Polzahl P"1 des Motors + der Polzahl Pt des rotierenden Transformators
gleich sei, oder aber dem in dem einen oder in dem anderen Sinne genommenen Unterschied
P" Z - Pt oder Pt - P. dieser beiden Polzahlen.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Beispiel einer Schaltung der Kompensierungseinrichtung
gemäß der Erfindung.
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s ist die an das Netz 1, 1, l angeschlossene ruhende Primärwicklung
eines dreiphasigen Motors und r dessen umlaufende Sekundärwicklung, auf deren Schleifringe
g, g, g die Bürsten b, b, b schleifen. Letztere können mittels der Kontaktarme
i nach Kurzschließen des Anlaßwider standes h mit den Kontakten in verbunden
werden, an welche die Bürsten w des Periodenumformers über die Leitungen x angeschlossen
sind.
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c ist die Wicklung des die Magnetisierungströme liefernden Periodenumformers,
auf deren Kommutator k die Bürsten w, w, w schleifen.
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Die umlaufende Periodenumformerwicklung c steht in Zwangantriebsverbindung
mit dem Läufer r oder ist mit diesem zusammen gebaut. Sie ist mit dreiphasigen Anzapfungen
d versehen, an denen einDreiphasenstrom höherer Frequenzperiodenzahl als der der
Schlüpfung in die Wicklung eingeführt werden soll.
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Zu diesem Zwecke ist gemäß der Erfindung ein rotierender Transformator
T vorgesehen, dessen dreiphasige Sekundärwicklung t" mit der P.eriodenumformerwicklung
c zusammen umläuft und mit den Anzapfungen d verbunden ist. Die mit der dreiphasigen
Sekundärwicklung
t, des rotierenden Transformators zusammenwirkende
Primärwicklung t1 kann einphasig oder dreiphasig ausgeführt sein und ist in einem
ruhenden Eisenkörper angeordnet. Die Primärwicklung t1 des umlaufenden Transformators
kann entweder unmittelbar, zweckmäßiger jedoch .über eine spannungsvermindernde
Vorrichtung, z. B. über einen Transformator oder Spannungsteiler, an das Netz angeschlossen
sein-. Gemäß der Zeichnung ist die Primärwicklung t, an die Anzapfungen f niedrigerer
Spannung der Ständerwicklung s angeschlossen. Bei Benutzung eines besonderen Transformators
oder Spannungsteilers mit veränderlichem Umsetzungsverhältnis kann man die Primärspannung
des rotierenden Transformators ändern und hierdurch die Umlaufzahl des Motors ohne
Verstellung der Kommutatorbürsten regeln.
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Wie bereits erwähnt worden ist, muß die Polzahl der Periodenumformerw
icklung cund des rotierenden Transformators T derart gewählt werden, daß die Polzahl
des Periodenumformers der Summe oder dem Unterschied der Polzahlen des Motors und
des umlaufenden Transformators gleich sei. Im Falle eines 8poligen Motors muß z.
B. der Periodenumformer und der rotierende Transformator 4polig sein. Der Motor
wird, eine Netzperiodenzahl 5o angenommen, wie folgt arbeiten: Die tninutliche Umlaufzahl
des Drehfeldes des Ständers ergibt sich zu
Bei einer Schlüpfun g von d. Prozent beträgt die Umlaufzahl des Motors 750 - 0 0
' 750) = 75 - 30 = 72 un die Periodenzahl der in dem in bezog auf das Feld um Umdrehungen
pro Minute zurückbleibenden 8poligen Läufer induzierten Ströme ist:
Sekundärwicklung 720,
mit 1500
780
Die Umlaufzahl des durch den
5operiodigen Strom in der Ständerwicklung des rotierenden Transformators erregten
-Drehfeldes ist
.N Der Sekundärteil t., des rotierenden Transformators läuft zusammen mit dem Läufer
des Motors, also mit einer Umdrehungszahl i an so daß die des der Um-Transformators
gegenüber dem drehungszahl r 500 laufenden Primärfeld des Transformators minutlich
um die Umlaufzahl zurückbleibt. In-- 720 -folgedessen wird in der Sekundärwicklung
des umlaufenden Transformators ein Strom mit der Periodenzahl in, werden.
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Motors untergebracht Motors
Dieser Strom tritt durch die Anzapftmgen d in die Periodenttmformerwieklung c und
erregt in derselben ein Drehfeld mit der Umlaufzahl
In diesem Feld dreht sich die Periodenumformerwicklung mit der Umlaufzahl 72o des
Zotors, so dafi sie in bezog auf das Feld um die Umlaufzahl 6o zurückbleibt. Die
an den Bürsten w des 4poligen Periodenumformers abgenommene Periodenzahl ergibt
sich infolgedessen zu
ist also die gleiche wie die Schlüpfungsfrequenz des Motors und kann durch die Leitun-Kontaktarme
i, Bürsten b
gen x-, Kontakte und Schleifringe g in die Läuferwicklung
r zwecks Leistung der Magnetisierung eingeführt -Man speist somit die Periodenumformerwicklung
c mit einem Strom genügend hoher Periodenzahl, um den Wirkwiderstand der Periodenumformerwiclelung
gering bemessen zu können.
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Die Periodenumformerwicklung c, die Sekundärwicklung t2 des rotierenden
Transformators und die Läuferwicklung r des können in besonderen Eisenkörpern sein;
doch können sie auch entweder im Läufer des oder im Läufer des Periodenumformers,
oder aber sowohl die Sekundärwicklung t. des umlaufenden Transformators als die
Periodenumformerwicklung c auch in den Läufer des Motors eingebaut werden. Im letzteren
Falle können z. B. alle drei Wicklungen des Läufers in gemeinsamen Nuten untergebracht
sein. Dadurch, daß bei der beschriebenen Schaltung Ströme höherer Frequenz in die
Periodenumformerwicklung gespeist werden, genügen für dieselbe nur wenige Windungen,
und auch die
umlaufende Transformatorwicklung erfordert nur eine
geringe Windungszahl, weshalb die Unterbringung dieser Wicklungen in den Nuten der
Läuferwicklung keine empfindliche Verminderung des für die Motorwicklung zur Verfügung
stehenden Raumes, also der erzielbaren höchsten spezifischen Leistung, zur Folge
hat. Diese wenigen Windungen der Transformator- und Periodenumformerwicklung können
nach dem Einlegen der Läuferspulen leicht eingezogen werden. Ebenso kann die Primärwicklung
t1 des umlaufenden Transformators im Ständer des Motors, und zwar gegebenenfalls
auch in gemeinsamen Nuten mit der Ständerwicklung, untergebracht werden.
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Wenn die Motorwicklungen und die Transformator- wie die Periodenumformerwicklung
in gemeinsamen Nuten oder in einem gemeinsamen magnetischen Feld liegen, müssen
die Polzahlen dieser Wicklungen derart gewählt «-erden, daß sie der oben angegebenen
Anforderung entsprechen, außerdem aber müssen bekanntlich die Polzahlen der in einem
gerneinsamen magnetischen Felde liegenden Wicklungen verschieden sein, wobei das
Verhältnis der Polzahlen der beiden Wicklungen keine ungerade Zahl ergeben darf.
Will man bezüglich der Periodenumformerwicklung diese Einschränkung der Polzahl
vermeiden oder will man selbst mit der geringen Anzahl von Windungen des Periodenumformers
die Aufnahmefähigkeit der Läufernuten nicht beeinträchtigen, so wird die Periodenumformerwicklung
in besonderen Nuten oder Kanälen angeordnet, die an einem kleineren Halbmesser des
Läufers als dessen Motorwicklung liegen.