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Wechselstrom-Kommutatormotor Elektromotoren, die im Betriebe sowohl
für Gleich- als auch für Wechselstrom, ferner für verschiedene Spannungen und Frequenzen
verwendet werden sollen, können bekanntlich durch Umschaltung und besondere Anordnung
ihrer Wicklungen den verschiedenen Stromverhältnissen angepaßt werden. Insbesondere
hat man bei diesen Motoren neben den Hauptfeldspulen Hilfsspulen angeordnet.
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Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Kommutatormotor der genannten
Art und besteht darin, daß über den Hilfsspulen zur Regelung des Kraftlinienflusses
magnetische Nebenschlüsse (Kernbrücken) und zwischen diesen und dem Hauptkern einstellbare
Luftspalte angeordnet sind. Diese Luftspalte können auch durch Dämpfer-Kurzschlußwicklungen
auf den Kernbrücken ersetzt werden. Bei der Ausführung mit ringförmigem, zweipoligem
Feldmagnetkern werden zwecks Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung des Induktionsflusses
und, um möglichst viel Drahtwindungen unterbringen zu können, für jeden der beiden
Pole zwei Hauptfeldspulen und zwischen den Polen liegende, in Reihe zum Läufer und
den Hauptfeldspulen entgegengeschaltete Hilfsspulen angeordnet. Auf diese Weise
wirkt bei Wechselstrombetrieb dem von den Hauptfeldspulen erzeugten Induktionsfluß
ein von den Hilfsfeldspulen erzeugter Induktionsfluß entgegen, um die Umdrehungszahl
des Läufers zu verändern. Bei Gleichstrombetrieb dagegen werden die Hilfsfeldspulen
so geschaltet, daß sie die Hauptfeldspulen in der Erzeugung des Induktionsflusses
unterstützen. Die besondere Gestaltung des Feldmagnetkernes wird weiter unten an
Hand der Zeichnung erläutert.
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Die vorerwähnten Kernbrücken schaffen einen bequemen Eisenrückweg
für die Induktionsflüsse der Hilfsfeldspulen und'' gestatten eine Erhöhung der Induktanz,
die durch die unmagnetischen Zwischenlagen bzw.@dürch die Dämpfungswicklungen in
gewünschten Grenzen gehalten werden kann. Zufolge der Aufteilung der beiden Hauptfeldspulen
in je zwei Spulen und deren Anordnung auf den aus zwei Teilen zusammengesetzten
Polen ist es möglich, die Spulen mit großer Drahtlänge und doch starkem Draht zu
wickeln. Auch begünstigt die Aufteilung der Feldwicklung in je zwei Spulen den ordnungsmäßigen
Gang des Motors bei Wechselstrom. Die Aufteilung des Magnetkernes in Quadranten
vereinfacht das Ausstanzen der Kernbleche; Ansätze an den Quadranten liefern bequeme
Mittel zur Verbindung der- Quadranten miteinander und dienen zugleich als Wendepole
zur Verminderung des Bürstenfeuers. Durch die unterstützende Zuschaltung der Hilfsfeldspulen
zu den Hauptspulen bei Gleichstrombetrieb wird ein .gutes Anlaufen gesichert. Außerdem
verhindern die Hilfsspulen, da sie mit dem Läufer in Reihe geschaltet sind und so
als Vorschaltwiderstand wirken, ein Durchgehen des Läufers bzw. eine Überlastung
des
an der Drehung gehinderten Läufers.
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Ein erfindungsgemäßer Motor ist auf den Zeichnungen beispielsweise
dargestellt. Abb. i ist ein Schnitt senkrecht zur Achse des Motors, Abb. 2 eine
Seitenansicht des Motors in verkleinertem Maßstabe, Abb.3 ein Schnitt in der Achsebene.
Abb. 4 und 5 stellen den Verlauf des Induktionsflusses bei Anschluß an ein Wechsel-
bzw. Gleichstromnetz dar. Abb. 6 zeigt einen der Quadranten, aus welchen der Feldmagnetkern
zusammengesetzt ist. Abb.7 und 8 stellen in Ansicht und Schnitt eine auf dem Magnetkern
direkt aufliegende Kernbrücke mit Dämpfungswick-Iung dar.
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Der Magnetkern ist aus unter sich gleichen Quadranten 58 zusammengesetzt,
deren Form aus Abb. 6 zu erkennen ist. Die übereinanderliegenden Blechquadranten
werden mittels Niete, die durch Löcher 6i gezogen werden, zusammengepreßt. Von den
Rümpfen der Quadranten 58 ausgehend, gelangt man auf der einen Seite über Kröpfungen
59 zu Halsteilen 56, die in Hörner 57 auslaufen und auf der anderen Seite über verschmälerte
Teile 74 zu Vorsprüngen 65. Nach Zusammensetzung der Quadranten zum Magnetkern
58 entstehen zwei Hauptpole53 und 54, deren von den Hörnern 57 gebildete
Polschuhe den Läufer fast ganz umfassen, so daß nur noch Platz für zwei Wendepole
bleibt. Diese bestehen aus lamellierten Eisenkernen 6e, die durch Hülsen 64 aus
unmagnetischem Stoff umschlossen und mit den Vorsprüngen 65 der Blechquadranten
verbunden werden. Die Hülsen dienen gleichzeitig zum Zusammenhalten der Magnetquadranten.
Über die außen auf dem Magnetkern liegenden Teile der später zu beschreibenden Hilfsfeldspulen
hinweg greifen die ebenfalls aus Blechen zusammengesetzten, durch Ausschnitte im
Motorgehäuseq.C hindurchgehenden Kernbrücken 75. Sie werden durch Schellen8o und
Schrauben 79 unter Zwischenlegung von aus unmagnetischem Stoff bestehenden auswechselbaren
Zwischenlagen 78 gegen die Flächen 81 des Magnetkernes 58 gepreßt. Unter Fortfall
der eben erwähnten Zwischenlagen 78 und des durch sie bestimmten Luftspaltes können
die Kernbrücken auch mit einer aus paramagnetischem Stoff hergestellten Hülle
125 versehen werden, die beispielsweise aus einem dicken blanken Kupferdraht
besteht, dessen einzelne Windungen einander berühren und miteinander verlötet sind.
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Die vier Hauptfeldspulen 49, 50, 5i, 52, je zwei für einen Magnetpol,
umschlingen die Kröpfungen 59 der Quadranten und füllen die durch die beschriebene
Form der Quadranten gebildeten Hohlräume zwischen Kern und Gehäuse annähernd aus.
Die Spulen können als Ganzes über dme Quadranten geschoben werden. Acht Hilfsfeldspulen
66, 67, 68, 69, 70, 74 72, 73 werden in Richtung des Umfanges (Abb. i) zwischen
den Hauptfeldspulen angeordnet und können gleichermaßen fertiggewickelt auf die
verschmälerten Teile 74 der Blechquadranten aufgesteckt werden. Durch die beschriebene
Anordnung der Haupt- und. Hilfsfeldspulen wird eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung
derselben vermieden.
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Sämtliche Spulenanfänge und -enden werden zu einem Anschlußbrett 84
geführt (Abb. 3). Dort enden sie an Kontaktbolzen 88. Gegen diese können mit ihren
Kontaktfedern 9 1 auswechselbare Schaltplatten 92 gedrückt werden, die die
den jeweils in Betracht kommenden Stromverhältnissen und Betriebsbedingungen entsprechenden
Verbindungen herstellen.
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Dabei sind die Hilfsfeldspulen mit dem Läufer stets in Reihe geschaltet
und liegen ebenso wie die Hauptfeldspulen an der vollen Betriebsspannung. Die Hauptfeldspulen
sind stets vollzählig, entweder in Reihe oder halbparallel eingeschaltet, während
die Hilfsfeldspulen auch in geringerer, jedoch stets in gerader Anzahl, gleichmäßig
auf die beiden Seiten des Motors verteilt, entweder in Reihe oder halbparallel geschaltet
werden. Die Schaltung der Spulen richtet sich nach Betriebsspannung und verlangter
Umdrehungszahl des Motors. Bei Betrieb mit Gleichstrom wird die Reihe der Hilfsfeldspulen
mit Bezug auf den Läufer entgegengesetzt der Schaltung bei Wechselstrom geschaltet.
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Die Wirkungsweise des Motors ist folgende: i. Bei Wechselstrombetrieb.
Hauptfeldspulen und Hilfsfeldspulen erzeugen je einen Induktionsfluß. Abb. 4 zeigt
den entgegengesetzten Verlauf dieser beiden Flüsse zufolge der elektrischen Gegenschaltung
von Hilfs- und Hauptfeldspulen. Der durch die Hilfsfeldspulen erzeugte Induktionsfluß
durchsetzt den Teil des Magneten, den die Hilfsspulen umschließen, und findet seinen
Rückweg durch die Kernbrücken 75, während der durch die Hauptfeldspulen erzeugte
Fluß teils im Hauptmagneten, teils in den Kernbrücken verläuft. Um zu verhüten,
daß die Induktanz zu groß wird, und um zu erreichen, daß Haupt- und Hilfsfeldspulen
durch den Hauptkern richtig aufeinander einwirken, sind die durch die Brücken 75
gehenden magnetischen Kreise mit Dämpfungen versehen. In diesem Sinne wirken die
Luftspalte mit den Zwischenlagen 78 oder die Kurzschlußwicklungeni25, die letztgenannten
durch
nrzeugung eines Gegeninduktionsflusses.
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Der Motor hält bei Veränderung der BelastungseineUmdrehungszahlinne.
DieseTatsache ergibt sich auf Grund folgender Überlegung: Auch in den Zeitpunkten,
da der Zeitwert der Wechselspannung gleich Null ist, dreht sich der Läufer zufolge
seiner Trägheit weiter. In diesen Augenblicken wäre auch der Magnetismus gleich
Null. Der verbleibende remanente Magnetismus jedoch erzeugt in den Läuferspulen
Gleichstrom, der durch die Hilfsspulen in das Netz fließt. Dadurch wird der Läufer
vorübergehend gebremst. Man kann sich also die gesamte theoretische Arbeitsleistung
des Motors zusammengesetzt denken aus der Leistung von Nutzarbeit und regelmäßig
wiederholter Erzeugung eines Riickstroms. Steigt dieBelastung, so wird der Motor
zunächst bestrebt sein, langsamer zu laufen. Der Rückstrom wird dabei geschwächt,
und dem Motor wird infolgedessen mehr Strom aus dem Netz zufließen. Dadurch wird
aber die Geschwindigkeit wieder gesteigert. Trotz höherer Belastung ergibt sich
also die Beibehaltung der Umlaufszahl.
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Bei stillstehendem Läufer ist die Induktanz des Motors am größten.
Beim Anlassen des Motors ist die Wirkung der Hauptfeldspulen stärker als die der
Hilfsfeldspulen. Deshalb wirken die Hauptfeldspulen wie bei einem Transformator
auf die Hilfsfeldspulen. Da die in den Hilfsfeldspulen erzeugte Spannung mit der
Netzspannung in Phase ist, wird die in den Hilfsspulen induzierte Spannung der Netzspannung
hinzugefügt. Die Induktanz wird geschwächt, und der Motor läuft demzufolge leicht
an.
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Die Wicklung wird so gewählt, daß sie der höchsten für den Motor überhaupt
in Betracht kommenden Frequenz entspricht. Für geringere Frequenzen wird der Motor
dadurch verwendbar gemacht, daß die in mehreren Spulen aufgeteilten Hauptfeld- und
Hilfsfeldwieklungen entsprechend geschaltet werden. Dabei ist zu beachten, daß den
Spannungen mit hoher Frequenz eine geringe Induktanz zuzuordnen ist und umgedreht.
z. Bei Gleichstrombetrieb. Für diese Betriebsweise werden die Hilfsfeldspulen entgegengesetzt
wie bei Wechselstrombetrieb geschaltet. Jetzt unterstützen sie die Hauptfeldspulen,
indem sie den durch diese erzeugten Magnetismus verstärken, der allein nicht ausreichen
würde, wenn derMotor mit Gleichspannung dieselbe Geschwindigkeit entwickeln soll
wie hei entsprechender Wechselspannung. Der Motor läuft auch bei Gleichstrombetrieb
mit Nebenschlußcharakteristik. Abb. 5 zeigt, wie im Magneten der Induktionsfluß
verläuft. Durch die Kernbrücken 75 geht dabei nur ein verschwindend geringer Streufluß,
der praktisch keine Bedeutung hat und deshalb in Abb. 5 nicht dargestellt ist. Das
ganze ringförmige Magnetgebilde wird zu einem einfachen Magneten, der gleichmäßig
von Magnetismus in einer Richtung durchflossen wird. Die mit dem Läufer in Reihe
geschalteten Hilfsfeldspulen würden sogar ohne die Hauptfeldspülen ein Feld ergeben,
das genügen würde, den Läufer in Bewegung zu setzen, da sie mit diesem gewissermaßen
einen Hauptstrommotor bilden. Im ganzen erhält man einen Doppelschlußmotor mit gutem
Anlaßdrehmoment.