DE50908C - Einrichtungen an synchronen Wechselstrommotoren - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

in BUDAPEST.

Ein synchroner Wechselstrommotor wird durch Zuführung von Wechselströmen in die Armatur in Bewegung gesetzt und erhalten, wobei bei regelrechtem Gange die Anzahl der Magnetpolvorübergänge vor jeder der Armaturspulen gleich ist der Zahl 'der Stromrichtungswechsel des eingeführten Wechselstromes. Als solcher synchroner Motor ist eine magnetelektrische oder eine Wechselstrommaschine, deren Magnete von einer anderweitigen Elektricitatsquelle durch Gleichströme erregt werden, ohne Weiteres verwendbar, doch mufs dieselbe durch einen nicht vom Wechselstrom herrührenden Aufwand an bewegender Kraft auf die synchrone Umdrehungszahl gebracht werden, worauf erst durch Einleitung des Wechselstromes in den Anker diese Geschwindigkeit auch gegen einen mechanischen Widerstand erhalten wird; dies natürlich nur so lange, als die Leistungsfähigkeit des betreffenden Motors nicht durch den ihm entgegengehaltenen mechanischen Widerstand überstiegen wird.

Bei einem synchronen Wechselstrommotor kann aber die Erregung der Magnete ebenfalls von Wechselströmen bewirkt werden. Es ist dazu ein sich mit der Maschine drehender Stromwender nothwendig, welcher den einzelnen Stromstöfsen in den Magneten die entsprechende'Richtung giebt. In einfachster Gestalt besteht dieser Stromwender aus so vielen Kreisringabschnitten, als der Motoranker bezüglich die Magnete Spulen enthalten, wovon die geradzahligen Abschnitte unter einander und mit dem einen Ende der Magnetbewickelung und die ungeradzahligen unter einander und . mit dem anderen Ende der Magnetbewickelung in elektrischer Verbindung stehen, während durch zwei Bürsten oder Bürstengruppen der Wechselstrom dem sich drehenden Stromwender zugeführt wird. Bei entsprechender bezüglicher Stellung der Bürsten gegen die Abschnitte des Stromwenders, im Augenblick des Gegenüberstehens der Ankerspulen und der Magnetpole, ist es ersichtlich, dafs, gleichmäfsig synchronen Gang vorausgesetzt, jedesmal beim Richtungswechsel des Wechselstromes dieReihenfolge der elektrischen Verbindungen von Stromzuführung in die Magnetbewickelung umgekehrt wird, so dafs im regelrechten Gange die Magnete wohl mit einem unterbrochenen, aber gleichgerichteten Strom erregt werden, also die Magnete immer gleiche Pollage behalten, der Motor also in synchronem Gange bleiben kann.

Eine Skizze der wesentlichen Theile eines solchen Motors ist in Fig. 1 dargestellt.

A ist eine der feststehend angenommenen Ankerspulen des Motors, M eine der sich drehenden Magnetspulen, C der sich ebenfalls mitdrehende Stromwender.

Die schraffirten Abschnitte stehen unter einander und mit Ende 1 der Spulen M, die lichtgelassenen unter einander und mit Ende 2 der Spulen in leitender Verbindung.

Von den Zuleitungen L wird der Wechselstrom sowohl für den Anker als auch für die Magnete entnommen, und zwar kann dies entweder, wie in Fig. 1 angedeutet, unmittelbar oder aber auch durch die Vermittelung von Inductions-

spulen (Transformatoren), welche die Spannungs- und Stromverhältnisse der Leitungen eventuell in solche für den Motor geeignete umwandeln können, geschehen.

Die Bürsten B¹ und B² sind so eingestellt, dafs in einem gegebenen Zeitpunkt die eine auf einem lichten, die andere auf einem schraffirten Abschnitt schleift und dieser Abschnittwechsel im Augenblicke des Vorüberganges von M vor A stattfindet.

Bei einem Motor mit feststehenden Magneten und sich 'drehendem Anker sind noch zwei Paar Schleifcontacte erforderlich, um dem Anker den Strom zuzuführen und für die Magnete den vom sich drehenden Stromwender gleichgerichteten Strom abzunehmen. Motoren, die in beschriebener Weise eingerichtet sind, können auch mit dem Wechselstrom in.Gang gebracht werden, wozu nur noch erforderlich ist, dafs die Eisenmassen des magnetischen Feldes in bekannter Weise durch Unterteilung gegen das Auftreten schädlicher Inductionsströme gesichert werden.

Stellt man nämlich den Anker und die Magnete des Motors in eine günstige Lage gegen einander oder ertheilt man dem Motor eine nur ganz geringe Anfangsbewegüng und leitet den Wechselstrom zu, so wird sich der Motor in Bewegung setzen und seine Geschwindigkeit allmälig bis zur Erreichung des Synchronismus steigern, denn bei jedem Richtungswechsel des zugeführten Wechselstromes kehrt sich derselbe sowohl in dem Anker als auch im Magneten um, so lange noch nicht vollkommen synchroner Gang, erreicht ist, so dafs also die gegenseitige Kraftwirkung der Magnete auf den Anker ihre Richtung nicht wechselt und die einzelnen Kraftäufserungen sich addiren. Hierbei besorgt der Stromwender die durch die Aenderung der verschiedenen Stellung von Anker und Magnet nothwendig werdende Umkehrung des Stromes.

Ein in der bisher aus einander gesetzten Weise angeordneter Motor wäre aber praktisch unbrauchbar wegen der grofsen Funken, die am Stromwender während des Angehens und auch bei voller Tourenzahl auftreten.

Die nachstehend beschriebene Erfindung bezweckt nun, einen funkenlosen oder nahezu funkenlosen synchronen Gang an Wechselstrommotoren zu erzielen.

Die Funkenbildung entsteht in folgender Weise·:

Es entstehen nämlich bei jedem Richtungswechsel des zugeführten Stromes in den Magnetbewickelungen kräftige Extraströme, die beim Uebergang der Bürsten von einem Abschnitt am Stromwender zum anderen Abschnitt zu heftigen Funken Veranlassung geben.

Der zugeführte Wechselstrom ist nämlich nur während eines Theiles jeder Periode ausreichend kräftig, um den Magnetismus des Feldes auf genügender Stärke zu erhalten, dagegen reicht während eines gewissen Zeitraumes vor und nach dem Richtungswechsel die Stärke des zugeführten Stromes zur Erhaltung des magnetischen Feldes nicht aus, der Magnetismus verschwindet infolge dessen , rasch und in der Magnetbewickelung und in den Zuleitungen wird ein kräftiger Extrastrom erzeugt, der in dem Moment, wo die Bürsten von einem Abschnitt des Stromwenders auf den anderen übergehen, eine Bahn von geringerem Widerstände findet. Da diese Bahn von geringerem Widerstände jedoch wieder sofort unterbrochen wird, so ist die Veranlassung zur Erscheinung der Funken gegeben.

Aufserdem ist die Stärke des magnetischen Feldes sehr grofsen Schwankungen unterworfen und infolge dessen der Gang des Motors ein unsicherer, und verliert der letztere leicht seinen Synchronismus.

Durch zahlreiche Versuche wurde festgestellt, dafs alle diese Uebelstände vermieden werden können, wenn die Magnetbewickelung schon eine gewisse Zeit vor dem Stromrichtungswechsel in sich kurz geschlossen wird, indem so der Extrastrom nur in der eigenen Bewickelung des Magneten, nicht aber in den Zuleitungen verlaufen kann und auf dieser Bahn von geringerem Widerstände viel kräftiger wird. Es wird der Magnetismus auf einer im Durchschnitt höheren Stärke erhalten. Die Bürsten können dann so eingestellt werden, dafs im Moment des Abschnittwechsels der Extrastrom, und der zugeführte Strom sich gerade das Gleichgewicht halten, wodurch die Veranlassung zum Auftreten der Funken behoben ist.

Die zeitweilige Kurzschliefsung. der Magnetbewickelung wird erreicht durch die Anwendung von vier Bürsten (oder Bürstengruppen) an dem Stromwender, von denen je zwei und zwei mit einer Zuleitung verbunden, gegen einander aber etwas' verstellt und so angeordnet sind, dafs neben einander liegende Abschnitte des Stromwenders zeitweise mit zwei an demselben Zuleitungsdraht angeschlossenen Bürsten in, Verbindung treten (s. Fig. 2).

Die Bürsten 1 und 2 sind mit der einen Zuleitung, die Bürsten 3 und 4 mit der anderen verbunden. Wie ersichtlich, beginnt in der bezeichneten Stellung eben der Kurzschlufs der Magnetbewickelung und erreicht sein Ende, wenn Bürste 2 den schraffirten Abschnitt verläfst.

Die Bürsten 1 und 2 sind in derselben Stellung gegen den schraffirten Abschnitt, als die Bürsten 3 und 4 gegen den lichten Abschnitt. Der Abstand der Auflagepunkte der Bürsten 1 und 2 am Vermittler ist ^x/₄ bis Y₂ der Breite eines Stromwenderabschnittes. Die mit einer Zuleitung verbundenen Bürsten brauchen nicht

gerade auf einem und demselben Abschnitt aufzuliegen, sondern können auch auf verschiedenen Abschnitten derselben Art schleifen:

Die in Fig. 3 dargestellte Stellung ist mit Bezug auf die Wirkung gleich . mit derjenigen Fig. 2. Selbstverständlich könnte statt der getrennten Bürsten 1 und 2 oder entsprechenden Gruppen von Bürsten auch eine so dicke Bürste oder Bürstengruppe . verwendet werden, dafs solche allein schon einen entsprechenden Bogen des Stromwenderumfanges berührt.

Das Bürstenpaar 1 und 3 ist zusammen zu verstellen, ebenso auch 2 und 4.

Zweckmäfsiger Weise wird deshalb jedes der genannten Paare von einem eigenen Halter getragen und bei'de Halter werden drehbar eingerichtet. In diesem Falle ist dann die Vertheilung der Bürsten wie in Fig. 3 vorzuziehen.

Es ist ersichtlich, dafs man die eine der vier Bürsten ohne Aenderung der Wirkung auch weglassen kann, doch wird man in der Regel vorziehen, vier Bürsten anzuwenden, um bei eventueller Auswechselung derselben nicht behindert zu sein. Statt jeder der Bürsten können auch zwei oder mehr . neben einander befindliche angeordnet werden.

Mit der verschiedenen Bürstenanordnung wirkt der Motor, wenn er synchronen Gang erreicht hat, wohl befriedigend, hingegen findet' das Angehen sehr schlecht oder auch gar nicht statt; insbesondere ist das Drehurigsmoment des Motors, so lange die Tourenzahl eine geringere ist als die normale, viel zu klein, um ihn 'so zu beschleunigen, dafs er den normalen Gang erreicht. Es ist vielmehr für das Angehen des Motors nur die Anwesenheit von Bürsten nach Fig. 1 oder nach Fig. 2 und 3, aber mit einer sehr geringen Verstellung zwischen den zu einer Zuleitung gehörigen Bürsten erforderlich. Daher wird entweder ein Ausschalter angebracht, mittelst dessen zum Angehen das eine der Bürstenpaare 1 und 3 oder 2 und 4 aufser Verbindung mit den Zuleitungen gesetzt werden kann, oder aber . es, wird während des Angehens das eine der genannten Bürstenpaare durch Verdrehen des Halters nahe in gleiche Stellung zu den Abschnitten des Stromwenders gebracht, in der sich das andere Paar befindet, und kann diese Verstellung durch geeignete Anschläge ^:an den beiden Bürstenhaltern geregelt werden.

Hat der Motor die Geschwindigkeit des Synchronismus erreicht, so schaltet man mittelst des Ausschalters das zweite Paar Bürsten ein oder stellt dieses mit dem Halter' wieder in die für den gleichmäfsigen Gang zweckmäfsige Stellung.

Die Kurzschliefsung der Magnetbewickelung kann statt durch Verstellung der Bürsten 1 und 2, Fig. 2, gegen die Abschnitte des Stromwenders auch dadurch erreicht werden, dafs man zwei Stromwender neben einander anordnet, deren Abschnitte gegen einander um den Bogenbetrag des erforderlichen Kurzschlusses verdreht sind. Auch kann man die Verstellung der Bürsten erzielen, wenn' rqan den Stromwender mit stufenförmigen Abschnitten (wie in Fig. 4 angegeben) anordnet.

Das zum Angehen nothweridige Aufheben des Kurzschlusses kann durch Ausschalten, der elektrischen Verbindung zu den Bürsten des einen Stromwenders oder durch Verdrehen der beiden Stromwender gegen einander erfolgen, welches Verdrehen entweder von der Hand aus oder durch einen selbstthätigen Regulator (Fig. 5) ausgeführt ist.

Um während der Dauer des Kurzschlusses ein zu starkes Anwachsen des Stromes in den Zuleitungen zu verhindern, wird in die Zuführungen zu den Bürsten ein eventuell veränderbarer Widerstand eingeschaltet. Derselbe Zweck wird aber auch erreicht, wenn eine Inductionsspule angeordnet wird, deren eine Bewickelung von dem dem Anker zugeführten Strom (oder dem gesammten dem Motor zugeführten Strom), deren andere Bewickelung aber von dem zum Magneten gelangenden Strom durchflossen wird. Die gegenseitige Inductionswirkung der beiden Ströme auf einander verhindert das übermäfsige Anwachsen des einen oder des anderen dieser beiden Ströme (s. Fig. 6).

Statt den Magneten einen Zweigstrom von den Zuleitungen zuzuführen, also dieselben im Nebenschlufs zu erregen, können auch Magnete und Anker hinter einander geschaltet sein, wobei derselbe' Strom den Anker als Wechselstrom und die. Magnete als gleichgerichteter Strom durchfliefst.

Das im Vorhergehenden auf. Bürsten und Stromwender Gesagte bleibt auch in diesem Falle unverändert aufrecht.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . An synchronen Wechselstrommotoren, deren Feldmagnete durch gleichgerichtete Ströme erregt werden, die gleichzeitige Anordnung: ■ a) von drei oder mehreren Bürsten, welche derart auf dem Umfang des Stromwenders vertheilt und mit den Stromleitungen verbunden sind, dafs bei jedem Stromwechsel die Magnetspulen kurz geschlossen werden, und
   b) von Widerständen, welche in' den Stromkreis eingeschaltet sind, zu dem Zwecke, ein zu starkes Anwachsen des Stromes in den Leitungen während des Zeitraumes des Kurzschlusses zu verhindern.
2. 2. An Stelle der im Patent-Anspruch i.a) angegebenen gröfseren Anzahl von Bürsten die Anordnung nur eines Bürstenpaares und zweier Stromwenderflächen, deren La-

   mellen gegen einander versetzt angeordnet sind, so dafs die Bürsten zeitweilig Lamellen verschiedener Polarität berühren.
   An Stelle der im Patent-Anspruch ι. b) erwähnten Widerstände die Anordnung einer Inductionsrolle, deren eine Spule in den Stromkreis des Stromwenders bezw. der Feldmagnete, die andere in den Ankerstromkreis geschaltet wird, zu dem oben angegebenen Zwecke.

   Behufs Anlassens des Motors die Aufhebung des Kurzschlusses der Magnetspulen dadurch, dafs die Bürsten zum Theil ausgeschaltet oder derart eingestellt werden, dafs sie mit den zugehörigen Bürsten nur Lamellen gleicher Polarität berühren, oder dafs die im Patent-Anspruch 2. erwähnten Stromwender so gegen einander verdreht werden, dafs die Lamellen gleicher Polarität neben einander zu liegen kommen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.