DE532519C - Wechselstrommaschine, insbesondere Mehrphasen-Asynchronmotor, mit Kommutatorwicklung im Sekundaerteil der Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Wechselstrommaschinen, insbesondere Asynchronmotoren, die mit einem Kommutator versehen sind. Zweck der Erfindung ist hauptsächlich, einen solchen mehrphasigen Motor zu schaffen, der eine Kompensierung des Leistungsfaktors in jedem gewünschten Grade ergibt und gleichzeitig eine gute Lauf- und Anlaßcharakteristik aufweist.

Abgesehen von einer derartigen Verbesserung des Leistungsfaktors,, sollten Motoren für beliebige gewerbliche Verwendungszwecke, namentlich solche, die mehr als 2 PS liefern, wenn irgend möglich ein hohes Anlaufmoment bei niedrigem Anlaßstrom entwickeln und für einen weiten Belastungsbereich mit annähernd konstanter Geschwindigkeit laufen. Wünschenswert ist es auch, eine möglichst einfache Regelung zu schaffen und die Verwendung von Anlaßwiderständen, verwickelten Schaltanordnungen usw. zu vermeiden. Der Motor soll also möglichst einfach gebaut sein.

Es gibt zwar schon Motoren, die einige der genannten Eigenschaften zeigen, offenbar fehlt es aber noch an einem Motor, der alle diese Merkmale in sich vereinigt; ein solcher Motor soll durch die Erfindung geschaffen werden. Sie bedeutet namentlich eine Verbesserung des bekannten Heyland-Motors (vgl. E. T. Z. 1901, S. 633 ff. »Asynchroner Induktionsmotor oder Generator ohne Phasenverschiebung [cos. <p = 1] zwischen Strom und Spannung«).

Der Heyland-Motor arbeitet mit einem hohen Leistungsfaktor und besitzt außer der gewöhnlichen umlaufenden Sekundärwicklung eine Kommutatorwicklung. Beide Wicklungen liegen in den gleichen Läufernuten. Die Kommutatorwicklung wird mit Netzstrom von solcher Spannung und Phase gespeist, daß sie den gesamten aus dem Netz entnommenen wattlosen Strom beherrscht. Der Heyland-Motor war kein besonderer Erfolg, da er einer sehr heftigen Funkenbildung unterworfen ist, die man zum Teil der ungenügenden Kopplung zwischen der Käfigankerwicklung und der Kommutatorwicklung zugeschrieben hat. Auch kann der Heyland-Motor nicht vor dem Pendeln geschützt werden, und schließ-

lieh hat er auch eine schlechte Anlaufcharakteristik wie alle Käfigankermotoren mit niedrigem Widerstände.

Bei der Anordnung nach der Erfindung, die sich auf eine Wechselstrommaschine, insbesondere einen Mehrphasen-Asynchronmotor mit Kommutatorwicklung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bezieht, ist in an sich bekannter Weise die Kupplung zwischen der ίο Sekundärwicklung und der im Sekundärteil untergebrachten Kommutatorwicklung durch Schaffung eines magnetischen Streuweges zwischen diesen beiden Wicklungen absichtlich geschwächt» Die Erfindung besteht darin, daß die Kommutatorwicklung am Grunde der Nuten untergebracht und daher" mit großer Streuung ausgeführt ist, während die zum Beispiel als Käfigwicklung ausgeführte Sekundärwicklung sich in den dem Luftspalt benachbarten Teilen der Nut befindet und daher geringe Streuung aufweist. Man kann nunmehr die in der Nähe des Läuferumfanges liegende Käfigwicklung in an sich bekannter Weise mit hohem Widerstand ausrüsten und so ein gutes Anlaufmoment für den Motor erreichen. Die Kommutatorwicklung ist dabei infolge ihrer großen Streuung beim Anlauf gegen den Hauptfluß zum großen Teil abgeschirmt, so daß ihre Lamellenspannung verhältnismäßig gering ist. Dementsprechend ist die Kommutierung auch beim Anlauf gut. Hat der Motor die normale Betriebsdrehzahl erreicht, dann tritt die Streuung der Kommutatorwicklung infolge der geringen Schlupffrequenz in ihrem Einfluß auf die Stromverhältnisse zurück, und die Kommutatorwicklung kann bei geringen Verlusten neben dem Kompensierungsstrom einen kräftigen Arbeitsstrom führen. Man erzielt also auf diese Weise gute Anlaufeigenschaften des Motors in Verbindung mit der Verbesserung des Leistungsfaktors, ohne irgendeine besondere Schaltanordnung zu gebrauchen.

Die erhöhte Streuung der Kommutatorwicklung, die die Kommutierung — wie geschildert — beim Anlauf erheblich verbessert, kann während des Betriebes bei starker Belastung des Kommutators auf die Kommutierung in ungünstigem Sinne einwirken. Um dies zu vermeiden, kann man noch eine zusätzliche Käfigwicklung vorsehen, die einen niedrigen Widerstand hat und dicht neben der Kommutatorwicklung liegt, um die doppelte Wirkung zu erreichen, daß der Wirkungsgrad des Motors erhöht und die Kommutierung erheblich verbessert wird, indem die effektive Reaktanz der Kommutatorwicklung verringert wird, und diese Wicklung dann nur einen Teil der Belastungsströme führt, während der Motor mit voller Geschwindigkeit läuft..

Der neue Motor ergibt also ein hohes Anlaufmoment und einen niedrigen Anlaßstrom ohne besondere Anlaßwiderstände; er arbeitet mit annähernd gleicher Geschwindigkeit über den ganzen Belastungsbereich, und er gestattet jede gewünschte Abstufung in der Kompensierung des Leistungsfaktors.

Auf den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Abb. ι zeigt schematisch die erste Ausführungsform der Motorschaltung, Abb. 2 einen Schnitt durch eine Rotornut dieses Motors und die darin liegenden Leiter der verschiedenen Wicklungen, Abb. 3 eine andere Ausführungsform der Motorschaltung und Abb. 4 einen Querschnitt durch die hierbei benutzten Rotorleiter.

Der in Abb. 1 schematisch angegebene Wechselstrommotor zeigt einen Ständer mit Mehrphasenwicklung r, die über einen Schalter 2 von einem Mehrphasennetz 3 gespeist wird und mit einem Läufer 5 zusammenarbeitet, der mit einer Käfigwicklung 6 mit hohem Widerstände und einer Kommutatorwicklung 7 ausgerüstet ist. Die Käfigwicklung liegt am äußeren Umfange des Läufers in den dem Luftspalt benachbarten Teilen der Nut 8. Die Kommutatorwicklung 7 ist am Grunde der Nut 8 gebettet (Abb. 2). Beide Wicklungen sind in jeder Nut durch einen magnetisierbaren Stab 11 getrennt, der die Nut gleichsam in zwei Nuten unterteilt und eine magnetische Brücke zwischen der oberen und der unteren Wicklung bildet. Neben diese magnetisierbaren Stäbe 11 können auch Stäbe 12 aus nicht magnetischem Material gelegt sein, um einen Weg mit großem magnetischem Widerstände zwischen den radialen Nutenwandungen zu schaffen. Die Anordnung der beiden Stäben und 12 hat den Vorteil, daß man durch geeignete Bemessung der Breite dieser beiden Stäbe die Streuung der Kommutatorwicklung 7 auf einen genau vorausberechenbaren Wert bringen kann. Der den magnetischen Widerstand des Streuflusses der Wicklung 7 wie ein Luftspalt vermehrende Stab 12 !hat dabei gegenüber einem denselben Raum einnehmenden Luftspalt den Vorteil, daß der Raum der Nut 8 kompakt ausgefüllt ist und so die einzelnen Wicklungen und Stäbe in der Nut gegen Verschiebung gesichert sind. Drei Bürsten 13 sind in gleichmäßigem Abstande über den Kommutator der Wicklung 7 verteilt und führen ihr einen Bruchteil der Primärspannung durch Leitungen 14 zu, die von Anzapfungen 15 der Primärwicklung 1 ausgehen.

Der Motor wird durch Schließen des Schalters 2 angelassen. Die Kommutatorwicklung 7 hat infolge ihrer Lage auf dem Grunde der Nuten eine verhältnismäßig hohe Reaktanz und nimmt beim Anlassen wenig Strom

auf. Der magnetische Fluß, der durch die Primärwicklung induziert wird und zu Beginn des Anlaufs den Läufer an seinem Umfange durchdringt, strömt im wesentlichen mit synchroner Geschwindigkeit gegenüber dem Läufer und wird nach den eine magnetische Brücke bildenden Stäben ii durch den Strom gelenkt, der in der wenig Widerstand bietenden Kommutatorwicklung am Grunde ίο der Nuten fließt. Es geht nur so viel von dem Fluß durch die untere Windung, wie notwendig ist, um den darin fließenden schwachen Dämpfungsstrom zu induzieren. Die Brücke zwischen den beiden Wicklungen 6 und 7 ist genügend hoch, so daß der größere Teil des Flusses durch sie hindurchgehen kann. Dieser Fluß induziert Ströme in der einen hohen Widerstand bietenden Käfigwicklung 6 und erzeugt dadurch ein starkes Anlaufmoment.

In dem Maße, wie die Geschwindigkeit des Motors wächst, nimmt die Umdrehungsgeschwindigkeit des Flusses gegenüber dem Läufer ab, und ein großer Teil des Flusses geht nun durch die Kommutatorwicklung 7; in der Nähe des Synchronismus durchströmt fast der ganze Fluß diese untere Wicklung. Da die Kommutatorwicklung 7 nur einen geringen Widerstand hat, führt sie auch genügend Strom, um die Drehmoment-Charakteristik eines guten Nebenschlußmotors zu erzielen, d. h. der Motor wird über einen weiten Belastungsbereich mit annähernd konstanter Geschwindigkeit laufen. Die EMK, die den Strom durch die Kommutatorwicklung treibt, ist die Resultierende zwischen der EMK, die in der Wicklung des Läufers infolge der Schlüpfung gegenüber dem Hauptfeld induziert wird, und der dem Kommutator aufgedrückten Spannung. Durch Verschieben der Bürsten 13 und der Anzapfungen an der Primärwicklung 1 können die Phase und die Größe der dem Kommutator aufgedrückten Spannungskomponente verändert werden, und dadurch kann man die Geschwindigkeit des Motors und den Leistungsfaktor der vom Netz zufließenden Ströme beliebig einstellen.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die dem Rotor aufgedrückte Spannungskomponente hauptsächlich mit der Absicht geregelt, den Leistungsfaktor der vom Netz zufließenden Ströme einzustellen, während der Motor mit geringer Schlüpfung wie ein gewöhnlicher Induktionsmotor mit niedrigem Widerstände betrieben wird.

Lediglich zur Kompensierung des Leistungsfaktors bei Leerlauf des Motors genügt es, dem Kommutator eine niedrige Spannung mit einer Winkelverschiebung von ungefähr gegen die Spannung der primären induzierenden Wicklung aufzudrücken. Hingegen wird, um einen guten Leistungsfaktor über den gesamten Belastungsbereich zu erzielen, die an den Kommutator gelegte Spannung etwas größer gewählt, als für vollen Leistungsfaktorausgleich ohne Belastung notwendig ist, und der Verschiebungswinkel der Bürsten wird geringer als 90 ° genommen.

In Abb. 3 und 4 ist ein Motor gemäß der Erfindung angegeben, dessen Rotor 21 eine Kommütatorwicklung 22 trägt, die auf dem Grunde der Rotornuten dicht neben einer Käfigwicklung 23 mit niedrigem Widerstände liegt, während im oberen Teil der Nuten eine Käfigwicklung 24 mit hohem Widerstände angeordnet und von den unteren Wicklungen 22, 23 durch Nutenfüllstücke 25 aus magnetisierbarem Material getrennt ist. Die Kornmutatorbürsten sind an eine Hilfsstator- ' wicklung 26 von kleiner Windungszahl angeschlossen, die dem Kommutator die gewünschte, um 90⁰ verschobene Spannungskomponente zuführt. In diesem Motor führt die Kommuta tor wicklung 22 hauptsächlich den Erregerstrom, während die Käfigwicklung 23 mit geringem Widerstände den größten Teil des Belastungsstromes aufnimmt. Diese Wicklung 23, die neben der Kommutatorwicklung 22 angeordnet ist, verbessert die Kommutierung erheblich, da sie die elektromotorische Induktionskraft in den der Kommutierung unterworfenen Spulen verringert. Da die Käfigwicklung 23 einen großen Teil des Belastungsstromes aufnimmt, wird auch die Beanspruchung der Bürsten und des Kommutators verringert.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wechselstrommaschine, insbesondere Mehrphasen-Asynchronmotor, mit Kommutatorwicklung im Sekundärteil der Maschine, bei der die Kupplung zwischen der Sekundärwicklung und der Kommutatorwicklung durch Schaffung eines magnetischen Streuweges zwischen diesen beiden Wicklungen geschwächt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorwicklung am Grunde der Nut untergebracht und daher mit großer Streuung ausgeführt ist, während die zum Beispiel als Käfigwicklung ausgeführte Sekundärwicklung sich, in den dem Luftspalt benaclibarten Teilen der Nut beifindet und daner geringe Streuung aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben den zwischen Sekundärwicklung (6) und Kommutatorwicklung (7) eingefügten, als magnetische Brücke dienenden Stäben

(ι ϊ) Einlagen (12) aus" nicht magnetischem Material liegen (Abb. 2).

3. Wechselstrommaschine nach Anspruch ι und 2, gekennzeichnet durch eine neben der Kommutatorwicklung (22) liegende -und von der Sekundärkäfigwicklung (24). mit hohem Widerstände durch magnetische Brücken (25) getrennte zusätzliche Käfigwicklung (23) mit niedrigem Widerstände (Abb. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen