DE636833C - Einphaseninduktionsmotor mit magnetischem Nebenschluss an den Statorpolen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphaseninduktionsmotor mit Käfig- oder Wicklungsanker.

Soll ein mit Einphasenstrom gespeister Induktionsmotor ein Drehfeld erzeugen, so muß die zeitliche Verschiebung von zwei oder mehreren Feldern künstlich erzeugt werden. Durch Hilfswicklungen in Verbindung mit Kondensatoren und Drosselspulen sowie Ohmschen Widerständen hat man bei den bisher bekannten Motoren zeitliche Verschiebungen der einzelnen Felder hilfsweise erreicht. Diese Hilfsphasen bilden mit den Hauptphasen ein allerdings nur unvollkommenes Drehfeld, durch das ein unbelasteter Rotor in Umdrehungen versetzt werden kann. Sobald der Rotor solcher Motoren die Nenndrehzahl erreicht hat, werden meist die Hilfsphasen abgeschaltet, das Drehfeld bleibt dann aber infolge der Ankerrückwirkung trotzdem bestehen, so daß der Motor bis annähernd zur Vollastgrenze belastet werden kann.

Bei Überlastung fällt jedoch ein derartig gebauter Motor außer Tritt, d. h. die Drehzahl des Rotors geht bis auf Null zurück, der Rotor bleibt stehen, und die Hauptphasenwicklung brennt unter Umständen durch, wenn nicht die Stromzuführung unterbrochen wird. Die Hilfsphasen sind meistens nicht imstände, einen belasteten Motor zum Anlauf zu bringen, auch sind sie für Dauerbetrieb ungeeignet und müssen nach Erreichen der normalen Drehzahl jeweils abgeschaltet werden.

Die Hauptnachteile bestehen also bei den bisher bekannten Einphaseninduktionsmotoren in ihrem geringen Anlaufmoment, in der geringen Überlastbarkeit und der besonders auch bei kleinsten Motoren erforderlichen Anlaufvorrichtung, die nach Erreichen der vollen Drehzahl abgeschaltet werden muß. Um diese Nachteile zu vermeiden, konnte man bisher bei Einphasenstrom in der Regel nur Kollektormotoren verwenden, die infolge der bekannten Empfindlichkeit des Kollektors und der Bürsten dauernder Überwachung und Instandhaltung bedurften.

Gegenstand der Erfindung ist ein Einphaseninduktionsmotor mit genau denselben Eigenschaften wie sie der Zwei- und Dreiphaseninduktionsmotor besitzt, ohne jedoch mit den Nachteilen der bis heute bekannten Einphasenmotoren, wie Kollektor mit Bürsten, leicht verbrennbare Hilfswicklungen und der zu Störungen Anlaß gebenden empfindlichen Kondensatoren behaftet zu sein.

Für Großmotoren, hauptsächlich für den elektrischen Bahnbetrieb bei nur einer Oberleitung mußte bisher entweder Gleichstrom verwendet werden, oder wenn Einphasenstrom infolge seiner leichten Wandlungsfähigkeit durch Transformatoren zur Überwindung der großen Entfernungen des Bahnbetriebes doch herangezogen werden mußte,, so waren die Antriebsmotoren der Trieb-

wagen und Lokomotiven immer noch Kollektormotoren bis zu den größten Dimensionen mit den bekannten Verlusten und Nachteilen. Weiter sei noch erwähnt, daß die Motoren nach der Erfindung, weil ohne Kollektor .iiiiid Bürsten, im Betrieb ohne Funkenbildung"-ar-, beiten, so daß durch diese Motoren keinerlei Störungen in Rundfunkanlagen hervorgerufen werden können. Ein Vorteil der bei den viel ίο benötigten Kleinmotoren besonders nennenswert sein dürfte.

Ferner sei noch erwähnt, daß die Feldspulen des Motors nach der Erfindung nur reine, in Formen gewickelte Spulen sind, die nicht gebogen zu werden brauchen, wie bei den meisten anderen Wechsel- und Drehstrommotoren, so daß die Isolation der Spulen nach dem Wickeln nicht mehr mechanisch beansprucht wird. Durch das Ausfallen auch ao dieser Fehlerquellen wird die größtmöglichste Betriebssicherheit des ganzen Motors erreicht. Die Erfindung besteht darin, daß Magnetpole des oder der Statorfelder mit vom Pol zum Joch führenden magnetischen Neben-Schlüssen ausgerüstet sind, und zwar polweise abwechselnd, mit und ohne magnetische Nebenschlüsse. Infolge dieser magnetischen Nebenschlüsse erhalten die Spulen, die an diesen Statorpolen liegen, eine hohe Reaktanz gegenüber den anderen Spulen an den Statorpolen ohne magnetische Nebenschlüsse, und es ergibt sich bei entsprechender Bemessung der Spulen und der Nebenschlußfelder in Verbindung mit der Rotorrückwirkung eine zeitliche Verschiebung der Felder des Stators gegeneinander. Diese beiden zeitlich verschobenen Statorfelder setzen sich zu einem Drehfeld zusammen, welches dem Rotor ein Drehmoment und die der Frequenz entsprechende asynchrone Drehzahl erteilt.

Ein solcher Motor zeigt odaher ein großes Anlaufmoment, große Überlastbarkeit und ermöglicht ferner, wie jeder Mehrphasenmotor, Vor- und Rücklauf des Rotors auch 4-5 unter Belastung durch Umpolen eines Satzes der Statorfelder sowie außerdem weitgehende Regulierung der Drehzahl des Rotors durch Anlaß- und Regelwiderstände im Stator- bzw. bei Wicklungsankern im Rotorstromkreis. Durch geeignete Abgleichung der magnetischen Nebenschlüsse sowie entsprechende Bemessung der Feldspulen kann ein gleichmäßig starkes Drehfeld erzielt werden, das die gleichen Eigenschaften hat wie das Drehfeld eines normalen Mehrphasenmotors.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, indem auf die mif den magnetischen Nebenschlüssen versehenen Polenden, außerhalb der magnetischen Neben-Schlüsse, Kurzschlußringe oder Spulen aufgesetzt werden. Die Felder dieser Kurzschlußringe oder Spulen wirken noch weiter induktiv verschiebend auf die erzeugenden Hauptfelder zurück und ermöglichen dadurch eine Regulierung der zeitlichen Verschiebung zwisehen den einzelnen Statorfeldern ohne Änderung der Reaktanz der Feldspulen. ■' Die Zeichnung stellt die Erfindung in Ausführungsbeispielen schematisch dar.

Die Abb. 1 ist ein Motor, bestehend aus dem lameliierten Statoreisen 1, bei dem bei I₀ und I₆ die Feldpole ohne magnetischen Nebenschluß ausgerüstet sind und die Feldspulen 2 und 3 tragen. Die Feldpole 4 und 5 sind besonders am Statoreisen 1 befestigt und tragen die Stege 4_C, 4_d, $_e und 5/. Diese Stege vermitteln die magnetischen Nebenschlüsse, und diese rufen in den Feldspulen 6 und 7 erfindungsgemäß die hohe Reaktanz, dadurch die Phasenverschiebung und durch die zeitlich verschobenen Felder das Drehfeld hervor. Die Feldspulen 2 und 3 sind zu den Feldspulen 6 und 7 parallel in bekannter Weise an ein Einphasennetz 8 und 9 angeschlossen. In dem Drehfeld der Feldpole i_a, i_b, 4 und 5 ist der Rotor 10 als Käfiganker in üblicher Weise gelagert angeordnet. Statt des Käfigankers kann auch ein Phasenkurzschluß- oder ein Phasenschleifringanker vorgesehen sein.

In Abb. 2 sind Stator und Rotor ebenso wie bei Abb. 1 ausgebildet. Die Feldspulen sind in gleicher Weise an ein Einphasennetz wie in Abb. ι angeschlossen. Auf den Polenden der Feldpole 4 und 5, bei 4_g und 5_ft sind, außerhalb der magnetischen Nebenschlüsse 4_C, 4^ Se und Sf, die Kurzschlußringe 11 und 12 aufgesetzt. Statt der Kurzschlußringe können auch Spulen, die auf regelbare Widerstände wirken, angeordnet sein. Die Kurzschlußringe oder Spulen gestatten bei dieser Anordnung und entsprechender Bemessung eine Regulierung der Feldverschiebung im induktiven Sinn, ohne Änderung der Reaktanz der Feldspulen. Durch die Kurzschlußringe oder Spulen kann eine zusätzliche Feldverschiebung zur Erzielung einer gesamten Feldverschiebung von 90 ° bewirkt werden. Mit den Spulen erreicht man in Verbindung mit regelbaren Widerständen eine Drehzahlregelung des Rotors.

Abb. 3 zeigt einen Abschnitt eines Motors größerer Leistung gemäß der Erfindung mit zwölf Feldpolen. Das lamellierte Statoreisen 13 ist bei dieser Anordnung mit den die magnetischen Nebenschlüsse vermittelnden Stegen bei 13,-, 13^, 13; usw. ausgerüstet. Die Feldpole 14, zwölf an der Zahl, sind besonders am Statoreisen befestigt und tragen die Feldspulen 15 und 16, im Schnitt gezeichnet. In dem Drehfeld der Feldpole 14 ist der Rotor 17, als Wicklungsanker angedeutet, in üblicher Weise gelagert angeordnet. Wie aus

der Abbildung zu ersehen ist, folgt einem Feldpol ohne magnetische Nebenschlüsse auch wieder ein Feldpol mit magnetischen Nebenschlüssen und bedingt dementsprechende Reaktanz der Feldspulen bzw. Phasenverschiebungen der Felder und hierdurch das Drehfeld. Die Feldspulen sind bei dieser Maschine so geschaltet, daß die Spulen auf den Polen ohne magnetische Nebenschlüsse einen Stromkreis bilden; die Spulen auf den Polen mit magnetischen Nebenschlüssen einen zweiten. Diese beiden Stromkreise werden dann, wie in Abb. i, von einem Einphasennetz parallel gespeist.

In Abb. 4 ist eine Schaltung des Motors zur Regelung der Drehzahl angegeben. An das Netz 8 und 9 sind die Spulen 19 angeschlossen, die die Feldpole ohne magnetische Nebenschlüsse tragen. Parallel an das gleiche Netz sind die Spulen 20, die auf den Feldpolen mit magnetischen Nebenschlüssen angeordnet sind, in Serie mit einem Regelwiderstand 21 angeschlossen. Durch geeignete Bemessung des Regelwiderstandes 21 kann die Drehzahl des Rotors 18 in weiten Grenzen geändert werden.

Die Abb. 5 zeigt eine weitere Schaltung des Motors zur Regelung der Drehzahl. An das Einphasennetz 8 und 9 sind die Spulen 19 und 20 parallel angeschlossen. Erstere sitzen auf den Feldpolen ohne, letztere auf den Feldpolen mit den magnetischen Nebenschlüssen. Die Feldpole tragen an den Polenden aber außerdem noch die Spulen 22 (Anordnung wie in Abb. 2, Teil 11 und 12). Diese Spulen 22, die in Reihenschaltung mit dem Regelwiderstand 23 eine Drehzahländerung des Rotors 18 gestatten, liegen nicht an dem Netz, sondern erhalten durch Induktion über die Feldspulen 20 ihre elektrische Energie und können so bemessen sein, daß die Leistung, welche in dem Regel wider stand 23 vernichtet werden muß, weit geringer ist, als wenn der Regelwiderstand wie in Abb. 4 angeordnet wird. Die Regulierung der Drehzahl des Motors kann mit dieser Schaltung wirtschaftlicher gestaltet werden als in der Anordnung Abb. 4. Diese Schaltung wird mit Vorteil auch dort anzuwenden sein, wo der Motor direkt mit Hochspannung gespeist wird. Die Drehzahlregelorgane des Motors erhalten dann. die Energie durch Induktion mit der entsprechend gewählten ungefährlichen Niederspannung zugeführt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einphaseninduktionsmotor mit Käfiganker, Phasenkurzschluß- oder Schleifringanker, mit magnetischem Nebenschluß an den Statorpolen, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Statorpole abwechselnd mit und ohne vom Pol zum Joch führendem magnetischem Nebenschluß ausgerüstet sind.

2. Einphaseninduktionsmotor nach An-Spruch ι mit Kurzschlußringen auf einzelnen Polenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußringe auf die Polenden

, der mit magnetischen Nebenschlüssen versehenen Statorpole außerhalb der Neben-Schlüsse aufgesetzt sind.

3. Einphaseninduktionsmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorschalten von regelbaren Widerständen vor die Feldspulen, die auf den mit den magnetischen Nebenschlüssen versehenen Polen angebracht sind, die Drehzahl des Motors regelbar ist.

4. Einphaseninduktionsmotor nach Anspruch ι mit Regulierspulen auf einzelnen Polenden,, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Kurzschlußringe auf die Polenden der mit magnetischen Nebenschlüssen versehenen Statorpole außerhalb der Nebenschlüsse Spulen aufgesetzt sind, und daß durch Reihenschaltung regelbarer Widerstände mit diesen Spulen die Drehzahl des Motors regelbar ist.

5. Einphaseninduktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Polkerne, und zwar vorzugsweise die mit magnetischem Nebenschluß ausgestatteten Polkerne, lösbar am Stator befestigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen