DE74462C - Elektromotor für Wechselströme - Google Patents
Elektromotor für WechselströmeInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K27/00—AC commutator motors or generators having mechanical commutator
- H02K27/04—AC commutator motors or generators having mechanical commutator having single-phase operation in series or shunt connection
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
KLASSE 21: Elektrische Apparate.
Elektromotor für Wechselströme.
Patentirt im Deutschen Reiche vom 2. April 1892 ab.
Man hat bisher vergeblich versucht, elektrische Maschinen, welche nach denselben
Grundsätzen hergestellt sind, wie die Elektromotoren für Gleichströme, in brauchbarer Weise
als Elektromotoren auch für Wechselströme zu verwenden. Die Versuche nach dieser Richtung
blieben auch dann erfolglos, als man die Feldmagnete zur Verhütung von Wirbelströmen
aus Eisenblech zusammensetzte.
Der Grund dieser Erfolglosigkeit liegt darin, dafs der gewöhnliche Anker für Wechselströme
nicht geeignet ist; ferner dafs die Verwendung der mittelst Wechselstromes erregten Feldmagnete
im Nebenschlufs unzweckmäfsig ist, wenn nicht ganz bestimmte Verhältnisse zwischen
Ankerwickelung und Magnetwickelung obwalten.
Die Uebelstände, welche bei Betrieb der gewöhnlichen elektrischen Maschine mit Wechselströmen
auftreten, sollen durch folgende Anordnungen beseitigt und somit wirksame Elektromotoren für Wechselströme hergestellt
werden, die in hohem Mafse sich selbst regeln und lenkbar sind.
Der Anker wird nach dem Schema Fig. 1 oder 2 hergestellt. Die Wickelungen sind nicht
' sämmtlich zusammenhängend, wie gewöhnlich, sondern es werden die beiden Enden einer
Spirale oder einer Gruppe von parallel oder hinter einander geschalteten Spiralen, die in
Bezug auf die Magnetfelder symmetrisch liegen, mit zwei entsprechenden (in der Darstellung
diametral gelegenen) Stegen des Stromwenders verbunden, isolirt von den übrigen Spiralen
und Stegen. Zwei oder auch mehr solcher Spiralen oder Spiralgruppen werden durch die
Bürsten parallel geschaltet. Es ist zweckmäfsig, dafs die Bürsten gleichzeitig in mehrere
Spiralen Strom senden.
Bei dieser Anordnung schalten die Bürsten nur solche Stromkreise mit einander parallel,
in welchen ungefähr gleiche elektromotorische Kräfte herrschen.
Es ist zweckmäfsig, dafs die einzelnen nach diesem Gesetz gebildeten Spiralgruppen möglichst
über den ganzen Umfang des Ankers vertheilt seien. Dies kann durch die Anordnung
nach Fig. 3 erreicht werden.
Auf den Anker wird nämlich jede einzelne Drahtlage continuirlich in der Art der Gramme-Armatur
aufgewickelt.' Bestimmte Punkte einer jeden solchen Wickelung werden in symmetrischer
Anordnung in Bezug auf die Magnetpole mit Stromwenderstegen verbunden (in Fig. 3 je zwei Punkte S1 und S2 bei jeder Bewickelung).
Diese Verbindungsstellen der einzelnen Drahtlagen oder Wickelungen sind um einen bestimmten
Winkel gegen einander verdreht, so dafs diese Stellen aller Wickelungen möglichst
um den ganzen Umfang des Ankers vertheilt erscheinen. Wenn z. B. durch Stromwender
und Bürsten bei den Verbindungsstellen Strom in eine Spirale geleitet wird, so entstehen bei
den Verbindungsstellen Folgepole.
Eine andere Art der Ankerbewickelung ist in Fig. 4 dargestellt. Das leitende Gesetz ist
dasselbe wie bei der früheren Anordnung, wo
die einzelnen Spiralgruppen den ganzen Umfang des Ankers oder einen grofsen Theil des Umfanges
bedecken. Jede Spiralengruppe hat in gleichen Abständen (in diesem Falle doppelt
so viel als Magnetpole) Umkehrstellen. An diesen Stellen setzt man die Bewickelung auf
dem Anker in umgekehrter Richtung fort, so dafs, wenn bei einer solchen Umkehrstelle ein
Strom — etwa durch Bürsten und Stromwender — ein- oder austritt, der Strom vor
und hinter der Umkehrstelle den Anker in demselben Sinne umfliefst; wo jedoch der
Strom durch eine Umkehrstelle hindurchgeht, mufs er die Richtung in Bezug auf die Ankeroberfläche
ändern, es mufs also hier ein magnetischer Pol am Anker entstehen, eine Art von Folgepol. Solche Spiralgruppen werden
mehrfach in mehreren Lagen hergestellt, wobei die Umkehrstellen einer jeden Gruppe um einen
bestimmten Winkel gegen die Umkehrstellen einer anderen Gruppe vorgeschoben werden.
Bei den betreifenden Umkehrstellen werden die Spiraldrähte mit den von einander isolirten
Stegen des Stromwenders verbunden, in einer solchen Reihenfolge, dafs während der Ankerdrehung
ebenso wie bei der Anordnung Fig. i, 2 und 3 mehrere Ankerwickelungen·
gleichzeitig mit den stromführenden Bürsten in Verbindung kommen und die Spiralgruppen
nach einander Strom erhalten und wirksam sind.
Weil bei den beschriebenen Constructionen des Ankers dessen inducirte Spiralen durch die
Bürsten nur parallel und niemals hinter einander geschaltet werden, ist noch die in Fig. 2 dargestellte
Vereinfachung möglich. Man kann nämlich von den zwei Verbindungsdrähten einer jeden Spiralengruppe je eine zu dem betreffenden
Steg des Stromwenders und die andere zu einem gemeinschaftlichen Schleifring oder einer ähnlichen Stromschlufsvorrichtung
führen. Selbstverständlich werden auch in diesem Fall die Verbindungen am Stromwender
an dessen ganzem Umfang möglichst gleichmäfsig vertheilt. Der Stromwender hat dann
auch nur so viel Stege, als Wickelungen oder Spiralgruppen am Anker vorhanden sind. Man
braucht dann nur eine isolirte Bürste, währenddem die andere Stromzuführung durch eine
ununterbrochene Verbindung erfolgen kann.
Bei allen diesen Constructionen durchfliefst der Arbeitsstrom immer solche Ankerspiralen,
welche die Magnetpole im Anker um einen entsprechenden Winkel gegen die Pole der
Feldmagnete verschoben hervorbringen, um ein starkes Drehmoment zu bewirken.
Der Umstand, dafs während der Ankerdrehung jede Ankerspirale nur vorübergehend
von Strom durchflossen, dann aber bis zur folgenden Berührung mit der Bürste stromlos
ist, bringt es mit sich, dafs die zeitweilige Stromdichte in den Ankerdrähten unvergleichlich
gröfser sein kann als in den Drähten eines gewöhnlichen Ankers, wenn bei beiden die gleiche Erwärmung bezw. der gleiche
Energieverlust zugelassen wird. Dadurch kann man bei unserer Anordnung, ob zwar hier
immer nur ein Theil der Ankerwickelung thätig ist, dennoch eine hohe Wirksamkeit des Elektromotors
erzielen.
Was die Stromführung und den Betrieb des Elektromotors anbelangt, so ist von der Beobachtung
ausgegangen worden, dafs der Anker bei Wechselstrom zweierlei Inductionswirkungen
ausgesetzt ist; erstens ist es die Induction, welche er seitens der Feldmagnete wegen der
wechselnden magnetischen Intensität erfährt, und zwar ganz unabhängig von seinem Stillstand
oder seiner Drehung; zweitens die Induction, welche er infolge seiner Drehung im
magnetischen Felde erfährt und welche von der Geschwindigkeit der Drehung abhängig ist.
In Fig. 5 sind die aus der einen oder anderen Induction folgenden elektromotorischen Kräfte,
welche in den Spiralen eines solchen Ankers auftreten, graphisch dargestellt, indem die
Abscissen (im Umfange eines Quadranten bezw. einer Bogenhälfte zwischen zwei Magnetpolen)
die Bogenlänge des Drehkreises, die Ordinaten aber die elektromotorischen Kräfte e n°, en1,
e κ2, e n3 u. s. w. in Fig. 5 bezeichnen.
Es ist ersichtlich, dafs die elektromotorische Kraft infolge der ersteren Art von Induction e m
am gröfsten ist bei o, d. h. in der Mitte des Magnetfeldes M M und Null bei 900, d. h.
inmitten zwischen zwei Magnetfeldern.
Die elektromotorische Kraft infolge der Drehung hingegen ist am gröfsten bei 900 und
Null bei o. Die aus beiden resultirenden elektromotorischen Kräfte bilden eine Linie,
deren Ordinate bei ο durch die Induction beim Stillstand des Ankers und deren Ordinate bei
90 ° durch die von der Drehungsgeschwindigkeit abhängige Induction bestimmt ist.
So erscheinen die Diagramme der elektromotorischen Kräfte eines solchen zwischen zwei
Magnetfeldern liegenden Umfanges des Ankers verschieden, je nach der Geschwindigkeit oder
Umdrehungszahl n°, n\ n2, ns u. s. w.
Als treibenden Strom wählt man einen solchen, dessen Spannung (JE in Fig. 5, wo der
besseren Uebersicht wegen das eigentliche negative E im positiven Sinne dargestellt erscheint)
so grofs oder ungefähr so grofs ist als die elektromotorische Kraft des Ankers bei o. Es
wird dann eine solche Stelle am Stromwender geben, und zwar entsprechend der Mitte MM
des Magnetfeldes, wo der treibende Strom, in den Anker eingeführt, einer elektromotorischen
Kraft begegnet, welche seiner eigenen Spannung gleich und entgegengesetzt gerichtet ist, wo
also die Stromstärke des Schliefsungskreises im
Anker Null ist. Solche Stellen werden bei verschiedenen Drehungsgeschwindigkeiten auch
an anderen Punkten des Umfanges zu finden sein, d. h. es wird jeder Geschwindigkeit noch
eine zweite Bürstenstellung entsprechen, bei welcher sich die Stromspannungen gegenseitig
aufheben, so dafs der Anker bei geschlossenem Stromkreis stromlos ist. Verschiebt man die
Bürsten nach einer Richtung, dann wird die Spannung des eingeleiteten Stromes die Spannung
des Ankerstromes überwiegen, und es entsteht entsprechend dem Unterschied dieser Spannungen
Ε-en ein Arbeitsstrom im Schliefsungskreis des Ankers, welcher den Anker in einem
gegen die Magnetpole verschobenen Winkel magnetisirt und ein Drehmoment hervorruft.
Infolge dieser Betrachtungen und Versuche sind auch diejenigen Constructionsbedingungen
gefunden'worden, welche die Anordnung der Feldmagnete im Nebenschlufs nicht nur möglich,
sondern sogar sehr zweckmäfsig machen. Die Feldmagnete sind nämlich gewissermafsen
der primäre Bestandtheil eines Umwandlers, den sie mit dem Anker zusammen bilden;
sonach setzen wir die Wickelungen auf den Feldmagneten und auf den Anker in ein solches
Verhältnifs, dafs die Stromspannung des Ankers bei M M infolge der Induction gleich oder
ungefähr gleich ist der Spannung des Stromes, der die Feldmagnete erregt, d. h. gleich mit
der Arbeitsspannung E-e m; dadurch wird der Elektromotor in hohem Mafse regel- und
lenkbar.
Der Elektromotor kann aus dem Stillstand des Ankers in die gewünschte Bewegung versetzt
werden, indem man die Bürsten aus der Nullstellung (bei M M, d. i. die stromlose
Stellung in Fig. 5 bei Z) allmälig in jene Stellung »ι verschiebt, wo der Spannungsunterschied
E-en hinreicht, um die erforderliche Drehkraft hervorzubringen. Bei zunehmender
Drehgeschwindigkeit nimmt die elektromotorische Kraft des Ankers zu, man verschiebt demnach
die Bürsten so, dafs abermals der erforderliche Spannungsunterschied und dementsprechend die
erforderliche Drehkraft vorhanden ist.
Verschiebt man die Bürste von der Nulllage in der entgegengesetzten Richtung, so wird eine
Drehung des Ankers in umgekehrtem Sinne hervorgerufen. Endlich kann auch die Umsteuerung
des Elektromotors durch allmälige Ueberführung der Bürsten von der positiven auf die negative Seite bewerkstelligt werden,
ohne dafs Stöfse in der Maschine oder Funken am Stromwender auftreten, indem man die
Bürsten durch ihre Nuülage hindurch gehen läfst.
Durch das Stellen der Bürsten oder der
Bürste kann der Elektromotor geregelt werden von der stromlosen Stellung, wo er keine, bis
* zu jener Stellung, wo er seine gröfste Kraft entwickelt. Es ist somit überflüssig, Widerstände
in den Stromkreis des Ankers oder der Feldmagnete einzuschalten, daher auch die
Regelung ebenso wie auch die Umkehr der Drehungsrichtung ohne Zuhülfenahme von unwirthschaftlichen
Zwischenvorrichtungen möglich. Auch kann bei geringer Drehungsgeschwindigkeit und bei der Ingangsetzung ein
starkes Drehmoment am Anker erzeugt werden, ohne Aufwendung einer bedeutenden elektrischen
Energie, weil der Motor vermöge seiner Wirkungsweise als Stromwandler eine grofse Stromstärke bei geringer Stromspannung
erzeugen kann und dann auch nur eine verhältnifsmäfsig geringe Energie verbraucht.
Der hier beschriebene Motor ist nämlich als Stromwandler mit zwei Primärströmen zu betrachten:
dem Erregerstrom, welcher in die Magnetwickelung, und dem Arbeitsstrom, welcher in die Ankerwickelung gesendet wird.
Letzterem Strom setzt sich der durch den Erregerstrom inducirte Secundärstrom im Anker
entgegen. Zur Beurtheilung der in dem Elektromotor verbrauchten elektrischen Energie ist
nebst der im Anker bestehenden Stromstärke, welche von dem Spannungsunterschied E-en
abhängig und für die Stärke des Drehmomentes mafsgebend ist, nicht die Spannung des Arbeitsstromes
E zu berücksichtigen wie bei anderen Elektromotoren, sondern der Spannungsunterschied
E-e n°.
Man kann daher durch entsprechende Stellung der Bürsten zwischen ο und go° eine genügende
Drehkraft bei Stillstand des Elektromotors hervorrufen, wobei nur so viel elektrische
Energie aufzuwenden ist, als dem Widerstand der Ankerdrähte bei der dem gewünschten
Drehmoment entsprechenden Stromstärke zukommt. Diese Energie ist viel geringer als
diejenige, welche bei gewöhnlichem Gang des Elektromotors unter Wirkung eines gleichen
Drehmomentes aufgewendet wird. Unter Annahme des gleichen Drehmomentes verhält sich
die elektrische Energie, welche im Stillstand, zu derjenigen, welche bei einer Geschwindigkeit η
verbraucht wird, wie (E-en) : (E-e n°J, beide
Werthe gemessen an demjenigen Punkte, wo die Bürsten im letzteren Falle sich befinden
(z. B. .bei M in Fig. 5).
Die Wirkungsweise dieses Elektromotors, sowie die Wirkungen der Bürstenverstellung als
Regelungs- und Steuerungsmittel sind demnach gänzlich verschieden von denjenigen, welche
bei anderen Elektromotoren bekannt sind. Diese Art der Steuerung ist mit den vervollkommneten
Steuerungen an Dampfmotoren zu vergleichen, bei denen die Expansion verändert wird, im Gegensatz zu den bisher angewendeten
Steuerungsmethoden an Elektromotoren, die mit der Drosselung des Dampfes verglichen
werden können.
Durch selbstthätige Stellung der Bürsten kann
man die Geschwindigkeit, die Drehkraft u. s. w. des Elektromotors auch selbstthätig regeln,
je nachdem entweder ein Geschwindigkeitsregler, ein Stromstärkeregler oder irgend eine
selbstthätige Vorrichtung, welche für einen bestimmten Zustand oder eine bestimmte Leistung
eingerichtet ist, die Bürstenbewegung beherrscht. Für elektrische Eisenbahnen u. dergl. z. B.
eignet sich diese Regelung und Steuerung der treibenden Elektromotoren durch das Bürstenstellen
ganz besonders, und zwar wird die Einstellung am zweckmäfsigsten durch. den
Wagenführer von Hand bewerkstelligt werden.
Wenn auch in den schematischen Zeichnungsbeilagen der einfachen Darstellung wegen zweipolige
Vorrichtungen und Ringanker angenommen wurden, so ist es selbstverständlich, dafs sich die neue Anordnung ebenso auch auf
mehrpolige Vorrichtungen, auf Trommel-, Flachring-, Scheiben- und beliebig geformte andere
Anker, endlich auch auf Aufseh- und Innenpolmaschinen anwenden läfst.
Claims (1)
- Patent-Anspruch:Ein Wechselstrommotor, dessen Ingangsetzung, Umsteuerung und Geschwindigkeitsregelung, ohne eines Hülfswiderstandes zu bedürfen, bewirkt wird durch die Verstellung der den Arbeitsstrom in den Anker einführenden Bürsten aus der Nulllage, in welcher die im Anker inducirte elektromotorische Kraft dem Arbeitsstrom das Gleichgewicht hält, dadurch gekennzeichnet, dafs mehrere nach Fig. ι bis 4 symmetrisch verbundene, gesonderte Stromkreise bildende Wickelungsgruppen von wesentlich gleicher elektromotorischer Kraft durch die Bürsten periodisch mit dem Feld parallel geschaltet werden.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE74462C true DE74462C (de) |
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ID=347506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DENDAT74462D Expired - Lifetime DE74462C (de) | Elektromotor für Wechselströme |
Country Status (1)
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DE (1) | DE74462C (de) |
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- DE DENDAT74462D patent/DE74462C/de not_active Expired - Lifetime
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