DE79542C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT

Bekanntlich lassen sich gewisse Wechselstrommotoren mit einer gewöhnlichen Wechselstrommaschine zusammenschalten, sobald sie erst mit derselben synchron laufen. Diese Motoren laufen dann bei weiterer Wechselstromzuführung synchron mit der ersteren bis zu einer gewissen Belastung weiter. Sobald aber die fragliche Belastungsgrenze erreicht ist, bleiben sie stehen.

Obwohl die Motoren nun für gewisse Zwecke ganz brauchbar sind, besitzen sie doch den grofsen Uebelstand, dafs man zum Anlassen derselben einer äufseren Kraft bedarf, und dafs sie durch Gleichstrom erregt werden müssen.

Um diesem Uebelstande abzuhelfen , hat man bereits verschiedene Wege eingeschlagen. In dem D. R. P. Nr. 74684 ist dies z. B. in der Weise versucht, dafs man die Ankerwickelungen mit einem Stromwender versieht und beim Anlassen des Motors nicht nur dem Felde, sondern auch dem Anker in Hineinanderschaltung Strom zuführt. Der Wechselstrommotor arbeitet dann bei richtiger Bürstenstellung wie ein Hauptstrommotor für Gleichstrom.
. Sobald der Motor sich seinem synchronen Gange' nähert, werden die Stromwenderstege kurzgeschlossen, so dafs der Strom unmittelbar von einer Bürste zur anderen geht. Der Anker arbeitet dann als Kurzschlufsanker.

Dem gegenüber betrifft die vorliegende Erfindung folgendes Verfahren zum Anlassen und zum Betriebe von Wechselstrommotoren:

Man versieht die Ankerwickelung aufser mit einem Stromwender noch mit Schleifringen derart, dafs der Anker sowohl vom Stromwender als von den Schleifringen aus Strom erhalten kann, und dafs man dem Anker gleichzeitig Wechselstrom zuführen und einen gleichgerichteten Strom abnehmen kann. Beim Anlassen des Motors schaltet man dann die Schenkelwickelungen und die Ankerwickelung hinter einander, so dafs die Maschine zuerst ebenso wie ein Hauptstrommotor für Gleichstrom angeht, obwohl man ihm Wechselstrom zuführt. Sobald aber der Synchronismus erreicht ist, sendet man den Wechselstrom mittelst der genannten Schleifringe durch den Anker hindurch und nimmt nun gleichzeitig von dem Stromwender einen gleichgerichteten Strom zur Speisung der Magnetwindungen ab. Der Motor läuft dann als synchroner Motor weiter.

Der nach vorliegender Erfindung eingerichtete Motor bildet ganz offenbar ein einheitliches Ganzes, indem derselbe sowohl das Anlassen wie auch das Erregen selbst besorgt. Der Motor läuft hierbei mit einer Geschwindigkeit , welche in praktischer Hinsicht als gleichbleibend gelten kann, so lange der Motor mit der Erzeugermaschine synchron läuft.

Unter diesem Synchronlaufen ist zu verstehen, dafs die Geschwindigkeit des Motors zu derjenigen der Erzeugermaschine immer in einem bestimmten Verhältnifs steht, oder mit anderen Worten, dafs bei jedem Stromwechsel

in den Zuführungsleitungen ein gewisser Theil des Ankers einen Pol des Motors passirt.

Beim Anlassen des Motors will man einerseits möglichst geringe Funkenbildung und gleichmäfsigen Antrieb unter Vermeidung von Todtpunktlagen haben. Andererseits aber ist es zur Erreichung des Synchronismus zweckmäfsig, dafs man dem Anker durch seine Wickelungsart bestimmte Pole giebt. Der letztgenannte Gesichtspunkt steht nun aber im Widerspruch mit den erstgenannten Punkten. Dieser Zwiespalt läfst sich ganz einfach dadurch beseitigen, dafs man den Anker mit zwei Wickelungen versieht. Die eine Wicke lung wird ziemlich gleichmäfsig und regelmäfsig auf den Umfang des Ankers vertheilt und dient zum Anlassen und zur Herbeiführung des Synchronismus; die andere Wickelung ist mehr zusammengedrängt und dient zur Erhaltung des Synchronismus. Diese Wickelung wird daher zutreffend als synchronisirende Wickelung bezeichnet.

Man erreicht auf diese Weise, dafs der Motor zufolge der festbestimmten Pole seiner synchronisirenden Wickelung den erforderlichen Synchronismus sehr gut zu erhalten im Stande ist und zufolge der vertheilten Wickelung beim Anlassen die störenden Todtpunktlagen vermieden sind.

Die nach der vorliegenden Erfindung ausgeführten Maschinen besitzen aufser ihren Vorzügen für Kraftüberlragungszwecke noch die weiteren Vortheile, dafs man sie z. B. als Wechselstrom-Gleichstromwandler oder zur Umwandlung von einphasigen Wechselströmen in mehrphasige Ströme derselben Art benutzen kann.

Zur Erläuterung des neuen Verfahrens sind auf den beiliegenden Zeichnungen verschiedene Wechselstrommotoren dargestellt worden.

Fig. ι zeigt einen Motor nebst Umschalter für zwei Magnetwickelungen und eine Ankerwickelung.

Fig. 2 zeigt einen Motor nebst Umschalter für zwei Magnet- und zwei Ankerwickelungen.

Fig. 3 veranschaulicht einen Motor nebst Umschalter für eine Magnetwickelung und zwei Anker Wickelungen.

Fig. 4 veranschaulicht einen Motor nebst Umschalter für eine Magnet- und eine Ankerwickelung.

Fig. 5 zeigt einen Motor nebst Umschalter, wobei der Motor ein einziges magnetisches Feld und· einen doppelten Anker mit zwei einfachen Wickelungen besitzt.

Fig. 6 veranschaulicht einen Motor nebst Umschalter, wobei der Motor zwei magnetische Felder und zwei Anker hat.

Fig. 7 zeigt einen mehrpoligen Motor mit zwei Magnetwickelungen und einer Ankerwickelung.

Fig. 8 zeigt einen Motor, dessen Magnetfeld zwei Wickelungen und dessen Anker ebenfalls zwei Wickelungen von verschiedener Art besitzt, deren eine zur Erregung und deren andere zum Anlassen dient.

Fig. 9 veranschaulicht eine ähnliche Anordnung der Ankerwickelungen für ein zweipoliges Magnetfeld.

Der Motor ist in den meisten Figuren der Einfachheit wegen als zweipoliger Motor dargestellt worden, dessen Anker ein sogenannter Siemens'scher Trommelanker ist. Ein solcher Wechselstrommotor würde bei der jetzt gebräuchlichen Zahl von Stromwechseln etwa mit einer Geschwindigkeit von 7500 Umdrehungen i. d. Minute laufen. Diese Geschwindigkeit würde nun zwar zu hoch sein; durch Vermehrung der Pole, z. B. auf sechs, wie in den Fig. 7 und 8, würde der Motor aber eine entsprechende kleinere Umdrehungszahl, im vorliegenden Falle also 2500 erhalten.

In Fig. ι ist der Stromwandler A oder eine andere Wechselstromquelle durch Leitungen 1 und 2 mit den Klemmen 3 und 5 des Umschalters B verbunden. In die Leitung 1 ist ein Ausschalter c eingesetzt, mittelst dessen man den Wechselstrom vom Motor abschalten kann. Der Umschalter B hat drei Klemmen 3, 5 und 4, welche als Drehpunkte für die drei Schalthebel 6, 8 und 7 dienen. In dem Bereich des anderen Endes der letzteren befinden sich die sechs Klemmen 9, 10, 11, 12, 13, 14. Die drei Schalthebel 6, 8, 7 "des Umschalters B sind durch einen Quersteg b aus Isolationsmasse verbunden. Wenn nun der Umschalter B mittelst des über seinen Drehpunkt hinaus verlängerten Schaltarmes 8 umgestellt wird, so bleiben die Schaltarme 6, 8, 7 stets in Berührung mit den drei Klemmen 3, 5 und 4. Die anderen sich verschiebenden Enden der genannten Schalterarme liegen in der einen Endstellung gleichzeitig auf den Klemmen 9, 11 und 13 (durch punktirte Linien angedeutet).

Der Motor D ist mit zwei Magnetwickelungen 15 und 16 und einer einfachen Ankerwickelung 17 ausgestattet. Auf der Ankerachse ist auf der einen Seite der Stromwender 18 angebracht, auf welchem die gewöhnlichen Bürsten 19 und 20 schleifen. Auf der anderen Seite der Ankerwelle sind die Schleifringe 21 und 22 angeordnet, auf denen die Bürsten 23 bezw. 24 schleifen. Die Ankerwickelung 17 ist einerseits an die ■ beiden Theile des Stromwenders 18 und andererseits an die Ringe 21 und 22 angeschlossen.

Die Ankerwelle trägt aufserdem noch die Leerlaufscheibe 25 und die feste Scheibe 26 zur Uebertragung der vom Motor geleisteten Arbeit. Wenngleich diese beiden Scheiben

nicht unbedingt nöthig sind, so ist deren Anordnung doch sehr zweckmäfsig, damit man den Riemen so lange auf der Leerlaufscheibe lassen kann, bis der Synchronismus erreicht ist.

In Fig. ι bezieht sich die durch volle Linien angedeutete Stellung des Umschalters auf den Fall, dafs man den Motor anlassen will. Verfolgt man den Stromlauf von der Stromquelle A ab, so geht er durch den Draht ι und Ausschalter c zur Klemme 3, dann durch den Schaltarm 6, die Klemme 10, die Magnetwickelung 15 zur Bürste 20; von dieser durch den einen Theil des Stromwenders 18, die Ankerwickelung 17 und den anderen Theil des Stromwenders 18 in die Bürste 19, welche ihrerseits mit der Klemme 4 verbunden ist. Von der letzteren geht der Strom durch den Schaltarm 7, die Klemmen 14 und 12, den Schaltarm 8 zur Klemme 5 und von dieser durch den Draht 2 zur Stromquelle A zurück.

Bei diesem Stromlauf sind die eine Magnetwickelung und die Ankerwickelung hinter ,einander geschaltet. Der Motor wird daher angehen und als Reihenmotor laufen. Die Anzahl der Windungen der Magnetwickelung 15 ist so bemessen, dafs der Motor beim Anlassen mit viel gröfserer Geschwindigkeit läuft, als dem Synchronismus entspricht. Der Umschalter B bleibt nun so lange in der durch volle Linien angedeuteten Lage, bis die Geschwindigkeit des Motors den Synchronismus erreicht hat, worauf der Umschalter in die durch punktirte Linien angedeutete Lage gebracht wird. Alsdann geht der Strom durch den Draht 1 nebst Ausschalter c zur Klemme 3, dann durch den Schaltarm 6, die Klemme 9 und Bürste 24 zum Schleifring 22. Von hier geht der Strom durch die Ankerwickelung zum Schleifring 21, dann durch die Bürste 23 und ihren Verbindungsdraht zur Klemme 11, den Schaltarm 8, die Klemme 5 und den Draht 2.

Gleichzeitig erfolgt ein Stromlauf von der Bürste 19, durch die Klemme 4, den Schaltarm 7, die Klemme 13 und die Magnetwickelung 16 zur Bürste 20; infolge dessen werden die Magnetwindungen hinter einander durchflossen, wodurch bei gleichbleibendem magnetischen Feld abwechselnd Nord- und Südpole erzeugt werden. Der Motor nimmt dann die entsprechende Geschwindigkeit an und setzt seinen Lauf synchron mit der stromgebenden Maschine fort. Man kann die Maschine dann entweder mittelst der festen Scheibe 26 oder auch mittelst Reibungskuppelung oder dergleichen' belasten.

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten Anordnung ist die Wirkungsweise grundsätzlich genau dieselbe wie in Fig. 1. Der einzige Unterschied ist der, dafs der Anker zwei verschiedene Wickelungen hat; die Enden der einen sind an die beiden Theile des Stromwenders und die Enden der anderen sind an die Schleifringe angeschlossen.

Fig. 3 veranschaulicht einen Motor, welcher eine Magnetwickelung und zwei Ankerwickelungen hat. Hierbei ist der Umschalter B dahin abgeändert worden, dafs demselben die Schaltarme 27 und 28 sowie die Klemmen 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 und 36 hinzugefügt sind.

Der ursprüngliche Stromlauf geht von der Stromquelle durch den Draht 1, den Schaltarm 6, die Klemme 10, die Bürste 19 und die eine Seite des Stromwenders zur einen Ankerwickelung; von dieser durch die andere Seite des Stromwenders und die Bürste 20 zum Schaltarm 7. Hier theilt sich der Strom in zwei Theile, geht von den Klemmen 32 und. 33 durch die obere und untere Magnetwickelung zu den Klemmen 30 bezw. 29. Da die beiden letzteren bei der durch volle Linien angedeuteten Stellung mit dem Schaltarm 8 in Verbindung stehen, so geht der Strom nun wieder in einem Lauf über die Klemme 5 und den Draht 2 zur Stromquelle zurück.

Der beim Anlassen dieser Maschine verwendete Wechselstrom wird zwischen den Windungen der Feldmagnete getheilt, nachdem er den Anker durchflossen hat. Wenn das Anlassen in dieser Weise bewerkstelligt und der Synchronismus erreicht ist, so wird der Umschalter B umgelegt. Die Folge davon ist, dafs der von der Stromquelle kommende Strom über die Klemme 3, den Schaltarm 6, die Klemme 9 zu dem Ring 21 fliefst. Von hier geht der Strom durch die eine Ankerwickelung zu dem Ring 22, von dort über die Klemme 11, den Schaltarm 8, die Klemme 5 und den Draht 2 zur Stromquelle zurück.

Gleichzeitig mit dem Umlegen des Umschalters ergiebt sich der äufsere Ankerstromlauf wie folgt: Von der Bürste 19 zur Klemme 35, dann durch den Schaltarm 28, die Klemme, 34, die obere Magnetwickelung, die Klemme 30, den Schaltarm 27, Klemme 31, die untere Magnetwickelung, Klemme 13, Schaltarm 7 und Klemme 4 zur Bürste 20. Die Magnetwickelungen sind hinter einander geschaltet mit den Bürsten verbunden, so dafs eine gleichbleibende Erregung des magnetischen Feldes mit abwechselnder Nord- und Südpolarisation stattfindet; hierbei ist nur Synchronismus mit der erregenden Stromquelle erforderlich, um einen wirksamen Motor zu erhalten.

In Fig. 4 ist ein Motor, bei welchem sowohl der Anker als das magnetische Feld nur je eine Wickelung besitzt. Der Umschalter

stimmt mit dem in Fig. 3 gezeichneten überein. Es ist hierbei zu bemerken, dais die Schaltarme 8, 27 und 7 an ihren freien Enden so gestaltet sind, dafs sie im Bedarfsfälle gleichzeitig zwei Stromschlufsstücke zu überbrücken vermögen. Der vom Anlafsstrom durchflossene Stromlauf ist derselbe, wie er bereits bei Fig. 3 beschrieben ist, nur mit dem Unterschied, dafs die in den Stromlauf eingeschlossene Ankerwickelung die einzige ist, welche der Anker hat, während sie in Fig. 3 die eine der beiden Ankerwickelungen ist. Der Unterschied ist im wesentlichen derselbe, wie zwischen den in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellten Motoren.

In Fig. 5 stimmt die Anordnung mit der in Fig. 2 gezeichneten bis dahin überein, dafs in Fig. 5 zwei von einander unabhängige Anker vorhanden sind, welche den beiden Ankerwickelungen in Fig 2 entsprechen.

In Fig. 6 stimmt die Anordnung im wesentlichen mit der in Fig. 2 gezeichneten überein. Der Hauptunterschied zwischen beiden Anordnungen ist baulicher Art und besteht darin, dafs zwei Anker und zwei Magnetfelder an Stelle des doppelten Ankers und des einen Magnetfeldes in Fig. 2 vorhanden sind.

Wenn man bei. dem in Fig. 7 veranschaulichten Motor den Stromlauf von Punkt zu Punkt verfolgt, so ergiebt sich dessen genaue Uebereinsfimmung mit dem in Fig. 1 vorhandenen Stromlauf. Statt eines zweipoligen Magnetfeldes hat man in Fig. 7 ein secbspoliges und dementsprechend auch einen sechstheiligen Stromwender.

Zur gröfseren Klarheit in der Darstellung sind die Schleifringe so gezeichnet, als ob sie den Stromwender umgeben; in Wirklichkeit sind sie jedoch ebenso angeordnet, wie es bei den bisher beschriebenen Motoren der Fall war.

In Fig. 8 ist eine sechspolige Maschine dargestellt worden, welche doppelte Magnetwickelungen und zwei von einander unabhängige Ankerwickelungen verschiedener Art besitzt. Die äufsere Ankerwickelung 46 ist eine vertheilte Trommelwickelung, wie sie der gewöhnlichen Wickelung einer sechspoligen Maschine mit Trommelanker entspricht. Die innere Wickelung 47 ist durch die cylindrischen Löcher oder Oeffnungen veranschaulicht.

Der anfängliche Stromlauf geht nun durch Draht 1, Klemme 3, Schaltarm 6, Klemme 10, die äufsere Wickelung der Magnete bis zum Punkt 45. Von hier geht .der Strom zur Bürste 19, durch die äufsere Ankerwickelung, die Bürste 20, die Klemme 4, den Schaltarm 7, die Klemmen 14 und 12, den Schaltarm 8, die Klemme 5 und durch den Draht 2 zur Stromquelle zurück.

Weil nun die äufsere Ankerwickelung in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise auf den Ankerumfang vertheilt ist, wird auch das Bestreben zur Drehung gleichmäfsig vertheilt sein und der Anker anfangen, sich zu drehen. Wenn dann der Synchronismus erreicht ist, wird der Umschalter B umgelegt, worauf sich folgender Stromlauf ergiebt: Durch Draht 1 geht der Strom über die Klemme 3, den Schaltarm 6, die Klemme 9 zum Ring 21; von hier in die inneren Ankerwindungen und dann zum Ring 22, von wo er über die Klemme 11, den Schaltarm 8, die Klemme 5 und den Draht 2 zur Stromquelle zurückgeht. Es ist klar, dafs der Wechselstrom die inneren Ankerwickelungen durchläuft, welche in bestimmten Zwischenräumen näher zusammenliegen und so einer stärkeren Triebkraft ausgesetzt werden als die äufsere Ankerwickelung. Demzufolge strebt der Motor jetzt danach, genau synchron zu laufen, was eben beabsichtigt war.

Gleichzeitig mit dem Schliefsen des neuen Ankerstromkreises bildet sich ein Erregerstrom, welcher von der Bürste 19 aus nach einander durch die inneren Magnetwindungen hindurchgeht und dann zur Klemme 13 und durch den Schaltarm 7 und die Klemme 4 zur Bürste 20 zurückgeht. Es wird also jetzt vom Motorstrom ein magnetisches Feld mit wechselnder Nord- und Südpolarität erzeugt. Demzufolge wird der Motor seine Leistung beibehalten, so lange Synchronismus vorhanden ist.

Fig. 9 veranschaulicht einen Motor mit den zwei Ankerwickelungsarten in ihrer Anwendung auf ein zweipoliges magnetisches Feld. Die vertheilte Wickelung ist mit 46 und die synchronisirende mit 48 bezeichnet. Die Wirkung stimmt im Princip mit derjenigen des in Fig. 8 gegebenen sechspoligen Motors überein..

In den Fig. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 ist ein zweitheiliger Stromwender und eine einfache Ankerwickelung dargestellt worden, um Verwickelungen in den Zeichnungen zu verhüten. In Wirklichkeit ist es zweckmäfsig, andere Wickelungsarten und einen vieltheiligen Stromwender zu verwenden, wobei die Stege des letzteren so an die einzelnen Windungen angeschlossen sind, dafs man den Vortheil der Vertheilung erreicht, von dem schon weiter oben die Rede war.

In den Fig. 7, 8 und g sind Stromwender mit einer gröfseren Zahl von Stegen dargestellt, und im Interesse einer besseren Wirkungsweise empfiehlt es sich, noch über die in den genannten Figuren gegebenen Zahlen hinauszugehen; die Gründe hierfür liegen für jeden im Bau elektrischer Maschinen Erfahrenen klar auf der Hand.

In den Bereich der vorliegenden Erfindung

gehört auch die mechanische und elektrische Kuppelung zweier Maschinen derart, dafs die eine zum Anlassen und Erregen, die andere aber zum Synchronisiren dient. In diesem Falle würde die eine der Maschinen mit der vertheilten Wickelung und dem vieltheiligen Stromwender, die andere aber mit der zusammengefafsten Wickelung und den Schleifringen ausgestattet. Es ist hierbei keineswegs erforderlich, dafs beide Maschinen dieselbe Polzahl haben, sondern die eine Maschine könnte zweipolig sein, während die andere z. B. sechs oder eine sonst geeignete Anzahl von Polen hat.

Claims (3)

1. Pat E nt-Ansprüche:

   i. Ein Verfahren zum Anlassen und zum Betriebe von Wechselstrommotoren', dadurch gekennzeichnet, dafs man beim Anlassen der Maschine durch die an einen Stromwender angeschlossene Ankerwickelung und die Magnetwickelung hinter einander Strom hindurchschickt, bei erreichtem Synchronismus aber den der Maschine zugeführten Wechselstrom durch Vermittelung von Schleifringen nur durch den Anker hindurchschickt, während gleichzeitig ein zu Gleichstrom gewendeter Theil des Ankerstromes vom Anker aus durch eine oder mehrere Magnetwickelungen hindurchfliefst.
2. 2. Bei dem zu i. gekennzeicheten Verfahren die Anordnung von zwei Sätzen von Ankerwickelungen, deren eine auf den Umfang des Ankers vertheilt ist und zum Anlassen des Motors, sowie zur Erreichung des Synchronismus dient, während die andere Wickelung an den einzelnen Stellen des Ankerumfanges mehr zusammengedrängt ist und zur Erhaltung des Synchronismus dient.
3. 3. Bei dem zu 1. gekennzeichneten Verfahren die Verbindung einer Maschine, deren Anker mit einem Stromwender und mit besonderen Schleifringen ausgestattet ist, mit einer Stromquelle derart, dafs vermittelst eines Umschalters drei verschiedene Stromkreise gebildet werden können, deren erster die Anker- und eine Magnetwickelung hinter einander, deren zweiter, von den besonderen Schleifringen ausgehend, den Anker umfafst, während der dritte von den Stromaufnehmerbürsten aus durch eine oder mehrere Magnetwickelungen hindurchgeht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.