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Repulsionsmotor mit erhöhtem Drehzahlbereich Der Repulsionsmotor kann
an und für sich wieder Serienkollektormotor mit Wechselstrom bei einer beliebigen
Drehzahl betrieben werden. Er hat ebenfalls eine Reihenschlußcharakteristik. Er
unterscheidet sich aber wesentlich von dem Serienmotor darin, daß er nicht wie dieser
mit hohem übersynchronismus betrieben werden kann, denn er entwickelt ein Drehfeld,
das besonders in der Nähe der synchronen Drehzahl fast vollkommen ist, während der
Serienmotor nur örtlich an seine Pole gebundene Wechselfelder besitzt. Die beim
Serienmotor verwendeten Wendepole können beim Repulsionsmotor nicht angeordnet werden,
weil seine Drehzahl durch Bürstenverschiebung geregelt wird; der Ort, an dem sich
die stromwendenden Windungen des Läufers befinden, ist also gegenüber dem Ständer
veränderlich. Die Stromwendung muß daher durch andere Maßnahmen in den zulässigen
Grenzen gehalten werden. Die durch das Magnetfeld in den kurzgeschlossenen Läuferwindungen
induzierte Transformatorspannung ist um so größer, je mehr die Drehzahl von der
synchronen Drehzahl abweicht. Dies ist die Ursache dafür, daß der Motor nur mit
einer begrenzten übersynchronen Drehzahl betrieben werden kann.
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Aus diesen Gründen hat der Serienmotor auf Traktionsfahrzeugen im
Laufe der Entwicklung den Repulsionsmotor völlig verdrängt, denn der hohe Übersynchronismus
erlaubt eine hohe Ausnutzung des Eigengewichtes der Maschine, daher ist das Gewicht
eines modernen Serienmotors erheblich kleiner als das eines Repulsionsmotors gleicher
Leistung und Drehzahl. Diese Entwicklung erfolgte trotz der Vorteile, die der Repulsionsmotor
gegenüber dem Serienmotor besitzt.. Es sind dies hauptsächlich folgende Punkte:
i.
Der Repulsionsmotor kann für beliebige Ständerspannungen gewickelt werden, während
die Spannung des Serienmotors durch die Läuferwicklung bzw. durch die Rücksicht
auf die Stromwendung des Läufers begrenzt wird, der Serienmotor braucht daher stets
einen Transformator, der das Gewicht der gesamten Ausrüstung wesentlich erhöht;
2.. die Regelung der Drehzahl des Repulsionsmotors erfolgt in einfachster Weise
durch Bürstenverschiebung. Im Gegensatz hierzu benötigt der Serienmotor entweder
Anlaßwiderstände oder einen Schaltapparat, der den Motor mit Anzapfungen an der
Sekundärwicklung des Transformators verbindet, was abermals eine Vergrößerung des
Gesamtgewichtes bedingt.
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Auf Grund dieser Sachlage scheint es trotz der geschilderten Entwicklung
. berechtigt, zu untersuchen, ob die Verwendung eines Repulsionsmotors auf Traktionsfahrzeugen
innerhalb der Leistungsgrenzen dieser Motortype wirtschaftlich ist oder nicht bzw.
ob das Gewicht einer Ausrüstung mit Repulsionsmotoren einfacher Bauart gegenüber
dem eines mit Serienmotor ausgestatteten Fahrzeuges wettbewerbsfähig ist.
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Beim Serienmotor kann die Drehzahl ohne Rücksicht auf die Polzahl
gewählt werden, während beim Repulsionsmotor die geforderte höchste Drehzahl bereits
die Polzahl des Motors bestimmt.
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Bei gegebener Frequenz des speisenden Netzes ist durch die Rücksichtnahme
auf die Stromwendung beim Anfahren die Leistung je Pol begrenzt. Also ist durch
die gewünschte oberste Drehzahl infolge dieser Zusammenhänge auch schon die Leistung
bestimmt, für die der Motor günstigenfalls ausführbar ist. Wenn nun die verlangte
Leistung höher ist als dieser Wert, so entsteht die Forderung, die Polleistung des
Motors beim normalen Nennbetrieb zu erhöhen, ohne daß die Stromwendung während des
Anlaufes unzulässig schlecht wird.
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Die Erfindung gibt Mittel an, mit denen dieses Ziel zu erreichen ist.
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Die Leistung je Pol wird bei diesen Repulsionsmotoren durch die Rücksicht
auf die Stromwendung beim Anfahren bzw. auf die hierbei entwickelte Transformatorspannung
begrenzt. Das erstrebte Ziel kann dadurch erreicht werden, daß das Feld in der Ständerwicklung
während des Anlaufs herabgesetzt wird. Dies kann auf mehrfache Weise erzielt werden.
Man kann z. B. die Wicklung in zwei gleiche Hälften zerlegen, die bei normalem Lauf
parallel, bei Anlauf in Reihe geschaltet werden. Dies Mittel hat den Nachteil, daß
das Feld beim Anlauf nur halb so groß ist als beim Lauf; das vom Motor beim Anfahren
entwickelte Moment ist demnach nur ein Viertel des Wertes, den er bei derselben
Bürstenstellung mit parallel geschalteten Wicklungen, allerdings mit einer unzulässigen
Stromwendung, besitzen würde; diese Verringerung des Momentes wird in manchen Fällen,
z: B. bei Traktionsmotoren, nicht mehr zugelassen werden können. Dieser Übelstand
ist vermeidbar, wenn man vor die Ständerwicklung einen Transformator, zweckmäßig
.in Sparschaltung, mit Anzapfungen schaltet und die Spannung des Motors dadurch
ändert, daß man ihn mit diesen Anzapfungen verbindet. Man hat dann die bei Serienmotoren
gebräuchliche Anordnung, allerdings auch die erwähnten Nachteile, nämlich eine erhebliche
Erhöhung des Ausrüstungsgewichtes.
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Die Erfindung schlägt nun vor, das angestrebte Ziel, eine durch Umschaltungen
in der Ständerwicklung auf einen Wert etwa zwischen 1/x und i herabgesetzte Feldstärke
im Motor, während des Anlaufs ohne das zusätzliche Gewicht eines Transformators
zu erhalten. Es gibt mehrere Wege, um zu diesem Ziele zu gelangen. Man kann z. B.
in dem Ständer zwei Wicklungen a und b anordnen (Abb. i), die fest in Reihe geschaltet
sind und von denen jede über alle Pole laufen kann. Die Wicklung a erhält eine solche
Windungszahl, daß sie, an die Netzspannung gelegt, in der Maschine das für den normalen
Betrieb vorgesehene Feld ergibt. Wenn die Netzspannung an die beiden in Reihe gelegten
Windungen angeschaltet wird (Schalter S in Abb. i auf Kontakt 3), ist das Feld im
Verhältnis Windungszahl a zu Windungszahl (a+b) herabgesetzt. Die Windungszahl b
kann nun so gewählt werden, daß das Feld den mit Rücksicht auf das verlangte Moment
zulässigen Grenzwert nicht unterschreitet.
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Die Anordnung nach der Abb. i benötigt daher nur das zusätzliche Gewicht
des Schalters S. Die Wicklung b kann mit demselben oder einem kleineren Wicklungsquerschnitt
ausgeführt werden wie die Wicklung a.
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Eine Abart dieser Anordnung zeigt Abb. 2. Die Wicklung b ist hier
nicht fest in Reihe mit Wicklung a geschaltet; sie wird durch den Schalter S (linke
Lage) beim Anfahren in Reihe mit a geschaltet, bei Betrieb (rechte Lage von S) liegt
sie in Gegenschaltung zu a. Die effektiven Windungszahlen sind daher: beim Anfahren
wQ + wb, beim Betrieb wo - wb.
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Abb. 2a zeigt eine weitere Variante. Der Schalter S hat hier drei
Stellungen, so daß die drei Windungszahlen wa + wb, w", wa-wb hergestellt werden
können. Der Motor kann in diesem Falle mit drei verschiedenen Feldstärken gefahren
werden.
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Abb. 3 zeigt schließlich eine weitere Anordnung. Die Wicklung a ist
in diesem Falle in zwei Teile a. und a1 unterteilt, von denen ao über alle 2n Pole
des Motors geführt sein kann, wobei 2 n die Polzahl des Motors ist, Wicklung a1
und Wicklung b haben gleiche Windungszahl und können zusammen über alle 2'n Pole
geführt sein, z. B. derart, daß dl die Pole i bis n, b die Pole n + i bis
2 n oder Wicklung a1 die Pole i, 3 bis 2 n - i und Wicklung b die Pole 2,
4 bis 2n erregt. Die Wicklungen a1 und b haben gleichen Wickelquerschnitt, der gleich
oder kleiner, z. B. halb so groß wie der von a. sein kann.
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Der Schalter S schaltet nun beim Anfahren (Lage rechts) Wicklung b
in Reihe mit a. + a1, in Betrieb liegt S links und schaltet b parallel
zu a1. Das Anlauffeld ist daher im Verhältnis (w"o+wal) zu
(w", + wal + wb)
schwächer als das Feld in Betrieb.
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Das Gewicht des Schalters läßt sich, zumal wenn man ihn nur stromlos
schaltet, was in vielen
Fällen erlaubt sein wird, sehr niedrig halten,
so daß es praktisch bedeutungslos ist.