DE82016C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAM

Zum Anlassen von Motoren für Drehstrom und Wechselstrom, deren Anker nur mit inducirten Strömen arbeiten, sind im Allgemeinen besondere Vorrichtungen nöthig, wenn nicht starke Stöfse in der Spannung auftreten sollen. Die Kupferwickelung des (meist drehbaren) Ankers hat nämlich nur einen sehr geringen Widerstand, so dafs die durch einen geringen Tourenverlufst erzeugten geringen elektromotorischen Kräfte genügen, um die zur Erzielung des Drehmomentes erforderlichen Ströme zu erzeugen. Dabei gilt ganz allgemein das bereits von Ferraris in seiner ersten Abhandlung über rotirende Felder ausgesprochene Gesetz, dafs der procentuale Tourenverlust gleich dem procentualen Arbeitsverlust ist. Da nun weiter bei gleichbleibendem Magnetismus die elektromotorischen Kräfte im Kurzschlufsanker proportional dem Tourenverlust und die im Anker erzeugten Wärmemengen proportional dem Quadrate der elektromotorischen Kräfte wachsen, so wächst die erzeugte Wärmemenge auch proportional dem Quadrate des Tourenverlustes. Wenn also ein einpferdiger Motor bei voller Leistung 5 pCt. Tourenabfall hat und daher im Anker etwa 37 Watt Stromwärme entwickelt, so entwickelt er bei demselben Magnetismus und Stillstand I I · 37

= 14800 Watt, wenn die Entstehung so starker Ströme nicht durch irgend ein Mittel verhindert wird. Ohne weitere Anlafsvorrichtung verursacht das Einschalten des Motors daher ein Heruntergehen der Klemmenspannung, da es wie ein Kurzschlufs wirkt. Allerdings bewirken andererseits die starken Ströme im Anker ein sehr schnelles Anlaufen des Motors, wodurch die Ströme wieder auf ihr normales Mafs zurückgeführt werden.

Ein durchaus einwandfreies Mittel zur Beseitigung dieses Uebelstandes ist nun das, den Anker mit einer Drehstromwickelung zu versehen und beim Anlassen die in dieser entwickelten Ströme durch Schleifringe und Bürsten nach aufsen zu führen, um sie durch Einschaltung von Widerständen auf ihrem normalen Betrage zu erhalten.

Ein anderes Mittel besteht darin, in den primären Stromkreis Widerstände oder Inductionsapparate einzuschalten und so die Klemmenspannung des Motors zu verringern. Man kann dann den Anker mit einer Kurzschlufswickelung ohne irgend welche Klemmen und Schleifringe versehen. Da immerhin hierbei ein sehr bedeutender Energieverbrauch beim Einschalten stattfindet, so reducirt man die Spannung besser durch Stromwandlung, wobei man unmittelbar eine höhere Stromstärke erlangt.

Um nun besondere Apparate überflüssig zu machen, kann man in der Wickelung des Ankers selbst Aenderungen an der Schaltung vornehmen. So kann man zwei oder mehrere von einander getrennte Wickelungen anbringen, von denen nur eine mit verhältnifsmäfsig hohem Widerstände stets in sich geschlossen ist, während die andere oder anderen von geringerem Widerstände erst durch irgend welche Stromschlufsvorrichtungen geschlossen werden, wenn der Motor bereits eine gewisse Geschwindigkeit erreicht hat. (Vergl. D. R. P. Nr. 74684.)

Eine andere Methode, besondere Anlafsvorrichtungen zu vermeiden, besteht darin, die

einzelnen Abtheilungen der Wickelung oder Wickelungen auf dem Anker zum Zwecke des Anlaufenlassens in anderer Weise zu schalten als beim Dauerbetrieb. In einer bereits bekannten Ausführungsform (Patentschrift Nr. 68053) ^^st diese Methode zur Anwendung gebracht. Es ist hierbei jedoch erforderlich, dafs die im sich drehenden Theile entstehenden Ströme immer den Charakter des Mehrphasenstromes haben, d. h. dafs sie, für sich allein genommen, ein magnetisches Feld erzeugen, das möglichst gleichbleibende Intensität behält und mit möglichst gleichmäfsiger Geschwindigkeit umläuft. Dies ist bei den üblichen Wickelungen des Kurzschlufsankers, sei es, dafs man eine in sich geschlossene Wickelung benutzt, sei es, dafs man den Anker mit einer Drehstromwickelung versieht, deren Enden an Schleifringe angeschlossen sind, thatsächlich erfüllt. Bei jeder Geschwindigkeit wird in den Wickelungen Mehrphasenstrom oder insbesondere Drehstrom erzeugt, wenn nur in dem äufseren Ringe Ströme vorhanden sind, die auch ihrerseits ein Drehfeld erzeugen. Ist dagegen die Wickelung des drehbaren Theiles so geschaltet, dafs die inducirten Ströme kein Drehfeld zu erzeugen suchen, so liegt es auf der Hand, dafs bei gewissen Stellungen des Ankers das Drehmoment ein Maximum, in anderen Stellungen des Ankers dagegen sehr gering sein wird. Ein solcher Motor wird daher Todtpunkte besitzen. Wenn daher bei einer Umschaltung, die man mit der Wickelung des drehbaren Theiles vornimmt, die Eigenschaft der inducirten Ströme als Mehrphasenstrom nicht bewahrt bleibt, so kann man allerdings erreichen, dafs bei Stillstand des Motors die Ströme nicht allzusehr anwachsen, aber man wird gleichzeitig Todtpunkte bekommen, die die Anwendung einer solchen Schaltung zum Mindesten auf wenig Fälle, z. B. auf Leeranlaufen beschränken.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine derartige Umschaltung der Ankerwickelung, dafs beim Anlaufen des Motors in wirksamer Weise ein zu starkes Anwachsen des Stromes verhindert wird, gleichzeitig aber der Charakter des inducirten Stromes als eines Mehrphasenstromes vollständig bewahrt bleibt. Es sind ebenfalls mehrere Wickelungen auf dem Anker vorhanden. Beim Anlaufen sind diese Abtheilungen so geschaltet, dafs sich ihre elektromotorischen Kräfte zum gröfsten Theile aufheben. Sobald der Motor eine genügende Geschwindigkeit erlangt hat, werden die Abtheilungen so geschaltet, dafs die volle elektromotorische Kraft jeder Abtheilung zur Strombildung benutzt wird.

Eine Ausführungsform dieser Erfindung ist die folgende, wobei ein zweipoliger Motor der Einfachheit halber zu Grunde gelegt werden möge (Fig. 1). Der Anker ist mit zwei Drehstromwickelungen versehen, die in Sternschaltung geschaltet sind. Beide Wickelungen liegen genau in gleicher Weise auf dem Anker. Sie unterscheiden sich nur dadurch von einander, dafs die eine mehr Windungen hat als ι die andere. Die drei Anfänge liegen genau an derselben Stelle des Ankers. Verbindet man daher Anfang A' der einen Wickelung mit Anfang a¹ der anderen Wickelung, ebenso A² mit a'² und A^s mit α³, wie Fig. 1 zeigt, so arbeiten die elektromotorischen Kräfte der beiden Wickelungen gegen einander. Sie würden einander völlig aufheben, wenn die Wickelungen gleiche Windungszahlen hätten. Bei ungleichen Windungszahlen bleibt eine Differenz von elektromotorischer Kraft übrig, deren Gröfse man durch Wahl der Windungszahlen in weiten Grenzen in der Hand hat. Es sind aber nicht blos die Stromstärken dadurch reducirt, sondern noch mehr die Ampere-Windungszahlen, weil nur die Differenz der Ampere-Windungszahlen beider Wickelungen zur Geltung kommt. Es ist ohne Weiteres klar, dafs die im Anker vorhandenen Ströme jetzt ein richtiges Drehfeld erzeugen müssen; denn wenn die Phasen der drei Zweige jeder Wickelung um 120⁰ gegen einander verschoben sind, so müssen auch die Phasen der resultirenden Ströme um 120⁰ gegen einander verschoben sein, da nur solche elektromotorischen Kräfte gegen einander geschaltet werden, die gleiche Phase haben. Verbindet man nun, nachdem der Motor eine genügende Geschwindigkeit erlangt hat, die drei Anfänge A¹ A² A³ und. ebenso die drei Anfänge α¹ α² α³ unter sich (Fig. 2), so erzeugen die elektromotorischen Kräfte in jeder Wickelung für sich die volle Stromstärke und der Motor arbeitet jetzt mit geringem Tourenverlust. An den Stromverhältnissen ändert sich übrigens nichts, wenn man die Verbindungen A¹ a¹ A² a² A³ a³ bestehen lä'fst. Man kann diese Verbindungen also ein für alle Mal herstellen und nur die Verbindungen A¹A²A³ zum Oeffnen und Schliefsen einrichten (Fig. 3). Ebenso ist es für die Wirkungsweise gleichgültig, ob die neutralen oder Nullpunkte D und d mit einander verbunden sind oder nicht.

Man kann diese Schaltung auch mit mehr Stufen anwenden (Fig. 4). Die erste Wickelung mit mehr Windungen se\A^l B¹ A² B'² A³ B³, deren Enden B¹ B'² B³ an einen gemeinsamen Nullpunkt D angeschlossen seien. Die zweite Wickelung mit weniger Windungen sei a^l b^l a- b'² a³ b³, deren Enden b^l b"² b³ ebenfalls an den Nullpunkt D angeschlossen seien. Die zweite Wickelung ist in eine Reihe von Stufen getheilt, die an je eine Contactreihe angeschlossen sind, wie Fig. 4 zeigt. Den drei Contactreihen stehen drei Schienen gegenüber, die mit einander kurz verbunden sind. Von einem Contacte jeder Contactreihe führt eine

verschiebbare Bürste den Strom zur gegenüberstehenden Schiene. Die drei Bürsten sind fest miteinander gekuppelt und können gemeinsam auf den Contacten verschoben werden.

Beim Einschalten des Motors stehen die drei Bürsten bei b^x b² b^%. Dann ist die Schaltung wie vorher beschrieben und durch Fig. ι dargestellt ist. Werden nun die drei Bürsten auf den nächsten Contact geschoben, so ist eine Stufe der zweiten Wickelung in sich zu einer Drehstromschaltung geschlossen; der übrige Theil der zweiten Wickelung bleibt gegen die erste Wickelung 'geschaltet. In dieser Abtheilung müssen daher die gesammten elektromotorischen Kräfte jetzt gröfser sein. Je mehr man die Bürsten nach a^] a² a^a schiebt, umsomehr werden Abtheilungen der zweiten Wickeder ersten Wickelung

lung zu einer Drehstromschaltung in sich geschlossen und umsomehr kommt die elektromotorische Kraft
Geltung.

Ein Beispiel möge dieses Anwachsen zeigen.

Die Wickelung A B habe dreimal acht Windungen, die alle hinter einander geschaltet sind, die Wickelung α b dreimal vier Windungen, die die genannten Stufen bilden. Wenn nun der Widerstand jeder Windung ein Ohm und ihre elektromotorische Kraft immer ein Volt ist, so ergeben sich für die fünf Stellungen der Bürsten die Werthe der folgenden Tabelle, in welcher I den Spulen A B, II dem entgegengeschalteten Theile der Spulen α b und Ha dem in sich zu einer Drehstromschaltung geschlossenen Theil der letzteren entspricht:

Stel lung	I—II	E. M. K. und Windungszahl	Wider stand	J	Win dun gen	Ampere- Windungen	Ha	J	Win dun gen	Ampere- Windungen	(I—II) + Ha
I . 2. 3· 4· 5·	8—4 = 4 8 — 3 = 5 8—2 — 6 8-i=7 8 — o = 8	12 I I IO 9 8	_±_ 12 5 I I 6 IO _7_ 9 8 8	4 5 6 7 8	i6 12 25 I I ii 10 49 9 64 8	I I I i	0 I 2 3 4	0 I 2 3 4	Ampere- Windungen
16 77 = ]'33 36 . , — = 3,*7 56 ,0 = 5'6° ■ 96 8 - i2,oo.

Man sieht, wie die Ampere-Windungen ansteigen und wie bei Stellung 5 alle zwölf Windungen voll zur Geltung kommen.

Es sei noch kurz erwähnt, dafs es noch andere Arten giebt, die elektromotorischen Kräfte gegen einander zu schalten, wobei zugleich der Charakter der Ströme als Mehrphasenstrom gewahrt bleibt. Im Vorhergehenden ist immer angenommen worden, dafs die beiden Wickelungen genau über einander liegen und daher bis auf die Windungszahlen mit einander übereinstimmen. Man kann jedoch auch beiden Wickelungen gleiche Windungszahlen geben, aber sie gegen einander verdrehen, so dafs die Phasen der inducirten elektromotorischen Kräfte gegen einander verschoben sind. Je nach den Verbindungen, die man dann zwischen den Enden der beiden Wickelungen herstellt, kann man nun wieder gröfsere oder geringere Ampere-Windungszahlen herstellen, ohne den Charakter der Ströme als Mehrphasenströme zu ändern.

Claims (1)

1. Patent-Anspritch:

   Anlafsvorrichtung für Wechselstrom - Induktionsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dafs die Mehrphasenstromwickelung des Ankers in zwei oder mehrere Abtheilungen zerfällt, welche mittelst entsprechender Schaltvorrichtungen beim Anlassen des Motors so geschaltet werden , dafs ihre elektromotorischen Kräfte sich theilweise aufheben, zugleich aber der Charakter der inducirten Ströme als eines Systems von Mehrphasenströmen vollständig gewahrt bleibt, wodurch ein allzu starkes Anwachsen der inducirten Ströme verhindert und doch ein starkes, in allen Stellungen des Ankers annähernd gleiches Drehungsmoment erzielt wird, während sie nach Erreichung der vorschriftsmäfsigen Umlaufszahl so verbunden werden, dafs ihre elektromotorischen Kräfte — ebenfalls unter Wahrung des Charakters der Ströme als Mehrphasenströme — voll zur Ausnutzung gelangen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.