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Einphasen-Induktionsmaschine nach dem Ferraris-Prinzip Die Erfindung
betrifft eine Einphasen-Induktionsmaschine nach dem Ferraris-Prinzip mit einem Trommelläufer.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Induktionsmaschinen sind die Erregerwicklungen
um ausgeprägte Pole herumgewickelt. Die hierdurch gegebene rechteckförmige Verteilung
des magnetischen Flusses bedingt bei solchen Maschinen eine sehr große Eigendämpfung
und" führt demgemäß zu einer .schlechten Ausnutzung des aktiven Materials, was im
Fall der Verwendung solcher Maschinen als Stellmotoren in Regel- und Steueranlagen
im allgemeinen unerwünscht ist. Die Leerlaufdrehzahl derartiger Motoren ist somit
z. B. bei zweipoliger Ausführung infolge der Eigendämpfung nur izoo bis i4oU Umdrehungen
pro Minute (Synchrondrehzahl 3000). Zur Vermeidung dieses Nachteils schlägt die
Erfindung vor, sämtliche Erregerwicklungen so in Nuten des Ständers unterzubringen,
daß sich über die Polteilung ein sinusförmiger Feldverlauf ergibt. Durch diesen
sinusförmigen Feldverlauf wird erreicht, daß die Eigendämpfung der Maschine zugunsten
d er frei werdenden Abtriebsleistung so weit zurückgeht, daß Leerlaufdrehzahlen
erreicht werden, die nur wenig unterhalb der Leerlaufdrehzahl normaler Einph asen-Induktionsmotoren
mit umlaufendem Eisenanker liegen. Durch die Verlegung der Wicklungen in; Nuten
ergibtt sich ein größerer Polüberdeckungswinkel als bei Aufbringung der Wicklung
auf ausgeprägten: Polen; das bedeutet eine Vergrößerung der magnetischen Ausnutzung.
Die Nutzleistung der Maschine kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme somit
erfahrungsgemäß
auf über das Dreifache gesteigert werden.
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Infolge ihres geringen Läuferträgheitsmomentes haben sich Induktionsmaschinen
gemäß der Erfindung mit besonderem Erfolg als Stellmotoren in Regel- und Steueranlagen-
einsetzen lassen. In diesem Anwendungsfall liegt bekanntlich die eine Wicklung des
Motors ständig am Netz, während die Größe und Richtung des Motormomentes durch die
Höhe und Phasenlage der Spannung an. der anderen Wicklung (Steuerwicklung) bestimmt
wird. Ausgehend von der Erkenntnis, daß diese Steuerwicklung thermisch höher beansprucht
werden kann, da die Steuerimpulse nicht dauernd, vielmehr nur kurzzeitig an dieser
Wicklung liegen und damit dieser ein geringerer Wickelraum zugestanden werden kann,
wird in; weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Steuerwicklung in
Nuten des inneren Ständerteils, also innerhalb der Läuferglocke, anzuordnen, während
die andere Wicklung in Nuten des äußeren Ständerteils, also außerhalb des Trommelläufers,
untergebracht ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Maschine bei gleicher
Leistung kleiner ausgeführt werden kann.
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Mit der Maschinenausnutzung in obigen Anwendungsfällen kann man noch
weitergehen: Man kann (ein weiterer Erfindungsgedanke) außerhalb des Trommelläufers
in Nuten des Ständers eine einzige, als geschlossene Schleifenwicklung ausgeführte
Erregerwicklung vorsehen, welche an vier symmetrischen Punkten für die Einspeisung
angezapft ist. Man erreicht hiermit, daß die Maschine bei gleicher Leistung wie
bei den. vorhergehenden Ausführungsformen baulich. kleiner gehalten werden kann
bzw. bei gleicher Baugröße stärker belastbar ist.
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Bekanntlich 'kann eine Ferrarismaschine nicht nur als Motor, sondern
auch als Generator betrieben werden. Hierbei wird die eine der beiden Phasen an
eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und an den Klemmen der anderen Phase eine
Spannung abgenommen, die der Drehzahl der Maschine proportional ist. Bei Nachlaufreglern.,
automatischen Rechnern usw. wird diese geschwindigkeitsproportionale Spannung im
allgemeinen, über einen Verstärker der Steuerspannung des Stellmotors entgegengeschaltet,
um das zu verstellende Organ aperiodliisch in seine Sollage einlaufen zu lassen.
In diesen Fällen ist es nun wichtig, daß beim Stillstand des Läufers die Generatorspannung
genau Null ist. Dies läßt sich aber aus fertigungstechnischen Gründen nicht immer
mit genügender Genauigkeit von. vornherein erreichen. Durch Teilungsfehler im Blechschnitt,
durch geringste Dickenunterschiede im Trommelläufer usw. treten in der Maschine
gewöhnlich Unsymmetrien auf, die auch bei.stillstehendem Läufer an Odem einen Wieklungsanz,apfstellenpaar
eine Spannung auftreten lassen, sobald an das andere Anzapfstellenpaar eine Spannung
gelegt wird. Diese störenden Restspannurigen lassen sich praktisch ganz beseitigen,
wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung zwischen je zwei benachbarten Anzapfstellen
entsprechend. bemessene Kondensatoren und Widerstände parallel geschaltet werden.
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In der Zeichnung sind einige Awsführungsbeisp.iele der Erfindhng wiedergegeben.
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In der Abb, z ist eine Einphasen-Induktionsmaschine nach dem Ferraris-Prinzip
mit einem Trommelläufer L aus z. B. Aluminium dargestellt, bei welcher zwei Erregerwicklungen
W1 und W2 in Nuten ni bis 7212 des äußeren Ständerteils S untergebracht sind. Die
beiden Erregerwicklungen., von denen jede aus vier in Serie geschalteten Teilspulen
besteht, sind galvanisch voneinander völlig getrennt. Mit K :ist der innere als
Rückschluß wirkende Stän@derteil bezeichnet. Die Nuten n1 bis n12 sind gleichmäßig
-über den inneren Umfang des äußeren Ständerteils S verteilt so angeordnet, daß
sich über die Polteilung der Maschine ein sinusfözmiger Feldverlauf ergibt. Der
Wicklungsverlauf d'er. Erregerspulen ist der Darstellung ohne weiteres zu entnehmen.
Mit IA bzw. IE ist der Anfang bzw. das Ende der einen Erregerwicklung, mit IIA bzw.
IIE Anfang und' Ende der zweiten bezeichnet.
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In den Abb. 2 und 3 ist eine Einphasen-Induktionsmaschine dargestellt,
welche vorwiegend als Stellmotor in elektrischen Regel- und Steueranlagen gedacht
ist. Bei dieser Ausführung ist nur die eine der beiden Erregerwicklungen, und zwar
die ständig am Netz liegende, deren Anfang bzw. Ende wieder mit IA bzw. IE bezeichnet
ist, am äußeren Ständerteil S, und zwar in gleichmäßig über Aden Umfang verteilten
Nuten n1 bis n12, untergebracht. Die Wicklung besteht hier aus drei Teilspulen in
Parallelschaltung. Die zweite Erregerwicklung dagegen ist innerhalb des Trommelläufers
L in Nuten 7i 1 bis n"1, des inneren Ständerteils K angeordnet.
Anfang und Ende dieser einteigigen, durchgehenden Spulenwicklung ist mit IIA bzw.
IIE bezeichnet. Wie ersichtlich, sind auch die Nuten 7i1 .bis W l. gleichmäßig
über den Umfang des inneren Ständerteils verteilt angeordnet. Die Richtung des von
der Wicklung I erzeugten Feldes ist mit dem Richtungspfeil F1, die des von der Wickluäg
II erzeugten mit. dem Pfeil F2 angedeutet.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen die
Abb. q. bis 6. Ebenso wie im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. r sind hier die Erregerwicklungen
lediglich außerhalb des Trommelläufers L im äußerem. Ständerteil S in Nuten r bis
z2 angeordnet. Im (Gegensatz zu dem erwähnten Ausführungsbeispiel ist jedoch die
Erregerwicklung hier als eine geschlossene Schleifenwicklung ausgeführt, welche
an vier symmetrischen Punkten a, a', b, b' für die Einrspeisung angezapft
ist. Die Abb. 5 zeigt das Wicklungsschema. Die Pfeile F1 und, F2 deuten wieder die
senkrecht zueinander verlaufenden Richtlungen der erzeugten Felder an. Wie aus Abb.
6 ersichtlich, werden d'ie beiden Phasen - an je zwei diametralen Punkten
a, d bzw. b, b' angeschlossen. Zur Beseitigung von eingangs erwähnten
störenden eventuellen Restspannungen bei Generatorbetrieb,
die durch
von vornherein nie ganz zu vermeidende bauliche Urisymmetrien in der Maschine bedingt
sind,, sind hierbei, wie ebenfalls aus Abb. 6. ersichtlich, zwischen je zwei `benachbarten
Schaltpunkten a, b bzw. a, b' entsprechend bemessene Widerstände R
und Kondensatoren C parallel geschaltet. Diese Maßnahmen, d. h. das Anbringen entsprechender
zusätzlicher elektrischer Abgleichmittel, können selbstverständlich sinngemäß bei
jeder Maschinenausführung gemäß der Erfindung Anwendung finden.