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Drehfeldmaschine Die Drehstromasynchronmotoren, die mit 5o Hz betrieben
werden, haben die Leerlaufdrehzahlen 3000, 1500, 750 usw. Ihre Betriebsdrehzahlen
liegen entsprechend dem Schlupf etwas tiefer. Die Drehzahlstufung ist also sehr
grob. Zwischen den Stufen liegende Drehzahlen lassen sich nur durch starke Vergrößerung
des Schlupfes oder durch Änderung der Frequenz oder durch bestimmte Kaskadenschaltungen
erzielen. Alle diese Mittel sind aber verhältnismäßig umständlich und kostspielig.
Besonders unwirtschaftlich ist es, diese Motoren dauernd mit starkem Schlupf laufen
zu lassen. Es sind auch Drehstromasynchronmotoren mit veränderlichen Drehzahlen
bekanntgeworden, bei denen die Ständerpole tangential oder radial verstellt werden.
Solche Motoren haben nie Eingang in die Praxis gefunden, da sie unwirtschaftlich
und zu verwickelt in der Bauform sind. Die Erfindung hat die Aufgabe, Drehfeldmaschinen
zu schaffen, die ohne Frequenzänderung, mechanische Verlagerung von Polen und ohne
anomal stärken Schlupf Drehzahlen ergeben, die sonst nur durch die eingangs geschilderten
Mittel erreichbar sind. Erfindungsgemäß sind die Pole der Maschine ungleichmäßig
über den Ständerumfang verteilt, indem z: B. auf eine Reihe bewickelter Pole wicklungsfreie
bzw. unerregte Lücken folgen. Dabei können auch die Polteilungen der einzelnen Phasen
verschieden sein. Durch solche ungleichmäßige Polverteilung lassen sich schon anomale
synchrone Leerlaufdrehzahlen erzielen; so daß sich bei verhältnismäßig kleinem,
noch wirtschaftlichem Schlupf auch anomale Betriebsdrehzahlen ergeben. Diese Betriebsdrehzahlen
sind bei Belastungsänderungen viel kleineren Schwankungen unterworfen als die Betriebsdrehzahlen
beispielsweise eine üblichen
Schleifringläufers, bei denen die anomale
Drehzahl durch anomal großen Schlupf eingestellt wird. Dies ist für verschiedene
Anwendungsarten von Vorteil. Die ungleichmäßige Polverteilung bringt zwar insbesondere
wegen der dabei auftretenden höheren Harmonischen eine gewisse Verschlechterung
des `Wirkungsgrades, aber diese ist nicht so groß wie bei einem üblichen Drehstrommotor,
bei dem die anomale Drehzahl durch sehr großen Schlupf erzielt wird. Ein besonderer
Vorteil der Erfindung besteht noch darin, daß man bei anomalen Drehzahlen durchwegs
Kurzschlußläufer mit geringem Widerstand verwenden kann, also die teurere, an Schleifringe
angeschlossene Wicklung erspart. Ein geringer Widerstand der Käfigwicklung ist bei
der Erfindung sogar von Vorteil; weil dadurch die höheren Harmonischen besser unterdrückt
werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Fig:
I bis 3 zeigen drei verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes mehr
schematisch in der Abwicklung. Mit I ist jeweils das Ständerjoch bezeichnet, mit
2 die Käfigwicklung des Läufers.
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In Fig. 2 hat der Ständer I ausgeprägte Pole 3 mit konzentrierten
Wicklungen 4. Die Pole haben, wenn man mit R, S, T die einzelnen Phasen bezeichnet,
der Reihe nach eine Schaltung im Sinne + R, - T, + S, - R, + T, - S. Darauf folgt
ein Pol 3o ohne Wicklung und dann wieder ein Pol, der im Sinne + R geschaltet ist
usw. Die Polteilungen können gleich, aber auch verschieden sein. Im Ausführungsbeispiel
sind die Pole der Phase S schmäler als die der übrigen Phasen. Bei der Fig. I ergibt
sich eine kleinere Drehzahl, als wenn die wicklungsfreie Lücke bei 3o nicht vorhanden
wäre; die Pole also gleichmäßig über den Umfang verteilt wären, weil das Drehfeld
zum Durchlaufen des bewickelten Umfangteils genausoviel Zeit erfordert wie sonst
beim Durchlaufen des ganzen Umfangs ohne Wicklungslücken. Bei gleichem Umfang ist
also bei der Ausführungsform nach Fig. I die Wandergeschwindigkeit des Drehfeldes
kleiner als bei gleichmäßig verteilten Polen. Der Motor kann eine oder mehrere wicklungsfreie
bzw. unerregte Lücken haben. Zwar treten durch die ungleichmäßige Polverteilung
höhere Harmonische auf, die den Wirkungsgrad herabsetzen, diese werden aber durch
die Käfigwicklung weitgehend ausgeglichen, und außerdem ist die Wirkungsgradverschlechterung
nicht so groß, wie wenn man bei gleichmäßig verteilten Polen dieselbe Drehzahl durch
besonders hohen Schlupf erreichen wollte.
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Die ausgeprägten Pole und konzentrierten Wicklungen gemäß Fig. I ergeben
alle die bei einer solchen Bauform bekannten Vorteile, z. B. maschinelle Herstellung
der Wicklung, hervorragende Isolation, einfache Blechschnitte usw. Die Erfindung
ist aber auf ausgeprägte Pole und konzentrierte Wicklungen nicht beschränkt, sondern
kann sinngemäß auch, wie Fig. 2 zeigt-, auf Motoren mit verteilter Wicklung angewendet
werden. Hier folgt auf einen Umfangsteil mit einer verteilten Wicklung 3, die im
Sinne + R, - T, + S geschaltet ist, eine wicklungsfreie Lücke 6 und hierauf wieder
ein Umfangsteil mit verteilter Wicklung die beispielsweise im Sinne - R, + T, -
S geschaltet ist. Auch hier ergibt sich eine kleinere synchrone Leerlaufdrehzahl
als bei gleichmäßiger Verteilung der Pole über den ganzen Umfang. Hinsichtlich Drehmomentsbildung
wirkt sich eine verteilte Wicklung natürlich günstiger aus als eine konzentrierte
Wicklung gemäß Fig. I. Man muß aber dann auf die Vorteile der konzentrierten Wicklung
verzichten.
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Will man diese Vorteile beibehalten und hinsichtlich des Drehfeldes
etwa die gleiche Wirkung wie bei verteilter Wicklung erzielen, dann kann man, wie
beispielsweise Fig. 3 zeigt, die Pole der einzelnen Phasen in Teilpole unterteilen
und einen Teil derselben mit Teilwicklungen versehen, die an verschiedene Phasen
derart angeschlossen sind, daß sich etwa die Wirkung einer verteilten Wicklung ergibt.
So sind in Fig. 3 die ersten beiden Teilpole, die mit Teilwicklungen 4I, 42 versehen
sind, im Sinne + R, - S, die beiden nächsten Teilpole, deren Wicklung 4 nicht unterteilt
ist, im Sinne + R, der fünfte und sechste Teilpol im Sinne + R, - T, der siebente
und achte Teilpol im Sinne - T usw. geschaltet. Man erhält dadurch ein sehr gleichmäßiges
Drehfeld, ähnlich wie bei verteilter Wicklung. Natürlich haben die Teilwicklungen
4I, 42 eine gegenüber der Phase R und S verschobene Spannung, weil sie ein resultierender,
aus Komponenten der beiden Phasen herrührender Fluß durchsetzt. Aber durch entsprechende
Reihenschaltung der an der gleichen Phase liegenden Teilwicklungen läßt sich leicht
eine resultierende, mit der Phasenspannung zusammenfallende Spannung erzielen. So
erhält man z. B. eine mit der Phasenspannung R zusammenfallende resultierende Spannung,
`renn man eine Teilwicklung der Phase R des ersten Teilpols mit einer Teilwicklung
der Phase R des fünften Teilpols in Reihe schaltet.
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Auch in Fig. 3 folgt auf eine Reihe 8 bewickelter Teilpole eine wicklungsfreie
bzw. unerregte Lücke 6, dann wieder eine Reihe 9 bewickelter Teilpole. Die Lücke
6 kann auch in mehrere Teillücken, die mehr oder weniger gleichmäßig über den Umfang
verteilt sind, unterteilt werden. Die Zahl und Größe der Lücken richtet sich nach
der Drehzahl, die erzielt werden soll. Die Wirkung ist im wesentlichen die gleiche
wie bei Fig. i und 2.
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Die Wirkung einer verteilten Wicklung ergibt sich auch dann, wenn
die Teilpole der verschiedenen Phasen entsprechend durchmischt werden, wenn also
beispielsweise in Fig. 3 der erste Teilpol im Sinne +R, der zweite Teilpol im Sinne
- S, der dritte und vierte Teilpol im Sinne ;- R, der fünfte Teilpol im Sinne -
T, der sechste im Sinne + R, der siebente und achte wieder im Sinne - T usw. erregt
wird, weil sich die Flüsse benachbarter Teilpole immer etwas durchmischen. Macht
man die Wicklungen, namentlich bei Fig. 2 und 3, polumschaltbar, dann lassen sich
mit ein und derselben Maschine verschiedene anomale Drehzahlen erzielen.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sich ohne Anwendung anomal großen
Schlupfes, anomaler Frequenzen und ohne Anwendung mechanisch verstellbarer Pole
anomale Drehzahlen erreichen lassen, und zwar bei einer höheren Wirtschaftlichkeit
als bei den
üblichen Drehstrommotoren durch Anwendung anomal großen
Schlupfes. Werden außerdem noch konzentrierte Wicklungen oder Teilwicklungen und
ausgeprägte Pole oder Teilpole verwendet, dann ergeben sich auch noch alle die bei
dieser Bauform bekannten Vorteile. Es ist nunmehr praktisch möglich, Drehfeldmaschinen
mit jeder gewünschten Drehzahl und tragbarem Wirkungsgrad zu bauen.