DE93166C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die verschiedenen Methoden bei Einphasen-Wechselstrommotoren, ohne Zuhülfenahme von Stromwendern Anlaufszugkraft zu erzielen, beruhen alle auf dem Princip, den zugeführten Wechselstrom in zwei oder mehr Wechselströme verschiedener Phasenverschiebung zu zerlegen, welche dann in ihrer Gesammtwirkung ein Drehfeld (analog demjenigen der Mehrphasenmotoren) erzeugen sollen.

Die auf diesem Princip beruhenden Motoren enthalten demnach auf dem Erregeranker zwei oder mehr an die zugeführte Wechselstromspannung angeschlossene Stromkreise.

Alle haben, um eine möglichst grofse Phasenverschiebung zu erzielen, die Anordnung gemeinsam, dafs überall die gröfsere Phasenverschiebung durch Vergröfserung der Selbstinduction des betreffenden Stromkreises bewirkt wird. Dies Verfahren entspricht der Thatsache, dafs in einem für sich unabhängigen Stromkreis die Phasenverschiebung mit der Selbstinduction des Stromkreises wächst und fällt.

Nun sind aber die Erregerstromkreise dieser Motoren keine für sich unabhängigen Stromkreise, sondern sie wirken nach dem Gesetze der gegenseitigen Induction inducirend auf die Windungen des Kurzschlufsankers, und die Gröfse der Phasenverschiebung der Erregerströme ergiebt sich lediglich aus der inducirenden Rückwirkung der Kurzschlufsankerströme auf die Erregerstromkreise.

Die Gröfse der Selbstinduction der Erregerstromkreise aber ist, sobald man diese Wirkungen der gegenseitigen Induction berücksichtigt, auf die Phasenverschiebung der Erregerströme von ganz untergeordneter, praktisch meist verschwindender Bedeutung.

Die kräftigste Wirkung unter den bekannten Anordnungen erzielen deshalb jedenfalls die, bei denen die Vergröfserung der Selbstinduction nicht durch Vergröfserung der Erregerwindungszahl, sondern durch Vergröfserung des magnetischen Nebenschlusses (Vergröfserung der Streuung oder Vorschaltung einer Drosselspule und dergl.) bewirkt ist.

Die Selbstinduction in Stromkreisen hat nun neben der oben berührten in allen bisherigen Ausführungsformen allein berücksichtigten Eigenschaft, die Phase des Wechselstromes gegen die Spannung zu verzögern, eine andere, von jener principiell verschiedene Eigenschaft, welche die Wirkungsweise derartiger Motoren schädlich beeinflufst und die unbefriedigenden Resultate aller bisherigen Ausführungsformen derartiger Motoren erklären mag.

Jede Vergröfserung der Selbstinduction bedingt eine Verkleinerung des von dem betreffenden Stromkreise herrührenden Feldes im Motor. Geschieht die Vergröfserung der Selbstinduction durch Vergröfserung der Windungs-, zahl, so fällt nach bekannten Gesetzen das Feld umgekehrt proportional mit der Quadratwurzel der Selbstinduction; geschieht sie durch Vergröfserung der Streuung oder durch Vorschalten einer Drosselspule, so wird das Feld um die streuenden Kraftlinien der Drosselspule verringert.

(2. Auflage, ausgegeben am 2p. November iSgg.i

Wie oben gezeigt, ist es bei derartigen Motoren mit Kurzschlufswindungen auf dem Anker durchaus nicht erforderlich, zur Erzielung der nöthigen Phasenverschiebung die Selbstinduction des betreffenden Stromkreises gröfser zu machen als diejenige des Stromkreises mit geringer Phasenverschiebung.

Die zweite oben erwähnte Eigenschaft der Selbstinduction aber, dafs nämlich umgekehrt mit der Selbstinduction das von dem betreffenden Stromkreise herrührende magnetische Feld im Motor wächst und fällt, führte den Erfinder durch nachfolgende Ueberlegung zu der unten beschriebenen Erfindung.

Der Gedankengang der Erfindung ist etwa folgender:

Die Zugkraft des Motors ergiebt sich aus dem Product Stromstärke χ Feld, und zwar aus der Stromstärke in dem Stromkreis mit geringer Phasenverschiebung und aus der verschobenen Feldcomponente des von dem anderen Stromkreise mit gröfserer Phasenverschiebung herrührenden magnetischen Feldes. Das magnetische Feld des ersteren Stromes leistet, da es nach bekannten Gesetzen gegen den Strom um eine Viertelperiode verschoben ist, keine wesentliche Arbeit.

Zur Erzielung einer grofsen Zugkraft ist daher, die entsprechende Phasenverschiebung vorausgesetzt, zweckmäfsig in dem ersteren Stromkreise der Strom und die Windungszahl, in dem zweiten Stromkreise das magnetische Feld thunlichst grofs zu machen.

Bei allen bekannten Anordnungen ist der principielle Grundgedanke ausgesprochen, dafs zur Erzielung von Zugkraft die Erzeugung eines Drehfeldes erforderlich sei. Jede Pulsation des Drehfeldes bedeutet Verlust. Alle Anordnungen stehen daher unter dem Gesichtspunkte, ein Drehfeld von constanter Stärke zu erzeugen.

Nach jenen Anschauungen wäre es also ein principieller Fehler, wenn das Feld der einen oder anderen Wickelung gröfser ausfiele.

Im Gegensatz hierzu beruht die vorliegende Erfindung auf derErkenntnifs, dafs bei Wechselstrommotoren zur Erzielung von Zugkraft kein Drehfeld, sondern nur ein Wechselfeld senkrecht zu der den eigentlichen Arbeitsstrom (wenig verschobenen Strom) führenden Wickelung erforderlich ist.

Die Zugkraft steigt und fällt mit der Stärke jenes Wechselfeldes.

Bei allen früheren Anordnungen konnte dies verschobene Feld wegen der grofsen Selbstinduction nur geringe Stärke erreichen. Es durfte nach der allein gültigen Drehfeldtheorie höchstens gleich dem Felde des Arbeitsstrornes werden, welch letzterer durch Einschalten eines Widerstandes in den Arbeitsstrom entsprechend geschwächt wurde.

Im Gegensatz hierzu führt vorliegende Erfindung zu dem Princip, dieses verschobene Feld möglichst grofs zu machen, was sich in der Ausführung dadurch kennzeichnet, dafs es jedenfalls gröfser wird als das Feld des Arbeitsstromes.

Dieses Princip ist schon allein deshalb neu, weil es nach der bestehenden Drehfeldtheorie direct einen Fehler ausspricht, und die Zugkraft um so gröfser wird, je gröfser dieses verschobene Wechselfeld wird, d. h. je mehr das Gesammtfeld des Motors, welches aus den Feldern beider Wickelungen resultirt, den Charakter eines reinen Wechselfeldes annimmt.

In allen bisherigen Verfahren wurde in dem zweiten Stromkreise die gröfsere Phasenverschiebung durch Vergröfserung der Selbstinduction hervorgerufen. Jede Vergröfserung der Selbstinduction aber bedingt eine Verringerung des von diesem Stromkreise erzeugten Feldes im Motor.

Um ein starkes magnetisches Feld zu erzielen, mufs daher die Selbstinduction des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung niedrig gehalten werden, d. h. dieser Stromkreis mufs zweckmäfsig aus einer verhältnifsmäfsig kleineren Zahl von Drähten bestehen.

Um dabei die gröfsere Phasenverschiebung in diesem Stromkeise zu erzielen, mufs die gegenseitige Induction auf die Windungen des Kurzschlufsankers verringert werden, was zweckmäfsig durch Verringerung der magnetischen Verkettung dieses Stromkreises mit den Windungen des Kurzschlufsankers geschieht.

Erregerwickelung und Kurzschlufswickelung verhalten sich zu einander wie Primär- und Secundärwickelung eines Transformators.

Wir wissen aber, dafs beim Transformator, sobald der Secundärkreis geschlossen wird, die Phasenverschiebung im Primärkreise abnimmt. Die phasenverschiebende Wirkung der Selbstinduction der Primärwickelung wird durch die gegenseitige Induction des Secundärstromes auf die Primärwickelung mehr oder weniger aufgehoben.

Diese gegenseitige Induction ist am vollkommensten, wenn alle Kraftlinien der Primärwickelung auch die Secundärwickelung durchsetzen.

Die Phasenverschiebung nimmt jedoch schnell wieder zu, wenn die magnetische Verkettung zwischen Primär- und Secundärwickelung unvollkommen ist, d. h. wenn Kraftlinien auftreten, die den primären oder nur den secundären Kreis durchsetzen, sogenannte Streulinien.

Es empfiehlt sich hier, eine Wickelungsart zu wählen, bei der erfahrungsgemäfs eine gröfsere Streuung auftritt, beispielsweise Ring- oder Spulenwickelung, während man für den anderen Stromkreis am zweckmäfsigsten die Trommelwickelung nimmt.

Man kann natürlich auch andere Mittel zur Erzielung einer Phasenverschiebung anwenden, eine Inductionsspule einschalten und dergl. mehr, nur mufs dabei immer die Selbstinduction dieses gesammten Stromkreises beträchtlich kleiner sein als die des anderen.

In dem anderen Stromkreise für geringere Phasenverschiebung empfiehlt es sich, die Streuung möglichst gering zu machen.

Zu einem wesentlich gleichen Resultate führt eine andere auf demselben Grundgedanken der Erfindung, zwecks Erhöhung der Zugkraft das Feld des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung zu verstärken, basirende Ueberlegung.

Die Stärke des in einem von einer Wechselstromspannung gespeisten Stromkreise auftretenden Feldes ist nach bekannten Grundsätzen annähernd proportional der Spannung und umgekehrt proportional der Windungszahl, also proportional der Spannung pro Windung. Bei verschieden gestalteten Stromkreisen tritt an Stelle der Windungszahl die Gesammtlänge der hinter einander geschalteten Activen, d. h. des von den Kraftlinien des entsprechenden Feldes im Motor umschlossenen Drahtes, des sogenannten wirksamen Drahtes.

Um also das betreffende Feld zu verstärken, ist die wirksame Drahtlänge des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung entsprechend niedriger zu halten als diejenige des Stromkreises mit geringer Phasenverschiebung.

Die gröfsere Phasenverschiebung kann hier ebenso wie oben ergänzt werden.

Die zuletzt angeführte Beziehung zwischen Feldstärke, Spannungs- und Windungszahl führt schliefslich zu noch einem Wege, das angestrebte Ziel zu erreichen.

Da nämlich die Feldstärke proportional zur Spannung und umgekehrt zur Windungszahl wächst, so kann die Verstärkung des Feldes auch dadurch erreicht werden, dafs die Spannung des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung erhöht wird (z. B. durch Einschalten eines Transformators oder Condensators).

Dies letztgenannte Mittel kann man natürlich auch mit dem obigen combiniren.

Auch hier bringt der zu Grunde liegende Gesichtspunkt eine dem bisher üblichen gerade entgegengesetzte Anordnung, bei- der die Spannung dieses Stromkreises erniedrigt, diejenige des anderen, den man vielfach aus dünnem Draht von hohem Widerstände herstellt, zwecks Ueberwindung dieses Widerstandes erhöht wird.

Eine auf dieser Erfindung beruhende Ausführungsform ist als erläuterndes Beispiel in beiliegender Zeichnung schematisch als zweipoliges Modell dargestellt.

In derselben besteht der Stromkreis für ge^J ringe Phasenverschiebung α aus einer Trommelwickelung von vielen Windungen, welche in Nuthen nahe an der inneren Oberfläche des äufseren Erregerankers I vertheilt liegen und daher eine günstige Verkettung des von ihnen erzeugten magnetischen Feldes mit den Windungen des Kurzschlufsankers II bieten.

DerStromkreis für gröfserePhasenverzögerung besteht hier aus der Spulenwickelung b von weniger Windungen, welche hier alle in einer grofsen Nuth zusammenliegen, so dafs die magnetische Verkettung mit der Wickelung des Kurzschlufsankers eine unvollkommenere ist. Die Streuung dieses Strömungskreises kann noch dadurch zweckentsprechend vergröfsert werden, dafs man die Nuthen an der Ankeroberflä'che mehr oder weniger schliefst.

Eine zweckentsprechende Anordnung der Windungen ist in mancherlei Weise denkbar. Es kann, wie oben erwähnt ist, auch der Stromkreis b in analoger Weise wie α angebracht und aufsen eine Selbstinductionsspule vorgeschaltet werden; dieseSelbstinductionsspule mufs jedoch so klein sein, dafs die Selbstinduction der Wickelung b, vermehrt um die der Selbstinductionsspule, noch immer beträchtlich kleiner ist als die Selbstinduction des Stromkreises a.

Schliefslich kann zur Verringerung der Selbstinduction die Spannung der Spule b durch Einschalten eines Transformators oder Condensators erhöht oder zur Vergröfserung der Selbstinduction die Spannung der Wickelung a herabtransformirt werden.

Es sind noch mancherlei Variationen denkbar.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Wechselstrommotor mit Stromkreisen verschiedener Phasenverschiebung des Stromes gegen die zugeführte Spannung, dadurch gekennzeichnet, dafs zur Erzielung einer grofsen Zugkraft das magnetische Feld des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung gröfser gemacht wird als das magnetische Feld des Stromkreises mit geringer Phasenverschiebung.

2. Wechselstrommotor nach Anspruch i, bei welchem die Verstärkung des magnetischen Feldes des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung dadurch erreicht wird, dafs die Selbstinduction jenes Stromkreises unter gleichzeitiger Verringerung der gegenseitigen Induction zwischen ihm und den Windungen des Kurzschlufsankers kleiner gemacht wird als die Selbstinduction des Stromkreises, welcher den weniger verschobenen Strom führen soll.

3. Wechselstrommotor nach Anspruch 1, bei welchem die Verstärkung des magnetischen Feldes des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung dadurch erreicht wird, dafs

die Gesammtlänge des wirksamen Drahtes jenes Stromkreises unter gleichzeitiger Verringerung der gegenseitigen Induction zwischen ihm und den Windungen des Kurzschlufsankers kleiner gemacht wird als die Gesammtlänge des wirksamen Drahtes des Stromkreises, welcher den weniger verschobenen Strom führen soll.
Wechselstrommotor nach Anspruch 1, bei welchem die Verstärkung des magnetischen Feldes des Stromkreises mit gröfserer Phasenverschiebung dadurch erreicht wird, dafs man die diesem Stromkreise zugeführte Spannung gegenüber derjenigen des Stromkreises mit geringerer Phasenverschiebung erhöht.

Eine Ausführungsform des durch Anspruch 1 gekennzeichneten Wechselstrommotors, bei welcher die Wickelung für den Strom gröfserer Phasenverschiebung zwecks Erzielung einer ungünstigen magnetischen Verkettung mit den Windungen des Kurzschlufsankers in immer nur einer Nuth öder verbältnifsmäfsig wenigen Nuthen oder Löchern in den von der eigentlichen in bekannter Weise auf viele Nuthen vertheilten Hauptwickelung freigelassenen Zwischenräumen untergebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.