DE133684C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Inductionsmotoren mit drehendem, magnetischem Feld, deren Läufer einen geringen Widerstand besitzt, zeigen den Mangel, dafs sie, wenn man ihren Ständer einschaltet, starke Ströme verbrauchen, wobei jedoch trotzdem das Anlassen des Motors nicht gesichert ist, sofern man nicht besondere Vorrichtungen verwendet.

Diesem Uebelstande wird dadurch abgeholfen, dafs man beispielsweise Widerstände von bestimmtem Werth in die Stromkreise des Läufers einschaltet und diese Widerstände in dem Mafse, wie der Motor auf seine Umlaufsgeschwindigkeit gelangt, nach und nach vermindert.

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet nun ebenfalls die Verminderung der Stromstärken beim Einschalten des Ständers und die vollkommene Sicherung des Anlassens der Motoren. Sie beruht auf der Verwendung besonderer Transformatoren mit einer einzigen Wicklung, mittelst deren die scheinbaren Widerstände der Läuferstromkreise fortlaufend verändert werden können, wobei ganz allgemein als scheinbarer Widerstand eines Stromkreises das Verhältnifs der in diesem Stromkreis erzeugten effectiven elektromotorischen Kraft zu der effectiven Stromstärke des ihn durchfliefsenden Stromes bezeichnet wird, und der Stromkreis einen Ohmschen Widerstand, Selbstinduction oder Capacität besitzen und auch mit einem anderen Stromkreis oder mit mehreren oder wenigen vollkommen kurzgeschlossenen Abschnitten seiner selbst in inductiver Beziehung stehen kann (gegenseitige Induction).

Anordnungen, welche eine scheinbare Aehnlichkeit in der Form und der Anwendungsweise mit den im Nachfolgenden erläuterten Anordnungen bieten, sind in der schweizer Patentschrift 9906, den deutschen Patentschriften 116475 und 105986 und der amerikanischen Patentschrift 508657, Zeile 23 u. ff. angegeben. Während aber nach den drei ersten dieser Patentschriften der magnetische Stromkreis Formveränderungen erfährt, was einem mechanischen Vorgange entspricht, und beim Arbeiten ein veränderlicher wattloser Strom eingeführt wird, welcher ziemlich stark werden kann, wird im Gegentheil bei den vorliegenden Anordnungen durch mehr oder weniger vollkommenes Kurzschliefsen der einzelnen Abschnitte eines Transformators mit nur einer Wicklung, also durch einen rein elektrischen Vorgang ohne jede Formveränderung des magnetischen Kreises eingewirkt. Nach der amerikanischen Patentschrift 508657 wird durch relative Verschiebung von zwei Spulenkernen, deren Wicklungen parallel oder hinter einander geschaltet sind, eingewirkt, d. h. wiederum durch einen mechanischen Vorgang, und nicht durch rein elektrische Vorgänge. Es sind dort auch zwei verschiedene Wicklungen vorhanden, von welchen keine kurzgeschlossen wird, während im Gegensatz hierzu bei den vorliegenden Anordnungen immer nur eine Wicklung vorhanden ist, deren Abschnitte stufenweise kurzgeschlossen werden.

Man stelle sich zunächst allgemein eine Spule oder einen inducirten Stromkreis α (Fig. 1) vor, welcher einer der mehrphasigen Stromkreise

des Läufers eines Motors mit Drehfeld sein kann und in welchem eine abwechselnd in entgegengesetzter Richtung auftretende elektromotorische Kraft vorhanden ist. Dieser Stromkreis α ist mit den Klemmen eines Transformators mit nur einer Wicklung c verbunden, welche in eine Anzahl Abschnitte getheilt ist. Die Verbindungsstellen dieser Abschnitte und die freien Enden der äufsersten Abschnitte sind an eine Reihe von Contacten angeschlossen, welche unter sich mittelst einer Gleitschiene d leitend verbunden werden können. In der Fig. ι ist die Gleitschiene in geradliniger Form dargestellt, sie kann aber jede beliebige andere Form erhalten.

Wenn sich die Gleitschiene bei ihrem Niedergang auf dem ersten Contact befindet, so verhält sich der Transformator zum Stromkreis a wie eine Spule von sehr grofser Selbstinduction. Der Strom ist alsdann sehr schwach und kann praktisch vernachlässigt werden. Indem die Gleitschiene von oben nach unten verschoben wird, wird sie die Abschnitte der Transformatorwicklung nach einander kurzschliefsen.

Es ist leicht verständlich, dafs der Transformator mit nur einer Wicklung ebenso wie ein Transformator mit zwei Wicklungen wirkt, dessen Zahl der Primärabschnitte um die Zahl der kurzgeschlossenen Abschnitte der Sekundärwicklung abnimmt. Unter solchen Bedingungen wird offenbar der Primärstrom immer gröfser. Auf diese Weise hat man also ein Mittel, den scheinbaren Widerstand des Stromkreises zu verändern.

Nachdem sämmtliche Spulen der Wicklung kurz geschlossen sind, kann man den scheinbaren Widerstand des Stromkreises α noch weiter vermindern, indem man die Wicklung des Transformators und folglich auch den Stromkreis α mittelst des Stromunterbrechers e (Fig. i) kurzschliefst.

Eine Abänderung der vorstehenden Anordnung würde darin bestehen, dafs man eine allmählich wachsende Zahl von Abschnitten der einzigen Wicklung durch einen Widerstand f kurzschliefst, welcher den Werth Null oder •einen endlichen Werth haben kann, ohne dafs dabei diese Abschnitte jeder für sich kurz geschlossen werden. Zur Ausführung einer derartigen Anordnung kann man unter anderen Mitteln, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Kurbel d verwenden, welche auf den an die Verbindungspunkte der Wicklungsabschnitte angeschlossenen Contacten verstellbar ist. Es werden der Reihe nach alle Abschnitte der Wicklung c eingeschaltet, und die Wirkung ist annähernd dieselbe, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Falle. Hierauf kann man den scheinbaren Widerstand des Stromkreises α noch weiter vermindern, indem man nach einander den Widerstand f und dann die Wicklung des Transformators kurzschliefst.

Der beschriebene Transformator für einfache Wechselströme kann in den geradlinigen und ringförmigen Ausführungen hergestellt werden, welche bei den gebräuchlichen Transformatoren bekannt sind. Unter der Ringform wird beispielsweise unter anderen diejenige der ersten Transformatoren von Zipernowski verstanden.

Ein ähnliches Resultat kann mittelst der in Fig. 3 dargestellten Anordnung erhalten werden. Der Eisenkern des Transformators hat die Form eines Hohlcylinders. Etwa in der Mitte des Kerns sind auf einem concentrischen Kreise eine Anzahl zur Achse paralleler Durchbohrungen angeordnet, welche den Zweck haben, die Wicklung aufzunehmen, welche beispielsweise mit den Ring- oder Trommelwicklungen von Gleichstromdynamomaschinen gleichartig sein kann.

Zur besseren Vertheilung der Inductionsströme kann der Kern auch aus zwei concentrischen Cylindern hergestellt werden, zwischen denen sich ein Zwischenraum befindet, wie bei den Motoren mit Drehfeld.

Schliefslich kann der Transformator auch eine Form erhalten, welche der sogenannten Scheibenform bei Dynamomaschinen entspricht, mit radialen Kanälen beliebiger Form für die Wicklung und mit oder ohne Zwischenraum, wie in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt ist, wobei die Fig. 5 und 6 Abwicklungen der Fig. 4 zeigen.

In der Fig. 3 ist der Stromkreis α mit den einander diametral gegenüberliegenden Punkten g h des Stromkreises c verbunden. Diese einzige Wicklung ist ähnlich wie bei Gleichstrommaschinen in sich selbst geschlossen.

Die Verbindungspunkte der einzelnen Abschnitte der Wicklung c sind wie bei einer Wicklung für Gleichstrommaschinen mit einem Collector verbunden. Auf diesem Collector gleiten zwei Stromabnehmerbürsten m m, die unter einander durch einen Widerstand f verbunden sind, welcher gleich Null ist oder einen endlichen Werth hat. Ohne weitere Auseinandersetzung ist es ersichtlich, dafs, wenn die Verbindungslinie der Stromabnehmer mm in der Linie i-k liegt, den Widerstand kein Strom durchfliefst.

Die Vorrichtung verhält sich alsdann zu dem Kreise α wie eine Spule von sehr grofser Selbstinduction; der Strom ist sehr schwach und kann praktisch vernachlässigt werden. In dem Mafse, wie man die Linie der Stromabnehmer im Sinne des Pfeiles dreht, nimmt der Strom mf und infolge dessen der Strom nach g-h fortgesetzt zu, bis beide ihr Maximum erreichen, wenn die Linie m-tn mit g-h zu-

sammenfällt. Hierauf kann man noch den Widerstand f und dann auch die Transformatorwicklung mittelst des Unterbrechers e kurzschliefsen.

Mittelst einer einfachen Einrichtung können die Stromabnehmer alle von ihnen der Reihe nach passirten Abschnitte kurzschliefsen, was mit der Anordnung der Fig. ι übereinstimmen würde.

In allen betrachteten Fällen kann die Zahl der Windungen für jeden Wicklungsabschnitt oder jede einzelne Spule gleich oder verschieden sein, und ebenso können die Querschnitte und Art des Metalls der Leiter gleich oder verschieden sein. Dies richtet sich darnach, nach welchen Gesetzen man den Strom in dem Stromkreis α sich ändern lassen will. Aus demselben Grunde können in den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Fällen die Querschnitte der die Drähte aufnehmenden Durchbohrungen unter einander verschieden und von verschiedener Form sein und sich in regelmäfsigen. oder unregelmäfsigen Abständen von einander befinden.

Aufserdem kann man in den verschiedenen betrachteten Fällen nach einander jeden einzelnen Abschnitt der einzigen Wicklung durch einen Widerstand schliefsen und nachher diese Widerstände noch nach einander oder gleichzeitig kurzschliefsen, und zwar mittelst einfacher Einrichtungen.

Offenbar kann man für die oben beschriebene Ausführungsform mit Collector die CoI-lectorstreifen durch eine beschränkte Zahl von Contacten ersetzen, welche denselben Dienst leisten und die beispielsweise auf einer Schalttafel angebracht werden können.

Zur Vereinfachung der Anordnung und um sie besser verständlich zu machen, ist die Anwendung der besonderen Transformatoren auf einen einzigen Stromkreis mit gewöhnlichen Wechselströmen dargestellt worden.

Im Falle der Anwendung auf einen Motor mit Drehfeld und η-phasiger Rotorwicklung wird in jeden der η - phasigen Stromkreise einer der oben beschriebenen Transformatoren eingeschaltet. Diese werden gleichzeitig nach einander zur Wirkung gebracht oder die ganze Bewegung wird sprungweise ausgeführt, indem man die verschiedenen Apparate nach einander jeden auf seinen Stromkreis während eines Sprungintervalles wirken läfst. Letztere Art und Weise der Veränderung gestattet eine gröfsere Zahl verschiedener bestimmter Stellungen für eine gleiche Zahl von Contacten.

Die erforderlichen η-einphasigen Transformatoren nach Fig. 1 und 2 kann man in bekannter Weise durch einen n- phäsigen Transformator ersetzen, wobei die Arme der Gleitschiene kurzgeschlossen sein können. In Fig. 7 ist eine derartige Vereinfachung für den Fall dargestellt, dafs der Rotor eine dreiphasige Wicklung in Dreieckschaltung enthält. Die Läuferstromkreise des Motors können in allen besprochenen Fällen ebenso wie die einzigen Wicklungen des oder der Transformatoren in Kranz- oder Sternschaltung angeordnet sein.

Auch kann der n-phasige Transformator durch eine beliebige Anzahl von ein- oder mehrphasigen Wechselstromtransformatoren ersetzt werden, sofern die Zahl aller einzigen Wicklungen dieser verschiedenen Transformatoren η ist. Beispielsweise können im Falle eines dreiphasigen Läufers ein einphasiger und ein zweiphasiger Transformator verwendet werden.

Auch kann ein Transformator verwendet werden, bei welchem die Zahl der mehrphasigen Stromkreise in einem gewissen Verhältnifs zu der Zahl der mehrphasigen Stromkreise des Läufers steht, oder auch mehrere einphasige oder mehrphasige Transformatoren, deren Gesammtheit dieselben Bedingungen erfüllt. Beispielsweise kann für einen dreiphasigen Läufer ein sechsphasiger Transformator gebraucht werden.

Für alle diese Fälle der Anwendung auf die η - phasigen Stromkreise der Läufer bei Motoren mit Drehfeld kann man also den scheinbaren Widerstand dieser Stromkreise stufenweise verändern und infolge dessen in bekannter Weise ein zum Anlassen genügendes Drehmoment erhalten, ohne dafs übermäfsig viel Strom verbraucht wird, und aufserdem die Geschwindigkeit des Motors verändern, indem man für ein gegebenes Drehmoment den Werth der scheinbaren Widerstände in der beschriebenen Weise ändert, da ja für ein gegebenes Drehmoment die Schlüpfung um so geringer ist, je schwächer diese Widerstände sind.

Um einen funkenlosen Uebergang von einem Contact zum andern in den verschiedenen Anordnungen zu erhalten, können die Berührungspunkte, Kurbeln oder Gleitschienen aus zwei durch einen Widerstand verbundenen Theilen hergestellt werden, wie dies bei den Zellenschaltern von Accumulatpren bekannt ist. Auch können alle anderen bekannten Mittel zur Unterdrückung der Funkenbildung bei der Umschaltung verwendet werden, wie Kohlenstromabnehmer, Widerstände in den einzelnen Abschnitten u. s. w.

Claims (1)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Verfahren, Wechselstrominductionsmotoren beliebiger Phasenzahl mittelst in den Läuferstromkreis geschalteter einspuliger Transformatoren (Drosselspulen) zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dafs Abschnitte der

   Wicklung der Drosselspule durch Widerstände vom Werth Null oder endlichem Werth kurzgeschlossen werden, wobei bei Verwendung von Transformatoren mit geraden Kernen auf einander folgende Abschnitte nach einander und jeder für sich oder in stufenweise wachsender Anzahl kurzgeschlossen werden, bei Benutzung von Transformatoren mit kreisförmig gebogenen Kernen aber nach einander immer gegenüberliegende Abschnitte der Wicklung kurzgeschlossen werden, das Ganze hauptsächlich zu dem Zwecke, die Regelung der Transformatoren von der Aenderung ihres magnetischen Kreises unabhängig zu machen. Bei Verwendung einspuliger Transformatoren mit cylindrischen oder scheibenförmigen Kernen eine Ausführung der Anordnung nach Anspruch i, bei welcher die Wicklung in sich geschlossen und in zur Achse parallelen oder senkrechten Durchbohrungen untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dafs die Abschnitte der Wicklung in gewöhnlicher Weise an einen Stromwender angeschlossen sind, auf welchem zwei Stromschlufsstücke (oder bei einem 2p- poligen Transformator 2j7-Stromschlufsstücke, wobei 2p die Anzahl der Pole bezeichnet) schleifen, die durch den kurzschliefsenden Widerstand verbunden sind. Ausführung der Anordnungen nach Anspruch ι und 2, gekennzeichnet durch die Anwendung unter einander gleicher oder ungleicher Anzahlen von Windungen für die einzelnen Wicklungsabschnitte, wobei der Querschnitt und die Leitfähigkeit entsprechender Leiter gleich oder ungleich sein können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.