Titel: Elektromotoren für veränderliche Geschwindigkeit der Maschinenfabrik Oerlikon (Schweiz).
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1903, Band 318 (S. 125–127)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj318/ar318034

Elektromotoren für veränderliche Geschwindigkeit der Maschinenfabrik Oerlikon (Schweiz).1)

A. Drehstrommotoren. Für Anwendung von Elektromotoren ist es meist Bedingung, dass die Tourenzahl veränderlich ist, ohne Schädigung des Wirkungsgrades. Normale Drehstrommotoren besitzen eine Tourenzahl, die sich aus Polzahl und Periodenzahl ergiebt und in ganz engen Grenzen schwankt, wenn man nicht grosse Energieverluste in Widerständen in den Kauf nehmen will.

Textabbildung Bd. 318, S. 125

Seit 1893 baute die Maschinenfabrik Oerlikon Drehstrommotors, bei denen mit Hilfe eines Umschalters die Polzahlim Verhältnis 1 : 2 geändert werden konnte, indem die Hingwickelung in 6 Spulengruppen unterteilt war, wenn der Motor mit 2 und 4, in 2 × 6 Spulengruppen dagegen, wenn er mit 4 und 8 Polen laufen sollte. Die einer Phase zugeteilten 2 Spulen in Serie geschaltet, besassen 3 Ableitungen; alle 9 Ableitungen gingen zu einein Umschalter, der entweder die beiden Spulen einer Phase in Serie schaltete (4 Pole) oder parallel (2 Pole) (Fig. 1 u. Fig. 2). Die magnetomotorische Kraft zweier aufeinander folgender Spulen hatte im ersten Falle eine Phasendifferenz von 120°, im zweiten eine solche von 60°. Der Megnetisierungsstrom war in beiden Fällen gleich; der Streuungskoeffizient aber war bei zweipoliger Wicklung nur halb so gross wie bei vierpoliger Wicklung. Das Drehmoment war nahezu konstant, die Leistung dagegen stand im Verhältnis der Tourenzahl.

Später ging die Maschinenfabrik wegen verschiedener Vorteile zur Trommelwickelung über, und verwandte seit 1897 beim Läufer wie beim Ständer zwei getrennte Wicklungen in den gleichen Nuten. Die Vorteile dieser Anordnung sind:

Textabbildung Bd. 318, S. 125

Polzahl und Dimensionen jeder Wicklung sind ganz unabhängig von einander und können verschiedenen Bedingungen angepasst werden. Die Nachteile bestehen darin, dass die Motore mit einer besonderen Nutung auszuführen sind, um zwei Wicklungen fassen zu können. Der Umschalteapparat besteht aus 2 dreipoligen Ausschaltern. Der Motor besitzt 5 Klemmen, indem eine beiden Stromkreisen gemeinsam ist. Der Läufer enthält ebenfalls 2 Wicklungen und entweder 5 Schleifringe oder 3 Schleifringe und eine Vorrichtung:, um die Enden der einen oder anderen Wicklung zum neutralen Punkt zu vereinigen. Bei stillstehendem Motor vermehren die beiden Wicklungen den Magnetisierungsstrom, aber beim Lauf verschwindet dieser Einfluss, da die Schleifringe kurz geschlossen sind.

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Versuche, die Trommelwicklung ähnlich umzuschalten, wie oben die Ringwickelung, scheiterten daran, dass die Trommelwicklung für eine bestimmte Polzahl einen Wicklungsschritt entsprechend der Polteilung besitzt, und bei Verringerung der Polzahl sehr grosse Streuung auftritt. Solche Motore geben mit kleiner Polzahl sehr ungünstige Betriebsverhältnisse besonders beim Anlauf mit Kurzschlussankern.

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Neuerdings hat die Firma Oerlikon eine Trommelwicklung für Drehstfommotore eingeführt mit 6 p Spulenpruppen (p kleinste Zahl der zu bildenden Polpaare), welche p oder 2p Polpaare ergiebt, je nachdem die 2 Spulenreihen jeder Phase parallel oder in Serie geschaltet sind. Diese Motore besitzen ebenfalls ein konstantes Drehmoment.

Trotz der 9 Enden erhält der Motor nur 6 Klemmen (Fig. 1), da die Ableitungen 7, 8, 9 dauernd kurz geschlossen sind. Für eine zweipolige Wicklung tritt der Strom ein in 4, 5, 6, während 1, 2, 3 kurz geschlossen sind, für eine vierpolige Wicklung tritt der Strom ein in 1, 2, 3.

Textabbildung Bd. 318, S. 126
Textabbildung Bd. 318, S. 126
Textabbildung Bd. 318, S. 126

Führt man an Stelle der Sternschaltung die Dreiecksschaltung ein, so verringert sich bei hoher Tourenzahl das Drehmoment. Die 6 Spulengruppen bleiben für 2 und 4 Pole und jedes weitere Vielfache dieser Polzahl in Serie geschaltet, während der Strom bei 1, 2, 3 eintritt (Fig. 3, 4, 5 und 6). Bei dieser Anordnung hat man es in der Hand, die elektrischen und mechanischen Eigenschaften im Sinne der einen oder anderen Polzahl zu verschieben durch Wahl eines entsprechenden Wicklungsschrittes.

Benutzt man nun noch zwei getrennte Wicklungen, so erhält man 4 Geschwindigkeitsstufen. Die Zahl der Ableitungen beträgt 12, ist also nicht grösser als bei vier getrennten Motoren. Der Umschaltapparat besteht aus zwei getrennten dreipoligen Umschaltern. Diese Einfachheit der Umschaltung und der Wicklung, die symmetrisch und ähnlich wie heim Gleichstrommotor ist, ist der Hauptvorzug der neuen Anordnung. Der Uebergang von einer höheren Tourenzahl zu einer niederen erfolgt momentan, da der Motor als Generator Strom ins Netz schickt. Pur die doppelte Polzahl istdie Streuung im allgemeinen mindestens zweimal so gross, als bei halber Polzahl, bei gleich bleibendem Magnetisierungsstrom: der Anlaufstrom bei Kurzschlussankern halb so gross. Die Anordnung ist daher ohne weiteres eine Anlassvorrichtung zur Verkleinerung des Anlaufstromes bei Motoren, die oft angelassen werden müssen.

In Verbindung mit Anlass widerständen lässt sich diese Methode unmittelbar vergleichen mit dem Serien-Parallel-Schaltungssystem von Gleichstrommotoren.

Fig. 7 zeigt einen solchen Motor, Normaltype der Maschinenfabrik Oerlikon für 8 PS. 1450 Touren bei 50 Perioden, 220 kg Gewicht, 240 mm Unterdurchmesser. ISO mm Eisenbreite, 440 mm äusseren Gehäusedurchmesser, 470 mm äussere Länge. Von den beiden Wicklungen giebt die eine 12 und 6, die andere 8 und 4 Pole. Bei den beiden hohen Geschwindigkeiten 1000 und 1500 Touren sollte der Motor 6 PS leisten und möglichst vorteilhaft arbeiten. Der Rotor hat 2 getrennte Wicklungen aus nacktem Draht und von jeder Wicklung sind die Spulen mit ihrem entsprechenden Wicklungsschritt in sich kurz geschlossen.

Die nachstehende Tabelle zeigt die Verhältnisse für einen zum Antrieb einer Drehbank bestimmten Motor, weshalb bei geringer Tourenzahl das Drehmoment kleiner sein muss. Es sind daher 2 Zeilen für Dreiecksschaltung beigefügt.

Polzahl 12 8 6 4 6 4
Schaltung Stern Stern Stern Stern Dreieck2) Dreieck
Spannung 190 190 190 190 190 190
Touren (leer) 500 750 1000 1500 1000 1500
Leistung norm. PS 3,5 4 7 8 3,5 4
Drehmoment norm. kgm 5,5 4,1 5,2 4 2,75 2
Wirkungsgrad bei 1/1 Last 72 73 85 86 80 80
Wirkungsgrad bei ½ Last 70 72 82 86 82 75
cos φ bei 1/1 Last 0,7 0,82 0,85 0,92 0,89 0,92
cos φ bei ½ Last 0,5 0,65 0,70 0,83 0,80 0,88
Schlüpfung bei 1/1 Last % 10 7 3 4 8 6
Drehmoment max. kgm 9,5 6,2 18 12 5,7 4
Leerlaufstrom Amp. 11 9 8,5 6 2,8 2
Anlaufstrom Amp. 50 50 130 135 43 45
Anlaufzugkraft kgm 5,5 3,5 6 5 1,5 1,5
Erwärmung nach 3 St.
Volllast °C.

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40

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35

35

Diese Motore für 2 Geschwindigkeitsstufen haben gleiche Abmessungen, gleiche Leistung, gleichen Wirkungsgrad und Leistungsfaktor, wie Motore für eine einzige Geschwindigkeit, die Zunahme der Grösse und des Preises für Motore mit 4 Geschwindigkeitsstufen ist unbedeutend.

Dieses System ist auch anwendbar für Ein- und Zweiphasen-Motore.

B. Gleichstrommotore. Zum Vergleich hat die Fabrik Oerlikon Versuche gemacht mit einem neuen Gleichstrom-Nebenschluss-Motor, dessen Tourenzahl zwischen 350 und 1600 Touren geändert werden kann, bei gleicher Bürstenspannung nur durch Regulierung des Nebenschlusses. Es durfte kein Feuer an den Bürsten auftreten, wenn diese in der neutralen Zone standen, bei normalem Strom, sowohl bei voller Spannung, als auch bei Kurzschluss der Bürsten. Dies lässt sich bei so grosser Veränderung (1 : 5) nur mit Hilfe einer Kompensationsspule im Hauptstromkreis erreichen (Fig. 8). Das Feld dieser Kompensationsspule ist dem Ankerfelde entgegengesetzt und vernichtet die Spannung zwischen 2 Spulen in der neutralen Zone. Die nachfolgende Tabelle |127| giebt die Versuchsergebnisse eines ganz geschlossenen Motors von 3 PS bei 130 Volt für intermittierenden Betrieb Gewicht 400 kg, äusserer Durchmesser 500 mm, äussere Länge 400 mm, Bohrung 250 mm, Eisenlänge 180 mm. Das Polgehäuse ist Stahlguss die Pole lamelliertes Eisen, die Polschuhe haben offene Nuten für die Kompensationswicklung Diese Kompensationsspule hat einen Ohmschen Widerstand ungefähr gleich der Hälfte des Ankerwiderstandes. Ein gleicher Motor kann bei 1000 Touren in ununterbrochenen Betriebe 9 PS leisten.

Tourenzahl pro Minute 1500 1000 750 500 350
Spannung Volt 130 130 130 130 130
Strom bei Leerlauf Amp. 4 2,3 1,8 1,5 1,5
Strom bei Volllast Amp. 25 25 25 25 25
Erregerstrom b. Leerlauf Amp. 0,12 0,21 0,29 0,3 0,8
Erregerstrom bei Volllast Amp. 0,06 0,12 0,18 0,3 0,6
Textabbildung Bd. 318, S. 127
Leistung bei Volllast PS 2,9 3,15 3,2 3,3 3,2
Leistung bei Halblast PS 1,4 1,74 1,75 1,75 1,75
Wirkungsgrad bei Volllast % 66 72 73 74 73
Wirkungsgrad bei Halblast % 50 71 74,5 76 74
Erwärmung des Ankers nach
2 St. Volllast in geschloss.
Gehäuse °C.


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Der Hauptunterschied zwischen Drehstrom- und Gleichstrommotor besteht darin, dass ersterer bei allen Tourenzahlen mit annähernd gleicher Kraftlinienzahl im Luftraum arbeitet und darum bei grösseren Geschwindigkeiten grössere Leistung und besseren Wirkungsgrad ergiebt. Während letzterer seine Tourenzahl durch Aenderung der Kraftlinienzahl erreicht und darum eine grössere Leistung und ein besserer Wirkungsgrad nicht auftreten können. Einem Drehstrommotor, wie dem obenbeschriebenen, entspräche ein Gleichstrommotor mit 2 Kollektoren, die in Serie oder parallel geschaltet werden können, oder eine Kombination von mehr Motoren.

Textabbildung Bd. 318, S. 127

Le Génie civil 1902, S. 398 nach Dr. Behn-Eschenburg.

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Bei 110 Volt beobachtete Werte reduziert auf 190 Volt.

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