Titel: Der Einphasen-Wechselstrommotor.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 657–659)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322217

Der Einphasen-Wechselstrommotor.

Bauart, Wirkungsweise und Eigenschaften der bisher angegebenen Konstruktionen.

Von Dipl.-Ing. A. Linker.

(Fortsetzung von S. 645 d. Bd.)

Da diese Form für größere Motoren sich infolge der Neigung zur Funkenbildung weniger eignete, wandte sich die Maschinenfabrik Ganz & Co., Budapest, mehr der Ausbildung der nach Art der Gleichstrommotoren gebauten Typen zu. Schickt man nämlich durch einen Gleichstrom-(Hauptschluß- oder Nebenschluß-) Motor, dessen Feld zur Vermeidung starker Wirbelströme aus unterteiltem Eisen besteht, einen Wechselstrom, so entsteht ein Drehmoment, durch welches der Anker in Umdrehung versetzt wird. Da nun die Bürsten in der neutralen Zone stehen, so wird gerade diejenige Spule, welche in dieser Zone liegt, kurzgeschlossen. Hierbei umschließt sie jedoch den maximalen Kraftfluß, wodurch analog der kurzgeschlossenen Sekundärwicklung eines Transformators starke Ströme -induziert werden, die beim Ablaufen der Bürste schädliche Funken am Kommutator hervorrufen.

Diesen Uebelstand haben Ganz & Co. nach einem Patent von 0. T. Blàthy (24, 25) dadurch zu beseitigen versucht, daß sie zwischen je zwei Kommutatorsegmente einen toten Sektor einlegten, der so breit war, daß eine Bürste zwei wirksame Segmente zu gleicher Zeit nicht berühren konnte. Dadurch wurde jedoch bei Nebenschlußmaschinen der Strom in der Armatur, bei Hauptschlußmaschinen in Armatur und Feld für kurze Zeit unterbrochen. Zur Vermeidung dieser Erscheinung wurden dann die Zwischensegmente ebenfalls an besondere Wicklungen angeschlossen, wodurch man eine mehrfach geschlossene Wicklung erhielt. Fügt man n Sektoren in einer Zwischengruppe ein, so darf die Bürste höchstens n Segmente bedecken. Die Hilfswicklungen brauchten nur der Windungs- oder Drahtzahl nach mit der Hauptwicklung übereinzustimmen, dagegen konnte der Drahtquerschnitt ein anderer sein.

Für Hauptschlußmotoren würde diese Anordnung ein großes Drehmoment ergeben, jedoch ändert sich ihre Geschwindigkeit stark mit der Belastung, während Nebenschlußmaschinen beim Lauf infolge der großen Phasenverschiebung zwischen Ankerstrom und induzierter elektromotorischer Gegenkraft nur geringe Zugkraft besitzen. Daher wurde das Feld mit dem durch den Kommutator bei Synchronismus gleichgerichteten Wechselstrom erregt, wie Fig. 5 zeigt. Der Anker erhielt dann den Wechselstrom durch Schleifringe zugeführt, die mit diametralen bezw. um 180 elektr. Grad auseinander liegenden Lamellen verbunden waren.

Erwähnt sei ferner eine Konstruktion7) von M. Leblanc (32, 42), deren Eigentümlichkeit darin besteht, daß dem mit einer gleichmäßig verteilten Wicklung versehenen und feststehenden Feld durch zwei synchron rotierende Bürsten vermittels eines an die Wicklung angeschlossenen Kommutators der in gleichgerichteten Strom umgeformte Wechselstrom zugeführt wird. Dem mit einer Wechselstromwicklung versehenen Anker wird der Strom durch Schleifringe zugeleitet. Da sich nun die Pole des Feldsystems synchron bewegen, so wird das Drehmoment von der Ankergeschwindigkeit unabhängig und nur eine Funktion der Stromstärken im Anker und Feld.

Textabbildung Bd. 322, S. 657
Textabbildung Bd. 322, S. 657

Zur Erreichung des synchronen Ganges führt N. Tesla (43, 48) auch dem rotierenden Teil eines nach seinen später im II. Abschnitt behandelten Ideen konstruierten Asynchronmotors durch Schleifringe Wechselstrom zu. Entweder wird der Strom wie im Stator in zwei phasenverschobene Ströme zerlegt und durchfließt die beiden parallel zueinander liegenden Rotorwicklungen, oder eine Wicklung des Rotors wird mit dem gesamten Strom gespeist, während die andere in sich kurzgeschlossen ist, oder der Rotor wird nur beim Anlauf kurzgeschlossen (44) bezw. besitzt noch eine Kurzschlußwicklung. Dabei sind verschiedene Ausführungsformen angegeben, bei denen Stator und Rotor in Reihe oder parallel geschaltet sind.

Die Tourenzahl des Läufers ist gleich der doppelten synchronen, wenn die Schaltung so ausgeführt ist, daß das Rotorfeld entgegen dem Läufer mit synchroner Geschwindigkeit umläuft8). Denn eine Leistung kann nur |658| abgegeben werden, wenn beide Felder gleiche Geschwindigkeit haben. Neben dem Nachteil dieses Motors, daß er von selbst nicht anläuft, besitzt er im primären Teil körperliche Polansätze, wodurch die Bildung eines gleichförmigen Drehfeldes unmöglich wird. Ferner begünstigt diese Form die Streuung, wodurch die Ueberlastungsfähigkeit vermindert und der Leistungsfaktor erniedrigt wird.

Auch zum Anlauf eines mit Gleichstrom erregten Synchronmotors verwendet N. Tesla (51) das Prinzip der Kunstphase, indem er den Anker zweiachsig wickelt und die beiden Wicklungen mit Strömen verschiedener durch Ohmschen Widerstand und Selbstinduktion hervorgerufener Phase speist. Dabei ist die Magnetwicklung für den Anlauf kurzgeschlossen, um einerseits eine hohe durch Transformatorwirkung auftretende Spannung zu vermeiden und andererseits ein stärkeres Drehmoment zu erzielen. Erst nach Erreichung einer bestimmten Geschwindigkeit wird das Feld mit Gleichstrom erregt und durch Umlegen eines Umschalters der ungeteilte Wechselstrom den beiden hintereinander geschalteten Ankerwicklungen zugeführt, wodurch der Motor seinen normalen Betriebszustand erhält.

L. B. Atkinson (52) läßt durch einen kleinen, selbstangehenden Hilfssynchronmotor die Bürsten eines mit Gleichstrom erregten Synchronmotors antreiben, wodurch dieser dann leicht zum Anlauf gebracht wird.

Um einen Synchronmotor schneller in Gang zu setzen, hat S. Z. de Ferranti (53) nicht nur das mit Gleichstrom erregte Magnetfeld, sondern auch die als Scheibenanker ausgebildete Armatur9) frei drehbar ausgebildet, indem er sie in Rollenführung lagerte. Beim Anlauf wird der Anker von Hand aus in Rotation versetzt. Erst bei normaler Geschwindigkeit wird dann die Armatur durch eine Backenbremse festgeklemmt. Sobald jedoch der Motor überlastet wird, löst sich die Bremse selbsttätig, wobei der Anker durch Rückwärtsbewegung die relative Geschwindigkeit aufrecht erhält. Diese Vorrichtung bedeutet natürlich eine im Verhältnis zur Wirkungsweise unnötig große Komplikation der Maschine.

In Fig. 6 ist eine von den bisherigen abweichende Konstruktion von A. Schlauer (60) angegeben. Darin bedeutet F das vierpolige, feststehende Magnetfeld, A die rotierende Armatur. Diese besteht aus zwei Gruppen (I und II) von je acht Spulen, welche so geschaltet sind, daß immer zwei benachbarte Spulen einer Gruppe abwechselnd gleiche Polarität besitzen, dagegen die geradzahligen Spulen beider Gruppen verschiedene Polarität erzeugen. Die Enden der Wicklung I sind an einen Kommutator K1, Wicklung II an K2 angeschlossen. Die leeren Felder sind darin Isolationsstücke, die in gleicher Weise schraffierten Lamellen eines Kommutators sind miteinander leitend verbunden. Da die entsprechenden Lamellen des Kommutators K2 gegen K1 um eine Lamellenbreite in der Drehrichtung verschoben sind, so treten die beiden Wicklungen I und II jedesmal dann abwechselnd in Tätigkeit, wenn der Anker sich um einen Winkel von Grad, in unserem Fall also um ⅛ Umdrehung weiter bewegt hat. Dadurch entsteht eine kontinuierliche Drehung. Um ein starkes Funken des Kommutators zu vermeiden, werden die Bürsten so breit gemacht, daß der eine Stromkreis des Ankers erst dann geöffnet wird, nachdem der andere schon angeschlossen ist. Infolge der Unabhängigkeit des Drehmoments von der Stromrichtung ist dieser Motor auch für Gleichstrom verwendbar.

Um massive Pole anwenden zu können, die mit Strömen gleicher Richtung gespeist werden sollen, hat F. J. Patten (78) einen synchronen Motor aus zwei einzelnen, miteinander gekuppelten Gleichstrommotoren gebildet und durch besondere Ausbildung des Kommutators erreicht, daß der eine Teil nur mit den positiven Halbwellen, der andere nach der Zeit einer halben Periode mit den negativen Halbwellen des Wechselstromes gespeist wird. Um die Einwirkung einer Halbwelle falscher Polarität zu vermeiden, wurde der betreffende Teilmotor in dieser Zeit durch einzelne Lamellen kurzgeschlossen. Da diese Anordnung jedoch eine unnütze Energievergeudung hervorrief, änderte sie Patten insofern (79) ab, als er nach Fig. 7 die beiden Teilmotoren hintereinander schaltete und die gemeinsamen Klemmen a vom Anker A und Feld F durch eine Leitung verband. Erhielt z.B. der Motor I einen positiven Stromstoß, so erzeugte er ein Drehmoment in dem angegebenen Sinne, während der Motor II kurzgeschlossen war, so daß er während dieser Zeit keine Wirkung ausübte. Nach einer Drehung um eine Segmentbreite, die zur Verhütung großer Funkenbildung aus mehreren Teilen bestand, erhielt der Motor II einen negativen Stromstoß, wodurch er bei gleicher Wicklungsanordnung des Ankers, aber umgekehrter des Feldes, ein Drehmoment in derselben Richtung erzeugte. Auf diese Weise kam eine kontinuierliche Drehung zustande. Wegen der schlechten Ausnutzung des Materials und Raumes hat der Motor jedoch keine praktische Bedeutung erlangt.

Textabbildung Bd. 322, S. 658

Eine der vorigen ähnliche Konstruktion ist von C. S. Bradley, A. M. Taylor und Mc. Donald (92, 93) angegeben, wie Fig. 8 zeigt. Feld F und Anker A haben Polwicklung und sind hintereinander geschaltet, wobei die Polzahl des Feldes doppelt so groß wie die des Ankers ist. Durch einen Verteiler V, der einem Kommutator ähnlich sieht und in der Wirkungsweise mit dem Schieber einer Dampfmaschine vergleichbar ist, werden bei synchronem Gang die einzelnen Halbwellen getrennt und abwechselnd in die beiden Polsysteme I und II so geleitet, daß ein nur in einer bestimmten Richtung wirkendes Drehmoment auftritt.

Textabbildung Bd. 322, S. 658

In ähnlicher Weise betreibt auch T. H. Hicks (96) einen etwas modifizierten Gleichstrommotor durch Zerlegung des Wechselstromes in seine Halbwellen mittels eines Verteilers und Schleifrings, und speist mit diesen durch Bürsten zwei in umgekehrtem Sinne gewickelte Magnetspulen, welche im Nebenschluß zum Anker liegen. Da dieser zwei voneinander unabhängige Wicklungen trägt, deren Spulen mit verschiedenem Wicklungssinn abwechselnd an die Lamellen des Kommutators (man könnte ihn auch als Steuerorgan für die beiden Stromimpulse ansehen) angeschlossen sind, so bildet sich im Feld und Anker eine |659| konstante Polarität aus, wodurch der Anker in kontinuierliche Umdrehung versetzt wird.

Außer dieser Konstruktion gibt es noch einige andere Formen (103).

J. Swineburne (110) erreicht einen synchronen Lauf bei einem Motor10) dadurch, daß er das Feld von einer auf dem feststehenden Ringanker untergebrachten Sekundärwicklung vermittels eines aus 2p Lamellen bestehenden Kommutators mit pulsierendem Gleichstrom speist.

Textabbildung Bd. 322, S. 659
Textabbildung Bd. 322, S. 659

Einen auf der Wirkung der magnetischen Hysteresis beruhenden Motor11) zeigt Fig. 9, wie er von der A.-G. Helios, Köln, (134, 139) angegeben ist. Er besteht aus einem nakten, sternförmigen Eisenanker A und einem vom Wechselstrom gespeisten Feld F. Bei raschem Wechsel des Erregerfeldes werden in den Ansätzen des Ankers magnetische Pole hervorgerufen, welche infolge der Hysteresis noch erhalten bleiben, wenn das Feld seine Polarität ändert. Es stehen sich somit immer gleichnamige Pole gegenüber, wodurch eine Abstoßung auftritt, die bei synchronem Gang ein Drehmoment in einer bestimmten Richtung ergibt. Infolge der geringen Leistungsfähigkeit dieser Type ist sie jedoch zu keiner praktischen Bedeutung gelangt.

Fig. 10 zeigt einen selbstanlaufenden Motor12) von W. Mordey (141). Das rotierende Feld F und die feststehende Armatur A sind gleichartig gewickelt und erhalten durch Schleifringe s1 und s2, Kommutator K und Bürsten a, b, c den Wechselstrom zugeführt. Die Schaltung ist schematisch in Fig. 11 wiedergegeben. Unter dem Einfluß der sich gegenüberstehenden gleichnamigen Pole entsteht eine Bewegung in der Pfeilrichtung. Die Funkenbildung soll dadurch auf ein geringes Maß reduziert sein, da die Feldwicklung W2 nur während der Aenderung der Stromrichtung kurzgeschlossen wird.

Textabbildung Bd. 322, S. 659

Erwähnt sei noch eine Konstruktion von P. Boucherot & Co., Paris (191), welche nicht nur als Motor, sondern auch als selbsterregender Generator arbeiten kann. Das Prinzip besteht darin, daß in einem durch den Wechselstrom gespeisten feststehenden Feldmagneten ein Anker rotiert, der mit einigen unter bestimmtem Winkel gegeneinander versetzten Wicklungen versehen ist. Die Windungszahlen ändern sich entsprechend ihrer Stellung nach dem Sinusgesetz. Die Spulen sind in der Weise hintereinander geschaltet und mit den Lamellen des Kommutators verbunden, daß immer auf eine Spule der einen Wicklung eine um den Verdrehungswinkel der Wicklungen (in diesem Fall 90°) rückwärts liegende Spule der anderen Wicklung folgt. Sobald Synchronismus erreicht ist, entsteht zwischen den diametral gelegenen Punkten des Kommutators eine konstante Potentialdifferenz. Es kann dann das Feldsystem vom Kommutator aus mit Gleichstrom erregt werden, so daß die Maschine als normaler Synchronmotor mit Selbsterregung weiter läuft.

(Fortsetzung folgt.)

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E. T. Z. Sept. 1889, S. 433 und 1890, S. 587. Comptes Rendus. 31, Juli 1889.

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Vergl. E. T. Z., 7. März 1901, S. 211.

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E, T. Z, 2. Mai 1890, S. 266.

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Ind. u. lron., Bd. 15, S. 768. El. Rev., Bd. 34, S. 23.

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E. T. Z., 2. Januar 1896, S. 18.

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Eng., 7. Juni 1895, Bd. 59, S. 747.

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