Titel: Der Einphasen-Wechselstrommotor.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 723–726)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322239

Der Einphasen-Wechselstrommotor.

Bauart, Wirkungsweise und Eigenschaften der bisher angegebenen Konstruktionen.

Von Dipl.-Ing. A. Linker.

(Fortsetzung von S. 712 d. Bd.)

Zur Verbesserung der Wirkung eines Hauptschlußmotors hat R. Eickemeyer (217) den Anker mit Reihenwicklung versehen und diese an einen Kommutator mit verdoppelter Lamellenzahl und Aequipotentialverbindungen angeschlossen. Zur Kompensierung der in den kurzgeschlossenen Spulen induzieren EMKe sind außerdem zwei Bürsten verschiedener Polarität in je zwei Teilbürsten zerlegt und diese an eine Hilfswicklung angeschlossen. Diese Anordnung scheint jedoch keine praktische Brauchbarkeit zu besitzen. Zur Aenderung der Kommutatorspannung bei konstanter Klemmenspannung ist von O. H. Pieper (221) die in Fig. 51 angegebene Konstruktion dahin abgeändert worden, daß nach Fig. 54 der Anker von der Sekundärwicklung eines regulierbaren Transformators T gespeist wird. Dadurch ist erreicht, daß Feld und Ankerstrom bei verschiedenen Belastungen nahezu in Phase sind, wodurch sich ein großes Drehmoment bei genügender Regulierfähigkeit ergibt.

Textabbildung Bd. 322, S. 723
Textabbildung Bd. 322, S. 723
Textabbildung Bd. 322, S. 723
Textabbildung Bd. 322, S. 723

Um die Geschwindigkeit des Hauptschlußmotors ändern zu können, wird nach Patenten von A. W. Schramm (226, 228) in ähnlicher Weise wie es von Pieper angegeben ist, der Anker durch die Sekundärwicklung eines im Hauptstromkreise liegenden Transformators T gespeist (Fig. 55). Außerdem sind zur Kompensation des Ankerfeldes die Spulen II zugefügt.

In ähnlicher Weise wie Lamme ist es auch G. Finzi, Mailand, gelungen, durch besondere konstruktive Ausbildung des Gleichstrom-Hauptschlußmotors einen Bahnmotor für Wechselstrom zu erhalten. Fig. 56 zeigt das Schema eines für den Bahnbetrieb von Brioschi, Finzi & Co., gebauten Motors49) für Spannungen von 100–300 Volt und 15–20 Perioden. Zur Verminderung der quermagnetisierenden Wirkung sind die Feldpole F mit Längsschlitzen s versehen. Eine günstige Kommutation wurde jedoch nicht allein durch eine große Unterteilung der Wicklung und damit verbundener großer Lamellenzahl, sondern auch durch Verwendung von Verbindungen hohen Widerstandes (Nickelinstreifen) zwischen Wicklung A und Kommutator K erhalten. Später wurde noch eine Ankerkompensationswicklung50) angeordnet. Zur Verbesserung der Eigenschaften des Motors wurde dann das Magnetfeld nach Patenten von G. Finzi & E. Korrodi (229, 238) so gestaltet, wie es in Fig. 57 dargestellt ist. Hierdurch soll bei einfacher Herstellung die quermagnetisierende Wirkung des Ankers geschwächt und damit der Leistungsfaktor verbessert werden.

Textabbildung Bd. 322, S. 723

Da bei einem Hauptschlußmotor die Geschwindigkeit bei konstanter Klemmenspannung von der Belastung abhängt, ist zur Erzielung konstanter Umdrehungszahl bei der Konstruktion von R. Rinkel (234) die Anordnung (Fig. 58) getroffen, daß der Strom, nachdem er den Rotor R durchflössen hat, dem Stator S durch zwei Bürsten B zugeführt wird, welche durch einen besonderen Hilfsmotor in der Drehrichtung des Rotors mit verschiedener Geschwindigkeit angetrieben werden können. Dadurch wird die relative Stellung des Ankerfeldes zum Statorfeld so geändert, daß bei beliebiger Belastung bezw. variablem Ankerstrom die Geschwindigkeit konstant bleibt. Der Motor ist jedoch nicht einfach genug, als daß er praktische Bedeutung erlangen könnte.

In einfacher Weise kompensiert A. P. Zani (274) das Ankerfeld eines Hauptschlußmotors nach Fig. 59. Die |724| Wirkungsweise läßt sich nach Fig. 60 leicht erklären, wenn man das Hauptfeld F in die beiden zueinander senkrechten Komponenten OG und OB zerlegt. Es muß nun

OF sin α = OB = OA

Textabbildung Bd. 322, S. 724
Textabbildung Bd. 322, S. 724

sein. Dabei ist es also immer möglich, einen Winkel α zu finden, für den OB = OA wird. Für die umgekehrte Drehrichtung werden die Anschlüsse ab um einen negativen Winkel α verschoben.

Zur Vermeidung der Funkenbildung verschiebt R. Lundell (276, 295) die aus einzelnen isolierten Teilen bestehenden Bürsten aus der neutralen Zone und verbreitert sie soweit, daß sie die Ankerwicklung über einen Winkel von 90 elektr. Grad kurzschließen (Fig. 61). Es erzeugen dann nicht nur die dem Anker zugeführten Ströme ein Querfeld, sondern auch die in den kurzgeschlossenen Windungen induzierten Ströme verstärken es noch. Letztere wirken hierbei ähnlich wie in einem Repulsionsmotor, so daß diese Konstruktion ähnlich arbeitet, wie der kompensierte Repulsionsmotor (s. später Fig. 133) von Lahmeyer.

Textabbildung Bd. 322, S. 724
Textabbildung Bd. 322, S. 724

Durch Anwendung besonderer Hilfsvorrichtungen zur Erreichung einer günstigen Kommutation ist es der Maschinenfabrik Oerlikon (247, 248, 270, 273) in Oerlikon bei Zürich nach vielen Versuchen gelungen, einen Hauptschlußmotor für den praktischen Gebrauch soweit durchzubilden, daß er auch den großen Anforderungen, wie sie der Bahnbetrieb stellt, gewachsen ist. Fig. 62 zeigt das Schema51) eines solchen Motors, bei dem das Feld F und der Anker A hintereinander geschaltet sind. Da bei der Kommutierung des Stromes zwischen den Bürstenkanten EMKe induziert werden, welche starkes Feuern hervorrufen würden, so sind in der neutralen Zone Hilfspole H angebracht, deren Windungen von der Sekundärwicklung eines Hauptstromtransformators T erregt werden. Die Wirkungsweise der Hilfspole beruht darauf, erstens die durch Transformation vom Hauptkraftfluß induzierte EMK, welche um 90° gegen diesen nacheilt, und zweitens die durch Rotation des Ankers im Hauptfelde hervorgerufene EMK, welche in Phase mit dem Felde ist, soweit zu kompensieren, daß ihre Einwirkung auf die kurzgeschlossene Spule möglichst aufgehoben wird. Infolge der Phasenverschiebung beider EMKe muß der Erregerstrom der Hilfspole ebenfalls in der Phase veränderlich gemacht werden können; außerdem ist die Intensität des kommutierenden Feldes von der Belastung abhängig und deswegen veränderlich zu machen. Zu dem Zweck sind die Hilfspole an einen Hauptstromtransformator T angeschlossen und ein Widerstand R zur Regulierung der Stromstärke eingeschaltet. Im Nebenschluß zu der Hilfspolwicklung wurde noch ein induktionsfreier Widerstand angebracht, vermittels dessen die Phase des Hilfsstromes beliebig reguliert werden kann.

Textabbildung Bd. 322, S. 724

Zur Kompensation des Ankerquerfeldes sind außerdem in geschlossenen Nuten der Hauptpole vom Hauptstrom durchflossene Spulen k angeordnet, deren Weite nahezu gleich einer Polteilung ist. Fig. 63 und 64 zeigen die Betriebskurven eines achtpoligen Motors von 200 PS Leistung für 240 Volt Spannung und 650 Umdrehungen i. d. Min. Die Periodenzahl beträgt 15, so daß der Motor mit nahezu dreifachem Synchronismus läuft.

Textabbildung Bd. 322, S. 724

Versuche mit diesen Motoren auf der schweizerischen Normalspurbahn Seebach–Wettingen, welche mit 15000 Volt Leitungsspannung betrieben wird, haben günstige Resultate ergeben, so daß die mit diesen Motoren52) ausgerüsteten Lokomotiven auch für den Betrieb auf den schwedischen Staatsbahnen in Aussicht genommen sind.

Bei einer neuren Konstruktion (299) ist der induktionsfreie Widerstand nur zu einem Teil der Wendepolwindungen parallel geschaltet, wodurch eine genauere Einstellung der Wirkungen erzielt werden kann. Außerdem kann eine im Nebenschluß liegende Kommutationswicklung angewendet werden.

Auch die Siemens-Schuckert-Werke, Berlin, (283, 284) haben nach längeren Versuchen in gleicher Weise wie E. Arnold und J. L la Cour53) (296) einen Hauptschlußmotor |725| gebaut, der nach Angabe der Firma54) nicht nur bezüglich der Kommutation, sondern auch des Leistungsfaktors und Wirkungsgrades zufriedenstellend arbeiten soll. Die Schaltung des Motors ist in Fig. 65 angegeben und stellt einen Hauptschlußmotor mit verteilter Feldwicklung dar, bei welchem zur Vermeidung des Bürstenfeuerns außer der Kompensationswicklung K eine Hauptschluß- (H) und Nebenschlußwicklung (N) angebracht ist.

Textabbildung Bd. 322, S. 725

Das wesentlichste an dieser Neuerung ist die Anwendung zweier getrennter Wicklungen (H und N) auf besonderen Hilfspolen zur Erzielung einer günstigen Kommutation, da eine im Nebenschluß liegende Kommutations-Hilfswicklung allein schon von der Maschinenfabrik Oerlikon (S. 724) angegeben worden ist. Auf diese Weise ist man imstande, durch die auf den Hilfspolen liegende Hauptschlußwicklung H einen Kraftfluß zu erzeugen, welcher in den kurzgeschlossenen Ankerwindungen eine EMK zur Kompensierung der durch Rotation im Hauptfelde induzierten EMK hervorruft. Die Nebenschlußwicklung N soll durch das von ihr erzeugte Feld die durch Transformation in den kurzgeschlossenen Spulen induzierte EMK, welche von der Primärspannung abhängig ist, vernichten. Damit sich nun beide Hilfsfelder unabhängig voneinander ausbilden können und eine gegenseitige Beeinflussung der Wicklungen H und N völlig verhindert wird, sind die Windungen entsprechend Fig. 66 angeordnet. Dabei liegt die Hauptschlußwicklung M innerhalb der Nebenschlußwicklung. Ihr Kraftfluß (dickere Striche) schließt sich also, ohne die Wicklung N zu schneiden.

Textabbildung Bd. 322, S. 725

Damit ferner beim Anlauf des Motors bei vorgeschriebenem Drehmoment der Anlaufstrom und die Kommutatorverluste klein bleiben, sind zwischen Anker und Kommutator Widerstandsverbindungen eingelegt. Im Gegensatz zu den Anordnungen von Ganz & Co. (Fig. 47 und 48), der Westinghouse El. & Mfg. Co. (S. 712) und Finzi (Fig. 56) sind dieselben jedoch so in den Ankernuten untergebracht, daß sie außerdem ein nutzbares Drehmoment ausüben sollen. Sie sind deswegen zur Vermeidung größerer Verluste und Erhöhung ihrer Wirksamkeit aus Kupfer hergestellt. Diese Motoren sind zum ersten Male auf der Strecke Murnau–Oberammergau55) praktisch erprobt, bei welcher eine Linienspannung von 5000 Volt bei 16 Perioden zur Verwendung gelangt. Sie sind für eine Klemmenspannung von 270 Volt gebaut und leisten je 100 PS normal. Fig. 67 zeigt die Betriebskurven eines solchen Motors, aus denen die Eigenschaften ersichtlich sind. Auch die schwedische Staatsbahn hat bei ihren Versuchen56) auf der Strecke Tomteboda–Värtan bei Stockholm (seit Juli 1905) Lokomotiven für 20000 Volt Netzspannung in Benutzung, die mit diesen Motoren ausgerüstet sind. Sie sind für eine Leistung von 110 PS bei einer Spannung von 240 Volt und 25 Perioden gebaut.

Textabbildung Bd. 322, S. 725
Textabbildung Bd. 322, S. 725

Erwähnt sei schließlich noch ein Motor57) von W. Cramp, der als Hauptschlußmotor arbeitet. Entsprechend der Schaltung in Fig. 68 wird der Wechselstrom der Primärwicklung I des Magnetfeldes zugeführt. Diese erzeugt einen Kraftfluß F nicht nur durch den Anker A hindurch, sondern auch durch die Sekundärwicklung II, deren EMK den Ankerstrom hervorruft. Zur Kompensation des Ankerfeldes ist noch eine von Ankerstrom durchflossene Wicklung K, angeordnet. Der Motor soll funkenlos und mit gutem Leistungsfaktor arbeiten, jedoch wird das Drehmoment durch die Rückwirkung der Wicklung II auf das Primärfeld verringert.

b) Nebenschlußmotoren.

Eine der ersten Konstruktionen ist von W. Anthony, D. Jackson und H. Ryan (12) angegeben, Der Anker wird dabei nicht direkt vom Netz, sondern von einer auf den Feldmagnet gewickelten Sekundärspule gespeist. Der Motor hat jedoch keine praktische Bedeutung erlangt.

Eine andere Anordnung ist die von F. J. Patten (37, 38, 40) im Jahre 1889 angegebene. Fig. 69 zeigt den Motor58) mit einer Ringarmatur A, welche als gewöhnliche Grammewicklung an den Kommutator I angeschlossen ist. Dieser ist kein Stromwender in des Wortes ursprünglicher Bedeutung, da er keine wechselnden Ströme gleichrichtet, sondern er bildet nur den wechselnden Kontakt zwischen den Zuleitungen und den einzelnen Punkten der Armaturwicklung. Mit den Verzweigungsstellen der Ringwicklung ist noch ein zweiter Kommutator (II) verbunden, dessen Lamellen jedoch abwechselnd an diametrale Punkte der Armatur angeschlossen sind. Dadurch wird erreicht, daß, wenn nach einer Drehung um eine Lamellenteilung |726| der Wechselstrom seine Richtung ändert, der Ring von pulsierenden Strömen konstanter Richtung durchflössen wird, so daß sich für jeden beliebigen Moment an der Stelle der Bürsten ab, z.B. oben ein Südpol, unten ein Nordpol bildet; wir erhalten also ohne mechanische Bürstenänderung eine konstante Polarität. Es ist daher möglich, von dem Kommutator I einen Erregerstrom gleicher Richtung dem Magnetfeld NS zuzuführen.

Textabbildung Bd. 322, S. 726

Da die wechselnden Stromimpulse den Anker und das Feld immer in gleichem Sinne durchfließen, entsteht ein Drehmoment gleicher, aber nur einer bestimmten von der Schaltung des Feldes zum Anker abhängigen Richtung. Der Motor läuft ohne Belastung von selbst an und steigert seine Geschwindigkeit so lange, bis die Bedingung erfüllt ist, daß eine Kommutatorlamelle an einer Bürste in derselben Zeit vorbeigeht, welche einer halben Periode des Wechselstromes entspricht. Die Umdrehungszahl des Motors ist demnach nur von der Periodenzahl v und der Lamellenzahl K abhängig nach der Gleichung

Er erreicht dafür seine maximale Zugkraft und läuft mit konstanter Geschwindigkeit. Man könnte ihn daher auch zur Klasse der Synchronmotoren mit Kommutator rechnen, bei denen das Feld mit kommutiertem Wechselstrom gespeist wird.

R. Hunter (59) entnimmt den zur Erregung des Ankerfeldes notwendigen Strom einer auf den mit Wechselstrom gespeisten Hauptpolen untergebrachten Sekundärwicklung und verwendet immer einen besonderen, nicht direkt auf derselben Welle sitzenden zweiteiligen Stromwender auch für mehrpolige Maschinen, indem er ihn durch Zahnräder mit einer Tourenzahl antreibt, die gleich dem pfachen von derjenigen des Ankers ist (2p = Polzahl). Die Verbindung des Kommutators mit dem Anker geschieht durch Schleifringe und Bürsten. In dieser Form könnte man daher den Motor als Umkehrung eines Synchronmotors auffassen, wobei das Feld wechselnd ist und der Anker den pulsierenden Gleichstrom führt.

Interessant ist noch folgende Konstruktion von C. S. Bradley (70), wie sie die Fig. 70 und 71 zeigen. Die Wirkungsweise ist daraus leicht ersichtlich. Verbindet man die Schleifringe S mit dem Netz, so durchfließt der Wechselstrom den Anker (A) und bei der in Fig. 71 gezeichneten Stellung nur die Spulen 2 und 4, während 1 und 3 durch Transformatorwirkung von Seiten des Ankers A erregt werden und infolgedessen einen ihm entgegenwirkenden Kraftfluß hervorrufen. Die Pole 2 und 4 ziehen demnach den Anker A an, 1 und 3 dagegen stoßen ihn ab. Dadurch kommt eine Bewegung in der Richtung des Pfeiles zustande. Infolge der Verwendung des Kommutators K verschiebt sich die Polarität der Feldspulen im Sinne der Bewegung, wodurch eine kontinuierliche Drehung erhalten wird. Jedenfalls leidet diese Konstruktion an dem Nachteil, daß der Kommutator feuert, so daß der Motor praktisch wenig verwendbar sein dürfte.

Textabbildung Bd. 322, S. 726
Textabbildung Bd. 322, S. 726

Da der Nebenschlußmotor bei normaler Umdrehungszahl infolge der großen Phasenverschiebung zwischen den Strömen im Anker und Magnetfeld ein geringes Drehmoment und ungünstigen Leistungsfaktor aufweist, kompensieren W. Stanley jr. & J. F. Kelly (83) die induktive Wirkung der Feldwicklung durch Einschaltung eines Kondensators. Wegen der praktischen Unvollkommenheit und des hohen Preises der Kondensatoren hat diese Anordnung jedoch keinen nennenswerten Erfolg gehabt.

Textabbildung Bd. 322, S. 726

Auf andere Weise suchte die A.-G. Helios, (99) Köln, die Nachteile des Nebenschlußmotors zu beseitigen, indem sie nach Fig. 72 die Spulen des Ankers59) so wickelt daß sie an den in der neutralen Zone gelegenen Punkten ab des Ringes Pole hervorrufen, wobei jedoch nur ein Teil der Ankerspulen, der mit den Bürsten in Verbindung steht, elektromagnetisch wirksam ist. Durch Verstellen der Bürsten setzt man die durch Transformatorwirkung und Rotation induzierten EMKe des Ankers in ein bestimmtes Verhältnis zu einander und kann Fig. 72. auf diese Weise ein beliebig veränderliches Drehmoment erzeugen und dadurch die Geschwindigkeit regulieren bezw. den Motor umsteuern. Diese Art der Tourenregulierung entspricht den vollkommeneren Steuerungen an Dampfmotoren, bei denen die Expansion geändert wird. Wegen starker Funkenbildung am Kommutator hat der Motor jedoch keine Erfolge aufzuweisen.

(Fortsetzung folgt.)

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Vortrag vom 11. Oktober 1903 in Neapel: „La trazione con motori monofasi in serie“ von Dr. G. Finzi und Dr. N. Soldati El. Bahn. u. Betr., Dezember 1903, S. 172.

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Str. Ry. J., 11. August 1906, Bd. 28, S. 229.

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Schw. E. T. Z. 20. August 1904, S. 297.

|724|

El. Bahn. u. Betriebe, 13. Januar 1906, S. 21.

„ „ 24. Januar 1906, S. 45.

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Patent Anm. A. 11375. VIII./21. d2. 19. Oktober 1904. E. Pat. No. 21034 v. J. 1905.

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E. T. Z., 7. Juni 1906, S. 537 u. 14. Juni 1906, S. 558.

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El. Bahn. u. Betr., 14. Juli 1905. S. 365 und 24. Jul. 1905, S. 383.

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E. T. Z., 1. März, 1906, S. 229.

|725|

El., 23. März 1906, Bd. 56, S. 922.

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E. T. Z., 31. Januar 1890, S. 72.

|726|

E. T. Z., 26. Juli 1894, S. 419.

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