Titel: Der Einphasen-Wechselstrommotor.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 757–760)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322249

Der Einphasen-Wechselstrommotor.

Bauart, Wirkungsweise und Eigenschaften der bisher angegebenen Konstruktionen.

Von Dipl.-Ing. A. Linker.

(Fortsetzung von S. 742 d. Bd.)

Um einen stabileren Gang und bessere Kommutierungsverhältnisse zu erzielen, hat die A.-G. Brown, Boveri & Co. (244) in Baden (Schweiz) nach einem Vorschlage Déris bei der in Fig. 92 S. 741 dargestellten Konstruktion ihres Repulsionsmotors68) die Bürstenzahl f. d. Polpaar verdoppelt. Die in der magnetischen Achse des Feldes liegenden Bürsten B1 bleiben in ihrer Lage unverändert, während die anderen mit B1 leitend verbundenen Bürsten B2 von hier aus um einen beliebigen Winkel 180–α verschoben werden können. Dadurch wird erreicht, daß nicht nur das Drehmoment, sondern auch die Umdrehungszahl in beliebigen Grenzen verändert werden können. Eine Regulierung läßt sich jedoch auch durch Schließen der kurzgeschlossenen Systeme B1B2 untereinander über einen veränderlichen Widerstand ermöglichen. Die Firma hat nun diesen Motor soweit durchgebildet, daß er sich speziell für Betriebe eignet, in denen die Umdrehungszahl stark geändert werden muß, wie z.B. in Webereien mit Ringspinnmaschinen, Kattundruckereien, Appreturanstalten und dergl. Ein solcher Betrieb erfordert nämlich ein großes Anlaufsmoment, um kleine Beschleunigungszeiten zu erhalten. Ferner muß die Aenderung der Geschwindigkeit möglichst stoßfrei erfolgen, was durch eine kontinuierliche Bürstenverstellung leicht erreicht werden kann. Besonders hervorzuheben ist noch, daß die Anlaufszugkraft ungefähr gleich dem Vierfachen der normalen ist; infolgedessen eignet sich der Motor auch für Betriebe mit schwierigen Anlaufsverhältnissen.

Textabbildung Bd. 322, S. 757
Textabbildung Bd. 322, S. 757

Während der gewöhnliche Repulsionsmotor zwei kurzgeschlossene Bürsten f. d. Polpaarbesitzt, erzielt M. Latour69) eine Verbesserung des Eigenschaften dadurch, daß er nach Fig. 93 zwei kurzgeschlossene Bürstensysteme anordnet, indem er jede Bürste in zwei um 90° verschobene und miteinander verbundene Bürsten auflöst. Dadurch wird die Rotorspannung erniedrigt und besonders bei Motoren größerer Leistung die Funkenbildung beim Anlauf verringert. Der Motor kann hierbei mit geringerer Neigung a der Bürstenachse gegen die magnetische Achse günstig arbeiten, da eine ungenaue Einstellung einer der Bürsten von weniger Einfluß auf die Stabilität des Laufes ist, als beim gewöhnlichen Repulsionsmotor.

Auch die General Electric Co., Schenectady, N. Y. hat nach Konstruktionen von Steinmetz70) einen Repulsionsmotor gebaut, dessen Konstruktionsprinzip in Fig. 94 dargestellt ist. Dem Stator S wird der Strom in zwei um 90 elektr. Grad gegeneinander geneigten Richtungen ab und cd teils direkt, teils durch Transformation zugeführt, während der Anker A in einer der Anschlußrichtungen durch die Bürsten B kurzgeschlossen ist. Einige Resultate der Versuche, welche W. J. Slichter71) an einem zum Versuch gebauten vierpoligen Motor von 60 PS Leistung bei 500 Volt und 25 Perioden angestellt hat, sind in den Kurven (Fig. 95) wiedergegeben. Das Anzugsmoment ist dabei nahezu gleich dem fünffachen Betrag des normalen, der Wirkungsgrad im Maximum 82 v. H., der Leistungsfaktor 93 v. H. Diese Konstruktion ist auch für die Motore der Ballston-Schenectady-Bahn72) verwendet worden und scheint auch praktisch brauchbar zu sein.

Textabbildung Bd. 322, S. 757
Textabbildung Bd. 322, S. 757

In ähnlicher Weise wie Scott (vergl. Fig. 91) sucht auch F. Punga73) die Eigenschaften des Repulsionsmotors durch besondere Anordnungen zu verbessern, um einen brauchbaren Motor für großen Geschwindigkeitsbereich zu erhalten. Ausgehend von der Anschauung, daß der Repulsionsmotor die Vereinigung eines Hauptschlußmotors mit einem Transformator darstellt und daß besonders bei übersynchronem Betrieb das Verhältnis der Transformator- zu den Anker-Amperewindungen groß sein muß, zerlegt er die Statorwicklung (Fig. 96) ähnlich wie Atkinson in eine Haupt- (I) und eine Hilfswicklung (II) und schließt die Bürsten an die Punkte ab der Wicklung I an. Auf diese Weise ist es möglich, die Kraftflüsse in der Richtung der Achsen beider Wicklungen I und II unabhängig von der Umdrehungszahl zu verändern, so daß hierdurch bei beliebigen Geschwindigkeiten eine günstige Kommutierung erhalten werden kann.

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IV. Kompensierte Motoren.

Die vorher besprochenen Arten der Induktions- und Kommutatormotoren haben mehr oder weniger den Nachteil, daß entweder das Ankerfeld oder die induktive Wirkung der Magnetwicklung den Leistungsfaktor verschlechtern. Zur Beseitigung dieses Uebelstandes sind mannigfache Methoden angegeben worden, die zum Teil in vollkommener und wirtschaftlicher Weise die Phasenverschiebung zwischen Strom und Klemmenspannung aufheben, so daß der Leistungsfaktor sogar gleich der Einheit gemacht werden kann. Solche Motoren bezeichnet man als „kompensierte“.

Textabbildung Bd. 322, S. 758
Textabbildung Bd. 322, S. 758

Eine der ersten Konstruktionen ist von M. J. Wightmann (102) angegeben, wie sie die Fig. 97 zeigt. Der Motor besitzt eine Ringarmatur A mit Kommutator K und ein ringförmiges Feld F, welches in zwei großen Ausfräsungen die aus einer Spule W bestehende Erregerwicklung trägt. Das Feld liegt im Nebenschluß zum Anker, dem der Strom durch die Bürsten B zugeführt wird. In dieser Form hätte man einen reinen Nebenschlußmotor mit allen seinen Fehlern, zu denen als nachteiligster das Feuern der Bürsten und die Reaktanzwirkung des Ankerfeldes gehören. Zur Beseitigung dieser Nachteile ordnet Wightmann noch zwei um 90 ° verschobene Bürsten D an, und schließt sie kurz. Infolge Transformatorwirkung werden dann von Seiten des Hauptfeldes SN in den Quadranten 1–2 EMKe in der Richtung des Ankerstromes, in 3–4 dagegen solche von entgegengesetzter Richtung induziert, so daß die Teile 3–4 stromlos werden. Es bilden sich daher im Anker die Pole s n aus und erzeugen ein Drehmoment im Sinne des eingezeichneten Pfeiles. Durch Verschiebung der Bürstensätze um etwa 45° im Sinne der Bewegung wird die Wirkungsweise noch günstiger (vergl. auch Fig. 105).

Auch in einem Asynchronmotor läßt sich die Phasenverschiebung im Primärkreis so weit kompensieren, daß der Leistungsfaktor cos φ = 1 werden kann. A. Heyland74) erreicht das in ähnlicher Weise, wie es in einem Patent von F. Haßlacher (209) angegeben ist, durch Einführung der Erregerströme in den sekundären Teil entsprechend der in Fig. 98 dargestellten Schaltung.

Der Stator S besitzt eine gewöhnliche einachsige Wechselstromwicklung auf einem lamellierten Eisenring. Innerhalb desselben befindet sich der drehbare Kurzschlußanker A, dessen Stäbe ursprünglich an einen aus Eisen bestehenden Ring K angeschlossen waren. Später wurde statt des Ringes ein normaler Kommutator verwendet, dessen Lamellen durch geeignete induktionsfreie Widerstände zu einem elektrisch geschlossenen Ringe vereinigt waren. Die Erregerströme wurden nun dem Kurzschlußanker von zwei Abzweigungspunkten ab der Primärwicklung durch Bürsten B zugeführt, welche auf dem Kommutator K schleifen und um einen gewissen Winkel gegen die Drehrichtung verschoben sind. Das Prinzip dieser Kompensierung besteht darin, daß durch den Anschluß des Erregerkreises an wenige Windungen ab des Statorstromkreises analog einem Autotransformator für einen bestimmten Magnetisierungsstrom die dem Hauptstromkreise entnommene wattlose Leistung sehr niedrig gehalten werden kann. Die Verstellung der Bürsten aus der magnetischen Achse des Stators gegen die Drehrichtung ist notwendig wegen der geringen Phasenverschiebung, welche der auf diese Weise eingeführte Erregerstrom gegenüber dem Hauptstrome wegen der Verkleinerung der Reaktanzwirkung der Rotorwicklung infolge der niedrigen Periodenzahl der Schlüpfung haben muß.

An Stelle der Autotransformation kann auch eine besondere Erregerwicklung in den Nuten des Stators eingebettet werden. Bei großen Maschinen wird ein besonderer Transformator benutzt, da er nur etwa 1–2 v. H. der Maschinenleistung verbraucht. Versuche75) haben gezeigt, daß diese Art der Kompensierung nicht nur einen Leistungsfaktur cos φ = 1, sondern auch durch Erhöhung des Erregerstromes eine Ueberkompensierung ergeben kann.

Auf andere Weise erzielte die Union Elektr. Gesellschaft, Berlin (211) eine Phasenkompensierung, indem sie zur Vermeidung des Kommutators auf der Welle des Hauptmotors nach Fig. 99 einen kleinen Hilfs-Asynchronmotor anbrachte, dessen Rotor IIb mit dem Rotor IIa elektrisch verbunden war. Der Stator Ib wurde ebenso wie Ia vom Netz gespeist und erzeugte im Rotor IIb Ströme gleicher Periodenzahl, wie sie zur Erregung des Rotors IIa erforderlich sind. Durch das von den zugeführten Strömen hervorgerufene Zusatzfeld CE (Fig. 100) wird das ursprüngliche resultierende Feld AC nach AE gedreht, so daß es senkrecht zum Primärfeld AB stehen würde, wenn man den Ohmschen Spannungsverlust vernachlässigt. Während hierbei die Streuung nicht berücksichtigt ist, zeigt Fig. 101 das Diagramm für einen Motor mit Streuung. Es ist dabei auch nicht absolut erforderlich, daß das Zusatzfeld CE in die Richtung des Sekundärfeldes BC fällt, sondern könnte auch die Lagen CE' oder CE'' einnehmen. Ordnet man daher die Statorwicklung Ib beweglich an, so daß sie gegen Ia räumlich verdreht werden kann, so läßt sich die Größe und Phase des Zusatzfeldes entsprechend CE'' soweit ändern, daß es ein Minimum wird. Der Motor ist jedoch zu kompliziert, als daß er praktische Bedeutung erlangen könnte.

Textabbildung Bd. 322, S. 758
Textabbildung Bd. 322, S. 758
Textabbildung Bd. 322, S. 758

Um das Jahr 1902 wurden auch von M. Latour (223, 230, 241, 245) Angaben über seinen kompensierten Hauptschlußmotor76) gemacht. In seiner ersten Form (Fig. 102) ist er wie ein normaler Hauptschlußmotor mit gleichmäßig verteilter Statorwicklung geschaltet und besitzt in der Achse des Statorfeldes auf dem Kommutator |759| ein kurzgeschlossenes Bürstenpaar als Kompensationskreis. Später wird dann entsprechend der Zerlegung der Bürstenebene in zwei Teile nach Fig. 93 die Schaltung77) geändert, wie sie in Fig. 103 angegeben ist. Dadurch wird weder die Bürstenfläche noch die Bürstenreibung größer, jedoch ist die Kommutierung günstiger geworden. Zur Kompensierung des in Fig. 93 dargestellten Repulsionsmotors führt Latour den Bürsten nach Fig. 104 den Erregerstrom direkt von der Sekundärwicklung II eines Transformators T zu, dessen Primärwicklung an zwei in der Achse der Bürsten gelegene Punkte der Statorwicklung angeschlossen ist.

Textabbildung Bd. 322, S. 759
Textabbildung Bd. 322, S. 759

Diese Kompensierung besitzt sehr günstige Eigenschaften. Versuche, die mit diesen kompensierten Repulsionsmotoren mit doppeltem Kurzschluß von der Compagnie Française Thomson Houston, Paris, angestellt worden sind, haben gute Betriebsresultate ergeben und sind daher diese Motoren für Bahnen vielfach zur Anwendung gekommen.

Textabbildung Bd. 322, S. 759

Gleichzeitig mit dem Auftauchen des Einphasen-Hauptschlußmotors der Westinghouse-Electric Co., Pittsburg wurden von der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft bezw. Union, E.-Q., Berlin, Versuche mit Motoren für Bahnzwecke angestellt, die nach den in das Jahr 1899 hineinreichenden Versuchen78) und Patenten von G. Winter und F. Eichberg (212, 233) konstruiert waren. Das Schema des Winter-Eichberg-Motors79) zeigt Fig. 105.

Textabbildung Bd. 322, S. 759
Textabbildung Bd. 322, S. 759

In dieser Form könnte man ihn als kompensierten Repulsionsmotor bezeichnen. Der Stator S besitzt eine meistens zweilochige Einphasen-Spulenwicklung, der Rotor A ist als Gleichstrom-Trommelanker ausgebildet. Auf dem Kommutator schleifen die in der Achse des Hauptfeldes liegenden kurzgeschlossenen Bürsten B1, während den um 90 elektr. Grad verschobenen Erregerbürsten B2 der zur Erzeugung des Querfeldes erforderliche Strom von einem im Hauptstromkreise liegenden Transformator T zugeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß nicht nur die Phase des Querfeldes mit derjenigen des in dem Rotor über die Arbeitsbürsten B1 fließenden Stromes übereinstimmt, sondern auch eine Regulierung dieses Feldes zur Erzielung einer Phasenkompensation möglich ist. Zum Unterschied von dem in Fig. 83 angegebenen Motor von Atkinson werden hier die das motorisch wirksame Feld erregenden Ströme im Anker nicht durch Transformation erzeugt, sondern von außen zugeführt. Durch Veränderung des Uebersetzungsverhältnisses im Transformator können für beliebige Geschwindigkeiten die möglichst günstigsten Bedingungen für eine gute Kommutierung geschaffen werden. Wird der Motor nach Fig. 106 geschaltet, so kann man dadurch die Stärke beider senkrecht zueinander stehenden Felder unabhängig voneinander regulieren, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, bei konstanter Klemmenspannung die Charakteristik des Motors zu ändern und damit jedes Drehmoment bei beliebiger Geschwindigkeit zu erhalten. Fig. 107 zeigt die Betriebskurven eines vierpoligen WE 51 V-Motors der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft von 115 PS Leistung, 600 Volt Spannung, 25 Perioden, 600 Umdreh. i. d. Min., wie er für die Wagen der mit 600 Volt Streckenspannung betriebenen Stadt- und Vorortbahn Blankenese–Ohlsdorf80) und für den Versuchszug der schwedischen Staatseisenbahnen benutzt ist. Das Uebersetzungsverhältnis beträgt 1 : 4,22, der Laufraddurchmesser 1000 mm. Der Wirkungsgrad ist dabei inkl. Zahnradübertragung bestimmt. Außerdem werden u.a. die Strecken Niederschöneweide–Spindlersfeld81) (6000 Volt, 25 Perioden, Motoren von 100 PS), die Kleinbahnen in der Borinage82) (Belgien) und die Stubaitalbahn83) bei Innsbruck mit diesen Motoren betrieben. Letztere beiden Anlagen arbeiten mit 600 Volt, 40 Perioden, bezw. 2500 Volt, 42 Perioden. Die Motoren haben eine Leistung von je 40 PS.

Textabbildung Bd. 322, S. 759

Um bei einem gewöhnlichen Repulsionsmotor, dessen Bürsten allgemein um einen Winkel von Grad aus der Richtung des Hauptfeldes verschoben sind, die induktive Wirkung des Ankerkraftflusses aufzuheben, hat die Union, El.-Ges., Berlin (263) nach Fig. 108 eine zweite um Grad gegen I verschobene gleichartige Wicklung |760| II angeordnet, welche in sich geschlossen ist. Für den Fall, daß die Drehrichtung umgekehrt werden soll, können die beiden Wicklungen in ihrer Wirkungsweise durch einfaches Umschalten vertauscht werden.

Textabbildung Bd. 322, S. 760
Textabbildung Bd. 322, S. 760

Durch die Kombination eines einphasig gespeisten Drehstrom-Stators84) mit einem dreiphasig erregten Gleichstromanker erhält die General Electric Co., Schenectady, N. Y., nach einem Patent von E. A. Carolan (227) einen kompensierten Nebenschlußmotor. Zum Anlauf wird er nach Fig. 109 als Hauptschlußmotor geschaltet, wobei noch ein Anlaßwiderstand R im Stromkreise liegt. Damit er hierbei nicht über eine bestimmte Umdrehungszahl hinausgehen kann, enthält die Armatur A noch eine Käfigwicklung K welche in den Nuten über der Gleichstromwicklung untergebracht ist. Nach Erreichung einer bestimmten Geschwindigkeit wird die Schaltung nach Fig. 110 geändert. Infolge der Zuführung des Erregerstromes durch den Kommutator wird jetzt der Leistungsfaktor steigen, so daß die Maschine als Nebenschlußmotor mit Phasenkompensation arbeitet.

Textabbildung Bd. 322, S. 760
Textabbildung Bd. 322, S. 760

(Fortsetzung folgt.)

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E. T. Z., 19. Januar 1905, S. 72.

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E. T. Z., 10. November 1904, S. 952.

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El. World. 29. Oktober 1904, Bd. 44, S. 726 und 768.

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Tr. Am. Inst. 29. Januar 1904, Bd. 21, S. 61.

El. World. 6. Februar 1904, Bd. 43, S. 260.

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El., 9. September 1904, S. 826 und

General El. Co., Schenectady, Bulletin No. 4439.

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E. T. Z., 15. März 1906, S. 267.

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E. T. Z., 8. August 1901, S. 633.

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E. T. Z., 9. Januar 1902, S. 28.

E. T. Z., 26. Juni 1902, S. 560.

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Ecl. El., 14. Februar 1903, Bd. 34, S. 225.

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E. T. Z., 22. Oktober 1903, S. 877.

E. T. Z., 10. November 1904, S. 952.

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E. T. Z., 28. Januar 1904, S. 75.

Z. f. E., Wien, 28. Februar 1904, S. 119.

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E. Bahn. u. Betr., Januar 1904, S. 22.

Z. d. V. d. J., 27. Februar 1904, S. 303.

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El. Bahn, und Betr., 4. Dezember 1905, S. 649.

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Z. d. V. d. J., 27. Februar 1904, Bd. 48, S. 303.

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El. Bahn und Betr., 3. Juni 1905, S. 289.

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Z. d. V. d. J., 23. Dezember 1905, Heft 38, S. 1550.

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Electrical Review, New York. Bd. 25, S. 222.

The Electrician, New York, Bd. 18, S. 368.

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