Titel: Der Einphasen-Wechselstrommotor.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 778–781)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322255

Der Einphasen-Wechselstrommotor.

Bauart, Wirkungsweise und Eigenschaften der bisher angegebenen Konstruktionen.

Von Dipl.-Ing. A. Linker.

(Fortsetzung von S. 760 d. Bd.)

In einfacher Weise erzielt D. Gurtzmann (235) eine Phasenkompensierung bei einem Repulsionsmotor, indem er nach Fig. 111 S. 760 Punkte gleichen Potentials (a, b) der gleichmäßig verteilten Statorwicklung über einen Widerstand R schließt. Dadurch kann im Stator infolge der vom Ankerkraftfluß induzierten EMK ein Feld entstehen, welches auf das Ankerfeld dämpfend zurückwirkt und es nahezu aufhebt. Vollkommene Kompensierung kann jedoch wegen der Streuung niemals eintreten.

Textabbildung Bd. 322, S. 778
Textabbildung Bd. 322, S. 778

Während bei dem von Latour, Eichberg und Winter angegebenen Motor (Fig. 104 und 105) die beiden im Rotor teils durch Zuleitung, teils durch Transformation hervorgerufenen Ströme in dem ringförmigen Statoreisen Felder von dreieckiger Form erzeugen, welche in die einzelnen Harmonischen zerlegt, starke Oberschwingungen aufweisen, vermeiden E. Arnold & J. L. la Cour (243) die große Bürstenzahl und verringern dadurch die Felder höherer Ordnung, indem sie bei ihrem kompensierten Hauptschlußmotor (Fig. 112) drei um 120° gegeneinander versetzte Bürsten auf dem Kommutator verwenden. Von diesen sind B2 und B3 miteinander kurzgeschlossen und dienen dazu, den Strom vom Anker A fortzuführen und gleichzeitig durch Kurzschließen der Wicklung fast das ganze Statorfeld zu kompensieren, während B1 den Strom dem Anker zuführt. Durch Verstellung der Bürsten lassen sich bei gleicher Belastung die Umdrehungszahl und der Leistungsfaktor verändern.

Der Winkel zwischen den kurzgeschlossenen Bürsten braucht jedoch nicht unbedingt 120° zu betragen, sondern kann beliebig zwischen 90° und 180° gewählt werden (250).

Sollen dagegen dem Kommutator starke Ströme zugeführt werden, so ist es günstig, die Bürstenzahl f. d. Polpaar zu verdoppeln (253). Wie schon Kingdon (Fig. 50) gezeigt hat, ist es zulässig, die einzelnen Bürstenpaare durch getrennte Sekundärwicklungen IIa und IIb eines Hauptstromtransformators zu erregen, was auch bei dieser Konstruktion verwendet wird, wie Fig. 113 zeigt. Trotz der großen Bürstenzahl wird hierbei die Auflagefläche aller Bürsten unter gleichen Verhältnissen kleiner als beim Vierbürstenmotor von Latour und Winter-Eichberg. Diese Anordnung scheint auch Erfolg zu versprechen.

Textabbildung Bd. 322, S. 778
Textabbildung Bd. 322, S. 778

Anstatt durch die Bürstenverstellung, wie es von Latour angegeben ist, oder nach Winter-Eichberg durch Aenderung des Uebersetzungsverhältnisses zwischen Stator- und Rotorwicklung die Umdrehungszahl zu regulieren, zerlegen E. Arnold und J. L. la Cour (252) die Statorwicklung ihres kompensierten Hauptschlußmotors nach Fig. 114 in zwei Wicklungen S und HW, deren magnetische Achsen senkrecht zueinander stehen. Da das Feld der Wicklung HW nahezu dieselbe Richtung hat wie das |779| von der nicht kurz geschlossenen Ankerwicklung hervorgerufene Querfeld, so werden, wenn HW so geschaltet ist, daß beide Felder in gleicher Richtung wirken, infolge des starken Querfeldes große EMKe im Anker und in der Hilfswicklung induziert. Dadurch kann beim Anlassen der Strom auf ein geringes Maß reduziert werden, weil die Wicklungen A und HW mit S in Reihe geschaltet sind. Außerdem wird das Drehmoment sehr groß. Sobald der Motor eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Wicklung HW ausgeschaltet, wodurch die Umdrehungszahl und der Leistungsfaktor steigen. Soll die Phasenverschiebung bei untersynchronem Lauf kompensiert werden, so verschiebt man den Kontakt K über a hinaus, wobei das Hilfsfeld dem Ankerfeld entgegenwirkt. Am vorteilhaftesten stellt man in diesem Fall beide Wicklungen als verteilte Trommelwicklung dar. Die Regulierung des Hilfsfeldes kann jedoch auch durch einen Nebenschlußwiderstand erfolgen.

Auch für kompensierte Nebenschlußmotoren, deren Anzugsmoment im allgemeinen klein ist, läßt sich nach demselben Patent diese Anordnung mit Vorteil verwenden.

Fig. 115 zeigt die Schaltung eines Nebenschlußmotors mit drei Bürsten, bei welchem das Hilfsfeld im Hauptstromkreise der Wicklung S liegt. Dadurch wird, wie vorher erläutert, das Querfeld verstärkt und das Drehmoment bei kleinem Anlauf ström groß gemacht. Schaltet man dagegen die Hilfswicklung HW in Reihe mit dem Anker, so wird das Anlaufmoment klein. Man kann aber hierbei die Geschwindigkeit durch Veränderung des Hilfsfeldes regulieren.

Textabbildung Bd. 322, S. 779
Textabbildung Bd. 322, S. 779

Fig. 116 zeigt die Schaltung eines kompensierten Nebenschlußmotors von E. Arnold und J. L. la Cour (254, 255). Zur Vermeidung der vielen großen Kontaktapparate kann auch ein Induktionsregulator JR, der eigens für diesen Zweck konstruiert ist, bei der Regulierung in Anwendung kommen. Fig. 117 zeigt die Kombination eines solchen mit einem kompensierten Serienmotor. In der gezeichneten Lage stehen Sekundärwicklung II und Primärwicklung I senkrecht zueinander, so daß II stromlos ist. Da aber die Reaktanz der Primärwicklung im Hauptstromkreis liegt, so würde diese die Wirkungsweise des Motors beeinträchtigen, wenn nicht durch die an den Primärkreis angeschlossene Kompensationswicklung K die Reaktanz vermindert würde. Außer dieser Wirkung induziert die Wicklung K noch eine EMK in dem Hauptstromkreise, so daß die Anlaufspannung bei geeigneter Schaltung erhöht wird. Dreht man den inneren Teil nach links um 90°, so erhält man eine starke Erregung der Hilfswicklung und damit ein großes Anlaufmoment.

Zur Charakteristik der Eigenschaften des Motors seien noch einige Versuche angegeben, welche im Elektrotechnischen Institut der Großherzogl. Technischen Hochschule in Karlsruhe an einem sechspoligen Motor von 7,5 PS Leistung, 110 Volt Spannung, 50 Perioden ausgeführt sind, Es wurde zuerst die in Fig. 118 angegebene Schaltung als kompensierter Hauptschlusmotor mit drei Bürsten nach D. R. P. 163295 benutzt, um festzustellen, ob die Bürsten die infolge dieser Schaltung auftretende stärkere Beanspruchung aushalten. Die Bürsten umfaßten zwei Lamellenteilungen. Als Hilfswicklung wurde dieselbe Statorwicklung S benutzt und der Strom in den um 90 elektr. Grad gegen die Achse ab des Statorfeldesverschobenen Punkten cd über einen Hauptstromtransformator HT zugeleitet. Der zur Erhöhung der Rotorspannung dienende Transformator T kann jedoch bei praktischen Ausführungen fortgelassen werden. Der Motor lief bei allen Belastungen funkenfrei, nur beim Anlauf mit großem Drehmoment waren Funken wahrnehmbar. Fig. 119 zeigt die hierbei aufgenommenen Kurven des Wirkungsgrades η, der Tourenzahl n, des Leistungsfaktors cos φ und des Drehmoments Md als Funktion des Stromes J, und zwar wirkt bei den Kurven I die Querwicklung der Rotorwicklung entgegen, für die Kurven II ist die Wicklung stromlos, für die Kurven III unterstützt sie die Rotorwicklung. Der Wirkungsgrad ist als das Verhältnis der abgegebenen zur gesamten aufgenommenen Leistung bestimmt.

Textabbildung Bd. 322, S. 779
Textabbildung Bd. 322, S. 779
Textabbildung Bd. 322, S. 779

In derselben Weise sind auch für den Nebenschlußmotor nach der Schaltung (Fig. 120), bei welcher zur Erniedrigung der Rotorspannung der Transformator NT verwendet wurde, die Größen η, cos φ, n, J in Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung N aufgenommen und in Fig. 121 dargestellt. Man ersieht daraus die günstige Wirkungsweise dieser Erfolg versprechenden Motorgattung.

Auch die Felten und Guilleaume-Lahmeyerwerke, A.-G. (258, 278, 279, 287, 290) verwenden Doppelbürsten für kompensierte Nebenschlußmotoren, wobei allerdings nur für den Anlauf die Schaltung nach Fig. 122 ausgeführt wird. Dadurch werden die durch das Wechselfeld induzierten Ströme klein gehalten und ein Feuern vermieden. Bei normalem nahezu synchronem Lauf dagegen bildet sich ein Drehfeld aus, so daß die Doppelbürsten unvorteilhaft sind, da nicht sämtliche Ankerdrähte ausgenutzt werden. Es wird dann |780| die Schaltung nach Fig. 123 hergestellt, so daß die Maschine jetzt als normal kompensierter Nebenschlußmotor arbeitet, indem der Erregerstrom dem Anker von der Sekundärwicklung II eines Transformators T zugeführt wird, während die Bürsten b kurzgeschlossen sind und den Arbeitsstrom führen. Der Motor kann jedoch auch so geschaltet werden, daß er (259, 298) beim Anlassen und normalen Lauf als kompensierter Hauptschlußmotor arbeitet. Dagegen läuft er bei geringer Geschwindigkeit als Repulsionsmotor nach Fig. 124, indem mit der Hauptwicklung S eine räumlich gegen sie versetzte Hilfswicklung HW hintereinander geschaltet wird, wobei der Stromkreis der Erregerbürsten b2 geöffnet ist. Es ist dabei möglich, die Hilfswicklung klein zu dimensionieren.

Textabbildung Bd. 322, S. 780
Textabbildung Bd. 322, S. 780
Textabbildung Bd. 322, S. 780
Textabbildung Bd. 322, S. 780
Textabbildung Bd. 322, S. 780

Um bei allen Geschwindigkeiten funkenloses Arbeiten zu erzielen, kann man den Motor bei niedriger Umdrehungszahl als Repulsions- oder kompensierten Hauptschlußmotor, bei höheren Geschwindigkeiten dagegen mit kompensiertem Ankerfeld (257) entsprechend Fig. 125 betreiben und zur Vermeidung von Funken die Bürsten b2 abheben. Eine Modifikation dieser Schaltung ist ferner dadurch erzielt worden, daß der Motor (281, 293) an einen regulierbaren Nebenschlußtransformator angeschlossen ist.85)

Um von Anlauf bis zur Erreichung normaler Geschwindigkeit die Statorspannung allmählich zu steigern und die Erregerspannung zu vermindern, schaltet die Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget in Westeras [Schweden] (261, 286) vor ihren kompensierten Repulsionsmotor mit Nebenschlußerregung einen Autotransformator mit einer Abzweigung zum Erregerkreis. Da nun bei verschiedenen Geschwindigkeiten die Phasenverschiebung zwischen Stator- und Ankerstrom sich ändert, d.h. mit steigender Umdrehungszahl zunimmt, so wird das Drehmoment dadurch ungünstig beeinflußt. Um jedoch bei jeder Geschwindigkeit ein gutes Drehmoment zu erhalten, wird nach Fig. 126 eine Drosselspule D in den Stator- und Erregerkreis geschaltet. Sind die Phasen beider Ströme gleich, so bleibt das Eisen unmagnetisch und die Spule wirkt wie ein kleiner Ohmscher Widerstand. Tritt dagegen Phasenverschiebung auf, so entsteht ein resultierendes Transformatorfeld, welches durch induzierte EMKe die Phasengleichheit entsprechend dem Lenzschen Gesetz in beiden Zweigen wiederherstellt. Einfacher ist noch die Schaltung Fig. 127, wo zur Erzielung derselben Wirkung Induktionsspulen i an Stelle der Drosselspule in die Abzweigungen des Autotransformators gelegt sind. a gilt dabei als Anlaß, n als Normalstellung.

Textabbildung Bd. 322, S. 780
Textabbildung Bd. 322, S. 780
Textabbildung Bd. 322, S. 780
Textabbildung Bd. 322, S. 780

Zur Beseitigung der auf den Primärkreis ausgeübten Einwirkung des Ankerfeldes bei Repulsionsmotoren mit gleichmäßig verteilter Wicklung schließt Th. Lehmann (262, 264) die gegen die Statorachse um einen Winkel x verstellten Bürsten (Fig. 128) nicht kurz, sondern an die regulierbare Primärwicklung I eines Transformators T, dessen sekundäre Seite II mit den äquipotentialen Punkten ab der Statorwicklung S verbunden ist. Ein derartig kompensierter Repulsionsmotor kann durch Aenderung des Uebersetzungsverhältnisses innerhalb weiter Grenzen reguliert werden. Die Kompensation ist um so besser, je mehr sich das Verhältnis der Stator- zu den Rotorwindungen dem Betrage sin x nähert. Besonders für Hochspannungsbetrieb geeignet ist die nach Fig. 129 abgeänderte Konstruktion, bei welcher das Querfeld von der regelbaren Hilfswicklung H erzeugt wird. Zur Erzielung einer guten Kommutation sind die Bürsten dabei um 45° verstellt und eventuell in der Bürstenlinie kleine Kommutierungspole (punkiert gezeichnet) angeordnet.

Da nun die bisher angegebene Methode der äquipotentialen Kompensierung des Querfeldes eine Verringerung der Leistungsfähigkeit durch Schwächung des Drehmoments |781| verursacht, wird nach einem späteren Patent (269) die gleichmäßig verteilte Statorwicklung nach Fig. 130 unter einem Winkel, welcher mit der Achse des Hauptfeldes den doppelten Bürstenverstellungswinkel a = 2 x einschließt und 60° nicht übersteigt, auf einen veränderlichen induktiven Widerstand L geschaltet. Dadurch ist es möglich, bei entsprechender Wahl von L für normalen Betrieb im Synchronismus eine vollständige Aufhebung oder sogar Ueberkompensierung der Phasenverschiebung zu erhalten. Ist der Winkel a kleiner als 45°, so wird das Querfeld gegenüber dem Hauptfelde verstärkt und die Leistungsfähigkeit des Motors gegenüber einem gewöhnlichen Repulsionsmotor gesteigert, so daß auch diese Konstruktion erfolgreich zu werden scheint.

Textabbildung Bd. 322, S. 781

Die Siemens-Schuckertwerke, Berlin, (268, 291) erhalten bei einem Repulsionsmotor mit zweiteiliger Statorwicklung nach Fig. 131 eine Phasenkompensation, indem sie die Armatur A mit einer zusätzlichen EMK speisen, die der Sekundärwicklung II eines Transformators T entnommen wird. Dadurch läßt sich nämlich die Gegen-EMK des Ankers, welche durch Rotation im Hauptfelde I zwischen den Bürsten entsteht, aufheben. Der Motor ist demnach bei dieser Schaltung einem Nebenschlußmotor ohne Ankerkompensation aber mit Bürstenverschiebung äquivalent.

Textabbildung Bd. 322, S. 781
Textabbildung Bd. 322, S. 781

Von der Allg. Elektr.-Gesellschaft, Berlin (277) ist ferner ein kompensierter Hauptschlußmotor angegeben, bei welchem nach Fig. 132 der Strom dem Anker A über die Primärwicklung I eines Transformators T zugeführt wird, während der Stator an der Sekundärwicklung II liegt. Außerdem sind zwei kurzgeschlossene Bürsten in der Richtung des Statorfeldes angebracht. Die Maschine besitzt die Charakteristik eines Hauptschlußmotors und kann durch die Aenderung des Transformationsverhältnisses geregelt werden; und zwar wird bei gleicher Ankerstromstärke die Umdrehungszahl größer, wenn man die primäre Windungszahl erniedrigt.

Abweichend von den bisher angewandten Methoden hat die Allgem. Elektr.-Gesellschaft, Berlin (288) bei einem Nebenschlußmotor die Phasenverschiebung dadurch kompensiert, daß sie das Feld des Motors durch einen von diesem oder einem Hilfsmotor angetriebenen Generator fremd erregt. Dadurch ist es möglich, das Verhältnis zwischen Ankerspannung und Feldstärke der Intensität und Phase nach in gewünschter Weise zu ändern, so daß der Leistungsfaktor cos φ = 1 werden kann. Der Motor ist jedoch wegen seiner Kompliziertheit in dieser Form praktisch wenig brauchbar.

Textabbildung Bd. 322, S. 781

Fig. 133 zeigt das Schema eines von der Elektr.-Aktiengesellschaft vorm. W. Lahmeyer & Co., Frankfurt a. M, um das Jahr 1904 gebauten kompensierten Repulsionsmotors. Er besitzt in dieser neueren Form den Vorteil, daß man durch entsprechende Wahl des Uebersetzungsverhältnisses im Nebenschlußtransformator T die Charakteristik eines Haupt- oder Nebenschlußmotors erhalten kann. Jedoch wird er niemals die synchrone Geschwindigkeit überschreiten. Durch die Aenderung der dem Anker A vom Transformator zugeführten Spannung ist es möglich, die Umdrehungszahl zu regulieren und außerdem bei verschiedenen Geschwindigkeiten die Phasenverschiebung zu kompensieren. Eine Umsteuerung läßt sich ferner in ähnlicher Weise wie beim Motor von Atkinson (Fig. 79) erreichen, indem der Stator 6'' eine gegen die Hauptwicklung verschobene Hilfswicklung erhält, welche auch mit der Hauptwicklung durch einen Hauptschlußtransformator verbunden sein kann. Bei 5 bis 10 v. H. Uebersynchronismus kann der Motor schon mit Vollast aufs Netz zurückarbeiten, er eignet sich daher infolge der geschilderten Eigenschaften besonders für Bahnbetrieb. Auch der Leistungsfaktor wird bei übersynchronem Betrieb negativ, so daß der Motor auch als Phasenregler Verwendung finden kann. Diese Anordnung scheint ebenfalls Aussicht auf Erfolg zu haben.

Da der Reguliertransformator T nur für etwa ⅕ der Motorleistung gebaut ist, und der Hauptschlußtransformator zum Speisen des Hilfsfeldes nur beim Anlauf benutzt wird und daher stark beansprucht werden darf, so bedeuten diese beiden Anordnungen keine wesentliche Beeinträchtigung der Eigenschaften eines guten Bahnmotors.

(Fortsetzung folgt.)

|780|

Schw. E. T. Z., 1. September 1906, S. 425.

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