Titel: Der Einphasen-Wechselstrommotor.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 795–797)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322261

Der Einphasen-Wechselstrommotor.

Bauart, Wirkungsweise und Eigenschaften der bisher angegebenen Konstruktionen.

Von Dipl.-Ing. A. Linker.

(Fortsetzung von S. 781 d. Bd.)

V. Abschnitt.
Motoren mit vereinigter Wirkungsweise verschiedener Klassen.

Bei den bisher behandelten Motorgattungen zeigte es sich, besonders in den ersten Jahren der Entwicklung, daß sie nicht vollständig über den ganzen Arbeitsbereich vom Anlauf bis zur normalen Leistung gleich günstige Eigenschaften besaßen, sondern die eine Art sich vorteilhafter beim Anlauf, die andere günstiger bei normaler Belastung erwies. Es lag daher der Gedanke nahe, die Wirkungsweise beider Typen in einem Motor zu vereinigen, so daß er ihre Vorzüge besaß, ohne die Nachteile zur Geltung bringen zu können. Während beispielsweise der Induktionsmotor von selbst nicht anläuft, dagegen beim Lauf einen günstigen Wirkungsgrad und Leistungsfaktor besitzt und seine Umdrehungszahl innerhalb der Belastungsgrenzen nur um wenige Prozente ändert, zeigt der Repulsionsmotor ein kräftiges Anlaufsmoment, welches jedoch bei Synchronismus klein ist. Außerdem ist seine Umdrehungszahl sehr stark mit der Belastung veränderlich. Läßt man aber bei entsprechender Schaltung den Motor beim Anlauf mit Repulsion oder Hintereinanderschaltung, bei normaler Last nach dem Induktionsprinzip arbeiten, so erweist er sich als praktisch recht brauchbar, wie wir es später bei den von Arnold und Schüler konstruierten Motoren sehen werden.

Textabbildung Bd. 322, S. 795
Textabbildung Bd. 322, S. 795

Wenden wir uns nun den einzelnen Ausführungsformen zu, so finden wir, daß schon im Jahre 1888 von A. M. Taylor (17) eine Vereinigung der Wirkung eines Nebenschlußmotors mit derjenigen eines Synchronmotors veröffentlicht worden ist, wie Fig. 134 zeigt. Die Armatur A hat eine offene Wicklung mit einzelnen Spulen und doppelt so viel Kommutatorlamellen K. Diese sind abwechselnd mit den Schleifringen s verbunden, denen der Wechselstrom durch Bürsten zugeführt werden kann. Beim Anlauf wird der Umschalter S auf die Kontakte a gelegt, dann liegen Feld F und Anker A parallel zueinander und der Strom geht über die Bürsten zum Kommutator. Ist die synchrone Geschwindigkeit nahezu erreicht, so wird S nach den Kontakten b gelegt; dann erhält nur der Anker A den Wechselstrom über die Schleifringe, während das Feld vom Anker mit Gleichstrom erregt wird.

Ferner ist von E. Thomson (61) eine Konstruktion86) angegeben, die beim Anlauf als reiner Hauptschlußmotor, bei Belastung als Induktionsmotor arbeitet. In Fig. 135 ist A die Armatur, F das Magnetfeld. Beide besitzen ausgeprägte Polwicklung, was für die Wirkungsweise nachteilig ist. Hat der Anker eine bestimmte Umdrehungszahl erreicht, so wird der Schalter S eingelegt, wobei gleichzeitig die Kommutatorlamellen von Schleiffedern kurzgeschlossen und die Bürsten abgehoben werden, so daß er als Induktionsmotor weiter arbeitet. Die Kurzschluß- und Bürstenabhebevorrichtung kann auch automatisch durch einen Zentrifugalregulator betätigt werden.

Textabbildung Bd. 322, S. 795
Textabbildung Bd. 322, S. 795

Auch N. Tesla (91) hat allerdings nur für den Anlauf einen Synchronmotor mit einem asynchronen gekuppelt. Diese Anordnung ist jedoch zu kompliziert, um praktische Bedeutung zu haben.

Die Nachteile der bisher angegebenen Konstruktionen beseitigt E. Arnold (116, 117) dadurch, daß er den primären Teil (Fig. 136) als gleichmäßig verteilte Wicklung ausführt und Feld F wie Anker A von den Sekundärwicklungen |796| IIa und IIb eines Transformators T speist. Bei einer anderen Ausführung (Fig. 137) ist der Ankerstrom durch Verschieben eines Kontaktes K, der die Windungszahl von IIb zu ändern gestattet, regulierbar. Hat der Motor eine bestimmte Geschwindigkeit erlangt, so wird K nach a gelegt, wodurch der Anker kurzgeschlossen wird und der Motor bei maximaler Spannung als Repulsionsmotor weiterläuft. Die erfolgreichste Bauart des Wechselstommotors von E. Arnold gibt jedoch Fig. 138. Die Statorwicklung wird dabei direkt ans Netz gelegt und die Rotorwicklung ist über Bürsten kurzgeschlossen, deren Entfernung einer Polteilung entspricht. Der erste Motor dieser Art wurde von der Maschinenfabrik Oerlikon (121) ausgeführt. Damit man die Bürsten beim Lauf abheben kann, werden die Kommutatorlamellen durch einen Metallring R entweder von Hand (Fig. 136 u. 137) oder automatisch kurzgeschlossen87). Dieser Motor ist nach einem Patent von E. Arnold (160) aus dem Jahre 1896 mit einigen Verbesserungen der Kurzschlußvorrichtung von der Wagner El & Mfg. Co., St. Louis soweit durchgebildet, daß er als der erste praktisch brauchbare Einphasenmotor88) eine große Verbreitung, speziell in Amerika unter dem Namen Wagner-Motor“, gefunden hat, wo das Einphasensystem mehr eingeführt ist als in Europa.

Textabbildung Bd. 322, S. 796

Der Motor (Fig. 138) besteht aus einem mit gleichmäßig verteilter Wicklung versehenen Feld F und einem Trommelanker A mit Kommutator. Die Lauffläche des Kommutators liegt in einer Ebene senkrecht zur Achse und die Bürsten sind achsial angeordnet. Er läuft als Repulsionsmotor mit kurzgeschlossenen Bürsten an. Sobald eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht ist, welche nicht weit von Synchronismus abweicht, wurden bei der älteren Ausführung die Lamellen vermittels eines Zentrifugalregulators durch einen in den Kommutator eingeschobenen federnden Ring kurzgeschlossen. Neuere Typen haben statt des Kurzschlußringes ein System von kleinen radial angeordneten Lamellen l, welche durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenfläche des Kommutators gepreßt werden. Der Motor läuft dann als asynchroner Induktionsmotor weiter. Tritt infolge Ueberlastung eine zu große Schlüpfung ein, so daß ein Außertrittfallen eintreten könnte, dann wird der Kurzschluß selbsttätig geöffnet und die Maschine arbeitet als Repulsionsmotor weiter. Infolge seiner günstigen Betriebseigenschaften eignet er sich daher besonders für den Antrieb von Aufzügen. Werkzeugmaschinen und Anlagen mit starken Belastungsschwankungen. Durch einen besonderen dritten Anschluß am Motor ist man imstande, beim Anlauf etwa 10 v. H. der Windungen abzuschalten, wodurch das Drehmoment ungefähr um 20 v. H. gesteigert wird. Mit induktionsfreiem vorgeschaltetem Widerstand wird bei normalem Anlauf ström das Anzugsmoment etwa 50 v. H. größer als das normale.

Versuche, die S. E. Whiting89), Prof. an der Harvard Universität, an einem vierpoligen Motor für 3 PS, 104 Volt, 1730 Umdr./Min., 60 Period./Sek. vornahm, ergaben die in Fig. 139 dargestellten Kurven. Der Leistungsfaktor steigt von cos φ = 0,24 bei Anlauf schnell an und erreicht bei normaler Belastung den maximalen Wert von 82 v. H. Fig. 140 zeigt die Wirkungsweise eines sechspoligen Motors für 15 PS Leistung, 104 Volt Spannung, 1150 Umdr./Min., 60 Perioden.

Textabbildung Bd. 322, S. 796

O. Dahl (133) vereinigt die Wirkungsweise eines Hauptstrommotors für Anlauf mit der eines synchronen für Lauf. In Fig. 141 besitzt der Anker A zwei Teile, von denen der eine (I) mit einem zweiteiligen Stromwender K, der andere (II) zu Schleifringen s geführt wird, und das Feld F zwei Wicklungen für Anlauf resp. Lauf.

Textabbildung Bd. 322, S. 796

Nachdem die Maschine als Hauptschlußmotor angelaufen ist, wird in der Nähe des synchronen Ganges der Schalter S nach rechts gelegt, wodurch der Wechselstrom dem System II zugeleitet wird, während der Anker A den vom Kommutator K gleichgerichteten Erregerstrom liefert, wodurch der synchrone Lauf erhalten wird. Infolge der geringen Materialausnutzung ist diese Anordnung jedoch praktisch wenig brauchbar.

Textabbildung Bd. 322, S. 796
Textabbildung Bd. 322, S. 796

Auch C. E. L Brown (115, 118, 135) hat einige Konstruktionen angegeben, in denen die Wirkungsweise eines |797| Kommutatormotors mit derjenigen eines synchronen Motors vereinigt ist.

Sie decken sich jedoch im Prinzip mit den Ausführungen der Fig. 136 und 137, so daß wir nicht weiter darauf eingehen wollen.

Zur Vermeidung toter Punkte beim Anlauf wickelt E. Thomson (138) auf den Eisenkern der Armatur eine ungerade Anzahl von Spulen und schließt diese über einen Kommutator durch Doppelbürsten, so daß der Motor durch Repulsion zum Anlauf kommt. Ist die Geschwindigkeit ungefähr gleich der synchronen, so werden die Kommutatorlamellen kurzgeschlossen und die Maschine läuft als Asynchronmotor. Infolge der großen Nachteile dieser Konstruktion mit körperlichen Polen ist jedoch der Motor praktisch ebenso wenig brauchbar wie der von C. E. L. Brown (158), wobei der Anker A (Fig. 142) mit zwei Kommutatoren versehen ist. Der eine (K1) besteht aus vielen Lamellen und dient zum Anlauf als Repulsionsmotor mit Hilfe des Widerstandes R. Ist ungefähr die synchrone Umdrehungszahl erreicht, so wird die Sekundärwicklung II des Transformators T an den zweiteiligen Kommutator K2 angeschlossen und R geöffnet. Dadurch erhält der Anker einen gleichgerichteten Strom und die Maschine arbeitet im normalen Betrieb als Synchronmotor.

Textabbildung Bd. 322, S. 797
Textabbildung Bd. 322, S. 797

Während bei Dahl (Fig. 141) nach erreichtem Synchronismus eine Feldwicklung ausgeschaltet wird, hat A. J. Churchward (170, 171) bei der in Fig. 143 angegebenen Konstruktion zwei Feldwicklungen (I und II) für den normalen Lauf nutzbar gemacht. Der Motor läuft als reiner Hauptschlußmotor an und arbeitet dabei nur mit der Spule II, während I ausgeschaltet ist. Durch einen besonderen Umschalter (173) wird dann nach erreichtem Synchronismus die Spule I zugeschaltet, wodurch sie von dem Kommutator K1 und den Bürsten B Gleichstrom erhält. Der Motor arbeitet dann als Synchronmotor, da auch die Wicklung II vom Kommutator K2 mit dem gleichgerichteten Wechselstrom gespeist wird. Zur Abdämpfung der Pulsationen ist ein Kondensator C parallel geschaltet.

Bei einer anderen Ausführung (172) werden die Spulen II durch einen Hebelmechanismus nach dem Anlauf aus- und die Spulen I eingeschaltet.

In einfacher Weise erhält L. B. Atkinson (176, 178) eine Vereinigung der Wirkungen eines Repulsions- mit einem Asynchronmotor, indem er nach Fig. 144 auf der Welle des Ankers drei Schleifringe anbringt, die mit drei um 120° gegeneinander verschobenen Punkten der Ankerwicklung verbunden sind. Der Motor läuft infolge dieser Anordnung als Repulsionsmotor an. Nach Erreichung einer bestimmten Geschwindigkeit werden die Schleifringe über Widerstände geschlossen, so daß er schließlich als Asynchronmotor mit kurzgeschlossenem Anker arbeitet (vergl. auch Fig. 149).

Während die bisher angegebenen Motoren mit Kunstphase bei großem Stromverbrauch nur eine geringe Anzugskraft besitzen, wird von der Oesterr. Union E.-G., Wien nach Patenten von M. Déri (177, 188) ein moderner Einphasenmotor mit hoher Anzugskraft gebaut, der durch Repulsion zum Anlauf kommt und beim Lauf als Asynchronmotor arbeitet. Auch die Firma Helios A.-G., Köln (174, 189). hat diese Motoren angefertigt.

Die Umschaltung von der Anlauf- zur Laufstellung erfolgt im Stator und zwar durch Aenderung der Polzahl entweder von Hand aus oder selbsttätig durch einen Zentrifugalapparat, sobald der Rotor nahezu die synchrone Umdrehungszahl erreicht hat. Zu dem Zweck ist die Statorwicklung wie bei einem gewöhnlichen Wechselstrommotor ausgeführt und besteht aus zwei Hälften, die beim Anlauf so geschaltet werden, daß sie Ströme in der Armatur erzeugen, welche sich über den Kommutator und die kurzgeschlossenen Bürsten schließen. Dabei wird ein hohes Anzugsmoment bei geringer Stromaufnahme erzeugt, da die beiden Statorwicklungen zueinander parallel geschaltet sind und dadurch ein starkes Feld hervorrufen.

Um die Wirkungsweise der Umschaltung von der niedrigen zur höheren Polzahl auf einen mit Kommutator und entsprechenden Verbindungen versehenen Kurzschlußanker zu erläutern, denken wir uns eine Kurzschlußwicklung abcdefgha (Fig. 145) aus vier induzierten Seiten in einem zweipoligen Wechselfelde90) angeordnet.

Die in den Stäben induzierten E M Ke sind in bezug auf die Punkte a und e zueinander parallel geschaltet.

Textabbildung Bd. 322, S. 797

Infolge der von a und e nach zwei diametralen Lamellen eines Kommutators K führenden Verbindungen an und eo, welche mit den kurzgeschlossenen Bürsten den beiden parallel geschalteten Zweigen einen Ausgleich darbieten, entstehen Ströme im Rotor und damit ein Anlaufdrehmoment. Der Widerstand der Verbindungen an und eo ist nun so abgeglichen, daß das maximale Anlaufmoment auftritt.

Textabbildung Bd. 322, S. 797

Wird nun die Statorwicklung auf vier Pole umgeschaltet, so ändert sich die Richtung der induzierten E M Ke, so daß sich eine Stromverteilung einstellt, wie sie Fig. 146 zeigt. Dabei sind die Verbindungen an und oe und der Kommutator stromlos. Der Rotor arbeitet jetzt wie bei einem Asynchronmotor.

Ordnet man nun auf einem Eisenkern mehrere solcher Elemente von 2 p (Anzahl der Pole beim Lauf) induzierten Seiten an, deren Anzahl von der Polzahl unabhängig ist, so kann man Motoren für verschiedene Leistungen erhalten. Die Motoren haben zwischen Leer- und Volllast einen Tourenabfall von weniger als 4 v. H. bei etwa doppelter Ueberlastungsfähigkeit, so daß sie auch Betrieben mit starken Belastungsschwankungen, so z.B. als Aufzug- oder Krahnmotoren, in vollkommener Weise gewachsen sind.

(Schluß folgt.)

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E. T. Z. 1890, S. 441.

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E. T. Z. 1893, S. 300.

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El., 21. August 1903, Bd. 51, S. 743.

El. Anz. 1903. S. 2319.

|796|

El. World, 15. Dezember 1900, S. 938.

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E. T. Z., 15. September 1898, S. 626 und

Z. f. E., 12. Juni 1898, S. 285.

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