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Asynchron-Induktionsmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf Asynohron-Induktionsmaschinen und bezweckt das Anlassen derselben mit einem stärkeren Drehmoment ohne Einschaltung von Ohmschen Widerständen in den
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Geschwindigkeit zu erzielen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden bei einem gewöhnlichen Induktionsmotor die primären und sekundären seitlichen Verbindungsstücke (Stirnverbindungen) und die durch sie erzeugten Felder ausgenützt. Um diese seitlichen Felder auszunützen, stellt man Kreise von verhältnimsässfg geringerer Reluktanz her u. zw. in solcher Weise, dass deren Kraftlinien auf ihrem Weg die Felder schneiden, welche von den parallel zur Motorwelle liegenden Wicklungsteilen erzeugt werden (die magnetischen Felder im Zwischenraum), wobei weiters nur die seitlichen primären Kraftlinien gezwungen werden, die seitlichen sekundären Verbindungsstücke zu umfassen.
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er, u. zw.
in bezug auf die seitlichen Verbindungsstücke die Gestalt eines U annimmt, dessen Basis parallel zur Motorwelle ist, und von welchem der eine Arm im Inneren und der andere Arm ausserhalb der seitlichen Verbindungsstücke liegt. Ein solcher Kreis ist demzufolge gezwungen, durch die Arme des U die Kraftlinien des Zwischenraumfeldes zu schneiden und die sekundären seitlichen Verbindungsstücke vollständig zu umfassen.
Damit das primäre seitliche Feld die sekundären seitlichen Verbindungsstücke'umgibt, müssen die magnetischen Brücken an der in bezug auf die sekundären seitlichen Verbindungsstücke gegenüber- lirgenden Seite der primären Verbindungsstücke angeordnet sein. (Bei einem gewöhnlichen Motor mit auss : nliegendem Stator, müssen die magnetischen Brücken im Inneren des umlaufenden Lamellenkernes sein. Siehe Fig. 6.)
Anderseits erzwingt das Schneiden des durch die parallel zur Motorwelle liegenden Wicklungsteile erzeugten Feldes mit den seitlichen Feldern ein Verdrehen oder Torsion der letzteren und das sekundäre Feld wird gehindert, auf das primäre Induktorfdd rückzuwirken.
(Im allgemeinen vollzieht sich dieses Verdrehen oder Verzerren nicht in einer Eben", so dass man es nur annäherungsweise und schematisch in der Zeichnung veranschaulichen kann # siehe Fig. 1 und 5, wo die Kraftlinien und < p, nicht genau in der Zeichenebem liegen ; es ist jedoch klar, dass die Kraftlinien eines magnetischen Feldes, welche die
Kraftlinien eines Feldes kreuzen, das praktisch unter rechtem Winkel zu ersterem steht, eine Verzerrung dieser Kraftlinien verursachen.)
Den angegebenen Verlauf nehmen die Kraftlinien, die durch den Primärkreis hervorgerufen sind,
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von den sekundären und primären seitlichen Verbindungsstücken und, ohne diese zu umfassen, schliessen.
Bei den gewöhnliehen Induktionsmotoren mit vollen Hauben finden sich wohl die Arme des
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sind, in magnetisierendeFelder bewirkt undsie zwingt, die imZwischenraum erzeugtenFelder zu schneiden.
Für die obangegebenen Zwecke (Schneiden und Umfassen) ist es belanglos, ob der Kreis der seitlichen Verbindungsstücke zwischen den Enden der Arme des U mit magnetischem Material geschlossen wird oder nicht. Ein magnetisches Schliessen hat, wie später ersichtlich werden wird, eine Änderung des Wertes der für die seitlichen primären Verbindungsstücke erforderlichen magnetisierenden Komponente zur Folge und ändert die Streuung des sekundären Feldes, wodurch nicht nur die Wirkungsweise, sondern auch die Charakteristik des Motors eine Abänderung erleidet. In den Zeichnungen sind beispielsweise einige Schemen und Ausführungsformen von Maschinen nach vorliegender Erfindung veranschaulicht.
Fig. l zeigt einen Teil der primären und sekundären Lamellenkerne eines gewöhnlichen Induktionsmotors in eine Ebene abgewickelt ; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 1 veranschaulichten Kerne ; Fig. 3 zeigt in Vektorensystem die Phasenverschiebung zwischen der Spannung und den Feldern, die durch die seitlichen Verbindungsstücke der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Wicklungen des Motors hervor-
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eingezeichneten Brücken aus magnetischem Material, welche die seitlichen Verbindungsstücke umfassen ;
Fig. 6 stellt schematisch einen nach der Erfindung hergestellten Motor mit Doppelkernen dar ;
die Fig. 7 und 8 zeigen einen Teil der Stator-Lamellenkerne des in Fig. 6 veranschaulichten Motors in ihrer Ab- wicklung in einer Ebene und geben schematisch die relative Lage der primären seitlichen Verbindung- stücke der beiden Kern an, wobei die Richtung des Stromes für zwei verschiedene Fälle durch Pfeile angegeben ist ; die Fig. 9 und 10 zeigen Ausführungsformen des Motors nach Fig. 6 in Teilschnitten ; Fig. 11 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführung des Motors nach der Erfindung.
In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 der primäre Lamellenkern und mit 2 der sekundäre Kern bezeichnet, welche beide Ausnehmungen besitzen, in welchen die primären Wicklungen 3 bzw. die sekundären
Wicklungen 4 liegen. Mit zur ist das resultierende Feld bezeichnet, das im Zwischenraum durch die parallel zur Motorwelle liegenden Teile dieser Wicklungen erzeugt wird, während (1 das Fdd bezdchmt, das durch die primären seitlichen Verbindungsstücke hervorgerufen wird ; 91 ist das Feld der sekundären Verbindungsstücke.
In Fig. 3 gibt E die zugeführte Spannung und e die sekundäre resultierende Spannung p n, die gegenE um 1800 verstellt ist ; Ef und ef bezeichnen die durch dieFelder < iUnd induzierten Spannungen, die gegenüber e und bzw. E um die Winkel K und ss verschoben sind. 3t und 4/ (F ; g. 4) bezeichnen die primären bzw. eskundären Verbindungsstücke einer Phase der Motorwieldungen.
Wie bereits vorhin bemerkt, ersieht man aus den Fig. l und 4, dass die Kraftlinien @1 und 91 infolge des Schneidens mit dem resultierenden Feld des Zwischenraums < & ,. aus ihrer Bahn abgelenkt sind ; diese
Verzerrung oder Verdrehung, die nur schematisch dargestellt ist, verursacht eine Wechselwirkung zwischen den seitlichen Feldern und dem Zwischenraumfeld.
Fügt man weiters zu den magnetischen Kreisen der durch die seitlichen Verbindungsstücke hervor- gerufenen Fdder, wie aus Fig. 5 ersichtlich, zusätzliche magnetische Brücken 6 hinzu, welche die primären und sekundären seitlichen Verbindungsstücke umschliessen, so erleichtert man infolge der Zugabe eines magnetischen Weges von geringerer Reluktanz die Lagerung der primären seitlichen Felder um die sekun- dären seitlichen Verbindungsstücke. Bemerkt möge werden, dass in der Fig. 5 die Zusatzbrücken nur zur besseren Erläuterung dargestellt sind und kein Zwischenraum für das Drehen des sekundären in bezug auf den primären Kreis belassen wurde.
Bei der Ausführung nach Fig. 6 sind die primären Lamellenkerne 1 in der üblichen Weise am
Gehäuse 7 befestigt, während die sekundären Kerne 2 auf einem Zylinder 11 aus magnetischem Material sitzen, und wobei der zwischen den beiden gekuppelten Rotoren liegende Zylinderteil dazu dient, den magnetischen Kreis der Felder zu einem U zu vervollständigen, die durch die seitlichen Verbindungs- stücke hervorgerufen werden, welche zwischen den zwei Stator-und Rotorpaaren liegen. Der Zylinder 11 und die Kerne 2 sind mit der gemeinsamen Motorwelle fest verbunden.
Die seitlichen Verbindungsstücke der primären Wicklung 3 sind möglichst symmetrisch angeordnet, desgleichen auch die seitlichen Ver- bindungsstücke der sekundären Wicklung 4 ; eine Käfigwicklung ist für diese Motorgattung tunlichst zu vermeiden. Bei einem Motor dieser Ausführungsart ist es vorzuziehen, nur die Felder auszunützen, welche durch'die zwischen den vier Lamellenkernen befindlichen seitlichen Verbindungsstücke hervorgerufen werden ; demzufolge ist ein besonderer magnetischer Kreis nicht erforderlich, um die anderen ausserhalb der beiden Kernpaare enthaltenen seitlichen Verbindungsstücke zu umgeben. Die sekundären Wick- lungen 4 der beiden Rotoren können entweder in Serie geschaltet oder jede für sich kurzgeschlossen sein.
. In den Fig. 7 und 8 sind schematisch die primären Dreiphasenwicklungen des Motors nach Fig. 6 veranschaulicht und in einer der Phasen ist die Richtung des Speisestromes für zwei verschiedene Fälle eingezeichnet : Bei der durch die Pfeile Fig. 7 bezeichneten Richtung des Speisestroms summieren sich die magnetmotorischen Kräfte der seitlichen Verbindungsstücke, während sie sich bei der in Fig. 8 ver- anschaulichten Richtung aufheben. Es sind dies die beiden Grenzfälle für maximales und minimales
Seitenfeld, die zur Regelung des Motors verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist das Gehäuse 7 zum Schliessen des seitlichen magnetischen Kreises nicht herangezogen, sondern es ist der Zwischenraum zwischen den beiden Armen des U freigelassen. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, umfasst das primäre seitliche Feld fizz sowohl die seitlichen Verbindungsstücke, welche es hervorrufen, als auch die sekundären seitlichen Verbindungsstücke 4, während das durch diese letzteren erzeugte Feld (pi grösstenteils ein Streuungsfeld ist, da es die primären Verbindungsstücke nur mit einem geringeren Teil seiner Kraftlinien umfasst.
Bei dieser Ausführungsform ist der magnetische Kreis geschaffen, der am besten den vorhin erwähnten Grundbedingungen entspricht, nämlich der Schaffung eines magnetischen Kreises in U-Form, um die Kraftlinien des primären seitlichen Feldes zu zwingen, die sekundären seitlichen Verbindungsstücke zu umfassen und weiters die seitlichen Felder (sowohl die primären als auch sekundären) zu zwingen, die Kraftlinien des Zwischenraumfeldes zu schneiden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 sind mit 13 und 14 zwei auf der Motorwelle verschiebliche Büchsen bezeichnet, die sich in Flanschen der Hauben des Motors einfügen. Es ist klar, dass diese Büchsen sowohl den Zylinder als auch die bei den anderen Ausführungsformen verwendeten einzelnen Querstücke 11 ersetzen.
Durch Verschieben dieser Büchsen kann nicht nur die Reluktanz des seitlichen magnetischen Kreises geändert, sondern derselbe auch in dem Teil unterbrochen werden, der der Basis des Kreises in U-Form entspricht, wie dies aus der strichliert gezeichneten Stellung der Büchsen hervorgeht.
Während man bei der Ausführungsform nach Fig. 6 nur den magnetischen Kreis der zwischen den vier Lamellenkernen eingeschlossenen seitlichen Verbindungsstücke ausnützt und dadurch diese Kerne für einen grossen Teil des seitlichen magnetischen Kreises verwendet, ist dies bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführung nicht möglich, weil der grösste Teil dieses Kreises in den Büchsen und Hauben erscheint, die selbstverständlicherweise nicht aus Lamellenmetall sein können. Es wird demzufolge vorzuziehen sein. diese letztere Ausführungsform nur für das Anlassen und für die Verbesserung des Leistungsfaktors bei geringer Belastung zu verwenden.
Man kann versuchen, die durch den erfindungsgemässen Motor erreichten Vorteile durch die nachfolgenden Erscheinungen zu erklären : Dadurch, dass die Kraftlinien des Feldes #1 die sekundären seitlichen Verbindungsstücke umfassen, entsteht eine Herabminderung der primären seitlichen Streuungfelder und eine induktive Energieübertragung vom Primär- zum Sekundärkreis, während das Schneiden der Kraftlinien-die sowohl durch die primären als auch durch die sekundären seitlichen Verbindungs- stücke erzeugt werden-mit dem Zwischenraumfeld #r eine Wechselwirkung zwischen den seitlichen
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entgegengesetztem Sinne verzerrt.
Demzufolge sind die von den primären und bzw. sekundären seitlichen Verbindungsstücken verursachten magneto-motorischen Kräfte in erster Linie gehindert, eine gemeinsame Resultierende zu erzeugen und zweitens ist das Sekundärfeld (jìl verhindert, auf das primäre magn ? tisierende Feld < 1 zu wirken.
Das Feld < 1 hat füglich einen proportionalen Wert zum Wert des Stromes in der Primärwicklung und die Phase des Primärstromes, während das sekundäre Feld 9"da es gehindert ist, auf das Feld < 1 zu wirken, wegen der erwähnten Verzerrung in denselben Wicklungen eine Reaktionsspannung induziert, welche der zwischen tpi und < 1 fehlenden Reaktion entspricht und vom selben Wert, aber entgegengesetzt gerichtet zur Spannung ist, die durch das Feld fl) l induziert wird.
Da die Grundbedingung für Gleichgewicht jene ist, dass die Resultierende der Spannungen, die in den primären und sekundären Wicklungen sowohl von den Stirnfeldern als auch vom Zwischenraumfeld induziert werden, in Gleichgewicht ist mit der Speisespannung, so muss, wenn das sekundäre Stirnfeld teilweise oder zur Gänze ein Streufeld ist, die demzufolge in der primären Wicklung fehlende E. M. K. durch eine E. M. K. ersetzt werden, die durch das Zwischenraumfeld (Spaltfeld) in dieser Wicklung induziert wird.
Da anderseits die durch das Feld (pi in der Primärwicklung induzierte Spannung eine Gegenspannung ist, d. h. durch ein Feld erzeugt wird, das mit dem Sekundärstrom in Phase ist, so muss sich das Zwischenraumfeld verstellen, um eine gleiche Spannung zu induzieren ; um diese Verschiebung durchzuführen, muss die sekundäre magneto-motorische Kraft einen grösseren Wert als die primäre magnetomotorische Kraft erreichen.
Aus dem Vorhergesagten ergibt sich, dass, wenn das sekundäre Seitenfeld teilweise oder zur Gänze ein Streufeld ist, der Wert der Ampère-Windungen des sekundären Kreises grosser sein wird als der
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korresondierende Wert des Primärkreises. Diese Charakteristik, die vollständig verschieden ist von allen bekannten Induktionsmaschinen, ändert hauptsächlich die Wirkungsweise der Maschinen nach vorliegender Erfindung.
Die gleichen Vorgänge konn-n auch unter Bezugnahme auf das Schema der Fig. 3 erläutert werden.
Das in Phase mit dem Primärstrom befindliche Seitenfeld #1 wird in den umfassten primären und sekundären Wicklungen eine Spannung ef induzieren, die gegen Cl um 900 zurück und in bezug auf die resultierende Spannung e, welche die zugeführte (Speise-Spannung E ins Gleichgewicht bringen soll,
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jedem Falle wird das Feld #r einen geringcrenWert haben, da die Spannung der parallel zur Welle liegenden primären Wicklungsteile in bezug auf die vom Seitenfeld #1 erforderte Spannung, die durch keine
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sein müssen.
Zusammenfassend seien nachstehend die funktionellen Kennzeichen des Motors angeführt :
As Das magnetische Feld im Zwischenraum trägt nicht zur Energieübertragung auf den Sekudär- krds bei, da es in bezug auf die magneto-motorischen Kräfte, die durch den Sekundärkreis verursacht
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um ein Drehpaar zu erzeugen, während bei den Asynchron-Induktionsmaschinen das Drehpaar im Zwischenraum hervorgerufen wird.
C. Das in den Maschinen nach der Erfindung aufscheinende Drehpaar entsteht durch die Reaktion des primären seitlichen Feldes Cl auf die sekundären Wicklungsteile parallel zur Maschinenwelle, Dieses
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wie auch bei den gewöhnlichen Induktionsmotoren, der Geschwindigkeit des Motors, kann durch drei grundlegende Massnahmen geändert werden :
1. Indem man unmittelbar den Wert des Feldes < & i, d. h. des Stromes für den Primärkreis ändert ;
2. indem man die-en Wert indirekt ändert : 3. indem man den Wert der Spannung ändert, die durch das erwähnte Feld im Sekundärkreis induziert wird.
Um den Wert des Feldes #1 direkt zu ändern, ändert man durch eines der bekannten Regelungs- systemedieaufgedrückteSpannung.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Doppelmotor kann der (Summen-) Wert der primären seitlichen @ Felder #1 geändert werden, indem man allmählich vom maximalen Wert - die-er tritt auf, wenn der
Strom in den zeitlichen Verbindungsstücken der beiden Primärkreise die elbe Richtung hat (s. Fig. 7) #
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(welche Verstellung man mit Hilfe ein-r beliebigen geeigneten mechanischen Einrichtung allmählich vollziehen kann) oder durch allmähliche Änderung der Phase einer Wicklung in bezug auf die andere, bis sie in Opposition gebracht sind.
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Da die induktive Energieübertragung, wie erläutert, ausschliesslich vom primären seitlichen Feld erfolgt, welches die sekundären seitlichen Verbindungsstücke vollständig umfasst, und da das sekundäre seitliche Feld auf das primäre wegen der erläuterten Verzerrung nicht wirkt, so sind die primären seitlichen Streuungsfelder praktisch gleich Null.
Diesem Umstände ist hauptsächlich der höhere Wert des Leistungsfaktors zu danken. den man für alle Geschwindigkeiten bei den erfindungsgenäss hergestellten Maschinen feststellen kann.
Obgleich im besonderen ein Motor mit zwei Statoren und zwei Rotoren beschrieben und dargestellt ist. ist das Hinzufügen des Zylinders und der Verbindungsstücke aus magnetischem Material, welche die Basis des U-förmigen Stromkreises bilden, auch bei einer Maschine mit nur einem Stator und nur einem Rotor ausführbar und hiebei verwendet man die Hauben zur Bildung dieses U-förmigen Kreises.
Wie bereits erwähnt, ist jedoch die Ausführung mit zwei Statoren und zwei Rotoren vorzuziehen, weil hiebei der grösste Teil der seitlichen magnetischen Kreise in Lamellenmaterial verläuft.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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diesen aus ihrer Richtung abgelenkt werden (Fig. 1).