Kompensierte Asynchronmaschine. Nachstehend anhand von Ausführungs beispielen beschriebene Erfindung bezweckt die völlige Kompensation der Phasenverschie bung einer Asynchronmaschine durch Er zeugung der Kompensationsspannung in der Maschine selbst mittelst einer zweiten, auf dem primären Teil aufgebrachten Wicklung und mit Kommutator.
Eine solche Kompensationsanordnung für einen asynchronen Drehstrommotor ist in der Abb. 1 beispielsweise dargestellt. Die Primär wicklung wird hier zweckmässig durch die Läuferphasenwicklung (a), die Sekundärwick lung durch die Ständerphasenwicklung (b) gebildet. Die Läuferwicklung steht durch die Schleifringe (d) mit dem Netz (RST) in Ver bindung. Auf dem Läufer ist ausserdem eine aus wenig Windungen bestehende Gleich stromwicklung (c) (Kompensationswicklung) angeordnet, die in den Nuten der Phasen wicklung untergebracht sein kann und die mit einem Kollektor (e) versehen ist, auf dem ein einfacher Bürstensatz angebracht ist, bestehend aus drei unter 120 elektrisch ver setzten Bürsten, die in Reihe mit der Ständer- Wicklung (b) geschaltet sind, so dass sich der sekundäre Stromkreis über den Bürsten in der Kompensationswicklung schliesst.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende Die beiden Wicklungen im Läufer sind transformatorisch miteinander verkettet. Wird die Phasenwicklung (a) an die Netzspannung angeschlossen, so entsteht in der Gleichstrom wicklung (c), da das Drehfeld bei allen Be lastungen nahezu unveränderlich bleibt, un abhängig von der Drehzahl des Motors eine bestimmte, praktisch konstante Spannung von der Netzfrequenz. Da nun das Hauptfeld relativ zu den Bürsten mit der Schlupffrequenz umläuft, so wird diese Spannung der Gleich stromwicklung durch die Bürsten auf die Schlupffrequenz kommutiert. Diese Spannung, die die gleiche Frequenz wie die Sekundär spannung (Schlupfspannung) hat, wird nun mit dieser direkt in Reihe geschaltet.
In die Kompensationswicklung fliesst also über die Kommutatorbürsten der volle Strom der Sekundärwicklung, der sich aus Arbeits- und Magnetisierungsstrom zusammensetzt. Bei ge- eignetet Grösse der Kompensationsspannung und bei geeigneter Bürstenstellung wird im Stator eine voreilende Phasenverschiebung und damit eine völlige Kompensation des zugeführten Netzstromes bewirkt oder phasen voreilender Strom in das Netz geliefert. Alle diese Ausführungen gelten für Asynchron motoren beliebigen Ein- oder Mehrphasen systems, auch dann, wenn sie als Asynchron generatoren verwendet werden. Wird der Primärstrom nicht demn Rotor, sondern dem Stator zugeführt, so liegen Kompensations wicklung und Kommutator auf dem Stator, während die Stromzuführung zum Sekundär teil durch rotierende Bürsten erfolgt.
Mit Hilfe der Erfindung kann durch be sondere, nachstehend beschriebene Massnahmen eine vollständige Kompensation des zuge führten Stromes auf cos o = 1 für alle Be lastungen und bei nur einer bestimmten festen Bürstenstellung erzielt werden. Die grösste Wirkung der durch die Kompensations wicklung erzeugten Spannung wird theoretisch dann erzielt, wenn die Bürstenstellung so gewählt wird, dass der Vektor der Kompen sationsspannung senkrecht zum Vektor der Schlupfspannung steht. Bei einer Verdrehung unm 90 elektrisch gegen diese Stellung fällt die Kompensationsspannung in die Richtung der Schlupfspannung und wird daher wir kungslos (neutrale Bürstenstellung).
Wird die Kompensationsspannung nuln so gross gewählt, dass in der günstigsten Bürstenstellung bei Vollast völlige Kompensation, also cos c =1, erzielt wird, so wird die cos c-Kurve bei verschiedenen Belastungen ungefähr nach Abb. 3 verlaufen. Bei Leerlauf ist demnach der Motor stark überkompensiert, während bei Überlast nur eine ungenügende Kompen sation erreicht wird. Diese erhebliche Über kompensation für Leerlauf und Teillast ist im allgemeinen nicht erwünscht, da im Motor erhöhte Verluste auftreten. Einre Veränderung der Bürstenstellung bewirkt nur eine Ver minderung der Kompensation, ändert aber den Charakter der Kurve nicht, so dass es den Anschein hat, als ob, um cos p = 1 zu erreichen, für jede Teillast eine besondere Bürstenstellung erforderlich wäre.
Es wird nun die Kompensationsspannung erheblich grösser (annähernd doppelt so gross) gewählt als dies nach vorstehender Überlegung er forderlich wäre. Ermittelt man nunmehr die cos p-Kurven bei verschiedenen Belastungen in Abhängigkeit von der Bürstenstellung, so ergeben sich beispielsweise die in Abb. 4 dargestellten Schaulinien. Wie aus diesen hervorgeht, kann mit der vergrösserten Kom pensationsspannung eine bestimmte Bürsten stellung gefunden werden, bei der für alle Belastungen (in die Abbildung sind die Kur ven für Leerlauf, 1/2, Voll- und 1 1/2 Last eingezeichnet) der cos q praktisch = 1 ist. Die Bürstenstellung ist dabei nicht mehr um 90 , sondern um einen Bruchteil von 90 (etwa 20-30 elektrisch) gegen die neutrale verschoben.
Die in der Kommutatorwicklung erzeugte Spannung ist ausserordentlich gering. Es ge nügen in der Regel eine oder zwei Windungen pro Lamelle, um eine vollständige Kompen sation zu erzielen. Bei grösseren Motoren ist es unter Umständen sogar nötig, Parallel schaltung von Wicklungsteilen vorzunehmen. Ist auch diese Massnahme nicht ausreichend, so kann die Kompensationswicklung nur in einem Teil der Primärnuten, beispielsweise in jeder zweiten Nut verlegt oder auch der Wicklungsschritt verkürzt werden. Auch ist es möglich, nur einen Teil des Hauptkraft flusses zur Erzeugung der Kompensations spannung zu benutzen, indem beispielsweise die Stirnverbindungen der Kompensations wicklung in einen der Luftschlitze verlegt werden.
Für die aus nur wenigen Windungen bestehende Kompensationswicklung genügt ein sehr kleiner Kommutator, der aus wenigen Lamellen zusammengesetzt ist. Die Kom mutierung bereitet bis zu hohen Leistungen des Motors keine Schwierigkeiten. Die Kom pensationswicklung kann auf den Grund der Rotornuten eingebettet werden, so dass man Kompensationswicklung und Sel-undärwick- lung fertigstellen kann, ohne die Betriebs spannung zu kennen, ein Umstand, der für die Massenherstellung von Vorteil ist. Der Kommutator kann beliebig, am besten zwischen Schleifringen und Rotoreisen ange ordnet werden.
Zum Anlassen des kompensierten Motors kann ein Anlasswiderstand (Abb. 1) verwen det werden in der Weise, dass die Sekundär wicklung zunächst an den Anlasser ange schlossen wird und nach beendetem Anlassen und Abschalten des Anlassers die Kompen sationswicklung an die Sekundärwicklung mittelst eines Schalters (g) gelegt wird. Es kann auch der Anlasser erst nach dem Ein schalten der Kompensationswicklung abge trennt werden, wodurch zwar eine Unter brechung vermieden, die Kompensationswick lung jedoch, wenn auch nur kurzzeitig, kurz geschlossen wird.
Beide Übelstände lassen sich erfindungs gemäss dadurch vermeiden, dass der Anlasser gleich von vornherein in Reihe mit der Kom- pensations- und Sekundärwicklung, und zwar zwischen beide Wicklungen geschaltet wird.
Die Kompensationswicklung bleibt somit auch während des Anlassvorganges einge schaltet, und der Anlassvorgang geht ohne Unterbrechung von statten. Ist beispielsweise die Sekundärwicklung dreiphasig ausgeführt, so kann ein normaler dreiphasiger Anlasser verwendet werden, bei dem der Sternpunkt aufgelöst und weitere drei Klemmen hinzu gefügt werden. Diese Schaltung bedingt also für eine dreiphasige Anordnung drei Primär klemmen, drei Sekundärklemmen, drei Klem men für die Kompensationswicklung und sechs Klemmen für den Anlasser.
Eine bedeutende Vereinfachung dieser Reihenschaltung von Sekundär-, Kompen sationswicklung und Anlasser lässt sich durch die in der Abb. 2 beispielsweise dargestellte Schaltung erzielen. Die dreiphasig ausgeführte Sekundärwicklung besitzt hier eine offene Schaltung, d. b. der Nullpunkt ist aufgelöst und die drei Wicklungsenden x, y, z sind herausgeführt. Diese drei Enden werden nun an die Kompensationswicklung durch An schliessen an die Bürsten gelegt, während die andern drei Enden mit einem normalen An lasser verbunden sind. Da die Kollektor- bürsten in der Maschine selbst direkt mit den drei Wicklungsenden der Sekundärwick lung verbunden werden können, so erhält die Maschine nur drei Primär- und drei Sekundär klemmen und der Anlasser ebenfalls nur drei Klemmenanschlüsse.
Es werden somit durch diese Schaltung der Sekundärwicklung sechs Klemmenausführungen erspart, während der Anlasser selbst völlig normal auszuführen ist.