Asynchrone Kaskadenmaschine. Die bekannte Kaskadenschaltung zweier Asynchronmaschinen hat den Nachteil, dass die Phasenverschiebung eine ausserordentlich ungünstige ist. Sie hat deshalb auch in der Praxis sehr wenig Anwendung gefunden und ist ohne Bedeutung geblieben. Die Erfindung erstreckt sich auf eine Verbesserung dieser Kaskadenschaltung und hat zum Gegen stand eine .asynchrone Kaskadenmaschine, bestehend aus zwei gekuppelten Asynchron maschinen, wobei der Strom dem Primärteil des ersten Motors zugeführt wird und seine Sekundärwicklung den primären Teil des zweiten Motors speist, mit dem Kennzeichen, dass der zweite Motor im Primärteil mit einer Kommutatorwicklung versehen ist, die mit dem Sekundärteil des Motors über die Kom mutatorbürsten in Reihe geschaltet ist, zu dem Zweck, den Kaskadenmotor zu kompen sieren und seine Drehzahl zu regeln.
Eine solche Einrichtung ist in Abb. 1. beispielsweise dargestellt. Die Maschine der Abb. 1 besteht aus zwei mechanisch gekup- pelten Drehstrommaschinen mit normalen Ständer- und Läuferphasenwicklungen a, b, c, d. Die Primärwicklung des ersten Motors liegt im Ständer, die Sekundärwicklung im Läufer. Dagegen liegt die Primärwicklung des zweiten Motors im Läufer, die sekundäre im Ständer. Die Wicklungen b und c sind derart miteinander verbunden, dass die Dreh felder entgegengesetzt umlaufen. Die Netz spannung wird der Primärwicklung des er sten Motors zugeführt. Die Schaltung ent spricht somit zunächst der bekannten Kas kadenschaltung. Es wird nun im Läufer des zweiten Motors eine kleine Gleichstromhilfs wicklung e untergebracht, die .an einen Kom mutator f angeschlossen ist.
Die Ständer phasenwicklung d des zweiten Motors ist in offener Schaltung ausgeführt und einerseits mit den Kollektorbürsten, anderseits mit dem Anlasser verbunden, so dass Sekundärwick lung, Gleichstromhilfswicklung und Anlasser mit Hilfe der Kommutatorbürsten in Reihe geschaltet sind.
Die Wirkungsweise der Kaskadenschal tung von Asynchronmotoren ist bekannt. Mit Hilfe der vorbeschriebenen zusätzlichen Einfügung einer Gleichstromhilfswicklung in den Sekundärkreis ist es entsprechend dem Patent Nr. 105336 vom 9. Juli 1923 mög lich, nicht nur den zweiten Asynchronmotor allein völlig zu kompensieren, sondern auch noch voreilende Phasenverschiebung im Läu fer des ersten Motors zu erzeugen, die bei geeigneter Grösse der Kompensationsspan nung eine völlige Kompensation oder Über kompensation des primär zugeführten Netz stromes ermöglicht. Das Anlassen erfolgt in derselben Weise wie nach Patent Nr. 105336 durch allmähliches Kurzschliessen der Se kundärwicklung des zweiten Motors mittelst Anlasserwiderstandes.
Bezeichnet man die synchrone Drehzahl mit n, die Polpaarzahlen beider Motoren mit p1, p2, die Netzfrequenz mit c, so ist bekanntlich c#60 n = p1 + p2 Die Drehzahl entspricht somit der Summe der Polzahlen.
Es ist möglich, die Läuferspannung der ersten. Maschine derart zu wählen, dass sie der gewünschten Kompensationsspannung entspricht, so dass die Läuferwicklung des zweiten Motors direkt mit dem Kommutator verbunden werden kann und eine zweite Läu ferwicklung damit erspart wird. Abb. 2 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel. Statt die Primärwicklung des Hintermotors und ,die Kollektorwicklung getrennt auszuführen, wobei sie nur transformatorisch miteinander gekuppelt sind, kann man sie auch elektrisch miteinander verbinden, wie dies in Fig. 3 angegeben ist. Diese Schaltung der beiden Wicklungen stellt eine Analogie zu der be kannten Sparschaltung von Transformatoren dar.
Beim Anlasen des Motors wird zunächst infolge der bei Stillstand entsprechend höhe ren Läuferspannung des ersten Motorsau auch eine höhere Spannung an den Kollektorbür sten als im normalen Betrieb auftreten. Dies kann unter Umständen ein Feuern der Bür sten beim Anlassen hervorrufen, was ver mieden werden kann, wenn ein Anlasser in den P@@@ärkreis des zweiten Motors einge- schaltet wird. In Abb. 4 ist beispielsweise die Schaltung eines Anlassers in dieser Weise ausgeführt. Die Läuferwicklung des ersten Motors besitzt hierbei offene Schaltung und ist einerseits mit der Läuferwicklung des zweiten Motors, anderseits mit auf der Welle sitzenden ,Schleifringen verbunden, an die der Anlasser mit Hilfe von Bürsten angeschlos sen ist.
Mit Hilfe dieser Schaltung wird beim Beginn des Anlassens die Spannung des Se kundärankers der ersten Maschine zum gröss ten Teil im Anlasswiderstand vernichtet, so dass die Primärwicklung der zweiten Ma schine, deren Sekundärteil kurzgeschlossen ist, nur eine geringe Spannung erhält. Die Kommutatorwicklung wird, da sie transfor- matorisch verkettet ist, ebenfalls nur geringe Spannung aufweisen und damit ein praktisch funkenfreies Anlassen ermöglichen. Es ist auch möglich, die Läuferwicklung des zwei ten Motors in offener Schaltung auszuführen und einerseits mit der Läuferwicklung des ersten Motors, anderseits mit Hilfe von Schleifringen mit dem Anlasser zu verbin den. Die Wirkungsweise bleibt die gleiche.
Um die Schleifringe nach dem Anlassen zu entlasten, kann eine Kurzschluss- und Bür stenabhebevorrichtung in bekannter Weise angeordnet werden. Die kompensierte Kaskadenmaschine kann in gleicher Weise für Kin- und Zwei phasenstrom ausgeführt werden. Auch ein. Betrieb als synchroner Generator ist möglich.
Mit Hilfe der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt. Die niedrige Drehzahl vie ler Antriebe mit Motoren grosser Leistung (Walzwerke, Kompressoren) ist für die Ver wendung kompensierter Motoren kein Hin dernis mehr. So kann beispielsweise ein Drehstrommotor für eine Drehzahl von 375 in der Weise als Kaskadenmotor ausgeführt werden, dass die beiden Hälften je 8 Pole er halten. Der Kollektor erhält .dann nur 12 statt 24 Bürstenbolzen bei Ausführung als lwmpensierter Motor. 2'#Iaai kann noch weiter gehen und eine Unterteilung in 12 und 4 Pole vornehmen, wodurch .die Bürstenbolzen- zahl auf 6 herabgesetzt wird.
Die Kaskaden schaltung erleichtert die Ausführung der Kommutatorwicklung, die zur Kompensie- rung erforderlich ist. Wenn man kompen sierte Maschinen für grosse Leistungen in der einfachen Ausführung nach Patent Nr. 105836 baut, ist es schwierig, die Bürsten spannung so klein zu erhalten, wie man sie braucht. Bei der Kaskadenschaltung ver schwindet diese Schwierigkeit, weil bei der Erzeugung der Spannung in der Kommuta torwicklung nur ein Bruchteil der vollen Polzahl wirksam ist.
Durch den Anschluss der Netzspannung an den Ständer des kompensierten Kaskaden motors ist es erst möglich, kompensierte Hochspannungsmotoren zu bauen, wobei noch der Vorteil zur Geltung kommt, dass die Hochspannungswicklung für die geringe Pol zahl erheblich leichter auszuführen ist, und dass :offene Nuten zum Einlegen der Spulen verwendet werden < können. Schliesslich ist die Möglichkeit des Wegfallens jeglicher Schleifringe von grösster Bedeutung.
Ein weiterer Vorteil des Kaskadenmotors besteht darin, dass die Drehzahl innerhalb bestimmter Abstufungen in bekannter Weise -verändert, werden kann, wenn man die Kas kadenschaltung auflöst und die Motoren ein zeln betreibt. Dabei ist es vorteilhaft, zur Verminderung der Phasenverschiebung auch den. ersten Motor zu kompensieren, wobei der Netzstrom durch Schleifringe dem Rotor zu zuführen ist. Es können damit drei Dreh- zahlctufen erreicht werden, je nachdem man den ersten oder zweiten Motor einzeln oder beide Motoren Zusammen betreibt. Ein Bei spiel für eine solche Ausführung zeigt Abb. 5. Die Primärwicklung des ersten Motors liegt hier im Rotor, seine Sekundärwicklung kann mit der im Läufer liegenden Primär wicklung des zweiten Motors durch Schleif ringe verbunden werden.
Ausser den drei Hauptdrehzahlstufen können Zwischenstufen der im Sekundärkreis liegenden Vorschalt widerstände in bekannter Weise erzielt werden. Eine verlustlose Drehzahlregelung ist ausserdem unter Benutzung .des Verfahrens zur Drehzahlregelung kompensierter Motoren nach Patent Nr. 108578 möglich. Das dort angegebene Verfahren kann sinngemäss auf die Kaskadenschaltung übertragen werden, indem der Widerstand des Sekundärkreises des zweiten Motors verändert wird und gleichzeitig .eine Verdrehung der Regelspan nung gegen die Sekundärspannung entweder durch Bürstenverdrehung oder durch ent sprechende Schaltung der Sekundärwicklung erfolgt.
Eine andere Reguliermethode kann durch Veränderung der Regelspannung nach Grösse und Phase erzielt werden, indem die Sekun därwicklung des zweiten Motors in offener Schaltung ausgeführt und einerseits direkt mit dem einen Bürstensatz, .anderseits un- ier Zwischenschaltung eines Anlassers mit dem andern Bürstensatz verbunden ist zum Zwecke, die Regulierspannung nach Grösse und Phase zu ändern, wie beispielsweise nach dem Deutschen Reichspatent Nr. 260319 aus geführt ist. Abb. 6 zeigt ein Ausführungs beispiel einer derartigen Schaltung. Der Kommutator ist hier mit doppelten Bürsten sätzen ausgerüstet.
Die Sekundärwicklung des zweiten Mo tors ist hier ebenfalls in offener Schaltung ausgeführt und einerseits direkt mit dem einen Bürstensatz, anderseits unter Zwischen schaltung eines Anlassers mit dem' andern Bürstensatz verbunden. Die Bürstensätze können derart auf dem Kommutator verscho ben werden, dass eine der Grösse und Phase nasch veränderliche Regelspannung in den Sekundärkreis eingeführt und damit eine Re gelung der Drehzahl des KaskaJenmotors bei gleichzeitiger Kompensation erzielt wer den kann.
Zu den bereits erwähnten Vorzügen des kompensierten Kaskadenmotors kommt somit noch die Möglichkeit einer praktisch verlust losen Drehzahlregelung innerhalb weiter Grenzen.