Kompensierter Asynchronmotor mit Rotorspeisung. Die Erfindung hat den Zweck, die Kom mutierung von kompensierten Asynchronmo toren mit Rotorspeisung, deren Kompensations spannung in einer zusätzlichen Kommutator wicklung des Rotors erzeugt wird, zu ver bessern.
Fig. 1 beiliegender Zeichnung zeigt sche matisch ein zweipoliges Ausführungsbeispiel eines solchen Motors. Die obere Hälfte der Fig. 1 stellt den Stator und den Anlasser f dar. Die untere Hälfte stellt den Rotor dar, mit horizontaler Welle gg, nach einer fiktiven Umklappung der Wicklungen a, c in die Bildebene; die Wicklung c ist trotz der ge zeichneten Unterbrechungen als geschlossen aufzufassen.
Die Primärwicklung wird durch die Läufer phasenwicklung a gebildet, die durch die Schleifringe d mit dem Netz RST in Ver bindung steht. Auf dem Läufer ist ausserdem eine aus wenig Windungen bestehende ge schlossene Gleichstromwicklung c (Kompen sationswicklung) angeordnet, die in den Nuten der Phasenwicklung untergebracht sein kann und die an einen Kommutator e angeschlossen ist; auf letzterem ist ein einfacher, beweg licher Bürstensatz angebracht, bestehend aus drei unter 120 versetzten Bürsten.
Auf dem Ständer befindet sich die dreiphasig ausge bildete Sekundärwicklung b, in offener Schal tung; diese Wicklung ist einerseits, bei x, y, z, über die Bürsten an die Kompensationswick lung, anderseits, bei u, v, w, an den An lasser f angeschlossen; somit wird der Se kundärteil durch eine einfache Reihenschal tung von Kompensationswicklung, Sekundär wicklung b und Anlasser gebildet. Unter Vor aussetzung eines untersynchronen Ganges sind die Rotorgeschwindigkeit w, die absolute Feld geschwindigkeit @ und die Geschwindigkeit Q = w + @ des Feldes relativ zum Rotor durch Pfeile dargestellt.
Die Erfindung gestattet, die Kommutie rung solcher Maschinen zu verbessern, ohne dass die Herstellung des Kommutators und der Kommutatorwicklung verteuert wird.
Die für das Verhalten des Kommutators massgebende Funkenspannung f ergibt sich durch das Zusammenwirken zweier Teilspan nungen von der Schlupffrequenz
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die sich vektoriell addieren. Die beiden Teilspan nungen werden Transformatorspannung t und zusätzliche Stromwendespannung oder Nuten reaktanzspannung w genannt. Die erste wird durch die Bewegung, mit Geschwindigkeit Q, des gemeinsamen Feldes relativ zum Rotor erzeugt, wie die Kompensationsspannung; zu letzterer steht sie jedoch in Quadratur (weil ihr Sitz nicht in den aktiven, sondern in den momentan kurzgeschlossenen Spulen liegt), und zwar bei Untersynchronismus voreilend.
Die zweite wird von der Umkehrung der Nutenstreufelder während der Kommutierung erzeugt; sie hat die Phase des Sekundär stromes J2; bei konstanter Permeabilität va riiert sie proportional zum Produkt w J2.
Ideal wäre es, wenn die beiden Teilspan nungen gleich gross und entgegengesetzt ge richtet wären, weil dann die Funkenspannung verschwinden würde. Durch die Erfindung lässt sich nun erreichen, dass bei normaler Belastung die beiden Teilspannungen wenig stens angenähert einen Winkel von 180 bil den, was schon eine wesentliche Reduktion der Funkenspannung gegenüber dem Bekann ten bewirken kann, wie an Hand der Dia gramme Fig. 2 und 3 klar gemacht werden soll. Abgesehen vom Kreise K, betrifft Fig. 2 die bisherige Kompensation und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beide Fi guren sind Zeitdiagramme, zu deren Ablei tung nicht nur primärer Ohmscher Wider stand und Hysteresis vernachlässigt wurden, sondern auch noch die magnetisierende Wir kung der Kompensationswicklung. Die kon stante primäre Spannung ist als vertikaler Vektor p eingetragen.
Der Uhrzeigerdrehung entspricht Nacheilen im Primärkreis (daher auch im Sekundärkreis bei Untersynchronis mus).
In Fig. 2 ist K der Heylandsche Kreis mit dem Mittelpunkt M für den unkompen- sierten Asynchronomotor. In geeigneten Mass- stäben bedeutet also für einen bestimmten Belastungsfall (gezeichnet ist der Fall von normaler Belastung) A C den Primärstrom, C B den Sekundärstrom, A B die Magneti sierungskomponente des Primärstroms. Variiert @ von 0 bis @, so wandert C von B bis D.
Für den kompensierten Motor tritt an Stelle des Heylandschen Kreises der wesent lich grössere Kreis KI mit dem Mittelpunkt M1; K1 geht durch D. Für einen bestimmten Belastungsfall gibt dabei A C1 den Primär strom, C1B den Sekundärstrom; die Magneti sierungskomponente A B ist nicht mehr ein Bestandteil des Primärstromes, sondern des Sekundärstromes. Variiert @ von 0 bis @@, so wandert Ci von E1 bis D.
Nach der bisherigen Regel liegt M1 auf der Horizontalen durch M, indem dem Bürst- einstellungswinkel a der Wert
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a1, ge geben wird. Würde man a von 0 bis 2 n ändern, so würde der Kreis K1 immer noch durch D gehen, sein Mittelpunkt M1 würde aber den Kreis m1 beschreiben, dessen Radius proportional der Grösse der Kompensations spannung ist, die selbst richtungsgleich mit M1 M ist; der Punkt E1 (für @ = 0) und der Punkt D (für @ = @@) blieben diametral ent gegengesetzt (vergleiche Schmitz, Elektrotech nik und Maschinenbau, Jahrgang 1923, Seite 745-747, und Heyland, Elektrotechnische Zeitschrift, Jahrgang 1903, Seite 584-586).
In Fig. 3 ist der Heylandkreis K2 für einen im zweiten Quadranten liegenden Wert a2 des Bürsteneinstellungswinkels und eine höhere Kompensationsspannung gezeichnet. Es liegt daher der Mittelpunkt M2 unter B M und auf einem Kreise m2, der grösser ist als M1. Der Punkt E2 (für @ = 0) fällt nicht mehr mit dem Leerlaufpunkt L2 zusammen, sondern liegt tiefer.
In Fig. 2 und 3 sind nun für den Fall normaler Belastung die Transformatorspan nung tl bezw. t2, dem Vektor M1 M bezw. M2 M um 90 voreilend, und die zusätzliche Stromwendespannung ivi bezw. zv 2, richtungs gleich mit Cl <I>B</I> bezw. C2 B, von Maus ein- getragen, ebenso deren vektorielle Summe, die Funkenspannung f1 bezw. f2.
Man sieht nun, dass die Funkenspannung f2, Fig. 3 viel kleiner ist, als die Funken spannung fi, Fig. 2. Die Verkleinerung ist auf die veränderte Lage des Vektors der Transformatorspannung zurückzuführen, die durch Verstellung der Kommutatorbürsten erreicht worden ist. Während der Winkel von t1 mit w1 beträchtlich von 180 abweicht, ist der Winkel von t2 mit w2 angenähert 180 . (Durch eine weitere Vergrösserung von a2 könnte man t2 in Gegenphase mit w2 bringen.) Die Veränderung der Bürstenstellung äu ssert sich beim kompensierten Asynchron motor auch in einer Veränderung der Dreh zahl. Bei der Einstellung nach Fig. 2 hat der Motor im Leerlauf @ = 0, also die glei che Drehzahl wie der unkompensierte Asyn chronmotor; bei der Einstellung nach Fig. 3 ist seine Leerlaufdrehzahl niedriger, weil E2 tiefer als L2 liegt.
Man kann somit als Merk mal der Bürsteneinstellung nach Fig. 3 an geben, dass die Leerlaufdrehzahl niedriger ist als die des unkompensierten Asynchronmotors.
Wie gesagt, ist die Kommutatorspannung nach Fig. 3 grösser gewählt als nach Fig. 2. Andernfalls würde man durch die Verschie bung der Kommutatorbürsten von M1 nach M2 die Kompensierung des Motors vermin dern.
Bei Maschinen von geringerer Leistung kann das Verhältnis der zusätzlichen Strom wendespannung w2 zur Transformatorspan nung t2 ungünstig gering sein. Um w2 zu erhöhen, kann man die Nutenreaktanz der Kommutatorwicklung durch an sich bekannte
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torwicklung in eisengeschlossenen Nuten ver legt werden; liegen Primärwicklung und Kommutatorwicklung in den gleichen Nuten, so kann der gewünschte Eisenschluss durch Bleche bewirkt werden, die man zwischen beiden Wicklungen in die Nuten einlegt. Die magnetische Sättigung dieser Blecheinlagen ist geeignet, die Abhängigkeit der Strom wendespannung von der Grösse des Sekundär stromes zu vermindern.