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Synchronmotor.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Synchronmotor, welcher ohne jede Hilfsvorrichtung, wie Hilfsmotor oder Gleichstrom, an ein Wechselstromnetz angeschlossen, mit Belastung auf synchronen Gang kommt und in Synchronismus bleibt.
Das Anlassen von Sychronmotoren geschieht bisher in der Weise, dass man sie mittels einer äusseren Antriebskraft (Anlassmotors) anlässt und nach Erreichung der Synchron-Tourenzahl den Motor erregt und im Augenblicke des Synchronismus, der durch Phasenlampen oder Phasenvoltmeter angezeigt wird, an das Netz schaltet.
Bei dieser Art der Belastung kann der Motor nur leer, d. h. unbelastet angelassen werden, weil beim Anlassen unter Belastung die Leistung des Anlassmotors ebenso gross sein müsste, wie die des anzulassenden Synchronmotor.
Der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Motor, welcher mit Belastung auf synchronen Gang kommt, kennzeichnet sich dem bekannten gegenüber dadurch, dass er die Anordnung eines Hilfsmotors o. dgl. nicht erfordert.
Das Wesen der Erfindung besteht in der Unterteilung des Ankers in einen normalen Gleichstromanker mit Gleichstromkollektor und einen Polanker, in welchen der durch die Statorwicklung im Gleichstlomanker induzierte Wechselstrom als fluktuierender oder pulsierender Gleichstrom geleitet wird. Dies geschieht durch Vermittlung einer Umpolvorrichtung, die bei Erreichung des Synchronismus und nur in diesem Falle pulsierenden Gleichstrom in den Polanker leitet und indem dieser in richtigem Augenblicke erregt wird, wird die Maschine in Synchronismus mitgerissen.-
Gemäss der Erfindung ist-in den Erregerstromkreis ein Vorschaltwiderstand oder eine Drosselspule geschaltet, welche die Anwendung eines Anlassers mit drei Hauptstellungen gestattet.
In der ersten dieser Stellungen ist der Vorschaltwiderstand eingeschaltet, weshalb im Erregerkreis nur wenig Strom fliesst, in der zweiten wird der Erregerkreis kurz geschlossen, die Maschine erreicht den Synchronismus, es entsteht pulsierender Gleichstrom, das Netz reisst die Maschine in Synchronismus mit. In der dritten. Stellung sind die Rotoren miteinander verbunden und der Stator an das Netz geschaltet.
Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes besteht im Wesen in der Ausbildung des Nutenankers für den Gleichstrom und des Polankers als gemeinsamen Anker, wobei man auch die Wicklungen vereinigt, und zwar derart, dass man auf dem nunmehr
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anbringt, die nicht bloss auf der Kollektor-sondern auch auf der entgegengesetzten Seite an geeigneten Stellen abgezapft wird. Der Kollektor und die Umpolvorrichtung werden auch bei der vorliegenden Ausführung beibehalten, und zwar in der Weise, dass dieselben zweckmässig beiderseits des Ankers an der Welle angebracht werden, wobei von jeder Ankerspule zum Gleichstromkollektor in bekannter Weise eine Leitung abzweigt, während zur Umpolvorrichtung die erwähnten Abzapfungen führen.
Beim Anlassen des Motors wird demzufolge der durch die Statorwicklung in der Ankerwicklung induzierte Wechselstrom zum Umpoler geleitet, welcher die Umkehrung der negativen Kurvenhälften des Wechselstrorr es bewirkt, so dass bei Erreichung des Synchronismus pulsierender (fluktuierender) Gleichstrom in den Anker gelangt ; ist dieser im richtigen Moment erregt, so wird die Maschine im Synchronismus mitgerissen.
Bei einer weiterenAusführungsform des Eifindungsgegenstandes finden zwei voneinander getrennte Wicklungen Anwendung, wobei man in die Nuten der Gleichstromwicklung gleichzeitig auch die getrennte Wicklung für den fluktuierenden Gleichstrom einlegt.
Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise Ausführungsformen des Erfindunggegenstandes.'
Fig. zweigt einen Längsschnitt durch den Synchronmotor gemäss der Erfindung,
Fig. 2 das Schaltungsschema der beiden Rotoren,
Fig. 3 die Umpolvorrichtung in axonometrischer Darstellung,
Fig. 4 dieselbe Vorrichtung in aufgerolltem Zustande.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen das Schaltungsschema in den drei verschiedenen Stellungen des Anlassers.
Fig. 8 zeigt die Wicklungsart mit einer gemeinsamen Wicklung, während
Fig. 9 die Wicklungsweise für zwei getrennte Wicklungen in gemeinsamen Ankernuten veranschaulicht.
Zwei Rotoren 1 und 2 (Fig. I) sitzen auf gemeinsamer Welle 3 und bewegen sich in einem, im gemeinschaftlichen Stator 4 erzeugten mehrpoligen Magnetfeld. Die Polzahl ist
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von der Tourenzahl des Synchronmotor abhängig. Rotor 1 ist ein Nutenanker mit Gleich- tromwicklung und mit Gleichstromkollektor. 5, Rotor 2 ein Polanker mit Folgepolen, d. h. auf je einen Nordpol folgt je ein Südpol. Im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) besitzt der Polanker 2 vier Pole und erhält einen vierteiligen Kollektor 6, dessen gegen- überliegende Segmente leitend verbunden sind, um mit zwei, um 900 versetzten Bürsten 7 auszukommen. Die Bürsten 7 sind mit den Bürsten 8 des Ankers 1 verbunden.
Der in Fig. 2 schematisch in Form von vier Segmenten ausgebildete Kollektor besteht in Wirklichkeit z. B. aus'zwei voneinander isolierten ringförmigen Stromaufnehmern 9 und 10, deren jeder mit zwei Vorsprüngen 11 versehen ist, der in die entsprechende Aussparung 12 das anderen Stromaufnehmers eingreift. Vorsprünge 11 und Aussparungen 12 sind um r800 gegeneinander versetzt. 13 sind die Bürsten für die Wechselstromzuleitung, 14 die Bürsten für den pulsierenden Gleichstrom. Mit 15 sind einlegbare Segmente bezeichnet, durch deren Zu-und Abschalten die Stromschlussdauer beliebig geregelt werden kann.
Vollständigen Synchronismus des Motors vorausgesetzt, wird durch den rotierenden Umpoler die negative Kurvenhälfte des von der Maschine 1 dem Umpoler zugeführten Wechselstroms in eine positive umgekehrt und auf diese Weise fluktuierender Gleichstrom erzeugt und abgenommen.
Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen die den verschiedenen Stellungen des Anlassers entsprechenden Schaltungsweisen.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist zwischen Anker 1 und 2 ein Widerstand 16 oder eine Drosselspule geschaltet. Bei der der ersten Stellung des Anlassers entsprechenden Schaltung nach Fig. 5, in welcher sich der Widerstand 16 im Erregerkreis befindet, ist Maschine 1 als Wechselstrom-Serien-Kommutatormotor geschaltet. Die Maschine läuft an, doch im Erregerkreis strömt nur unbedeutender Strom.
In der zweiten Stellung des Anlassers, der die Schaltung nach Fig. 6 entspricht, sind der Widerstand 16 des Erregerstromkreises und die Bürsten der Maschine 1 kurzgeschlossen, die Maschine nähert sich dem Synchronismus, wobei durch Vermittlung des Umpolers pulsierender Gleichstrom erzeugt wird, der das Polrad der Maschine 2 erregt, worauf das Netz die Maschine in Synchronismus mitreisst.
In der dritten Stellung nach Fig. 7, in welcher die Verbindung zwischen den Rotoren und dem Stator aufgehoben ist, ist letzterer an das Netz geschaltet und die beiden Rotoren sind miteinander verbunden. Aus dem bisherigen geht hervor, dass auf dem Kommutator der Kollektormaschine 1, wie bei jedem Wechselstrom-Kommutatormotor, eine der Periodenzahl des Netzes entsprechende Periodenzahl auftritt ; dieser Wechselstrom wird vom Umpoler in der erläuterten Weise in pulsierenden Gleichstrom umgeändert, mit welchem der Polanker des Synchronmotors erregt wird. 1
Bei der in Fig. 8 veranschaulichten Ausführungsform entstehen in den einzelnen Wicklungen-eine Drehrichtung in der Pfeilrichtung vorausgesetzt-die durch Pfeile angedeuteten Stromrichtungen.
Wie ersichtlich, bilden sich am Anker starke Pole, welche durch neutrale Zonen voneinander getrennt sind ; letztere entstehen dadurch, dass in einer Nute befindliche Wicklungen von entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossen werden, so dass sie sich in ihrer Wirkung aufheben. Von den einzelnen Ankerspulen führen in bekannter Weise Abzweigungen zum Kollektor, deren Segmente bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel mit den fortlaufenden Zahlen 1 bis 32 bezeichnet sind. An dem Kollektor liegen vier Bürsten 8 auf, von welchen die diametral gegenüberliegenden miteinander verbunden sind. Die Zuleitungen zu den Kollektorbürsten sind mit Ia und Ib bezeichnet.
Auf der dem Kollektor entgegengesetzten Seite werden die Wicklungen an vier geeigneten Stellen abgezapft und die Abzapfungen zu den Segmenten-I bis IV der Umpolvorrichtung geleitet. Auf den Segmenten gleiten vier Bürsten 7, von welchen die diametral gegenüberliegenden gleichfalls miteinander verbunden sind. Die Zuleitungen Ia bzw. Ib sind mit lIa bzw. Ilb während des Betriebes in Reihe geschaltet.
In Fig. 9 ist eine Ausführungsform mit zwei getrennten Wicklungen veranschaulicht.
Bei dieser Wicklungsweise verbleibt die Wicklung für den induzierten Wechselstrom unverändert, mit dem Unterschiede, dass die Abzapfungen auf der Umpolerseite im Wegfall kommen. Der pulsierende (fluktuierende) Gleichstrom wird in diesem Falle nicht in eine gemeinsame Leitung geführt, während man für den Gleichstrom in die gemeinsamen Nuten die mit dünnen Linien angewendete zweite Wicklung einlegt. Die Stromrichtung in dieser Wicklung ist ebenfalls mit Pfeilen kenntlich gemacht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, werden nur die beiden Enden dieser Wicklung zu den Umpolersegmenten I bzw. IV geführt ; die Segmente 11 und III werden hierbei durch Vermittlung der Bürsten 7 und 8 mit den ihnen diametral gegenüberliegenden Segmenten IV bzw. I verbunden.
Die Zuleitungen la-Ija und Ib-Ilb sind miteinander während des Betriebes in Reihe geschaltet.
In seinen baulichen Einzelheiten kann der Erfindungsgegenstand vielfach abgeändert werden, ohne dass das Wesen der Erfindung dadurch'eine Änderung erleiden würde ; ins-
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besondere kann man anstatt zwei Anker auf gemeinschaftlicher Welle anzuordnen, auch zwei Maschinen direkt kuppeln, von denen die eine mit einem Gleichstrom-Kollektoranker die andere mit einem Polanker ausgestattet ist.