DE112094C - - Google Patents

Description

4444-

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 21 d.

in NÜRNBERG.

Die bekannten Methoden der Polumschaltung, ob dieselben nach der Umschaltung mit Ringwickelung (Patent 54967) oder mit Trommelwickelung (Patent 98417) ausgeführt werden — welche beide sich übrigens nur auf den primären, d. i. stromempfangenden Theil beziehen —, haben die charakteristische Eigenschaft, dafs die Verbindungen der Wickelungen, welche die verschiedenen Polzahlen des Ankers einstellen, bei Stromlosigkeit der Wickelung herbeigeführt werden, d. h. der Motor wird zuerst vollständig unterbrochen, und dann erst wird die neue Schaltung wieder durch Schliefsung der gesammten Wickelung erhalten. Da diese Umschaltung so schnell geschehen mufs, dafs der Motor inzwischen nicht Zeit hat, zum Stillstand zu kommen, so ist hiermit, ganz abgesehen von heftigen Stromstöfsen in Motor und Netz, nothwendiger Weise eine starke, selbst Gefahr drohende Lichtbogenbildung namentlich dann verbunden, wenn es sich darum handelt, erhebliche Energiemengen bei Hochspannung umzuschalten.

Diese Mifsstände, insbesondere die Lichtbogenbildung, sowie die Stromstöfse beim Umschalten auf das geringste Mafs zu beschränken und hierdurch die Gefahr des Durchschlagene zu vermeiden und vollständige Betriebssicherheit der Umschalteapparate herbeizuführen, ist hauptsächlich der Zweck vorliegender neuen Wickelungsanordnung.

Während in den bekannten Ringwickelungen die Spulen in der Weise combinirt werden, dafs gewisse Spulen beim Umschalten in eine andere Phase mit übertreten, daher auch sämmtliche Spulen mit ihren zwei Enden für sich abschaltbar angeordnet und bei der Umschaltung gleichzeitig unterbrochen werden (Patent 54967), werden nach Patent 98417 alle Spulen einer Phase bei der höheren Polzahl hinter einander geschaltet, bei der halben Polzahl dagegen in zwei Gruppen derart, dafs die Stromzuführungen vom Anfang der Wickelung nach der Mitte verlegt und die freigewordenen Anfänge zu einem neuen Knotenpunkt verbunden werden. Diese Umschaltung kann ebenfalls nur in der Weise ausgeführt werden, dafs zuerst sämmtliche Spulen ausgeschaltet und dann in neue Combination zu einander gebracht werden.

Das Wesen der vorliegenden neuen Wickelung besteht nun darin, dafs jede Phase aus zwei von einander vollständig unabhängigen, aufser durch das Leitungsnetz in keiner elektrischen Verbindung mit einander stehenden Wickelungen gebildet wird. Die beiden Wickelungssysteme sind je für sich zu einem selbstständigen Ein- oder Mehrphasensystem vereinigt, und zwar in der Weise, dafs jedes System für sich unabhängig von dem anderen, und zwar mit der kleineren Polzahl arbeitet.

Fig. ι der Zeichnung zeigt den schematischen Stromverlauf für einen zwei- bezw. vierpoligen Einphasenmotor. Die Spulengruppe a liegt dauernd am Netz und wird stets nur im jeweilig gleichen Richtungssinne vom Strom

durchflossen, die von α unabhängige Spulengruppe b dagegen kann mit Hülfe des Umschalters c derart an das Netz gelegt werden, dafs der Strom dieselbe entweder im gleichen oder entgegengesetzten Sinne wie Gruppe a durchfliefst. Im ersteren Falle verlaufen die Kraftlinien im Motor, wie es durch die punktirten Pfeile in der inneren Ringzone angedeutet ist; es bilden sich zwei Pole η und s. Im zweiten Fall (nach der Umschaltung) dagegen verlaufen die magnetischen Linien, wie es die strichpunktirten Pfeile in der äufseren Ringzone darstellen; es bilden sich vier Pole n¹ s^l U¹S¹.

Fig. 2 und 3 stellen dieselbe Anordnung angewendet auf einen zwei - bezw. vierpoligen Dreiphasenmotor dar. Die mit α bezeichneten, unter einander verbundenen Spulen bedeuten die fest angeschlossene Gruppe, die mit b bezeichneten dagegen wiederum diejenigen, welche einzeln für sich gewendet oder in den Phasen vertauscht werden können.

In Fig. 2 bezw. 3 stellen die eingezeichneten Pfeile den Strom- bezw. Kraftlinienverlauf für jenen Zeitmoment dar, in welchem das Strommaximum (Amplitude) in Phase 1 zu-, in Phase 2 und 3 (in halbem Betrage) zurückfliefst. Die innere Ringzone zeigt wie früher die entstandenen beiden Pole η und s, die äufsere Ringzone der Fig. 2 die nach der Umschaltung der drei Phasen der Gruppe b entstandenen vier Pole n¹ s^l n¹ s¹.

Wie jedoch Fig. 3 zeigt, kann beim Dreiphasenmotor statt Umschaltung der Spulen der Gruppe b auch eine Vertauschung derselben in den Phasen erfolgen, während die Gruppe a wie oben fest angeschlossen bleibt. In der vierpoligen Schaltung sind die Spulen dem Stromverlauf nach ebenso geschaltet wie. in Fig. 2, und bilden sich in derselben Phase der Ströme die vier Pole 72¹A¹K¹S¹ an der gleichen Stelle, wie in der äufseren Ringzone angegeben. Um hieraus den zweipoligen Motor zu bilden, können die drei Klemmen der Gruppe b derart an das Leitungsnetz gelegt werden, dafs jedes Kabel an eine andere Netzleituhg angeschlossen ist als in der vierpoligen Schaltung. Hierdurch liegen dann immer zwei , Spulen derselben Phase neben einander und die zwei Pole η s nehmen für den gleichen Momentanwerth der Ströme Stellungen ein, welche um halbe Spulenbreite gegen die vierpolige Schaltung versetzt erscheinen. Die innere Ringzone der Fig. 3 zeigt die Polbildung und den Kraftlinienverlauf in dieser Schaltung. Hierdurch ist es möglich, auch die Spulen der Gruppe b dauernd an einen Knotenpunkt zu legen und deren sonst als Kabelausführungen aus dem Motor nothwendige Enden zu sparen. Die Zahl der Kabelausführungen aus dem Motor verringert sich hierdurch auf sechs.

Gegen die bereits bekannten Verfahren hat diese neue Schaltungsweise folgende wesentlichen Vortheile:

Da ein Theil der Wickelung stets unter Strom bleibt, bei der Polumschaltung also nicht, ausgeschaltet bezw. unterbrochen wird, so wird eine ganz bedeutende Verminderung der Funken ■an dem Umschalter erreicht, nicht weil etwa nur die halbe Motorenenergie unterbrochen würde, sondern weil durch die parallel liegende fest angeschlossene Spulengruppe α momentan die ganze Energie aufgenommen wird und hierdurch eine erhebliche Potentialdifferenz an den Unterbrechungsstellen gar nicht auftreten kann, da die ausgeschaltete Spulengruppe b durch die noch in Betrieb befindliche gegenelektromotorische Kräfte ihducirt erhält. Ferner ist die Rückwirkung auf die Primäranlage ganz wesentlich vermindert, da eine wirkliche Stromunterbrechung gar nicht eintritt, sondern trotz Unterbrechung des einen Theils bei gleichzeitiger Bedienung des Anlafswiderstandes der Stromverbrauch constant gehalten werden kann.

Es ist selbstverständlich, dafs der inducirte Theil, im Folgenden »Anker« genannt, derart gewickelt sein mufs, dafs derselbe vorstehender Polumschaltung in seiner Wirkung zu folgen vermag. Bisher verwendete man (wenn schon die beiden eingangs erwähnten Patentschriften den »Anker« überhaupt nicht erwähnen) den sogenannten pollosen Anker (Dobrowolskyscher Kä'figanker). Da jedoch mittelst dieses Kurzschlufsankers eine weitere Regelung der Tourenzahl nicht möglich ist und auch die Anlaufszugkräfte im Verhältnifs zum Stromverbrauch hierzu klein sind, so ist derselbe nur da geeignet, wo es sich um stationäre Betriebe handelt, in denen Motoren in längeren Zeitabschnitten mit voller oder halber Geschwindigkeit laufen sollen. Sobald aber die Forderung gestellt ist, verschiedene Geschwindigkeiten zu erreichen, wie in der Papierindustrie, im Bahnbetriebe, bei Kranen, Aufzügen u. s. w., wo es also nothwendig ist, die Motoren oft abzustellen und anzulassen, und hierbei grofse Anzugskräfte zu entwickeln, ist es nothwendig, die. Ankerwickelung mit isolirtem Draht auszuführen und mittelst Schleifringe nach dem sogenannten Anlafswiderstand zu schliefsen. Damit nun die Ankerwickelung den Polumschaltungen folgen kann, mufs sie derart gewickelt sein, dafs sie die verschiedenen Polzahlen auch selbst zu erzeugen vermag. Dieses liefse sich nun z. B. erreichen, wenn man auf den Anker ein System von Spulen wickelt, wie es bisher für den stromempfangenden primären Theil bekannt ist. Hierdurch würde man aber dieselben verwickelten Schaltungen erhalten, wie im primären Theil, abgesehen von der grofsen Anzahl nothwendiger Schleifringe.

Wird vorbeschriebene neue Schaltung auf den Anker angewendet, so vermeidet man Umschaltungen überhaupt und verringert dabei die Zahl der Schleifringe auf fünf.

Es werden wieder auf den Anker zwei elektrische, von einander vollständig unabhängige Wickelungsgruppen α und b in Fig. 4 und 5, jede für sich ein vollständiges Mehrphasensystem darstellend, angebracht und geschaltet analog dem primären Theil. Jede Ankergruppe wird durch einen eigenen Anlafswiderstand i geschlossen. Beide Widerstände können entweder mechanisch mit einander gekuppelt oder sonstwie vereinigt sein. Jede Ankergruppe kann alsdann (entsprechend der Schaltung der primären Wickelung) ihre eigenen (Reactions-) Pole bilden und daher ohne Umschaltung lediglich durch die tr.ansformatorische Wirkung den Polbildungen des primären Theiles folgen. Im Princip dieser Anordnungen liegt es, dafs der weitere Vortheil eintritt, dafs die maximale inducirte Ankerspannung und daher auch der Ankerstrom bei gleicher Leistung von der Polumschaltung selbst fast unabhängig ist, wodurch die Anlafswiderstände ebenfalls, und zwar auch ohne Umschaltung die gleichen bleiben können.

Fig. 4 zeigt z. B. schematisch die Schaltungsweise angewendet auf einen Dreiphasenanker mit sechs Schleifringen k, wobei auch die Knotenpunkte d beider Gruppen vereinigt sein können. Benutzt man aufserdem noch die Vereinfachung, dafs zwei Leitungen e und f beider Systeme zu einer Leitung g vereinigt werden, wie es Fig. 5 zeigt, so kann man, statt wie in in Fig. 4 mit sechs, nunmehr mit fünf' Schleifringen auskommen.

Die Vereinigung zweier Drähte beider Gruppen, welche im Allgemeinen beliebig ist, ist in Fig. 5 derart gewählt, dafs die beiden Enden der resultirenden gleichen Phasen verbunden werden, wodurch erreicht wird, dafs der Anlafswiderstand h für die vereinigten Drähte für die normale Betriebsweise des Motors (rasch oder langsam laufend) entlastet ist, d. h. keinen Strom führt, da der Strom dieser Phase der einen Gruppe, ohne den Schleifring zu passiren, direct in die gleiche Phase der anderen Gruppe übertritt (vergl. hierzu Fig. 14 des Patentes 100046).

Vorstehender Beschreibung liegt die Annahme einer Sternschaltung zu Grunde; es kann aber unbeschadet der Wirkungsweise ebensowohl auch Dreiecksschaltung angewendet werden.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Wickelung für den stromempfangenden Theil von Inductionsmotoren zur Erzielung zweier Polzahlen, dadurch gekennzeichnet, dafs die als Ring- oder Trommel- ausgeführte Wickelung in zwei elektrisch von einander unabhängige Gruppen getheilt wird, von denen die eine im Betriebe dauernd an das Leitungsnetz gelegt ist, während die andere umgeschaltet werden kann, zum Zwecke, die Polzahl und damit die Geschwindigkeit zu verändern.

2. Wickelung für den Schleifringanker (inducirten Theil) von Inductionsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dafs die Ankerwickelung als Ring- oder Trommelwickelung in elektrisch von einander unabhängig arbeitende Gruppen derart getheilt wird, dafs die bei der unter Anspruch 1 gekennzeichneten Polumschaltung entstehenden Pole sich im Anker selbsttätig entwickeln können, zum Zwecke, eine Umschaltung . der Spulen zur Erreichung verschiedener Polzahlen zu umgehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.