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Synchronisierter Asynchronmotor Der synchronisierte Asynchronmotor
besitzt bekanntlich im Sekundärteil - ebenso wie ein normaler Asynchronmotor - einem
Mehrphasenwicklung, mit der der Motor über Widerstände asynchron angelassen wird.
Nach dem Anlassen wird diese Sekundärwicklung mit Gleichstrom beschickt, und der
Motor läuft als Synchronmotor. Im Gegensatz zum Asynchronmotor kann er dann seinen
eigenen Blindleistungsbedarf decken und bei entsprechender Erregung sogar noch Blindleistung
an das Netz abgeben. Der synchronisierte Asynchronmotor wurde bisher nur für verhältnismäßig
kleine. Leistungen benutzt, was vor allein darauf zurückzuführen ist, daß der -
ebenso wie Asynchronmaschinen - mit einem kleinen Luftspalt ausgeführte Motor aus
diesem Grunde beim synchronen Betrieb nur ein geringes Überlastungsmoment (Kippmoment)
aufweist im Gegensatz zu normalen Synchronmotoren. mit ausgeprägten Polen. Dieser
Nachteil kann aber durch eine in der letzten. Zeit sich immer mehr durchsetzende
Erregerschaltung beseitigt werden., bei der der Motor beim synchronen, Betrieb mit
einem Gleichstrom erregt wird, der aus dem Wechselstrom auf
der
Primärseite des Motors über Gleichrichter erzeugt ist, wobei der dem Gleichrichter
zugeführte Wechselstrom und damit auch der Erregerstrom des Motors aus einem von
der Belastung unabhängigen, z. B. durch eine große Drosselspule vorgeschriebenen,
und einem dem Belastungsstrom des Motors verhältnisgleichen Strom zusammengesetzt
ist. Eine derartige Erregung in sogenannter Stromschaltung hat den Vorteil, daß
bei einem Belastungsstoß die Erregung des Motors selbsttätig in einem Maße verstärkt
wird, daß ein Außertrittfallen des Motors bei Überlastung nicht zu befürchten ist.
Dadurch wird, der synchronisierte Asynchronmotor auch für große Leistungen und die
verschiedensten Antriebe geeignet und kann den gewöhnlichen. Synchronmotor ersetzen.
Er hat gegenüber den üblichen Synchronmotoren folgenden Vorteil: Wenn der Synchronmotor
selbst anlaufen soll, muß er mit einer Käfigwicklung an den Polschuhen der ausgeprägten
Pole ausgerüstet werden, die den asynchronen Anlauf des Synchronmotors ermöglicht.
Bei schweren Anlaufbedingungen, wenn also beispielsweise große Schwungmassen zu
beschleunigen sind, wird, eine der Beschleunigungsarbeit der Schwungmassen. entsprechende
Arbeit als Wärme in der Anlaufwicklung erzeugt. Dies kann zu einer unzulässigen
Erwärmung der Käfigwicklung des Synchronmotors führen, da man die Wärmekapazität
der Käfig_ wicklung aus Raumgründen nicht beliebig groß machen kann. Der synchronisierte
Asynchronmotor hat demgegenüber den Vorzug, daß die Anlaßwärme nicht in einer Wicklung
am Motor auftritt, sondern in den außerhalb des Motors befindlichen Anlaßwiderständen,
die ohne weiteres genügend groß bemessen werden können.
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Insbesondere bei großem Leistungen des synchronisierten. Asynchronmotors
zeigt sich jedoch, daß die Benutzung der Sekundärwicklung des Motors einerseits
für den Anlauf, andererseits für die Gleichstromerregung beim synchronen Betrieb
insofern zu Schwierigkeiten führt, als die Gleichstrom-Erregerspannung zu klein
ausfällt, sofern die beim Anlauf auftretende Stillstandspannung an der Sekundärwicklung
gewisse Werte aus Isolationsgründen nicht überschreiten soll. Aus Gründen der leichteren
Erzeugung des Erregergleichstromes und der leichteren: Zuführung des Gleichstromes
über Schleifringe zum. Sekundärteil des Motors sowie wegen der leichteren Regelbarkeit
des Erregergleichstromes ist es erwünscht, daß das Verhältnis zwischen, der Erregerspannung
und dem Erregerstrom, wenigstens annähernd dasselbe ist wie bei Synchronmaschinen,
wo man Gleichspannungen bis zu 22o Volt verwendet. Legt man. die Sekundärwicklung
des synchronisierten Asynchronmotors für eine derartige Spannung bei synchronem
Betrieb aus, dann wird aber, insbesondere bei größeren Leistungen, die Stillstandspannung
beim Anlassen unzulässig hoch.
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Um diese Nachteile des synchronisierten Asynchronmotors zu vermeiden,
ist es bekannt, die Sekundärwicklung eines solchen Motors beim Übergang vom Anlassen
zum synchronen Betrieb umzuschalten. Hierzu können die einzelnen Wicklungsstränge
der Sekundärwicklung in mehrere Wicklungsteile unterteilt werden, die dann entsprechend
umgeschaltet werden. Beispielsweise sind zu diesem Zweck Stern-Dreieckumschaltungen
bekannt. Nachteilig ist bei diesen bekannten Umschaltverfahren, daß die Zahl der
aus der Sekundärwicklung herauszuführenden Anschlußklemmen, die., sofern sich die
Sekundärwicklung auf dem Läufer des Motors befindet, jeweils mit einem Schleifring
verbunden werden müssen, recht beträchtlich ist. Man kann zwar durch Verwendung
von rotierenden Umschaltern die Zahl der Schleifringe vermindern., solche auf der
Welle angeordneten. rotierenden Umschalter sind aber recht aufwendig und störanfällig.
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Die Erfindung geht einen anderen Weg, um die Zahl der herauszuführenden
Klemmen. bzw. die Zahl der erforderlichen Schleifringe zu vermindern. Gemäß der
Erfindung besteht die Sekundärwicklung aus mehreren in Stern geschalteten Wicklungssystemen.,
die während des Anlassens voneinander getrennt sind, wobei mindestens ein. Wicklungssystem
an Anlaßwiderstände angeschlossen ist; während des synchronen Betriebes werden dann.
die in Stern geschalteten Wicklungssysteme in Reihenschaltung mit der Erregerstromquelle
verbunden. Handelt es sich um einen synchronisierten Asynchronmotor für ein. dreiphasiges
Netz, so können für diese Reihenschaltung in an sich bekannter Weise von den drei
Wicklungssträngen jedes Wicklungssystems jeweils zwei Wicklungsstränge parallel
geschaltet werden.
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In den Fig. I und 2 sind Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung
ausgebildeten synchronisierten Asynchronmotoren für ein dreiphasiges Netz wiedergegeben.
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Die Sekundärwicklung des in Fig. i dargestellten synchronisierten
Asynchronmotors besteht aus dein beiden Wicklungssystemen 2o und 2i, die jeweils
drei in Stern geschaltete Wicklungsstränge enthalten. Die sechs offenen Klemmen.
der beiden Wicklungssysteme 2o und 21 sind an die Schaltarme der Schalter 22 und
23 geführt:. Sofern die Sekundärwicklung sich auf dem Läufer befindet, ist es erforderlich,
zwischen den offenen Klemmen der Wicklungssysteme 2o und 21 und den Schaltarmen
der Schalter 22 und 23 Schleifringe. vorzusehen. Für das Anlassen. wird. nur das
Wicklungssystem. 21 benutzt, das mit Hilfe des Schalters 22, dessen Schaltaxme dann
nach links gelegt sind, an die Anlaßwiderstände io gelegt wird. Um bei einem plötzlichen
Abschalten des Motors vom speisenden Netz das Auftreten von Überspannungen an den
offenen Klemmen des Wicklungssystems 2o zu vermeiden, sind diese beim Anlassen über
die ebenfalls nach links gelegten Schaltarme des Schalters 23 mit den Schutzwiderständen
24. verbunden.
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Für den synchronen Betrieb werden die Schaltarme der Schalter 22 und
23 nach rechts gelegt, so daß die beiden Wicklungssysteme 2o und 21 in
Reihenschaltung
mit der Erregerstromquelle 7 (Gleichstromquelle) verbunden sind. Bei dieser Reihenschaltung
sind von den drei Wicklungssträngen der Wicklungssysteme 2o und. 21 in an sich bekannter
Weise jeweils zwei Wicklungsstränge parallel geschaltet.
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In der Fig. 2 ist die Sekundärwicklung eines synchronen Asynchronmotors
gezeigt, die aus den vier Wicklungssystemen 25 bis 28 besteht. Zum Anlassen dieses
Motors wird nur das Wicklungssystem 25 benutzt, dessen offene Klemmen über die dann
nach links gelegten Schaltarme des Schalters 33 mit den Anlaßwiderständen Io verbunden
sind. Die drei Wicklungssysteme 26, 27 und 28 sind. über die Schalter 34, 35 und
36 während des Anlasseis an die Schutzwiderstände 30, 31 und. 32 angeschlossen.
Für den synchronen Betrieb werden die Schaltarme der Schalter 33 bis 36 nach rechts
gelegt, so daß die Wicklungssysteme. 25 bis 28 in Reihenschaltung mit der Erregerstromquelle
7 (Gleichstromquelle) verbunden sind. Auch hierbei sind, von den drei Wicklungssträngen
jedes Wicklungssystems in an sich bekannter Weise jeweils zwei Wicklungsstränge
parallel geschaltet. Bei der in. Fig. 2 gezeigten Schaltung ist die Anlaßspannung
auf ein Viertel vermindert.
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Bei den in den Fig. I und 2 gezeigten Schaltungen empfiehlt es sich,
durch entsprechenden Anschluß der einzelnen Wicklungsstränge an. die Erregerstromquelle
dafür Sorge zu tragen, daß die Achsen der durch die einzelnen Wicklungssysteme.
erzeugten Gleichstromerregerfelder parallel oder annähernd parallel sind, so daß
sich diese Gleichstromerregerfelder möglichst algebraisch zu einem resultierenden
Gleichstromerregerfeld zusammensetzen. Insbesondere bei der Anordnung der Fig. 2
ist durch entsprechende Auswahl der Wicklungsstränge, welche zueinander parallel
geschaltet werden, darauf zu achten, daß der Richtungssinn., mit dem das eine Wicklungssystem
mit dem anderen Wicklungssystem bei der Gleichstromerregung in Reihe geschaltet
ist, eine algebraische Addition der Teilfelder ergibt. So läßt sich bei der Schaltung
der Fig. 2, bei der für die Sekundärwicklung zwölf Wicklungsstränge vorgesehen sind.
durch entsprechende Auswahl der parallel zu schaltenden Wicklungsstränge erreichen,
daß die vektorielle Zusammensetzung der Teilgleichstromfelder ein resultierendes
Gleichstromfeld ergibt, das nur um etwa 5 % kleiner ist als ein algebraisch zusammengesetztes
resultierendes Gleichstromfeld.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung, nach der die Sekundärwicklung eines
synchronisierten Asynchronmotors aus mehreren in Stern geschalteten Wicklungssystemen
besteht, kann auch dazu benutzt werden, das Gleichstromerregerfeld während des synchronen
Betriebes aus zwei gegeneinander verschobenen Komponenten aufzubauen, die unabhängig
voneinander regelbar sind, so daß die räumliche Lage des resultierenden Gleichstromfeldes,
bezogen auf die räumliche Lage der Sekundärwicklung, weitgehend kontinuierlich geregelt
werden kann. Hierzu werden die Wicklungssysteme der Sekundärwicklung zu zwei voneinander
abweichende Wicklungsachsen aufweisende Gruppen zusammengefaßt, von denen jede mit
einer gesonderten Erregerstromquelle verbunden wird. Vorzugsweise stehen die Wicklungsachsen
der beiden Gruppen orthogonal oder annähernd ortho gonal aufeinander. Die auf diese
Weise erzielte Regelung der räumlichen Lage des resultierenden Gleichstromfeldes
ist wichtig für die Lastverteilung auf parallel arbeitende synchronisierte Asynchronmaschinen,
die selbst oder über ihre Arbeitsmaschinen mechanisch oder elektrisch gekuppelt
sind.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. I werden zu diesem Zweck beispielsweise
die beiden Wicklungssysteme 2o und 21 von zwei getrennten Erregerstromquellen gespeist.
Der Anschluß der drei Wicklungsstränge des einen Wicklungssystems an die eine Erregerstromquelle
ist dabei phasenmäßig derart ausgewählt, daß das erzeugte Feld orthogonal oder annähernd
orthogonal auf dem Erregerfeld des anderen Wicklungssystems steht. Beispielsweise
kann diese durch zyklische Vertauschung der Klemmen der Wicklungsstränge an die
Erregerstromquelle erreicht werden. Es ist aber auch möglich, für die Gleichstromspeisung
nur zwei Wicklungsstränge zu benutzen, und zwar die beiden im anderen Wicklungssystem
parallel geschalteten Wicklungsstränge, die unter Aufrechterhaltung der Sternpunktverbindung
mit ihren äußeren Enden an die beiden Pole der Erregerstromquelle angeschlossen
werden.