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Läufer für Reaktionsmaschinen Es ist bekannt, .daß sowohl mehrphasig
als auch einphasig gespeiste Asynchronmaschinen ebenso wie unerregte Synchronmaschinen
im synchronen Lauf ein Drehmoment entwickeln, wenn der Läufer ausgeprägte Pole entsprechend,der
Polzahl der gespeisten Ständerwicklung besitzt. Derartige Maschinen können sowohl
als Motor ,als auch als Generator, allerdings, nur bei Aufnahme von magnetisderender
Blindleistung aus dem Netz, betrieben werden.
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Die Größe des Drehmoments, das als Reaktionsmoment bezeichnet wird,
hängt .dabei ab von dem Unterschied der magnetischen Leitwerte des Läufers in der
magnetischen Längsachse, d. h. der Achse durch die Polmitte, und der magnetischen
Querachse, d. h. der Achse der Pollücke, und ist um so größer, je mehr sich beide
Leitwerte unterscheiden. Bei der üblichen Ausprägung der Pole sind die erzielten
Leitwertuntersch iede in der Größenordnung von i : 2, die erzielbaren: Drehmomente
kleiner und die Modellausnutzung wesentlich geringer als bei normaler Auslegung
als Asynchronmaschine oder Synchronmaschine mit erregtem Induktor. Die Modellausnutzung
einer solchen Reaktionsmaschine kann auf etwa die gleiche Höhe gebracht: oder noch
darüber hinaus gesteigert werden, wenn entsprechend der Erfindung der Läufer aus
Ei.sensc'heiben oder Eisenblechen, etwa normalen Dynamoblechen; aufgebaut wird,
die parallel zur magnetischen Längsachse geschichtet sind.
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In I'i:g. i ist dies grundsätzlich dargestellt. Magnetische Kraftlinien
des Längsfeldes i, d. h. solche parallel zur Schichtung, verlaufen: nach Eintritt
in den Läufer ganz im Eisen; Kraftlinien des Querfeldes, 2, d. h, solche senkrecht
zur Sch.ic!htung, müssen sämtliche unmagnetische Schichten zwischen
.den
einzelnen, Eisenscheiben oder Blechen durchlaufen und haben dabei einen sidhr viel
höheren magnetischen Widerstand zu überwinden. Das Verhältnis der magnetischen Leitwerte
in Quer-und Längsrichtung beim Läufer kann je nach Eisensättigung und bei üblichen
magnetischen Verhältmis-sen, in der Maschine größenordnungsmäßig auf eine Höhe von
ioo : i gebracht werden. Wird eine solche Maschine belastet, sä bleibt im Motorbetrieb
-der Läufer gegenüber seiner durch,die Lage des Ständerdrehfeldes bedingten Leerlaufstellumg
um einen Winkel ß zurück, der bei rder maximalen Last den Wert von annähernd 2c4
erreicht: Bei größerer Last fällt die Maschine außer Tritt. Es ist aus. der Theorie
-der Synchronmaschinen bekannt, daß dieser Winkel bei gleicher Last um so größer
wird, je größer :der magnetische Querfluß durch ,den Läufer ist. Bei .der beschriebenen
Läuferausführung ist die Ausbildung dieses, Querflusses (Fig. i b) sehr stark behindert,
so daß der Grenzwinkel für stabilen Betrieb erst bei einer weit höheren Last als
bei üblicher Polausprägung erreicht wird.
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In .den, meisten Fällen, vor allem bei Moto@rbetrieb, wird verlangt,
daß die Maschinen von selbst hochlaufen und womöglich auch noch ein ausreichend
hahes.Anlaufmomenti besitzen, um schon im Anlauf wirksame Drehmiomenüe zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch, erreicht, daß die Abstände zwischen den Eisenscheiben
durch Scheiben aus. nicht oder nur wenig magnetisierbarem; aber elektrisch gut leitendem
Material, z. B. Aluminium; aus@g@eiüllt und letztere stirnseitig durch Platten:
oder Ringe verbunden werden. Der so entstehende Käfig dient als. Anlaufkäfig
sowie als Dampferkäfig bei etwaigen auftretenden Pendelur ge:n. Es ist grundsätzlich
unwichtig, ob, dieser Käfig aus einem Gußstück, z. B. Aluminiumguß, bestecht oder
aus Einzelscheiiben und Ringen zuisammengesetzt und verschraubt oder verschweißt
wird. Auch: ist es nacht von Belang, ob :die stirnseitigen Verbindungen ganz oder
teilweise durch Bolzen u.,dgl., die .den Läufer zusammenhalten und die evtl. nocbi
irr Innern des Läufers. liegen, ersetzt sind. Der Käfig erfüllt neben den schon
erwähnten Aufgaben zusätzlich den- Zweck, die einzelnen Eisenscheiben; oder Bleche
mechanisch zusammenzuhalten. In. F.ig.2a und 2b, sind zwei Beispiele für derartige
Läuferausführungen mit zwei und vier Polen dargestellt. Mit i sind die Eisenbleche,
mit 2 ist der Käfig bezeichnet. Die bestehende stärke magnetische Einachsigkeit
eines solchen aus dünnen Blechen aufgebauten Läufers hat zur ' Folge, daß das im
Änlauf vom Ständer erregte Drehfeld sehr stark !elliptisch wird. Hierdurrch.erhält
auch der im Läufer hervorgerufene Strombelag elliptische Form, -die, durch die Ursymmetrie
des Käfigaufbaus noch verstärkt wird. Bekanntlich kann. man sich jedes elliptische.Drehfeltd
aus. zwei Kreis-dreh,feldern von entgegengesetztem Drehsinn zusammengesetzt denken.
Beide Kreisdrehfelder rufen Drehmomente im Läufer hervor, die den gleichen Drehsinn
wie diese selbst haben. Die Drehfelder und die von ihnen verursachten Drehmomente
nähern sich in ihrer Größe einander um so mehr, je schlanker* die Ellipse des. resultierenden
Drehfeldies ist. Das resulrpierende Drehmoment als Differenzmoment der Drehmomente
bekler gegenläufiger Drehfelder wird daher um so kleiner, j e stärker die magnetische
Einachsigkeit des Läufers ist. Die genauere Untersuchung zeigt nun., @daß mit einem
aus dünnen Blechen geschichteten Läufer ein wesentlich größeres Außertrittfallmoment
im Synchronlauf erzielt werden kann, als mit Rücksicht auf die durch die Erwärmungsgrenze
bedingte Nennleistung einer solchen. Maschine erforderlidh ist. Es ist daher möglich;
den Läufer so zu verändern, daß bei ausreichendem Außertrittfällmoment ein hinreichend
großes erreicht wird. Erfindungsgemäß. kann dies in der Weise erfolgen:, daß die
im gleichen Abstand. nebeneinander geschichteten Bleche zu Teilpaketen (Fig. 3,
Ziff. i) zusammengefaßt werden; -die .durch Verkleben oder an, einzelnen Punkten
durch Verschweißen u.,dgl. miteinander verbunden sind, wobei. jedes Teilpaket vom
nächsten einen größeren Abstand; von der Größenordnung etwa gleich der Gesamtstärke
des. Teilpakets, aufweist. Fig.3 zeigt ein Beispiel eines derartig ausgeführten
zweipoligen Läufers.
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An Stelle der in Gruppen rzusammengefaßten Einzelbleche können. auch
massive B@lecbscheiben gleicher Stärke verwendet werden, sofern die größeren Wirbelstromverluste
im. Anlauf und die dadurch bedingten etwas schlechteren Anlaufverhältn.is,se in
Kauf genommen werden können. Durch ,die Zusammenfassung von Einzelblechen zu Teilpaketen
bzzv. ,die Verwendung massiver Eisen: scheiten von wesentlich größerer Dicke als
bei normalem Dynamoblech werden die Zwischenräume zwischen den einzelnen Scheiben.
größer, so daß auch die Herstellung des Läufers erleichtert und der mechanische
Zusammnenhalt verbessert wird.
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Die Wirkung einer solchen Läuferausführung soll an Hand der Fig..4ra
und 4b erläutert werden. In Fig. 4a ist der Weg eines Teils des Querflusses gezeichnet,
wie er bei gleichmäßiger Schichtung dünner Eisenbleche von der Dicke d1 (Weg z-2)
und vergleichsweise bei einer Zusammenfassung der Bleche in mehrere Teidp.akete
von zder Stärke d2 oder entsprechend starken Eisienscheibenverläuft (Weg 2-3), Es
ist ohne weiteres zu erkennen,' daß auf dem Weg 2-3 die Kraftlinien einen größeren
Teil ihres Weges im Eisen verlaufen ade auf dem Weg i-2, so daß sich: der nuerfluß
stärker äusbildenkann. In Fig. 4b. stellen die mit F bezeichneten Linien. .den Verlauf
des Erregerfeldes über dem Läuferumfang dar.
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Aus Fig.4b geht hervor, daß eine Kraftlinie .des Querflusses, die
die Feldzonen 2-21 verbindet; :ganz im Eisen verläuft und der nuerfluß sich hier
wesentlich stärker ausbilden kann als auf dem Weg i-il bei gleichmäßig geschichtetem
Läufer, trotzdem beide Kraftlinien die Zonen gleicher Feldstärke verbinden. Entsprechendes
gilt auch für Kraftlinien zwischen den Punkten 3-31 und. 4-4l. Je nach Stärke der
Teilpakete bzw. Eisenscheiben kann somit die relative Stärke dies Querflusses,
d.
1i. die Einachsigkeit dies Läufers, variiert werden. Hierdurch ändert sich auch
das Achsenverhältnis der Drehfeldellipse und das Anlaufmoment.
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Es ist natürlich auch ohne weiteres möglich, die Querleitfähigkeit,durchVerwendung
von magnetisch mehr oder weniger gut leitendem Material. zur Ausfüllung der Zwischenräume
zwischen den Eisenscheiben. bzw. Teilpaketen. zu erhöhen oder Eisenbolzen an geeigneten
Stellen quer durch den Läufer zu ziehen, deren magnetische Sättigung so gelegt wird,
daß ein gewünschter Fl,uß quer durch den Läufer nicht oder nicht wesentlich überschritten
wird.
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Wird ein derart aufgebauter Läufer mit Nuten versehen, ähnlich wie
dies in Fig. 5 dargestellt ist, und wird in diese eine Erregerwicklung (ff' in Fig.5)
eingelegt, so arbeitet nach Einbau des Läufers, die entsprechen-de Maschine als
Synchronmaschine. Infolge des sehr starken Reaktionsmomentes besitzt die Maschine
bei gleicher Erregung eine wesentlich höhere Stabilität gegen Au.ßertrittfallen
äla Synchronmaschinen .der üblichen Ausführung mit oder ohne ausgeprägte Pole. Es
ist daher im allgemeinen möglich, mit wesentlich kleinerer Erregerleistung als dort
auszukommen.