Table Of ContentDie
Wechselstromtechnik ..
Herausgegeben
von
Dr. Ing. E. Arnold,
Professor und Direktor des Elektrotechnischen Instituts
der GroBherzoglichen Technischen Hochschule Fridericiana zu Karlsruhe.
Fiinfter Band.
Die asynchronen Wechselstrommaschinen.
II. Teil. Die Wechselstromkommutatormaschinen.
Von
E. Arnold, J. L. la ConI'
und
A. Fraenckel.
Berlin.
Verlag von Julius Springer.
1912.
Manuldruck 1922
Die asynchronen
Wechselstrommaschinen.
Zweiter Teil.
Die Wechselstromkommutatormaschinen.
Ihre Theorie, Berechnung, Konstruktion
und Arbeitsweise.
Von
E. Arnold, J. L. la Cour
und
A. Fraenckel.
Mit 400 in den Text gedruckten Figuren, VIII Tafeln
und dem Bildnis E. Arnolds.
Berlin.
Verlag von Julius Springer.
1912.
Manuldruck 1922
ISBN-13: 978-3-642-88976-9 e-ISBN-13: 978-3-642-90831-6
DOl: 10.1007/978-3-642-90831-6
Alie Rechte, insbesondere das dar
Ubersetzung in framde Sprachen, vorbehalten.
Softcover reprint of the hardcover I st edition 1912
Mit dem vorliegenden zweiten Teil des ftinften Bandes findet
die "Wechselstromtechnik", deren erster Band vor 10 Jahren er
schien, ihren Abschlu13.
Der am 16. November 1911 verschiedene Geb. Hofrat Professor
Dr.-lng. h. c. Engel bert Arnold hat in jahrelanger, unermtidlicher
Arbeit diesem Werke seine umfassenden Erfabrungen und seine ganze
Schafl'enskraft gewidmet. Es gentigte ibm nicbt, das Bekannte auf
dem Gebiete sammelnd darzustellen, eine eingebende selbst!lndige
Ji'orschungstatigkeit liegt dem Werke zugrunde. Stets dem Ji'ort
schreiten der Technik folgend inlebendiger Wechselwirkung mit
dem praktischen Leben, dessen drangende Fragen er zu den seinen
machte, wurden die zahlreichen Forschungsarbeiten ausgefUhrt, die
in dem Werk niedergelegt sind.
1m Sinne echter angewandter Wissenschaft hat er die Ergeb
nisse der Forschung in einer fUr die Praxis braucbbaren Form
niedergelegt. So hat er der Elektrotechnik in den acht Bl!.nden
tiber die "Gleichstrommaschine" und die "Wechselstromtechnik"
ein liickenloses Erbe hinterlassen, das das Gesamtgebiet des Dynamo
baues in erschopfender Weise behandelt, in der ganzen elektro
technischen Literatur einzig dasteht und aucb nur entstehen konnte,
wo ein Mann mit so seltener Arbeitskraft und une;~Jliidlicher Ener
gie die Herausgabe unternommen batte. Sich selbst hat er damit
ein unvergl!.ngliches Denkmal errichtet.
Arnold hat die Freude des Abschlusses seines Werkes nicht
mehr erlebt, aber doch die Fertigstellung der Manuskripte und
cinen Teil der Drucklegung noch pers1)nlich tiberwachen und
leiten konnen.
VI Vorwort.
Die Wechselstrom-Kommutatormotoren gehoren zu den ltltesten
mit Wechselstrom betriebenen Maschinen. Erst seit del' Jahr
hundertwende hat ihre Entwicklung, durch das Problem des elek
trischen Betriebes derVoIlbahnen, groJ3e Fortschritte gemacht. Ob
wohl di~ Theorie del' Wechselstrom-Kommutatormotoren fieiJ3ig aus
gebaut wurde, so fehlte doch bis jetzt in del' Literatur eine ein
heitliche, ausfiihrliche Behandlung del' Ein- und Mehrphasen-Kom
mutatormotoren.
Diese Lucke auszufiiIlen bezweckt das vorliegende Buch. Wie
in den friiheren Banden ist auch hier die Behandlung und Einteilung
de:s Stoffes so gehalten, daJ3 sich das Buch fiir Studierende und
fiir Ingenieure del' Praxis eignet. In erster Linie soIl es jedoch
ein Lehrbuch sein. - Del' Behandlung del' einzelnen Typen del'
Mehrphasen- bzw. Einphasen-Kommutatormotoren ist deswegen eine
ausfiihrliche Besprechung del' allgemeinen Eigenschaften del' be
treffenden Maschinen vorausgeschickt. Die theoretische Behandhmy
del' verschiedenen Maschinentypen schlieBt sich den in den vor
hergehenden Banden angewendeten analytischen und graphischen
Verfahren an, die je in ihrer Weise zum gleichen Resultat fiihren.
Das eine Mal gibt die analytische, das <tndere Mal· die graphische
Darstellung den besten Einblick in den EinfluJ3 del' Veranderung
del' maBgebenden GroBen.
Die ausfiihrliche Behandlung del' Mehrphasen-Kommutatormo
toren schien uns gerechtfertigt, zunltchst weil deren Theorie noch
nicht so vollstltndig ausgebaut war, wie die del' Einphasenmotoren,
und dann, weil diese Maschinen immer groBere Bedeutung in allen
FUllen gewinnen, in denen eine okonomische Tourenregulierung in
Frage kommt. Die neuerdings vielfach Eingang findenden sog.
Regulierschaltungen sind in dem Kapitel iiber Kaskadenschaltung
eines Induktionsmotors mit einem Mehrphasen-Kommutatormotor ein
gehend gewurdigt.
Besondere Sorgfalt wurde del' Berechnung del' Reaktanz eines
rotierenden Mehrphasen-Kommutatorankers gewidmet, von deren
GroBe das Verhalten del' NebenschluBmotoren ganz bedeutenrl ab
Mngt.
Bei den Einphasenkommutatormotoren erschien es in Anbetracht
del' auBerordentlich groBen Zahl del' in dem letzten Jahrzehnt ent
standenen verschiedenen Maschinentypen zweckmltJ3ig, eine einheit
liehe Einteilung nach verschiedimen Gesichtspunkten vorauszustellen,
Vorwort. VII
die dem Studierenden eine schnelle Orientierung in den verschie
denen Ausfiihrungsformen erleichtert.
Besonders eingehend wurden in erster Linie jene Maschinentypen
behandelt,die bedeutende praktische Anwendung gefunden haben.
Die Berechnung der Felder und der Streuung der Einphasen-·
kommutatormotoren ist eingehend behandelt; besonders bei Motoren
mit Biirstenverschiebung hat die Form der Felder und die Streuung
einen groBen EinfiuB auf das Verhalten del' Maschinen.
Fiir die Berechnung del' Eisenverlnste in Wechselfeldern und
in elliptischen Drehfeldern ist ein aufexperimentelle und theore
tische Grundlage gestiitztesangenl1hertes Verfahren angegeben.
Del' grofie EinfiuB, den die Riickwirkung del' sogellannten
KurzschluBstrome auf das Verhalten der Ein- und Mehrphasen
Kommutatormaschinen hat, ist eingehend erHtutert worden. Eine
genaue Berechnung del' KurzschluBstrome und del' durch sie be
dingten Verluste ist nach dem gegenwartigen Stand del' Kommu
tierungstheorie nicht moglich.
Den Methoden zur Erzielung funkenfreien Ganges ist eine aus
fiihrliche Behandlung gewidmet.
Auf die au.l3erordentlich reiche Patentliteratur, die auf delll
Gebiete der KOllllllutatormotoren entstanden ist, konnte nul' in sehr
beschtiinktem MaBe hingewiesen werden, da eine vollstl1ndige Be
handlung iiber den Zweck und den Rahmen eines Lehrbuches
hinausgehen wiirde.
Wegen del' groBen Verschiedenbeit del' Kommutatormaschinen
war es nicht m5glich, eine ausfiibrliche, durch Beispiele erlliuterte
~ethode del'Vorausberecbnung aufzustellen und die entsprechenden
Formeln in einem Berechnungsformular zusammenzustellen, wie es
in den vorhergehenden Blinden geschehen ist. Wir baben uns viel
mehr mit allgemeinen Angaben begniigen miissen, die fiir We.cbsel
strom-Kommutatormotoren wichtig sind und die mit den Ausfiibrungen
del' vorhergebenden Bande zusammen eine Vorausberecbnung in
einfacher Weise ermoglichen. Wesentlicb dazu beitragen diirften
auch die verschiedenen Beispiele undo besonders auch die Nacb
rechnung ausgefiihrter Motoren.
Wir sprechen den Firmen, die uns Zeichnungen, Abbildungen
und Daten zur Verfiigung stellten, unseren besten Dank aus.
Die Begriindung, weshalb del' fiinfte Band dem vierten nicht
VITI Vorwort.
so rasch gefolgt ist, wie friiher angekiindigt wurde, ist schon im
Vorwort des erst en Teiles angegeben.
Infolge des unerwarteten Ablebens des Herausgebers fiel mir
die Dberwachung der Fertigstellung des Buches zu und in dieser
Arbeit hat Herr Privatdozent Dr.-Ing. H. S. Rallo mir in dankens
wel'tel' Weise zur Seite gestanden.
SchlieJ3lich mochte ich nicht vel'fehlen, auch an dieser Stelle
dem Rerrn Dipl.-Ing. W. Schumann, Assistent am elektrotechni
schen Institut, Karlsruhe, del' mit Hel'rn Dr.-Ing. H.o S. Hallo uns
bel'eitwilligst beim Redigieren des Textes und beim Kol'rekturlesen
behilflich gewesen ist, meinen aufrichtigen Dank auszuspl'echen.
Vesteras, im l\Iai 1912.
.T. L. la Cour.
Illhaltsverzeichllis.
Erstes Kapitel.
Allgemeine Eigenschaften der Mehrphasen-Kommutatormaschlnen.
Selte
1. Das Potentialdiagramm des Kommutators einer Mehrphasenkommu-
tatormaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2. Die Zahl Sk del' von einer Burste kurzgeschlossenen Spulen. . . . 5
3. Kom1l'.utation von Mehrphasenstromen. . . . . . . . . . . . . . 9
4. EinfluLl del' Kommutation auf die Streureaktanz del' Rotorwi:cklung 14
5. Einflu13 del' Biirstenstellung auf die Phase del' Rotor- und Stator-EMKe
und -Strome. . . . . . . . . . . . . . . . 20
6. Ruckwirkung del' Kurz'lchlu13strome auf den Erregerstrom . 23
7. Die Leerlaufspannung (LeS Rotors .. 28
8. Kurzschlu13versuch . . . . . . . 30
Zweites Kapitel.
Der mllhrphasige HauptschltiBmotor:
9. Theorie des mehrphasigen Hauptschlu13rp.otors. . . . 35
10. Stromdiagramm des IDo)hrphasigen Hauptschlu13motol's . 48·
11. Vorausberechnung del' Arbeitskurven. . . . . . . . . 54
12. EinfluLl der Sattigung des ReihenschluBtransformators . 59
13. HauptschluBmotor mit zweiteiliger Statorwicklung. . .. 62
14. Bemerkungen iiber deIc Betrieb des mehrphasigen HauptschluJ.lmotors
als Generator . . . . . . . . . . '.' . . . . . . . . . •. 64
Drittes Kapitel.
Der mehrphllsige NebenschluBmotor.
15. Wirkungsweise des mehrphasigen NebenschluBmotors . . . . . .. 67
16. Das Vektcrdiagramm des mehrphasigen Nebenschlu13motors 70
EinfluB der Phase der Rotorspannung auf die Phasenverschiebung.
des gesamten Stromes . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72
Bedingung fur das Minimum der Verlustc . . . . . . . . .. 74
Vektordiagramme fUr konstantes Drehmoment bei veranderlicher
Geschwindigkeit. Entsprechende Anderung del' Rotorspannung 76
Leerlauf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . ·78
17. Das Stromdiagramm des mehrphasigen NebenschluLlmotors. . . .. 80
Die Gleichungen des Stator- und Rotorstromes. . . . . . " 80
18. Diagramm des uber die BUrsten kurzgeschlossenen Kommutatormotors 84
Die Leistungen im Diagramm. . . . • . . . . 87
19. Diagramm des Statorstromes des NebenschluBmotors 90
Bestimmung des Leerlaufpunktes . . . . . . . 94
x
Inhaltsverzeichnis.
Seite
20. Das Diagramm des gesamten Stromes . . . . , . . . . . . . .. 96
Leistung,Drehmoment,SchliipfungundWirkungsgradimDiagramm 97
21. Aufzeichnung des vollstll,ndigen Diagramms. . . . 99
22. EinfluB der Gr(lBe und Phase der Rotorspannung auf die Arbeits
weise des mehrphasigen NebenschluBmotors . . ... . . . . . 101
a) Die Rotorspannung ist mit der Statorspannung phasengleich . . 101
b) Di"e Rotorspannung ist um 900 gegen die Statorspannung phasen
verschoben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
23. Einflu13 der Oberfelder auf die Arbeitsweise des mehrphasigen Neben-
schlu13motors ... . . . . . . . . . . . . . : . . . . 106
24. Nebenschlu13motor mit Hilfswicklung. . .'. . . . . . . . . . 110
25. Nebenschlu13motor mit Kompensationswicklung und besonderer Er-
regerwicklung . . . . _ . . . . . .. ........ 116
Viertes Kapitel.
Anlassen und Tourenregullerung der mehrphaslgen
Hauptschlullmotoren.
26. Anlassen der mehrphasigcn Hauptschlu13motoren 121
27. Anlassen mit Spannungsregulierung . . 122
a) Verwendung einee AnlaBwiderstandes 124
Abstufung der AnlaBwiderstll.nde . 125
b) Verwendung einer Drossebpule . . . 126
c) Verwendung eines AnlaBtransfol'mators 127
Abstufung des AnlaBtransformators . 128
28. Anlassen durch Feldregulierung . . . . . 130
a) Anlassen durch Umschalten der Erregerwicklung . 131
b) Anlassen durch Biirstenverstellung ; . . . . . . 131
Berechnung des Anlaufstromes und des Drehmomentes unter
Beriicksichtigung des Spannungsabfalles und del' Kurz-
schluJ3str(lme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
c) Anlassen mit Spannungsregulierung und gleichzeitiger Feld-
regulierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
29. Geschwindigkeitsreglllierllng der mehrphasigen HauptschluBmotoren 139
a) Spannungsregulierllng mitt.els Transformators. . . 139
b) Regulierung durch Anderung del' Erregerwicklung. . . . • . . 142
c) Regulierung durch Biirstenverschiebung. . . . . . . . . . . . 143
30. Geschwindigkeitsbegrenzung von mehrphasigen HauptschluBmotoren 147
Fiinftes Kapitel.
Anlassen und Tourenregullerung der mehrphasigen
Nebenschlullmotoren.
31. Allgemeines iiber die Tourenregulierung des doppelt gespeisten Ne
benschluJ3motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
3~ Regulierung del' Tourenzahl mittels Regulieren del' Rotorspannung 154
a) Verwendung von Transforrnatoren ........ '. . . 155
b) Vereinigung des Transformators mit del' Statorwicklung. 156
c) Verwendung von Induktionsregulatoren . . . . . . . . 158
3·3. Regulierllng del" Tourenzahl mittels Biirstenverschiebung . 159
34. Tourenregulierung des direkt gespeisten Nebenschlu13motors 161
35. Anlauf del' mehrphasigen NebenschluBmotoren . . . . . . 162
Inhaltsverzeichnis. XI
Sechstes Kapitel.
Memphasenkommutatormasehlnen mit Wende polen. Seite
36. Allgemeines tiber die Verwendung von Wendepol"n. . . . . 163
37. Berechnung der Wendepole . . . . . . . . . . . . . . . . 166
38. Mehrphasenmaschinen mit ausgepragten Haupt- und Hilfspolen . 168
39. Die Arbeitsweise der Doppelschluflmaschine nach Scherbius 177
Kompensation des DoppelschluBmotors. . . . . . . . . . 183
Sie ben tes K api tel.
Vorausberechnung mehrphasiger Kommutatormotoren.
40. Allgemeines tiber die Vorausberechnung 186
41. Die Rotorspannung .•...... 187
42. Wahl der Polzahl. . . . . . . . . . . 191
43. Berechnung der Hauptabmessungen . . 194
44. Wahl der Polteilnng und der Pollange . 197
45. Wahl der Ankerwicklung ...... . 198
46. Grenze der Leistnng . . . . . . . . . 200
Achtes Kapitel.
Kompensierte Induktionsmaschinen.
47. Die Induktionsmaschine von Heyland 203
48. Phasenregler yon Leblanc. . . . . . . . . 208
49. Phasenregler von Walker ........ . 209
Nenntes Kapitel.
Untersuchung ausgefiihrter l\lotoren.
50. Untersuchllng eines 5PS dreiphasigen NebenschluB-Motors der A. E.-G. 213
Beschreibung des Motors. 213
Schaltung. . . . . . . . . . . . . . . 215
Geschwindigkeitsstnfen . . '. . . . . . . 216
Leerlanf- und KurzschlnBcharakteristiken 218
Diagramm des Induktionsmotors. . . 220
Diagramm ftir Phasenkompensation . 221
Diagramm ftir die Tourenregulierung 224
Arbeitskurven der Tourenregulierung 225
51. Untersuchung und Nachrechnung eines 10 PS Dreiphasen-NebenschluB
motors der Allmanna Svenska Elektriska Aktiebolaget Vester~s 226
52. Untersuchung und Nachrechnung eines 50PS Dreiphasen-NebenschluB
motors der A. S. E. A. Yester~s. . . . . . . . . . . . . . . . 236
Zeh ltes Kapitel.
Kaskadenschaltung einer mduktionsmaschine und einer Mehr
phasen-Kommutatormaschine.
53. Allgemeines tiber die Kaskadenschaltung einer Induktionsmaschine
mit einer Mehrphasenkommutatormaschine. . . . . . . . . . 244
54. Die Kaskadenschaltung einer Induktionsmaschine mit einem Mehr
phasen-HauptschluBmotor bei direkter Knpplung . . '.' . . . 249
55. Die Kaskadenschaltung einer Induktionsmaschine mit einem Mehr
phasen-Nebenschluflmotor bei direkter Knpplung 257
Arbeitsdiagramm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
