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Mehrphasige

Elektrische Ströme

und

W echselstrommotoren.

Von

Silvanus P. Thompson,

Direktor und Professor der Physik an der Technischen Hochschule der Stadt und Gilden

von London.

Zweite Auflage.

Übersetzt von

K. Strecker und F. Vesper

Mit 395 in den Text gedruckten Abbildungen und 15 Tafeln.

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öffentlichen Arbeiten J

Halle a. S.

Verlag von Wilhelm Knapp. 1904.

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Aus den Vorworten des Verfassers.

Zur ersten Auflage.

Fach Beendigung einer Folge von vier Vorlesungen über Mehrphasenströme, welche der Verfasser an der Hochschule in Finsbury im Herbst 1894 abhielt, bemühten sich viele seiner Zuhörer und andere Personen, ihn zu einer Veröffentlichung dieser Vorträge zu veranlassen.

Bei der Vorbereitung des Gegenstandes für den Druck wurde Manches hinzugefügt. Es wurde indessen kein Versuch gemacht, die Gesprächsform des Vortrages beizubehalten oder in anderer Weise den literarischen Stil besonders zu berücksichtigen; die Vorträge sind in der gegenwärtigen Form für den Gebrauch von Studenten und Ingenieuren zusammengestellt; eine Einführung soll die Beziehungen der mehrphasigen Ströme zu den gewöhnlichen einphasigen klarstellen. Bei all diesen Arbeiten ist der Verfasse]¹ von Herrn Miles Walker unterstützt worden, dessen Hilfeleistung gerne anerkannt wird, und der sich auch der Mühe unterzogen hat, einen grossen Tlieil der Vorträge niederzuschreiben.

Zur zweiten Auflage.

Bei der Durchsicht des Werkes haben den Verfasser die Herren Miles Walker und A. C. Eborall auf’s beste unterstützt; auch ist ihm dankenswerthe Hilfe zu Theil geworden von mehreren

Firmen und Ingenieuren, die ihm Zeichnungen und Angaben zu verschiedenen Maschinen geliefert haben.

Herr Walker insbesondere hat viel Zeit und Mühe auf die Entwicklung der Kapitel über die graphische Theorie verwandt; ihm ist es zu verdanken, dass diese Theorie nun in einer Form dargeboten wird, in der sie unmittelbar für praktische Berechnungen

verwendet werden kann.

Der Verfasser schuldet auch Herrn M. B. Field Dank, welcher ihm erlaubt hat, im Kapitel XIII Theile eines von ihm kürzlich verfassten Aufsatzes über Inductionsmotoren

zu bringen.

Der Anhang über Wechselstromberechnungen rührt von Herrn Walker her.

S. P. T.

Vorwort der TJebersetzer.

Um das vorliegende Buch deutschen Verhältnissen besser anzupassen, sind zahlreiche Abbildungen und Beschreibungen deutscher — auch österreichischer und schweizer — Maschinen-constructionen aufgenommen worden, wogegen eine Anzahl minder wichtiger ausländischer Maschinen weggelassen werden konnten.

Die Maschinenfabriken in Deutschland, Oesterreich-Ungarn und der Schweiz, die wir um Zeichnungen und Angaben baten, haben uns diese in der bereitwilligsten Weise zur Verfügung gestellt. Insbesondere sind wir den Firmen Siemens & Halske

A.-Gr., Allgemeine Elektricitätsgesellschaft, der früheren Elektricitäts - Akti engesellschaft vorm. Schlickert & Co., der Elektricitäts - Aktiengesellschaft vorm. W. Lahmeyer & Co., der Maschinenfabrik Oerlikon, Brown, Boveri & Co., Ganz & Co. und Kolben & Co. den verbindlichsten Dank schuldig. Der Verleger hat die Kosten nicht gescheut, dem Buche zahlreiche neue Tafeln und Textabbildungen beizugeben.

Als Anhang II ist ein eingehendes Verzeichniss der Patente auf dem Gebiete des Ein- und Mehrphasenstromes gegeben worden, Avelches alle wichtigeren deutschen und englischen Patente berücksichtigt.

Das in der ersten Auflage für slip gewählte Wort „Gang“ wurde fallen gelassen. Es findet sich dafür schon bei Reuleaux, Der Maschinenconstructeur, 3. Aufl. 1869/70, Seite 360, das Wort Schlipf, welches seiner Kürze wegen den Vorzug vor dem auch als Wortbildung minder guten „Schlüpfung“ verdient.

Berlin, December 1903.

Strecker. Vesper.

Inhaltsverzeichniss.

Seite

Kapitel I. Allgemeines über Wechselströme ..........

II.    Mehrphasige Ströme...............

III.    Vereinigung mehrphasiger Ströme und Kupfergewicht der Leitungen .................

IV.    Mehrphasenstromerzeuger.............

V. Beispiele ausgeführter Mehrphasenstromerzeuger.....

VI. Bau der mehrphasigen Motoren...........

VII. Graphische Theorie der mehrphasigen Motoren......

Graphische Theorie der mehrphasigen Motoren, Fortsetzung .

IX. Analytische Theorie der mehrphasigen Motoren.....

X. Einige Beispiele neuerer mehrphasiger Motoren.....

Anhang I. Die symbolische Methode der Wechselstrom berechnungen . .

„ II. Deutsche und englische Patente auf dem Wechselstromgebiet . Namen- und Sachregister..................

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VIII.

XVI.

* XVII. „ XVIII. „ XIX.

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Tafel I.

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VI.

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IX.

X.

XI.

*    XII. „ XIII.

*    XIV. „ XV.

Verzeicliniss der Tafeln.

Dreiphasen - Stromerzeuger für hohe Spannung der Siemens & Ilalske Aktien - Gesellschaft. Modell R 260/20.

Zweipbasiger Wechselstromerzeuger von Ganz & Co. Modell 0 1960/12. Mehrphasige Ankerwickelungen.

Dreiphasen-Stromerzeuger der A. E. G. Modell GSD 83/650 (Spannwerksmaschine).

Dreiphasen-Stromerzeuger der E. A. G. vorm. Schuckert & Co. Modell WJd 2900/94.

Zweiphasen-Stromerzeuger von Brown, Boveri & Co. (Turbogenerator). Dreiphasenmotor der Siemens & Halske Aktien-Gesellschaft. Modell DM 20—1000.

Dreiphasenmotor der A. E. G. Modell HD 1000.

Dreiphasenmotor der E. A. G. vorm. Schuckert & Co. Modell NAd 17. Dreiphasenmotor von Brown, Boveri & Co.

Zweiphasenmotor von Brown, Boveri & Co.

Dreiphasenmotor von Kolben & Co.

Lokomotive der Jungfrau-Bahn von Brown, Boveri & Co. Dreiphasenmotor der Maschinenfabrik Oerlikon.

Mehrphasige elektrische Ströme und W echselstrommotoren.

Kapitel I.

Allgemeines über Wechselströme.

Es wird vorausgesetzt, dass der Leser mit den Grundlehren der elektrischen Ströme, sowohl der Gleichströme, wie auch der Wechselströme, und mit dem allgemeinen Verhalten¹) der Wechselstrommaschinen bekannt ist. Nichtsdestoweniger mag eine Wiederholung der wichtigsten Punkte als Einleitung nützlich sein.

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Earaday’s Entdeckung der Induction elektrischer Ströme in Drähten, welche im magnetischen Felde so bewegt werden, dass sie die Kraftlinien schneiden, gab Veranlassung, magnetelektrische Maschinen zu bauen, mittels deren elektrische Ströme durch mechanische Arbeit erzeugt werden konnten.

Fig. 1. Einfacher Wechselstromerzeuger (einphasig).

Wenn eine Spule von passender Form, wie in Fig. 1, zwischen die Pole eines Magnetes gebracht und um die Längsachse gedreht wird, so werden darin Ströme erzeugt, welche nach jeder halben Umdrehung verschwinden und dann mit entgegengesetzter Richtung wiederkehren. In der Figur ist die Drahtspule so gedacht, dass der obere Theil sich auf den Beschauer zu

bewegt. Für diesen Fall zeigen die Pfeile die Richtung der indu-cirten Ströme an, welche dem Stromkreise durch zwei mit den Enden der Spule verbundenen Contact- oder Schleifringe zugeführt werden.

Die Figur zeigt die Stellung, wo der Strom beim linken Ringe in den äusseren Kreis tritt und von da beim rechten Ringe zurückkommt; eine halbe Umdrehung später wird der Strom beim rechten Ringe in den äusseren Kreis ein- und beim linken Ringe zurücktreten. Die dargestellte Maschine ist eine einfache Wechselstrommaschine, welche einen periodisch umkehrenden oder Wechselstrom erzeugt; sie ist bekannt als »Magnetinductor« und wird vielfach bei Läutewerken und zum Anruf im Fernsprechbetrieb verwendet.

Der Wechselstrom für Beleuchtungs- und Arbeitszwecke hat eine grosse Wechselgeschwindigkeit; die elektrischen Ströme werden dabei in der Leitung und durch den Stromkreis mit grosser Geschwindigkeit hin- und hergetrieben — dutzende und hunderte Mal in einer Secunde — unter dem Einflüsse einer rasch wechselnden elektromotorischen Kraft. Wie bekannt, unterscheiden sich die Eigenschaften der Wechselströme in manchen Punkten von denen der Gleichströme. Sie werden nicht nur durch den Widerstand des Stromkreises beeinflusst, sondern auch durch dessen elektromagnetische Trägheit oder Selbstinduction (in anderen Worten durch das magnetische Feld, das sie in ihrer Nachbarschaft erzeugen); die Inductanz des Stromkreises hat die Wirkung einer Drosselung des Wechselstromes, indem sie seine Schwingungsweite (Amplitude, Höchstwerth) vermindert, die Phase verzögert und die heftigeren Stromschwellungen abgleicht.

In Fig. 1 war der drehbare Anker eine einfache Spule, der Magnet ein gewöhnliches zweipoliges Hufeisen. Aus Gründen, die wir später kennen lernen werden, sind die meisten Wechselstrommaschinen mehrpolig; Fig. 2 zeigt eine Maschine dieser Art, welche von der Elektrizitäts-Aktiengesellschaft vorm. Schuckert & Co. gebaut wird, mit einem vielpoligen Feldmagnet, der sich im Innern des ringförmigen Ankers dreht. Der Letztere besteht aus Eisen blech-Scheiben und enthält in Bohrungen der letzteren die inducirten stabförmigen Seiten.

Um die Anordnung der Drähte zu verstehen, müssen wir für einen Augenblick bei der Richtung der Ströme, die in den Drähten hervorgerufen werden, verweilen.

Betrachten wir zunächst Fig. 3, welche einen Theil einer vier-poligen Maschine darstellt; der Ankerkern, der später die Wickelung erhalten soll, liegt zwischen vier Polen von wechselnder Polarität. Wenn wir den Kupferstab a b der Drehungsachse parallel anbringen und annehmen, dass er sich durch den Zwischenraum zwischen Anker und Polschuh rechts von dem Südpol wegbewegte, so wird er die magnetischen Kraftlinien, die bei jenem Pole eintreten, schneiden. Die inducirte elektromotorische Kraft wird aufwärts gerichtet sein.

In einem zweiten Leiter cd, der gerade am Nordpol vorüber--geht, wird eine nach unten gerichtete elektromotorische Kraft inducirt.

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Fig. 2. Schuckert’scher Wechselstromerzeuger.

Wrollte man versuchen, in einem Bilde wie Fig. 3 zwanzig oder mehr Leiter und ihre Verbindungen unter einander darzustellen, so würde dies sehr unübersichtlich werden; wir wollen uns deshalb vorstellen, wir ständen im Mittelpunkte des Kreises, und die vier Pole lägen wie im Panorama rings um uns; was wir dann um uns sehen, zeichnen wir auf eine ebene Fläche wie in Fig. 4. Dabei wollen wir zur bequemeren Unterscheidung Nord- und Südpole entgegengesetzt schräg schraffiren.

Der Zweck dieser schrägen Linien ist noch ein besonderer; wenn statt der Linie ab (welche einen Leiter darstellt) ein enger Schlitz in einem Stück Papier, das auf der Zeichnung liegt, in der Richtung der Pfeile nach rechts bewegt wird, so zeigen die Stücke der schrägen Linien, die man durch den Schlitz sieht, eine scheinbare Bewegung • in derjenigen Richtung, in welcher der Strom in Wirklichkeit zu

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fliessen bestrebt sein würde. Man kann leicht behalten, nach welcher Seite die Linien sich neigen müssen: die auf der Nord-ih pil²' polfläche laufen parallel zum schrägen Balken des Buchstaben N.

Fig. 3. Vierpoliges Feld.

In einer wirklichen Maschine werden viele Ankerdrähte verwendet, welche um den Anker symmetrisch angeordnet und durch Verbindungsdrähte oder -Stücke zusammengeschaltet werden müssen. Bei einem Ringanker geht der Verbindungsdraht durch den Innenraum des Ringkernes, wobei er

nach der Richtung der elektromotorischen Kräfte. Also muss der Leiter, nachdem er vor einem Nordpol hinab geführt hat, mit einem zweiten verbunden werden, der vor einem Südpol hinaufführt; dies kann man offenbar in zweierlei Weise ausführen, indem ‘die Wickelung entweder in Schleifen zurückgreift oder im Zickzack fortläuft.

Fig. 5 und 6 zeigen den Unterschied zwischen Schleifen- und Wellen Wickelung bei Wechselstrommaschinen. Fig. 5 stellt einen achtpoligen Wechselstromerzeuger mit Schleifenwickelung dar, worin jedes »Element« oder Satz von Schleifen die Breite des Polabstandes, d. i. des Abstandes von Mitte zu Mitte zweier benachbarter Pole

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Fig. 5. Wechselstrom maschine, Schleifen Wickelung.

einnimmt. Es sind nur 24 Leiter gezeichnet worden; zu bemerken ist, dass die aufeinanderfolgenden Schleifen abwechselnd links und rechts herum gewickelt sind. Fig. 6 zeigt denselben Wechselstromerzeuger mit Wellenwickelung.

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Fig. 6. "VVechselstrommaschine, Wellenwickelung.

Die elektromotorische Kraft der beiden Maschinen würde genau dieselbe sein; die Wahl zwischen den beiden Arten der Drahtverbindung ist lediglich eine Frage der Bequemlichkeit in der mechanischen Herstellung und der Kosten. Bei Maschinen, deren Anker sich dreht, werden Anfang und Ende der Wickelung zu zwei Schleifringen geführt, die in der abgewickelten Zeichnung durch zwei parallele Linien dargestellt wrerden.

Kehren wir nun zu der einfachen drehbaren Spule der Fig. 1 zurück. Wir haben oben gesehen, wie die Spule elektromotorische Kräfte erzeugt, indem sie die Kraftlinien des magnetischen Feldes schneidet; diese Kräfte sind periodisch, wechseln die Richtung bei jeder halben Drehung und erzeugen Wechselströme. Während jeder

ganzen Drehung entsteht eine elektromotorische Kraft, die zu einem Höchstwerthe ansteigt und dann abnimmt und verschwindet, und die unmittelbar gefolgt wird von einer elektromotorischen Kraft der entgegengesetzten Richtung, welche gleichfalls bis zu einem Höchstwerthe zu-, dann wieder abnimmt und verschwindet. Die Wellenlinie in Fig. 7 soll dies darstellen. Die Höhe der Curve über der Wagerechten gibt den augenblicklichen Werth der elektromotorischen Kraft an; die Tiefe unter der Wagerechten, im zweiten Theile der Curve, zeigt die elektromotorische Kraft der entgegengesetzten Richtung, welche auf jene folgt. Die genaue Form dieser Curve hängt ab von der Anordnung des Eisens und der Wickelung des Stromerzeugers, und ausserdem von der Stärke des augenblicklich gebrauchten Stromes. Manche Maschinen sind so gebaut, dass die Curve ihrer elektromotorischen Kraft annähernd eine Sinuscurve, wie die in Fig. 7, ist; bei anderen erscheint die Curve sehr unregelmässig. Eine solche Curve mit hoher Spitze zeigt Fig. 8. Im Gegensatz dazu sehen wir in Fig. 9 eine Curve, deren Gipfel flach ist.³)

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Fig. 7.

Curve der inducirten elektromotorischen Kraft eines gewöhnlichen oder einphasigen Wechselstromerzeugers.

Jede solche vollständige Folge von Vorgängen wird eine Periode genannt und die Zahl der Perioden, die in einer Secunde vollendet

werden, heisst Wechselgeschwindigkeit (Frequenz) und wird durch den Buchstaben n dargestellt. In zweipoligen Maschinen stimmt n mit der Zahl der Umdrehungen in einer Secunde überein; in mehrpoligen dagegen ist n grösser, proportional der Zahl der Poi

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Fig. 8.

paare. So wrerden in einem achtpoligen Felde mit vier Nord- und vier Südpolen um einen Mittelpunkt bei jeder Umdrehung vier vollständige Perioden erzeugt. Wenn die Maschine 15 Drehungen in 1898. — Duddell und Marchant, Oscillographen, Electrician (London) Bd. 42, S. 857, 893; Inst. El. Eng. April 1899.

Ueber die Frage der Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der AVellenform vgl. Electrician (London) Bd. 33, S. 497, 511, 523, 528, 580; 1894 und mehrere gleichzeitige Briefe in dieser Zeitschrift und in El. World. S. auch Rössler, ETZ. 1895, S. 488; auch wichtige Abhandlungen von Barr, Beeton und Taylor, Electrician (London) Bd. 35, S. 257, 286. — Feldmann, ebenda, S. 809. — Mordey, Inst. El. Eng. Bd. 18, S. 609; 1890. — Ayrton, ebenda, S. 664; 1890. — Fleming, Inst. El. Eng. Bd. 21, S. 594; 1892. — Sumpner, ebenda, S. 740. — Duddell, Electrician (London) Bd. 39, S. 637; 1897.

Der wesentliche Inhalt dieser Abhaüdlungen lässt sich folgendermassen zusammenfassen. Eine spitze Curve gibt einen etwas höheren Wirkungsgrad beim Arbeiten mit Transformatoren gegenüber einer flachen Curve vom gleichen Effectiv-werth; aber für Arbeitsübertragung (wobei der höchste Punkt der Curve wegen der Isolation von Bedeutung ist) und beim Betrieb von Motoren ist die spitze Curve nicht vortheilhaft.

der Secunde (d. s. 900 in der Minute) ausführt, so gibt dies sechzig Perioden in der Secunde, oder die Wechselgeschwindigkeit beträgt 60. Die grosse Uebereinstiramung der Spannungscurve mit der Sinus-curve, die man bei einer grossen Zahl Wechselstromerzeuger findet, und die Thatsache, dass alle beliebigen Curven aus Sinuscurven zusammengesetzt werden können, rechtfertigt die übliche Behandlungsweise bei theoretischen Betrachtungen auf dem Gebiete des Wechselstromes; man sieht die Curven als wirkliche Sinuscurven an. Auf diese Weise wird das, was sonst sehr schwierig wäre, eine ver-hältnissmässig einfache Sache.

Nehmen wir den Fall eines zweipoligen Feldes mit einer ge-sammten Kraftlinienmenge 0 durch jede Windung der Ankerwickelung, wenn die Windung quer im magnetischen Felde liegt. Macht

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Fig. 9.

der Anker n Umdrehungen in der Secunde, so dreht er sich mit der Winkelgeschwindigkeit 2jtn Radianten (zu 57,8°) in der Secunde; in tf-Secunden dreht er sich demnach durch 2rtnt Radianten. Es sei & der Winkel von 2,7tnt Radianten, gemessen von der Stellung der Spule aus, wo ihre Ebene quer zum magnetischen Felde steht, und wo sie demnach die grösste Kraftlinienmenge einschliesst. Wenn die ganze Kraftlinienmenge © durch alle Windungen der quer stehenden Spule geht, und die Zahl der Windungen N ist, und wenn die Spule sich um den Winkel & gedreht hat, so hat sich die umschlossene Kraftlinienmenge geändert auf ©Wcos# oder <5Ncos27t?it. Nun ist nach einem Satze von Faraday die Induction (Spannung) proportional der Geschwindigkeit, mit der die umschlossene Kraftlinienmenge sich ändert; ferner ist die Geschwindigkeit, mit der der Cosinus sich ändert, gleich dem Sinus. Hieraus folgt, dass wir die inducirte elektromotorische Kraft ausdrücken können durch eine

Formel, welche sich zusammensetzt aus Factoren, die zum Sinus des Winkels, zur Winkelgeschwindigkeit, zur Windungszahl und zur grössten umschlossenen Kraftlinienmenge proportional sind. Diese Formel wird also lauten:

2?tn-<5N- sin2zrwi£.

Das Vorzeichen hängt von unserer Festsetzung ab, wonach wir die positive oder negative Richtung des Stromes wählen, und lässt sich leicht nach der oben (Seite 4) gegebenen Regel ableiten. Und da 1 Volt die elektromotorische Kraft ist, welche erzeugt wird, wenn ein Leiter die magnetischen Kraftlinien mit der Geschwindigkeit 10⁸ Kraftlinien in der Secunde schneidet, so ergibt sich für die elektromotorische Kraft (in Volt) des Ankers zur Zeit t (d. h. t Se-cunden, nachdem die Spule quer zum Feld gestanden ist) oder in anderen Worten, nachdem die Spule sich um den Winkel & gedreht hat.

Es = 27rw@jVsin#/10⁸, oder, indem wir D für 27tn<BN/10⁸ schreiben

Es = Dsind-.

D ist hier der höchste Werth, den E erreicht. Diesen Werth nimmt E an, wenn sin# = 1 wird, d. h. wenn # ein ungerades Vielfaches von rcj2 ist. Man nennt diesen Werth Amplitude oder Scheitelwerth. D ist der in Volt ausgedrückte Scheitelwerth, und der Werth von E in irgend einem Augenblick wird erhalten durch Multiplication von E mit sin#. Den Werth von sin # in dem betrachteten Augenblick berechnet man, indem man die Zahl der Secunden oder Theile von Secunden in den Ausdruck 2nnt einsetzt und mit Hilfe einer Tafel der natürlichen Sinus ausrechnet. Im einfachen Fall eines zweipoligen Feldes, wie wir es voraussetzen, ist # der Winkel selbst, um den sich der Anker gedreht hat; aber in mehrpoligen Maschinen, welche einen Strom nach der Formel E = I) sin liefern, bedeutet # keinen physikalischen Winkel. Es ist vielmehr ein imaginärer Winkel, dessen Sinus wir zu nehmen haben, um den Augenblickswerth von E zu erhalten. Der Werth dieses Winkels wird folgender-massen erhalten. Die wechselnde EMK, von der wir sprechen, hat eine gleichbleibende Wechselgeschwindigkeit (Frequenz), welche wir mit n bezeichnen; d. h. sie hat n volle Perioden in einer Secunde. Jede Periode zwischen zwei Scheitelwerthen beansprucht einen kurzen Zeitraum = 1/n einer Secunde. Dieser Zeitraum heisst die Periode und wird, in Secunden gemessen, durch T ausgedrückt. Nun wissen wir, dass der Sinns eines Winkels seine vollständige Reihe von Werthen durchläuft, Avährend der Winkel sich um 2tc ändert. Wollen wir also die Werthe der elektromotorischen Kraft durch eine Sinusfunction der Zeit ausdrücken, so muss die Periode T dem

Winkel 2rc entsprechen. Wir nehmen für & den Ausdruck 2n ■ —-,

so dass & = 2rc wird, wenn t = T; und so oft t ein ganzzahliges Vielfaches von T ist, wird auch & ein ganzzahliges Vielfaches von

27t sein. In der That gibt uns 2 rc •

einen Winkel an, der ein

Theil von 2n ist, und dessen Sinus sich ändert, wie die elektromotorische Kraft. Da ausserdem T= l/n, so haben wir den bequemeren Ausdruck & — 2rcnt. Dieser Winkel # heisst Phasenwinkel.

In mehrpoligen Maschinen lässt sich der Winkel, um den der Anker sich gedreht hat, in seiner Beziehung zu # ausdrücken durch die Gleichung

p • a = #,

worin p die Zahl der Polpaare ist.

Bei einer zweipoligen Maschine mit einem Nord- und einem Südpol vollführt die Spule eine Periode ihrer Wirksamkeit in einer vollen Umdrehung; sie bewegt sich an beiden Polen vorüber. Bei einer vierpoligen Maschine mit zwei Nord- und zwei Südpolen, welche in abwechselnder Folge NS NS den Anker umgeben, hat man zwei volle Perioden der Wirksamkeit bei jeder Umdrehung. Aehnlich besitzt eine zehnpolige Maschine mit fünf Nord- und fünf Südpolen fünf vollständige Perioden bei jeder Umdrehung des Ankers.

Wir müssen uns nun zunächst nach einem bequemen Hilfsmittel umsehen, um in einem Diagramme⁴) jede Periode von Wirkungen einzutragen, welche die Spule durchläuft, wenn sie an einem Nord-und einem Südpol vorbeigeführt wird.

Uhrdiagramme.

Betrachten wir einen Punkt P, der im Sinne des Uhrzeigers auf dem Kreise läuft, Fig. 10; nimmt man den Radius des Kreises zur Einheit, so ist PM der Sinus des Winkels #, gemessen von 0° aus. Wir theilen den Kreis in irgend eine Zahl gleicher Winkel und zeichnen für jeden den Sinus; dann tragen wir diese Sinus in gleichen Abständen längs der Wagerechten auf, wie in Fig. 10, rechts, und erhalten so die Sinuscurve.

Dieses Diagramm benutzen wir folgendermassen. Wir wissen, dass die EMK sich von Augenblick zu Augenblick ändert; um ihren Werth in einem bestimmten Augenblick zu finden, behandeln wir die Zeit, als wäre sie ein stetig wachsender Winkel; wir nehmen die Zahl der Secunden oder die Bruchtheile der Secunde, die verstrichen sind seit einem bestimmten Anfangszeitpunkt (als die EMK Kuli war) und multipliciren sie mit 27xn\ dies Product betrachten wir nun als Winkel, der in Radianten ausgedrückt wird, und der Sinus dieses Winkels, multiplicirt mit D (s. S. 9) gibt uns die Spannung in dem fraglichen Augenblick in Volt an. Man sieht also,

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Fig. 10.

dass der Punkt P, welcher mit gleichmässiger Geschwindigkeit um den Kreis in Fig. 10 läuft, den Ablauf der Zeit darstellt. Lassen wir ihn so rasch laufen, dass er in der Secunde durch 2/rw Radianten geht, so stellt das Loth PM (in einem beliebigen Massstabe) die EMK in einem gewünschten Augenblick dar. Stellen wir nun die Zeit auf der wagrechten Strecke durch 0° bis 360° dar, so ist klar, dass nach einer gewissen Zeit, die durch den Abstand von 0° bis M gemessen wird, die EMK den Werth MP besitzt. In derselben Weise wird in jedem beliebigen anderen Augenblick die EMK dargestellt durch das Loth über dem Punkte der Wagrechten, welcher die Zeit angibt, bis zur Sinuslinie.

In Fig. 10 entspricht ein Umlauf von P um den Kreis einer vollständigen Periode oder einem Wechselcyklus. Der Werth der elektromotorischen Kraft (der zwischen +P₀ und —E₀ als äussersten Wertlien sich ändert) kann in irgend einem Augenblicke entweder durch den Sinus PM oder durch die Länge OQ, die durch Projection von P auf den senkrechten Durchmesser erhalten wird, dargestellt werden. Während P um den Kreis läuft, schwingt der Punkt Q auf dem Durchmesser auf und nieder.

Wir können also, ohne unsere Sinuscurve überhaupt zu zeichnen, einfach die Linie OP betrachten (in einem geeigneten Massstab, so dass sie D darstellt); wir lassen sie sich um 0 drehen und nehmen ihre Projection OQ in jedem Augenblick als die EMK. Ein solches Diagramm nennt man Uhrdiagramm, und es ist von grossem Nutzen, wenn wir mehrere EMKräfte zusammensetzen wollen (vgl. S. 17 u. 55).

Noch auf eine andere Art kann man periodische Aenderungen dieser Gattung darstellen, nämlich durch ein dem Zeuner’sehen Schieberdiagramm nachgebildetes Diagramm. Der äussere Kreis in Fig. 11 sei der Kreis, auf dem sich P bewegt. Wir beschreiben um die beiden senkrechten Halbmesser je einen Kreis; dann sind die

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Fig 11.

Fig. 12.

von den übrigen Halbmessern des äusseren Kreises abgeschnittenen Längen wie 0 Q die Sinuswerthe der zugehörigen Winkel. Lässt man eine Karte mit schmalem radialen Schlitz über der Zeichnung sich drehen, so zeigen die Schnittpunkte mit den beiden inneren Kreisen die veränderlichen elektromotorischen Kräfte in den verschiedenen Stellungen.

Die Anwendung dieser Construction auf ein dreiphasiges System zeigt Fig. 12. Es wird angenommmen, dass drei Linien mit Abständen von 120 Grad hinter den beiden Kreisöffnungen umlaufen. Die Längen der drei Linien, welche in irgend einem Augenblicke sichtbar sind, stellen die Werthe der drei elektromotorischen Kräfte oder der drei Ströme dar.

Wer die graphische Behandlung dieses Gegenstandes eingehender kennen lernen will, möge das ausgezeichnete Buch von Fleming⁵) oder das von Blakesley⁶) und die Abhandlungen von Kapp⁷) nachlesen.

Die gewöhnlichen Messinstrumente für Wechselstrom, als Elektrodynamometer, Cardew’s Spannungsmesser, elektrostatische Spannungsmesser, geben nicht den arithmetischen Mittelwerth des Stromes oder der Spannung an, sondern die Quadratwurzeln der Mittelwerthe der Quadrate der Werthe. Sie werden mit Gleichstrom geaicht und messen den sogenannten effectiven Strom oder die effective Spannung⁸). Dieser Mittelwerth ist (unter der Voraussetzung, dass Strom und Spannung dem Sinusgesetze folgen) gleich 0,707 des Höchstwerthes; denn der Mittelwerth der Quadrate der Sinus (über einen Quadranten oder um den ganzen Kreis genommen) ist + also ist die Quadratwurzel des Mittelwerthes der Quadrate 1/1/2 des Höchstwerthes. Wenn ein Spannungsmesser auf einen Wechselstromkreis geschaltet wird, in dem die Spannung zwischen +100 und — 100 Volt schwingt, so wird er 70,7 Volt anzeigen; und 70,7 Volt Gleichstrom würden dieselbe Ablesung ergeben.

Der Grund davon ist, dass diese Messinstrumente die Erwärmung eines Drahtes oder die Anziehung zwischen zwei Spulen oder zwischen zwei elektrisch geladenen Platten benutzen, und dass diese Wirkungen dem Quadrate der Spannung proportional sind.

Wenn ein Wechselstrommesser 100 Ampere anzeigt, so bedeutet dies, dass der Strom in Wirklichkeit auf +141,4 Ampere ansteigt und dann zu —141,4 Ampere umkehrt; aber die Wirkung ist gleich der von 100 Ampere Gleichstrom, und deshalb nennt man einen solchen Strom einen von 100 Ampere effectiv.

Wir müssen dabei stets bedenken, dass der Factor 1/V2, den wir anwenden, um den Effectivwerth aus dem Scheitelwerth abzuleiten, nur bei Sinuscurven angewandt werden darf; bei Curven von anderer Gestalt kann der Effectivwerth auf graphischem Wege gefunden werden.

Fleming⁹) hat eine sehr einfache graphische Construction angegeben, um die Quadratwurzel aus dem mittleren Werth der Quadrate, den sog. quadratischen Mittelwerth einer beliebigen periodischen

Function mit Hilfe eines Polardiagramms zu finden. Die Methode ein Polardiagramm einer periodischen Function zu zeichnen und ihren quadratischen Mittelwerth zu finden, wird von ihm folgender-massen beschrieben.

Eine Gerade OP (Fig. 13) möge sich um ihren einen Endpunkt 0 drehen; der Neigungswinkel d-, den die sich drehende Gerade mit einer anderen feststehenden und durch 0 hindurchgehenden Geraden OA einschliesst, möge der Drehungswinkel der sich drehenden Geraden genannt werden. Wir nehmen nun einen beliebigen Punkt P der sich drehenden Geraden und bezeichnen seine Entfernung vom Drehungsmittelpunkt mit r; die Länge r nennen wir Radius vector. Nun mag r ⁰    zu- oder abnehmen, während sich OP dreht.

Fig. 13.

jedoch so, dass die Länge OP=r sich nach einem Gesetze ändert, das sie mit dem Drehungswinkel AOP in Beziehung setzt. Der Punkt P auf OP beschreibt dann eine Curve, welche wir Polardiagramm nennen.

Nehmen wir an, OP durchlaufe eine Reihe von Werthen. die mit der Null beginnt, wenn & = 0 ist, dann ein Maximum erreicht und wieder Null wird, sobald die Gerade OP eine halbe Umdrehung ausgeführt hat, oder sobald & = tc ist, dann wird das Polardiagramm eine geschlossene, durch den Anfangspunkt 0 gehende Curve sein. Während der Radius rector OP bei einer Drehung um zwei rechte Winkel oder tc eine Reihe von Werthen von Null zu einem Maximum und wieder zu Null durchläuft, kann der Radius r den Werth einer beliebigen periodischen Grösse darstellen, welche eine Reihe von Werthen in der Zeit einer halben Umdrehung des Radius vector vollendet. Setzen wir jetzt fest, dass r = IJ sin# (vgl. S. 9). Dann ergibt sich aus Fig. 11, dass die Polarcurve ein Kreis ist.

Wenn der Strom oder die Spannung keine Sinusfunction ist, so ist die Polarcurve kein Kreis, sondern eine unregelmässige geschlossene Figur, wie z. B. in Fig. 15.

Das Diagramm in Fig. 14 möge eine halbe Welle einer elektromotorischen Wechselkraft darstellen, die keine einfache Sinuscurve ist. Die durch die punktirten Linien angegebenen Ordinaten sind proportional den Augenblickswerthen der periodischen Grösse; die Figur zeigt sie von 10 zu 10 Bogengraden. Wenn wir den quadratischen Mittelwerth der Ordinaten dieser Curve finden wollen, so bleibt uns nur übrig, eine Anzahl gleichweit von einander entfernter senkrechter Ordinaten zu ziehen, sie zu messen, zu quadriren und die Quadratwurzel aus dem mittleren Werthe der Quadrate zu ziehen. Das ist eine sehr langwierige Rechnungsoperation; je unregelmässiger und verwickelter die Form der Welle ist, desto mehr Ordinaten muss man in Rechnung ziehen, um den quadratischen Mittelwerth richtig zu ermitteln.

Viel leichter ist die geometrische Methode mit Hilfe des Polardiagramms. Es möge Fig. 15 dieselbe periodische Funktion wie in Fig. 14 sein, nur als Polardiagramm aufgetragen. Die punktirten Strahlen sind proportional den Augenblickswerthen der periodischen Grösse und sind von 10° zu 10° aufgetragen.

Die von dem Polardiagramm eingeschlossene Fläche wird nun mit einem Planimeter ausgemessen und in einer Tafel des Kreis-

ii

60

i!

!!

Ą 20 HO 60 80 100 120 140 ICO g

Fig. 14.

Fig. 15.

inhaltes derjenige Kreis aufgesucht, dessen Fläche doppelt so gross als die der Polarcurve ist; vgl. den punktirten Halbkreis in Fig. 15. Der Radius dieses Kreises ist der quadratische Mittelwerth des Radius vector der periodischen Grösse. Der Beweis hierfür wird nach Fleming unten mitgetheilt.¹⁰)

Die Unterscheidung der effectiven und Scheitelwerthe ist von Bedeutung, weil gewisse Wirkungen, z. B. das Bestreben, die Isolation mittels eines Funkens zu durchbohren, vom Scheitel-, nicht vom Effectivwerth abhängt. Wenn ein elektrostatischer Spannungsmesser 10000 Volt anzeigt, so steigt der Scheitelwerth (Sinusgestalt vorausgesetzt) bis auf 14142 Yolt. Wenn die Curve spitzer als eine Sinuscurve ist, so steigt der Scheitelwerth noch höher.

Weitere Anwendung des Uhrdiagramms. Im Uhrdiagramm werden Strom und Spannung, welche periodischem Wechsel unterliegen, dargestellt durch die Projection einer Geraden, die sich um einen Centralpunkt dreht, auf eine gegebene Linie; hier wird die

>J

o?

L<

Pi

-i

rf

•<

cd

Fig. 17.

Fig. 16.

Projection auf eine senkrechte Linie gewählt. Solche Diagramme werden beim Studiren der Wechselströme so häufig benutzt, dass mit einigen weiteren Worten darauf eingegangen werden muss.

Phasenunterschiede werden im Uhrdiagramm durch Unterschiede in der Winkelstellung dargestellt. Wenn z. B. zwei sich drehende Zeiger, OV und OC (Fig. 16), mit der gleichen Geschwindigkeit umlaufen, aber stets einer um ein wenig hinter dem anderen, so erreichen sie nicht gleichzeitig ihren Scheitelwerth. Projiciren wir sie auf die Senkrechte, so sehen wir in dem Augenblick, wo OV sich so weit gedreht hat, dass der Drehungswinkel gleich d- ist, die Projection die Grösse Ov besitzt; der andere Zeiger, welcher um einen Winkel cp =■ VOC zurückbleibt, besitzt als Projection die Länge Oc. Wenn Ov seinen Scheitefwerth erreicht (d. h. wenn V

Fläche der Polarcurve wird demnach durch Integration des AYerthes ¹/a r²dazwischen den Grenzen 0 und n erhalten:

71

A — ¹/₂fr-dd-. 0

Beschreiben wir über der AYagrechten AB in Fig. 15 mit dem Badius R einen Halbkreis, dessen Fläche gleich der Fläche OPQR ist, so erhalten wir

71

¹l₂nR² = A = ¹/₂fr*dA 0

oder

Die rechte Seite der letzten Gleichung stellt offenbar den quadratischen Mittelwerth der periodischen Grösse r vor.

an dem höchsten Punkt des Kreises ankommt), wird Oc noch immer zurück sein. Die Werthe der beiden Projectionen sind Ov = OUsin# und Oc= OCsin(#— cp). Der Winkel cp ist der Phasenunterschied.

Um zwei verschiedene Wechselgrössen zu addiren, z. B. zwei elektromotorische Kräfte, welche die gleiche Periode haben, genügt es nicht, einfach ihre Zahlen werthe zu addiren. Wenn z. B. in einem Stromkreis zwei Spulen in Reihe geschaltet sind, in deren einer eine elektromotorische Wechselkraft von 40 Volt, in deren anderer eine solche von 30 Yolt erzeugt wird (während beide die gleiche Frequenz von beiläufig 100 Perioden in der Secunde besitzen), so ist die gesammte elektromotorische Kraft nur dann = 70 Yolt, wenn die beiden elektromotorischen Kräfte zufällig genau gleiche Phase besitzen. Wenn irgend ein Phasenunterschied zwischen beiden besteht, so ist ihre Resultirende kleiner als 70 Yolt, weil sie ihre Scheitel werthe nicht zu gleicher Zeit erreichen. Um den Werth zu ermitteln, den ihre Summe erreicht, müssen wir sie nach Art der Yectoren addiren, ein Yerfahren, womit jeder Ingenieur von der gewöhnlichen Zusammensetzung von Kräften nach einem Parallelogramm her vertraut ist.

OP und OQ (Fig. 17) mögen zwei elektromotorische Kräfte von gleicher Periode vorstellen, welche einen Phasenunterschied POQ = cp besitzen. Vervollständigen wir das Parallelogramm durch die Linie PP (gleich und parallel zu 0(?), so erhalten wir die Resultirende OP, welche die Grösse und Phase des resultirenden Radius vector darstellt. Die Projection Or dieser Linie wird stets gleich sein der Summe der Projectionen Op und Oq der beiden Componenten. Nun ist nach- einem bekannten geometrischen Satz OP = \OPJrOQ²-\-2 OP- O Qcoscp. Dies ist offenbar ein Maximum, wenn cp = 0 ist. Wenn im obigen Beispiel OP = 40, OQ = 30 und cp = 37 Grad ist, so ergibt sich die Resultirende R zu 66,6. Wenn die beiden Componenten im Diagramm rechtwinklig zu einander stehen, so wird die eine ihren Scheitelwerth erzielen, wenn die andere durch Null geht; man sagt dann, sie stehen in Quadratur, oder sie halten eine Yiertelperiode Phasenunterschied. Sind sie in diesem Falle an Grösse einander gleich, so ist die Resultirende V2 mal grösser als jede Componente. Z. B. beträgt die Resultirende von zwei elektromotorischen Wechselkräften gleicher Periode, die in Quadratur stehen und von denen jede 100 Yolt beträgt, 141,4 Yolt.

Producte periodischer Functionen. — Zwei periodische Functionen, z. B. zwei Ströme, oder ein Strom und eine Spannung,

Thompson, Mehrphasenströme.

welche die gleiche Periode, aber ungleiche Amplituden und einen Phasen unterschied besitzen, mögen durch p = OP cos to und q= OQ cos ß (vergl. Fig. 18) dargestellt werden; OP und OQ sind ihre Scheitelwerthe, cp ist ihr Phasenunterschied = to— ß. Es soll der mittlere Werth des Productes pq gesucht werden.

Dieses Product wird selbst veränderlich sein, aber nicht wie eine Sinusfunction, und deshalb lässt es sich nicht als drehende Linie darstellen. Es wird in bestimmten Augenblicken — viermal in jeder Periode — Null sein, denn p erreicht zweimal die Null, und q desgleichen. Auch wird es negative Werthe besitzen, wenn

:\,P

Fig. 19.

Fig. 18.

entweder p oder q negative Werthe hat. Sein mittlerer Werth wird der Mittelwerth aller Werthe des Productes während einer vollen Periode sein.

In dem Augenblick, den Fig. 18 zeigt, wird pq = OP ■ O Q ■ cos to - cos ß

sein. Eine Viertelperiode später werden die beiden Geraden OP und OQ zur Achse OY gerade so stehen, wie in Fig. 18 zur Achse OAr, und das (positive) Product wird alsdann sein p‘q' = OP• OQ - sin to ■ sinß.

Der Mittelwerth aus beiden ist

pq + p'q‘

= OP ■ O Q (cos to - cos ß -j- sin to • sin ß)

= £ OP- O'Q cos (to — ß)

= { OP- OQ cos cp.

Dieser Werth ist offenbar unabhängig von der augenblicklichen Grösse von ß oder to; d. h. der Mittelwerth des Productes hat um den ganzen Kreisumfang herum, je für eine Lage und die dazu Senkrechte den gleichen Werth. Demnach ist dieser Werth der gesuchte mittlere Werth des Productes.

Eine geometrische Construction zur Erläuterung des Gesagten zeigt Fig. 19. OP und OQ sind die Scheitelwerthe der beiden periodischen

Functionen, deren Phasenunterschied POQ = cp ist. Wir drehen eine von beiden Geraden, hier OP, durch einen rechten Winkel, so dass sie in die Lage OS kommt, vervollständigen das Parallelogramm OQTS und zeichnen das Dreieck OQS. Die Fläche des Parallelogramms ist O P ■ 0 Q cos cp und die des Dreiecks \ OP • 0 Q cos cp und stellt demnach den mittleren Werth des Productes dar.

Noch eine weitere Folgerung ist von Nutzen. Wenn p und q gleich gross sind und keinen Phasenunterschied haben, so erhalten wir den mittleren Werth des Quadrates einer periodischen Function, indem wir OP=OQ und cp = 0 setzen, so dass cosrp = l ist. Wir erhalten dann den mittleren Werth von p² = ^ ÖP², oder in anderen Worten, der Mittelwerth des Quadrates des Sinus ist

Wirkungen der Selbstinduction. — Bei der Betrachtung eines Wechselstromkreises dürfen wir die Stromstärke nicht einfach der elektromotorischen Kraft direct und dem Widerstand des Stromkreises umgekehrt proportional setzen. Sie hängt auch von der Zahl der magnetischen Linien ab, welche vom Strom selbst erzeugt werden, und von der Wechselgeschwindigkeit (Frequenz). Denn es wird sich zeigen, dass diese Linien, welche von dem anwachsenden Strome erzeugt werden und sich durch den Stromkreis schlingen, in letzterem eine elektromotorische Kraft erzeugen, die der von aussen wirkenden Kraft entgegengesetzt ist, so lange die Menge der Kraftlinien wächst. Je grösser die magnetische Durchlässigkeit des Weges für die magnetischen Linien, welche sich durch irgend einen Theil des Stromkreises schlingen, und je häufiger der Stromkreis um diesen Kraftlinienweg herumführt, desto grösser ist die elektromotorische Gegenkraft. Diese Fähigkeit eines Stromkreises, wenn er von einem Strom durchflossen wird, magnetische Linien zu erzeugen, nennt man seine Inductanz oder seinen Selbstinductions-Coöfficienten. Um uns auf bestimmte Einheiten zu beziehen, betrachten wir einen einfachen ringförmigen Stromkreis von solchen Abmessungen und solcher Anordnung der verwendeten Stoffe (Luft oder Eisen) in seiner Umgebung, dass die gesammte Kraftlinienmenge, die ihn durchdringt, wenn in ihm der Strom 1 Ampere fliesst, gleich 10⁸ ist. Wir wissen, wenn die Kraftlinienmenge 108 in der Zeit von genau 1 Secunde gleichförmig von Null aus anwächst, dass dann eine elektromotorische Kraft von genau 1 Yolt im Stromkreis inducirt wird.

Es ist nun klar, wenn in unserem Stromkreis zu Anfang kein Strom floss und der letztere nun gleichmässig anwächst, so dass er am Ende der ersten Secunde den Werth 1 Ampere erreicht, dass dann während des Anwachsens des Stromes und der magnetischen Linien eine elektromotorische Gegenkraft von genau 1 Volt dem Strome entgegenwirkt, und dass man eine elektromotorische Kraft von mindestens 1 Volt in der Stromrichtung braucht, um den Strom gegen die elektromotorische Gegenkraft zu unterhalten.

Soll der Strom in der Secunde bis auf 2 Ampere gleichmässig anwachsen, so müssen wir 2 Volt aufwenden (und etwas mehr, um den Strom durch den Widerstand zu treiben), weil die Geschwindigkeit, mit der die magnetischen Linien wachsen, zweimal so gross ist.

Ein Stromkreis von solcher Beschaffenheit besitzt einen Selbst-inductions-Coëfficienten von 1 Henry. Das Henry ist die Einheit der Inductanz; es ist die Inductanz eines Kreises, welcher im Ganzen 10s magnetische Linien umschliesst, wenn der Strom 1 Ampere hindurchfliesst. Gewöhnlich bezeichnet man mit dem Buchstaben L die Zahl der Henry in dem Selbstinductions-Coöfficienten eines Kreises.

Wenn der beschriebene Strom nicht mehr ein einfacher Ring, sondern zweimal um denselben magnetischen Weg gewunden ist, so wird L gleich 4; denn die Ampere-Windungen sind nun bei 1 Ampere gleich 2, also die magnetischen Linien 2 • 10⁸; diese würden in jeder der beiden Windungen 2 Volt erzeugen, wenn sie in einer Secunde gleichmässig entstehen, also in beiden Windungen zusammen 4 Volt. Die Selbstinduction eines Stromkreises ist demnach proportional dem Quadrate der Windungszahl, und umgekehrt proportional der Reluctanz des magnetischen Weges, welcher durch den elektrischen Kreis hindurchtritt. Oder in Zeichen

4 7t jV²

10 ' p

worin N die Windungszahl und q die gesammte Reluctanz des magnetischen Pfades bedeuten.

Wenn wir L mit der Geschwindigkeit multipliciren, mit der sich der Strom ändert, so erhalten wir die elektromotorische Gegenkraft, welche von der Selbstinduction herrührt. Hierzu addiren wir das Product aus Strom und Widerstand und erhalten die gesammte äussere elektromotorische Kraft, oder in Zeichen

dt

L • 4r + JR

Diese Gleichung gilt für jede beliebige Aenderung von E. Um das Gesetz zu finden, nach dem sich der Strom mit der Zeit ändert, müssen wir den Werth von E als Function der Zeit einsetzen und die Differentialgleichung lösen; L und R sind constant.

Wenn z. ß. E = D • sin cot ist, so haben wir

D sin co t — L •

dJ

dt

+ RJ

und die Lösung dieser Gleichung ergiebt für J als Function von t:

D sin ot — arc tg •

VjR² + co²L²

Hieraus ersehen wir, dass auch der Strom, ebenso wie die elektromotorische Kraft, einem Sinusgesetz folgt, und wir erkennen, dass der Scheitelwerth des Stromes sein wird

I) yiR + oRU

gegenüber D/R, dem Werth, der beim Fehlen der Selbstinduction eintreten würde. Ferner sagt uns die Formel, dass die Zeitpunkte,

'' J

Fig. 20. Stromcurve, in der Phase etwas gegen die Spannungscurve verzögert.

zu denen der Strom seinen Scheitelwerth erreicht, später eintreten, als die Zeitpunkte, in denen die elektromotorische Kraft den Scheitelwerth annimmt. Wollen wir also die Curven E der elektromotorischen Kraft und J des Stromes zusammen aufzeichnen, so würden sie wie in Fig. 20 erscheinen. Die längs der Wagerechten von 0 aus gemessenen Entfernungen stellen die Zeit vor. Die Stromwellen, welche durch die ausgezogene Linie angegeben werden, sind in der Zeit hinter den Wellen der Spannung zurück. Vergleichen wir hiermit das auf Seite 11 unter Bezug auf Fig. 10 Gesagte, so kann die Wagerechte als die Darstellung eines fortwährend wachsenden Winkels dienen, und wenn wir ein Uhrdiagramm zeichnen, um die Beziehung zwischen Spannung und Strom darzustellen, so wird dies wie Fig. 16 aussehen, wo OV die Spannung, OG der Strom ist. Der Yector OC bleibt hinter OV zurück; der Winkel ihres Phasen-

Unterschiedes ist cp. Dieser Winkel erscheint in unserer Formel als

io L

aretg^^; in anderen Worten ist R

tg cp =

Die Beziehungen zwischen einer elektromotorischen Wechselkraft und dem von ihr im Stromkreis erzeugten Strome kann leichter verfolgt werden, wenn wir nicht mit der elektromotorischen Kraft beginnen und den Strom ableiten, sondern den Strom als gegeben ansehen und die elektromotorische Kraft suchen, die nothwendig ist, um jenen zu erzeugen. Dies lässt sich geometrisch leicht ausführen. Nehmen wir an, ein Wechselstrom von (effectiv) J Ampere fliesse mit einer Frequenz von n Perioden in der Secunde durch einen Stromkreis von der Inductanz L\ dann ist die elektromotorische Gegenkraft (d. i. die elektromotorische Kraft, welche durch Zu- und Abnahme der vom Strom erzeugten magnetischen Linien entsteht) 2 7inLJ Volt (effectiv)¹¹).

Wenn z. B. L = 0,002 Henry, n = 50 Perioden in der Secunde und J — 40 Ampere ist, so haben wir eine rückwirkende elektromotorische Kraft von 25,1 Yolt. Wenn wir nun 40 Ampere effectiv nicht nur durch den Widerstand von 1,5 Ohm, sondern auch gegen diese Rückwirkung treiben wollen, müssen wir mehr als 60 Yolt aufwenden. Aber wir kommen mit weniger als 60 + 25,1 Yolt aus, wenn die Rückwirkung nicht in gleichem Tritte mit dem Strome ist. Das Ohm’sehe Gesetz lässt sich hier nicht mehr anwenden. Um die erforderliche Spannung zu finden, müssen wir zur Geometrie unsere Zuflucht nehmen.

Wir zeichnen in Fig. 21 die Wellenlinie OAbd, welche der Spannung entspricht, die nöthig wäre, um den Strom durch den Widerstand zu treiben, wenn keine Inductanz vorhanden wäre. Wir nehmen an, dass diese Curve, welche mit dem Strome gleiche Phase hat, dem Gesetze RJsmwt folgt. Nun zeichnen wir die Curve -wLJ, welche die zur Ueberwindung der inductorischen Rückwirkung nöthige Spannung darstellt: diese Curve wird dem Gesetze wLJcos wt folgen. Hierin steht w für 2 nn. Die Curve ist um ¹Ji Periode rückwärts verschoben: denn wenn der Strom am schnellsten ansteigt wie bei 0, so ist die Wirkung der Selbstinduktion am grössten. Nun setzen wir die beiden Curven zusammen, indem wir die Ordinaten addiren, und erhalten die punktirte Linie, deren Höchstwerth bei E liegt; dies ist die Curve der Spannung, die auf den Stromkreis wirken muss, um den Strom hervorzubringen. Man sieht, dass der Strom seinen Höchstwerth ein wenig später als die Spannung den ihrigen erreicht; der Strom ist in der Phase gegen die Spannung verzögert. Wenn Od die Zeit einer vollen Periode

a>

-_____

Fig. 21.

ist, so bedeutet die Länge ea die Zeit zwischen den Augenblicken, in denen Strom und Spannung ihre höchsten Werthe erreichen. Fig. 22 stellt denselben Vorgang, wie in Fig. 16 im Polardiagramm dar. Die Länge OA bedeutet die Arbeitsspannung RJ (R =

Widerstand), während die Länge AD₁ die zu OA senkrecht steht, die elektromotorische Kraft der Selbstinduction wLJ darstellt. Indem wir diese nach dem Parallelogramm der Kräfte zusammensetzen, erhalten wir die Länge 0I)₁ welche die wirkende elektromotorische Kraft angiebt. Lässt man die Zeichnung um 0 als Mittelpunkt sich drehen und projicirt dabei die drei Strecken auf eine senkrechte Linie, so erhält man die zusammengehörigen Augenblickswerthe der drei

,'7

/\

'0

Fig. 22.

Grössen. Der Winkel A OT) oder <p, um den der Strom hinter der wirkenden Spannung zurückbleibt, heisst der Verzögerungswinkel. Wenn die Inductanz auch noch so gross wird, so kann doch der Winkel (p niemals grösser als 90 Grad werden. Wenn OA = 60 und AD = 25,1 ist, so wird OD = 65 Volt.

In Zeichen ausgedrückt muss die wirkende Spannung so gross sein, dass

E² = (RJ)² ~j- (wLJ)²,

woraus die Gleichung

V^2 + w2 D2

T7

= Lf

ET-

Bau der mehrphasigen Motoren.

Um

H 33

sj

iü

0,1 2

NP

J»I

-n ii

OBERLEITUNG

Die besondere Form des Feldmagnets mit nur einer e

Namen- und Sachregister.

reiphasen-Stromerzeuger der Elektrizitäts-Aktienge

¹

Ein einfacher Abriss des Gegenstandes findet sich in Kap. IX und X der „Elementary lessons in Electricity and Magnetism“ des Verfassers, Ausgabe 1894; etwas ausführlicher in des Verfassers Lehrbuch „Dynamoelektrische Maschinen“. Thompson, Mehrphasenströme.

²

/V

Fig. 4. Vierpoliges Feldabgewickelt.

eine Spirale bildet. Bei Trommel- und Scheibenankern, bei denen die Wickelung gänzlich auf dem äusseren Mantel des Kernes liegt, giebt es zwei verschiedene Arten des Verfahrens, die wir als Schleifenwickelung und als Wellenwickelung bezeichnen.

Der Unterschied der beiden Arten ist folgender. Da in jedem der Leiter, die vor einem Nordpol vorübergehen, eine elektromotorische Kraft in der einen Richtung, in jedem der anderen Leiter, die vor einem Südpol vorübergehen, eine elektromotorische Kraft der entgegengesetzten Richtung inducirt wird, so ist klar, dass ein Leiter der einen Gruppe mit einem in einer nahezu correspondirenden Lage befindlichen Leiter der anderen Gruppe verbunden werden muss, so dass der Strom im einen Leiter herab, im anderen hinauf fliesst, je

³

Vgl. Rössler und Wedding, Spaunungs-und Stromcurven verschiedener Formen von Wechselstrommascliinen, Vortrag auf dem Verbandstag Deutscher Elektrotechniker 1894, ETZ. 1894, S. 315.

Methoden zur Aufnahme von Wechselstromcurven findet man bei: Joubert, Journal de physique 1888, S. 297. — Ryan, American Inst. El. Eng. 1888 und 1889; Electrician (London) Bd. 24, S. 263, 1890. — Franke, ETZ. 1889, S. 802. — Bedell, Miller und Wagner, Amer. Inst. El. Eng. Bd. 10, S. 500. — Fleming, Electrician (London) Bd. 34, S. 460, 507; 1895. — Duncan, Electrician (London) Bd. 34, S. 617; 1895. — Hicks, Electrician (London) Bd. 34, S. 698; 1895. — Frish, Proc. Manchester Lit. and Phil. Soc. 1893/94, S. 151. — Crehore, Phy-sical Review Bd. 2, S. 122 und Bd. 3, S. 63. — Blondel, Lum. el. Bd. 41, S. 401; Bd. 44, S. 135; Bd. 49, S. 501. —Vgl. auch eine Abhandlung von Barr, Burnie und Rodgus, Electrician (London) Bd. 35, S. 719. — Besondere Aufmerksamkeit verdient der Curvenzeichner von Rosa, Phys. Rev. Bd. 6, Jan. 1898 und der Periodencurven-Zeichner von Callendar, Electrician (London) Bd. 41, S. 582;

⁴

Wer mit der Behandlung einfacher harmonischer Bewegungen nicht vertraut ist, möge sich aus einem neueren Werk über theoretische Mechanik darüber belehren.

⁵

Fleming, The Alternate Current Transformer, London. 1889.

⁶

   Blakesley, Alternating Currents of Electricity, London. 1889.

⁷

   Kapp, Alternate Current Machinery, Proc. Inst.Civil Engineers, 1889 pt. III.

⁸

   Auch virtueller Strom, virtuelle Spannung, ferner quadratischer Mittelwerth des Stromes oder der Spannung genannt (Anmerkung des Uebersetzers).

⁹

   Electrician (London) Bd. 35, S. 43. — The Alternate Current Transformer (Ausg. 1896) Bd. 1, S. 190.

¹⁰

Ein beliebiger Radius vector OP in Fig. 13 werde mit r bezeichnet, der zugehörige Drehungs- oder Phasenwinkel mit Wir lassen den Radius vector sich vorandrehen um einen kleinen Winkeid5-, wobei sich seine Länge um einen kleinen Betrag dr ändert; dann ist klar, dass der kleine Zuwachs der Fläche dA,

¹¹

Dies berechnet man wie folgt: Auf Seite 20 wurde gezeigt, dass die elektromotorische Gegenkraft erhalten wird, wenn wir L mit der Geschwindigkeit multipliciren, mit der sich der Strom ändert. Nun ändert sich hier der Strom nach dem Gesetz J₀ sin 2 nnt, worin J₀ der Scheitelwerth des Stromes ist. Die Geschwindigkeit der Aenderung dieses Ausdruckes ist 2 nn J₀ cos 2 nnt. Die elektromotorische Gegenkraft folgt daher dem Gesetze 2 n nL J₀ cos 2 nnt und der effective Werth hiervon ist 2nnLJ. Es ist zu bemerken, dass die Gegenkraft einem Cosinusgesetz folgt, wenn der Strom nach dem Sinusgesetz verläuft, und dass in Folge dessen zwischen ihnen ein Phasenunterschied von 90 Grad herrscht.

J=-

V^² + w² D²

Der Nenner des Braches auf der rechten Seite der letzten

Gleichung heisst gewöhnlich Impedanz¹) oder scheinbarer Widerstand.

Er besteht aus zwei Theilen, nämlich dem Widerstand R und der Reactanz wi, welche von der Selbstinduction herrührt; aber diese beiden Theile addiren sich nicht einfach, um die Impedanz zu bilden. Jede wird ins Quadrat erhoben, die Quadrate werden addirt, und aus der Summe wird die Quadratwurzel gezogen. Vergleichen wir den vorigen Ausdruck mit dem Gesetz für Gleichstrom, nämlich: so sehen wir, dass die Wirkung der Inductanz darin besteht, das Verhalten des Stromkreises zu ändern; er wirkt jetzt so, als ob sein Widerstand von R auf y R² + o/² L² vergrössert worden wäre. That-sächlich richtet sich der Wechselstrom nicht nach dem Widerstand, sondern nach der Impedanz des Stromkreises. Die Gleichung giebt uns die Stärke des Stromes, aber nicht seine Phase.

Aus den Fig. 23 und 24 sieht man, dass die Tangente des Ver-grösserungswinkels

tgcp =

toLJ coL RJ ^~R

1) Der Ausdruck Impedanz bedeutet allgemeiner das Verhältniss der wirkenden elektromotorischen Kraft zu dem Strome, welchen sie in einem Leiter hervorruft (vergl. Lodge’s Modern Views, Seite 398); die obige Gleichung stellt also nur einen einzelnen Fall dar. Bei Gleichstrom ist demnach die Impedanz einfach der Widerstand. Bei veränderlichen Strömen setzt sie sich zusammen aus Widerstand, Inductanz und (wenn der Stromkreis elektrostatische Capacität hat) Permittanz in verschieden grossem Maasse, je nach der Form der Aenderung. Bei wirklichen periodischen Strömen, die dem Sinusgesetze folgen, ist die Impedanz gleich der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate des Widerstandes und der Inductanz. Bei Strömen, welche sich rascher ändern, wird die Impedanz mehr von der Selbstinduction und weniger von dem Widerstande abhängen.

ist. Der Strom wird so verzögert, als wenn sein Phasen winket nicht 0, sondern 0— cp wäre, so dass die Gleichung der Augenblicks-werthe von J, wenn E = D sin 0, lautet

D sin (0 — cp)

+ w² L²'

Dies ist die Maxwell’sche Gleichung für periodische Ströme, die durch Inductanz verzögert werden. Da die Messinstrumente die

lC/

f£o

Wo

■V,

JœL

°Wy

io L

Po

RJ

Fig. 23.

Fig. 24.

Phase nicht berücksichtigen, sondern die effectiven Werthe angeben, so ist die zuerst mitgetheilte einfachere Form gewöhnlich ausreichend.

Die Beziehung zwischen Widerstand und Impedanz wird leicht aus dem Dreieck, Fig. 24, erhalten; denn der Winkel cp giebt uns die Beziehungen:

sin cp

toL

yif² + ca² L⁰-¹

cos cp =

tgcp =

co L

ŸR² + co²L*

Wenn wir es vorziehen, können wir für die Impedanz im Nenner der beiden ersten Ausdrücke ihren Werth R/coscp einsetzen.

Die obigen Gleichungen gelten sowohl für Scheitel-, wie für effective Werthe. Z. B. können wir schreiben:

'Gax —

-E'max

Ema,x

oder t/max

• COS cp

Impedanz

Ee$

Widerstand

ffeff__

Widerstand

Das Uhrdiagramm mit den sich drehenden Graden kann sowohl mit Scheitel-, wie mit effectiven Werthen gezeichnet werden.

Wirkung der Capacität. Wenn eine elektromotorische Kraft auf einen Condensator wirkt, so fliesst der Strom ein und aus, indem er den Condensator in abwechselnder Richtung ladet. Wrährend der Strom einerseits ein-, anderseits ausfliesst, ladet sich das Dieiektricum und sucht sich selbst zu entladen, indem es eine elektromotorische Gegenkraft entwickelt. Seine Gegenspannung wächst ebenso, wie die Ladung ansteigt. Eine mechanische Analogie bietet eine Feder, welche man spannt; während sie gespannt wird, äussert sie eine

und

Es =

Impedanz

oder Jeff =

• cos cp.

Gegenkraft, welche proportional der Spannung ist, der die Feder unterworfen wird. Wird die Feder einer periodischen Kraft aus-gesetzt, so sucht die Elasticität der Feder die Rückwärtsbewegung zu beschleunigen. In der gleichen Weise sucht die elektrische Elasticität eines Condensators den Rückfluss des Stromes zu beschleunigen.

Die Wirkung der Capacität im Wechselstromkreise besteht darin, dem Strome in der Phase eine Voreilung zu ertheilen; denn der Condensator wirkt auf den Strom zurück, indem er ihn zurücktreibt, nicht wie im Falle der Selbstinduction, wo der Strom gewisser-maassen in die Länge gezogen wird. Beim Studium dieser Vorgänge muss man stets genau unterscheiden zwischen dem Fall einer in Reihe eingeschalteten Capacität und dem Fall, wo die Capacität neben einem Zweig des Stromkreises liegt. Das Obengesagte bezieht sich auf in Reihe geschaltete Capacität, d. h. der Leiter des Stromkreises ist thatsächlich durchgeschnitten und seine Enden sind an

RJ

■V

CO C

OÔ-*

coC

₀\°v

Fig. 25.

Fig. 26.

die Pole eines Condensators gelegt worden, so dass kein Strom fliessen kann, ausser dem Ladungs- und Entladungsstrom des Condensators. Schalten wir die Capacität einem Theil des Stromkreises parallel, und betrachten wir nun die Vorgänge in diesem Theil, wenn an seinen Enden eine gegebene Wechselkraft wirkt, so hat die Capacität gar keine Wirkung. Wenn aber die Spannung an einem anderen Theil des Stromkreises gegeben ist, so wird die Aufgabe verwickelter und erfordert die Kenntniss der Impedanzen der verschiedenen Theile des Stromkreises. Kehren wir zum einfachen Stromkreise mit einem Condensator in Reihe zurück, so sehen wir, dass der Condensator um so stärker zurückwirkt, je kleiner er

ist. Die Reactanz wird deshalb in der Form

geschrieben; sie

io C

ist negativ und umgekehrt proportional zu C (der Capacität in Earad) und zu w; der Winkel cp wird dann aus der Gleichung

tgm = —

£ ¹ H-

CR

bestimmt. Die Impedanz ist

|A+

w² C²‘

Fig. 25 und 26 zeigen die in diesem Falle anzuwendende Construction. Wenn sowohl Inductanz als Capacität vorhanden sind, so ist

die Reactanz ist die Impedanz

jA²+(

co L

1 \²

coC '

Dies wird durch Fig. 27 erläutert, wo das Dreieck zur Bestimmung von cp gezeichnet wird, indem man coL rechtwinkelig an

von coL abzieht.

R ansetzt und dann —^ co (J

io C

Dieselbe Construction lässt sich auf einen Stromkreis anwenden, der mehrere co L Widerstände, Inductanzen und Capacitäten enthält.

Fig. 27.

Da Capacität und In duc tanz entgegengesetzte Wirkung haben, können sie zur gegenseitigen Ausgleichung benutzt werden. Sie heben sich genau

auf, wenn L =

—— : in diesem Falle besitzt der Stromkreis scheinen² 0

bar keine Inductanz, und die Ströme befolgen einfach das Ohm’sche Gesetz.

Man sieht, dass in einem Stromkreise von geringem Widerstande, aber grosser Reactanz der Strom fast allein von der letzteren abhängt. Denn wenn co (= 2 ren) z. B. = 1000 und L = 10 Henry ist, während R nur 1 Ohm beträgt, so ist der Antheil des Widerstandes an der Impedanz zu vernachlässigen, und die Formel lautet:

coL

Wenn der magnetische Weg, der sich durch den Stromkreis schlingt, kein Eisen enthielte, so würde der Strom um fast 90 Grad nacheilen. Besteht aber der magnetische Kreis hauptsächlich aus Eisen, so fliesst ausser dem Strom, den unsere Gleichung darstellt, noch ein anderer Strom, der mit der Spannung in Phase ist, und der den Verlust im Eisen (durch Hystérésis und Wirbelströme) bestreitet. Praktisch finden wir also, dass der Gesammtstrom um weniger als 90 Grad nacheilt.

Selbstinduetionsspulen mit grosser Inductanz und kleinem Widerstand werden manchmal zur Abschwächung eines Wechselstromes gebraucht und werden Drosselspulen oder Impedanzspulen genannt.

Die obige Formel wird zur Berechnung von Wechselstrom -Elektromagneten gebraucht; denn deren scheinbarer Widerstand rührt fast nur von der Inductanz her.

Wird der Strom in einen Condensator von kleiner Capacität

(z. B. C = 0,1 Mikrofarad

—^=l = 10000) geleitet, so wird der Strom, co L

der in den Condensator und herausfliesst, nur durch die Capacität desselben Condensators und durch die Wechselgeschwindigkeit bestimmt, aber nicht durch den Widerstand, und erhält den Werth:

J = Eco C.

Seine Phase wird eine Voreilung von fast 90 Grad haben.

Eine Capacität, welche quer zum Stromkreis wirkt, z. B. wenn ein Condensator mit den beiden Hauptleitungen verbunden ist, hat die Wirkung, die Stromstärke in der Leitung von der Dynamomaschine bis zu den Punkten, wo der Condensator angelegt ist, zu erhöhen, und damit zugleich die effectiven Spannungen dieser Punkte. Auf diese Weise beeinflusst er zugleich die Spannung in der übrigen Anlage. Bei gegebenen Werthen der Frequenz, des Widerstandes und der Selbstinduction giebt es einen besonderen Werth der Capacität, welcher Strom und Spannung durch eine Art Resonanzwirkung ausserordentlich stark erhöht. Diese verschiedenen Condensatorwirkungen sind von verschiedenen Schriftstellern untersucht worden. Eine sehr klare Auseinandersetzung darüber giebt Fleming *), der auch die in der Deptforder Anlage an den Eerranti’schen Kabeln beobachteten Erscheinungen berücksichtigt.

Mittlere Leistung. — Die Leistung kann hier nicht, wie bei Gleichstrom, direct durch einfache Multiplication der Spannung mit dem Strom erhalten werden; denn wenn eine Phasendifferenz vorhanden ist, sind die so berechneten scheinbaren Watt immer grösser als die wirklichen Watt. Wir sahen auf Seite 19, dass der mittlere Werth des Products zweier periodischer Functionen gleich ist dem

1) Journ. Inst. Electr. Engin., Bd. 20, S. 362. 1891.

halben Product ihrer Scheitelwerthe, multiplicirt mit dem Cosinus ihrer Phasendifferenz, oder

nax

Mittlere Leistung (wirkliche Watt) = \EX

• cos cp

Lmax

= EeS ■ ieS ■ COS Cp.

Nun kann man das Product Ees ■ cos cp betrachten als denjenigen Theil der Spannung, der mit dem Strome gleiche Phase hat, also gleich ieg ■ R ist. Daher können wir die mittlere Leistung (wirkliche Watt) auch ausdrücken durch ieff² • R. Das heisst: Wenn der Widerstand des Stromkreises inductionslos ist, wie ein Lampen- oder ein Wasserwiderstand, so werden die wirklich im Stromkreise verbrauchten

Watt in der gewöhnlichen Weise durch i²R ausgedrückt. Es giebt aber noch eine andere Art, den Vorgang zu betrachten, nämlich die folgende.

Arbeitsloser Strom.

\<P

R, 1 Ü

Fig. 28.

Wenn eine grosse Phasendifferenz zwischen Spannung und Stromstärke (entweder eine Verzögerung infolge der Selbstinduction oder eine Voreilung infolge der Capacität) herrscht, so ist die Zahl der wirklichen Watt viel kleiner als der scheinbare Werth, den man durch Multiplication der effectiven Ampere mit den effectiven Volt erhalten würde. Wie wir erörtert haben, muss dies Product noch mit dem Cosinus des Verzögerungs- (oder Voreilungs-) Winkels multiplicirt werden. Man kann nun das Product EeS ■ ieff • cos cp entweder als das Product der effectiven Ampere mit dem wirksamen Theil der effectiven Volt, oder als das Product der effectiven Volt mit dem wirksamen Theil der effectiven Ampere ansehen. Ebenso wie man eine Kraft in zwei zu einander rechtwinkelig stehende Componenten zerlegen kann, so lässt sich jeder Wechselstrom in zwei Stromcomponenten zerlegen, die um 90 Grad in der Phase verschieden sind. . i lässt sich in zwei Theile zerlegen; i cos cp stimmt in der Phase mit der Spannung überein, und i sin cp ist um 90 Grad verschieden, in Quadratur mit der Spannung. Diese zwei Stromtheile kann man als _/ den Arbeitsstrom und den arbeitslosen Strom bezeichnen.

In der Fig. 28 stellt OE den wirksamen Theil der elektromotorischen Kraft OA dar. Ein Theil von OE, der durch Division von OE durch R (vergl. Seite 24) gefunden wird, stellt den Strom i dar. Die eine Componente 0 W₁ die mit OA in der Phase übereinstimmt, ist der Arbeitsstrom, und der Theil O U (90 Grad von OA) ist der arbeitslose Strom.

Wenn nun aus irgend einer Ursache der Verzögerungswinkel <p gross ist, so wird der arbeitslose Theil des Stromes ebenfalls gross. Wenn z. B. Umsetzungsapparate mit offenem secundären Kreise eingeschaltet werden, so ist der Strom in der primären Wickelung unter dem Einfluss der Selbstinduction nahezu um 90 Grad von der Spannung verschieden und würde ganz arbeitslos sein, wenn nicht in den Eisenkernen Hystérésis oder Wirbelströme wirkten.

Wenn z. B. ein Strom von 100 Ampere effectiv um 14 Grad hinter der Spannung verzögert ist, kann derselbe zerlegt werden in einen Arbeitstrom von 97,03 Ampere effectiv und einen arbeitslosen Strom von 24,2 Ampere effectiv.

Leistungsfactor.

Hiernach können wir cos cp als den Leistungsfactor bezeichnen, da die scheinbare Leistung stets mit ihm multiplicirt werden muss, um die wirkliche Leistung zu erhalten. Ist z. B. ein Strom um 30 Grad hinter der Spannung verzögert, so würde ein Strom von 50 Ampere bei 1200 Yolt Spannung nicht 60 Kilowatt, sondern nur 60 x 0,866 = 52 Kilowatt leisten, da cos cp = 0,866 ist. Um 60 Kilowatt effectiv zu bekommen, müssten 50 : 0,866 = 57,7 Ampere verfügbar sein. Es muss also überall, wo Selbstinduction vorhanden ist, den Motoren ein stärkerer Strom zugeführt werden, als sonst erforderlich wäre.

Messung von Wechselströmen.

Die obigen Darlegungen zeigen, dass die Messung von Wechselströmen mit grosser Sorgfalt ausgeführt werden muss. Wenn zwischen Strom und Spannung keine Phasendifferenz besteht, sind die scheinbaren Watt gleich den wirklichen; in diesem Ealle kann die Messung mit Strom- und Spannungsmessern bewirkt werden¹). Ist dagegen eine Phasendifferenz vorhanden, muss zur Messung ein passender Leistungsmesser gebraucht werden; die gewöhnliche Ausführungsform dieser Apparate- ist ein Elektrodynamometer, welches so gebaut ist, dass der grosse Widerstand desselben selbstinductionslos ist.

Zahlenbeispiel. Es sei eine elektromotorische Kraft von 65 (effectiven) Volt und mit 50 Perioden in der Secunde gegeben. Der Widerstand des Kreises betrage 1,5 Ohm, der Coefficient der Selbstinduction 0,002 Henry. Gesucht wird die Verzögerung, der Strom und die mittlere Leistung.

Um die Verzögerung zu finden, müssen wir zunächst die Inductanz 2 7inL bestimmen und diese durch den Widerstand dividiren, dann ist:

= 0,419.

2nnL 2 ■ 3,1416 • 50 • 0,002

1,5

* V-—B---

Daraus cp = 22 Grad 44' und 008 99 = 0,9223. Wir können auch cos <p direct bestimmen aus der Formel

cos cp =

l/Ä² + 4zr²w²L²

Multiplicirt man cos cp mit 65 Volt, so giebt dies 59,65 oder rund 60 als die wirksamen effectiven Volt, und dividirt durch den Widerstand 40 effective Ampere als Stromstärke. Die mittlere Leistung ist 65 • 40 • 0,9223 = 2400 Watt.

Drehungsmoment von Wechselstrommaschinen.

Das Vorhandensein einer Phasenverzögerung bei dem Strome einer Wechselstrommaschine hat eine sehr eigenthümliche Folge. Wir wissen, dass elektrische Energie von der Maschine geliefert wird und man Kraft zum Betriebe aufzuwenden hat, wenn die Stromstärke im Stromkreise mit der Spannung in der Richtung übereinstimmt, dass aber bei der Wirkung einer elektromotorischen Gegenkraft elektrische Energie in mechanische umgesetzt wird und beim Umtriebe hilft. Das eine findet beim Stromerzeuger, das zweite bei der Triebmaschine statt.

Man erwäge nun, dass beim Betriebe einer Wechselstrommaschine der Strom hinter der Spannung zurückbleibt, wie aus der Fig. 29 zu ersehen ist. Es wird einleuchten, dass infolge dessen der Strom in einzelnen Zeitpunkten gegen die Spannung anstatt in derselben Richtung wirkt. Jede volle Periode OA können wir in vier Theile zerlegen; in den Abtheilungen II und IV stimmen Strom und Spannung in der Richtung überein, indem beide Grössen entweder positiv oder negativ sind, in den Abtheilungen I und III sind die Richtungen entgegengesetzt, der zurückgebliebene Strom hat sein

Vorzeichen noch nicht gewechselt. Während der Perioden II und IY, in denen Uebereinstimmung herrscht, verhält sich die Maschine wie ein Stromerzeuger und muss getrieben werden, da die Ströme im Anker ein Gegenmoment hervorbringen. Während der Perioden I und III dagegen wirkt die Maschine wie eine Triebmaschine, sie sucht selbst ihren Umlauf zu fördern und das Drehungsmoment zu vergrössern. Die Ankerleiter unterliegen daher einer Wirkung, die zwischen Ziehen und Gezogenwerden ab wechselt; sie leisten Widerstand, während sie umgetrieben werden, und unterstützen dann wieder den Umtrieb. Jedes erfolgt je zweimal in jeder Periode.

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Fig. 29. Wirkung der Stromverzögerung.

Wenn nur eine geringe Yerzögerung vorhanden ist, so wird auch nur eine geringe treibende Thätigkeit der Leiter entwickelt, bei grosser Yerzögerung wächst aber diese Thätigkeit je nach der Dauer der Periodentheile I und III. Beträgt die Yerzögerung genau ein Yiertel einer Periode, so sind beide Wirkungen einander gleich. Wenn infolge von Capacität der Strom in der Phase verschoben wird, so herrscht ebenso in einzelnen Periodentheilen eine treibende Wirkung. Dies lässt sich noch in anderer Weise betrachten. Die elektromotorischen Kräfte wechseln das Zeichen, wenn die Leiter aus einem magnetischen Felde in das andere eintreten (vergl. Fig. 30) und in letzterem die Kraftlinien in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Besitzt der Strom dieselbe Phase wie die elektromotorische Kraft, so sucht er die ihn erzeugende Bewegung zu hemmen, und kehrt sich um, wenn der Leiter in das Feld bei aa gelangt. Bleibt er in der Phase zurück, so unterstützt er, nachdem die Leiter von einem Feld in das andere getreten sind, die Bewegung bis zu der Zeit, wo der Strom bei bb umgekehrt ist.

Hieraus folgt, wenn eine Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung vorhanden ist, dass die wirkliche Leistung im Stromkreise gleich ist dem Unterschiede zwischen der Leistung, welche während der Perioden II und IV verbraucht wird, und der Leistung, welche während I und III geleistet wird. Wenn die Phasendifferenz geringer als 90 Grad ist, wirkt die Maschine im Ganzen genommen als Stromerzeuger, wenn der Unterschied grösser als 90 Grad ist, wirkt sie als Triebmaschine. Wenn zwei Wechselstrommaschinen hintereinander verbunden sind, wobei die eine als Stromerzeuger, die andere als

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Fig. 30.

Triebmaschine wirkt, wird der Strom in der einen nahezu in Phase mit der elektromotorischen Kraft sein, bei der andern aber fast genau entgegengesetzt.

Gegenwirkung des Ankers eines Wechselstromerzeugers.

Wir wollen nun die Wirkung des Ankerstromes auf das magnetische Feld untersuchen und zunächst den Fall betrachten, dessen Theorie am einfachsten ist, nämlich einen Anker, dessen Leiter auf der Oberfläche des Ankerkernes liegen. Später werden wir dann die mehr der Praxis entsprechenden Fälle untersuchen, dass die Ankerleiter einzeln oder zu mehreren in Vertiefungen des Eisenkernes eingebettet sind.

Fig. 31 stellt die beiden Pole einer Wechselstrommaschine dar. Die Punkte in den Querschnitten der Feldwicklung sollen andeuten, dass in dem betreffenden Draht ein Strom aufwärts aus der Ebene des Papiers heraus fliesst; durch die Kreuze wird die umgekehrte Richtung des Stromes angedeutet. Wenn kein Strom durch den Anker

Thompson, Mehrphasenströme.

fliesst, ist das magnetische Feld gleichmässig über die Poloberflächen vertheilt, wie es die untere Curve der Kraftliniendichte anzeigt.

Betrachten wir nun den in Fig. 32 dargestellten Fall. Der Ankerstrom ist hier als in Phase mit der Spannung befindlich voraus-

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Fig. 31. Feldvertheilung bei Leerlauf.

gesetzt, und die Wickelung in der Mittellage dargestellt. Der Strom auf der Oberfläche des Ankers hat bei der gezeichneten Richtung

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C+J

C+J

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Fig. 32. Feldvertheilung, wenn keine Phasenverschiebung vorhanden und die Spule in der Mittelstellung ist.

offenbar das Bestreben, das Feld links von den Polen zu schwächen, rechts zu verstärken, daraus ergiebt sich die in der Curve gezeichnete Kraftlinienvertheilung. So lange nun die Spule in der Mittelstellung sich befindet, wird die gesammte Dichte hierdurch nur wenig vermindert, nämlich nur insofern, als dadurch eine gewisse Neigung zur Sättigung im Eisen entsteht. Sobald indessen die Spule ihre Mittelstellung verlassen hat, wird die Wirkung eines noch in ihr kreisenden Stromes die Wirkung haben, dass die Dichte sich vermindert, und diese Wirkung würde recht beträchtlich sein, wenn nicht in dem Maasse, in dem sich die Spule der Stellung nähert, wo ihre entmagnetisirende Wirkung am grössten ist (vorausgesetzt, dass sie in dieser Stellung unter Strom stände), der Strom in Wirklichkeit bis auf Null herabsinken würde. Man sieht hieran, dass die Wirkung der Spule, bevor sie ihre Mittellage erreicht und wo der Strom in ihr verhältnissmässig - stark ist, in einer Vermehrung der Kraftliniendichte besteht, wobei gleichzeitig das Feld ein wenig verzerrt wird.

Dies trifft aber nur zu, wenn Strom und Spannung gleiche Phase haben. Ist indessen der Strom hinter der Spannung etwas

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Fig. 33. Entmagnetisirende Wirkung bei 90° Pkasenverzögerung.

verzögert, so dass sein Höchstwerth erst eintritt, wenn die Spule ihre Mittellage bereits überschritten hat, so wird die entmagnetisirende Wirkung stark sein. Würde zum Beispiel der Strom um nahezu 90° hinter der Spannung Zurückbleiben, so dass sich die Spule in der in Eig. 33 dargestellten Lage befindet, wenn der Strom seinen Höchstwerth erreicht hat, so würde er dem Strom in den Feldspulen direkt entgegengerichtet sein, wie aus der Fig. zu ersehen ist.

Wenn umgekehrt der Strom vorauseilt, so ist er am stärksten in denjenigen Lagen der Spule, wo er den Magnetismus vermehrt.

Ein verzögerter Strom vermindert demnach die Feldstärke, ein vorauseilender Strom hat das Bestreben sie zu vermehren.

Diese Darlegungen gelten für einen Stromerzeuger. Bei einem Motor hat der Strom die umgekehrte Richtung, die Bedingungen sind also entgegengesetzte. Daher wird bei einem Motor durch einen verzögerten Strom die Feldstärke vermehrt, durch einen vorauseilenden Strom vermindert.

Untersuchen wir nun den Fall, wo die Ankerleiter in Löcher oder Vertiefungen des Kernes versenkt sind, so werden wir finden, dass der verzerrende Einfluss des Ankerstromes in diesem Falle viel bedeutender ist. Zum Theil rührt dies davon her, dass bei einem Zahnanker der Luftzwischenraum gewöhnlich erheblich geringer ist, und daher eine viel geringere magnetisirende Kraft schon genügt, eine Verzerrung hervorzubringen; zum andern Theil kommt es daher, dass die gesammte magnetisirende Kraft der in ihrer Mittelstellung unter dem Pol zusammengedrängten Leiter dahin wirkt, dass die Kraftlinien nach dem vor ihnen liegenden Zahn hin vermehrt, nach dem zurück liegenden Zahn aber vermindert wird. Das hat zur Folge, dass die gesammte durch die Ankerspule tretende Kraftlinien-

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Fig. 34. Feldvertheilung bei Zahnankern.

zahl ziemlich constant bleibt,, so lange noch ein nennenswerther Theil des Zahnes sich unter dem Pol befindet. In dem Augenblick jedoch, wo der Zahn im Begriff ist, den Pol zu verlassen, wird die Kraftlinienzahl ziemlich plötzlich vermindert, wodurch die Curve der elektromotorischen Kraft plötzlich zu einer hohen Spitze ansteigt. Diese Spitze ist mehr oder minder bei allen Wechselstrommaschinen mit Zahnankern erkennbar, wenn sie auch durch Abflachen der Zahnecken in ihrer Form geändert werden kann. In Fig. 34 ist der Fall dargestellt, wo nur ein Zahn für jeden Pol vorhanden ist. Kommen mehrere Zähne auf einen Pol, so nähert sich der Fall dem in Fig. 30 dargestellten und die Curve der elektromotorischen Kraft kann dann der Sinuscurve sehr ähnlich gestaltet werden. Bei der Untersuchung der mehrphasigen Wickelungen im nächsten Kapitel werden wir sehen, in welcher Weise die Ankergegenwirkung dadurch geändert wird. Bekanntlich kann jede gewöhnliche in sich zurücklaufende (geschlossene) Bing- oder Trommelwickelung, wie sie bei den Ankern

von Gleichstrom-Maschinen und Motoren angewendet werden, zur Erzeugung von Mehrphasenströmen dienen. In diesen Fällen werden aber die Wickelungen nicht wie bei Gleichstromankern zu einer grösseren Zahl von aufeinander folgenden Punkten mit einem Commutator verbunden, sondern sie werden in viel weniger häufigen Zwischenräumen an Schleifringe angelegt. Bei einer einphasigen Wechselstrommaschine mit 12 Polen würden z. B. nur 12 Punkte abwechselnd mit einem der beiden Schleifringe verbunden werden, so dass auf jeden Schleifring 6 Verbindungsstellen kämen. Derartige Wickelungen sind als Vertheilungs- oder mehrzahnige Wickelungen bekannt; und jede Wickelung ist so über dem Ankerumfang vertheilt, dass mehrere Zähne auf jeden Pol entfallen im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 34, wo sie in breite Löcher mit nur einem Zahn auf jeden Pol zusammengedrängt ist.

Bei den mehrzahnigen Wickelungen ist die Ankergegenwirkung viel geringer als bei den einzahnigen, aber dafür ist die für die gleiche elektromotorische Kraft erforderliche Windungszahl viel grösser.

Ueber die Vectoreigenschaften von Wechselströmen und einfache Rechnungsmethoden wird der Leser auf nachstehende Werke verwiesen: Ferraris, G., „Vettori Rotanti“ Mem. Reale Accad. d. Sei. Torino, Serie II, Bd. 44, 3. Dez. 1893, unter dem Titel: „A Method for the Treatment of Rotating or Alternating Vectors“ im Electricin, Bd. 33, S. 110, 129, 152 und 184 erschienen. Ferner eine Abhandlung desselben Verfassers „Teoria Geometrica dei Campi Vettoriali, Torino, 1877. Sumpner, W. E., „Vector Properties of Alternating Current and other Periodic Properties“, Proc. Roy. Soc. Bd. 60, S. 462. Rhodes, W. G., „Contributions to the Theory of Alternating Currents“, Proc. Roy. Soc. Jan. 1898; und „The Application of Vector Algebra to Alternating Currents“ Electr. Rev. Jan. 1898.

Kapitel IL

Mehrphasige Ströme.

Wir können nun die Frage der Erzeugung mehrphasiger Ströme in Angriff nehmen. Das Prinzip der Verwendung mehrphasiger Ströme besteht, in kurzen Worten, darin, den Anker des Stromerzeugers mit Spulen, die in zwei, drei oder mehr Gruppen zusammengeschaltet sind, zu versehen und diese während jeder Periode eine nach der anderen in Thätigkeit treten zu lassen.

Bis jetzt haben wir angenommen, dass die Feldmagnete des Wechselstromerzeugers feststehen, während der Anker sich dreht. Aber dies ist nicht nothwendig; in der That wird bei den meisten Wechselstrommaschinen der neueren Zeit, einphasig oder mehrphasig, die umgekehrte Anordnung verwendet; der Feldmagnet dreht sich, während der Anker feststeht. Dass man dieser Bauart den Vorzug giebt, rührt daher, dass man die Wickelung auf einem feststehenden Anker weit leichter isoliren kann; und dies wird sehr wichtig, wenn hohe Spannungen erzeugt werden sollen, wie es bei Kraftübertragung auf grössere Entfernungen der Fall ist.

Betrachten wir nun den einfachsten Fall eines feststehenden Ankers — einen Ring mit zwei Spulen, die auf entgegengesetzten Seiten aufgewickelt sind — und einen sich drehenden Feldmagnet von einfacher zweipoliger Form.

In der untenstehenden Fig. 35 werden zwei solche elementare Maschinen dargestellt, die durch zwei Leitungen zum Zwecke der Kraftübertragung verbunden sind; die eine dient als Stromerzeuger und muss durch eine Kraftmaschine angetrieben werden, die andere läuft als ein synchroner Motor. Es ist bekannt, dass ein solcher Motor nicht von selbst angeht; er muss mit der Hand oder in anderer Weise angelassen und auf die richtige Geschwindigkeit gebracht werden, ehe man ihn in den Stromkreis einschaltet; dann läuft er in vollkommenem Synchronismus mit dem Stromerzeuger,

wobei seine eigene elektromotorische Kraft fast genau die entgegengesetzte Phase wie die des Stromerzeugers hat.

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STROMERZEUGER ;

MOTOR

Fig. 35. üehertragung von einem einfachen Wechselstromerzeuger auf einen einfachen synchronen Motor.

Einige der allerältesten Wechselstromerzeuger — die von Lontin und Gramme — hatten umlaufende vielpolige Feldmagnete mit feststehenden äusseren Ankern.

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Fig. 36. Gramme’scher Wechselstromerzeuger.

Gramme’s Wechselstromma-schinen wurden um 1877 für die Speisung der Jablochkoff-schen Kerzen gebaut. Fig. 36 zeigt diese Maschine mit ihren acht umlaufenden Polen, abwechselnd Kord und Süd. Der Anker bestand aus einem unter-theilten Eisenringe als Kern und einer Wickelung aus Kupfer, in der die Wechselströme inducirt werden sollten. Man fand bald (wie wir sogleich sehen werden), dass es von keinem Nutzen sei die einzelnen Spulen besonders breit zu machen.

Im Gegentheil, je näher die Windungen in irgend einer Gruppe zusammengedrängt werden können, um so wirksamer sind sie. Wenn man nun dieser Maschine nur acht schmale Spulen, jede einem Pole gegenüber gegeben hätte, so würde viel Wickelungsraum auf der Maschine verloren worden sein.

Daher füllte Gramme diesen Raum mit anderen Spulen aus. Die Maschine erhielt so vier mal so viel Wickelungsabtheilungen als Pole, und hätte so geschaltet werden können, dass sie vier getrennte Stromkreise speiste.

Da die Pole bei ihrem Umlaufe vor den vier nebeneinanderliegenden Abtheilungen nach einander vorbeikommen, so ist klar, dass die vier erzeugten Wechselströme sich in der Phase unterscheiden müssen. Gramme wusste oder erkannte, dass man nicht alle Spulen vereinigen durfte; er verband nur diejenigen mit einander, die in irgend einem Augenblicke gleichzeitig den Polen gegenüberstanden.

So entstanden vier getrennte Kreise, jeder aus acht hintereinander geschalteten Spulen. Und diese vier getrennten Wickelungen wurden auf vier gänzlich getrennte Stromkreise geschaltet, von denen jeder eine Anzahl Jablochkoff’scher Kerzen mit Strom versorgte. Gramme’s Wechselstrommaschine war ohne Frage ein mehrphasiger Stromerzeuger, aber es ist keinerlei Anzeichen dafür vorhanden, dass der Erbauer dieser Maschine irgend wann daran dachte, die Ströme verschiedener Phase zu irgend einer nützlichen Wirkung zu vereinigen, oder dass er nur wusste, dass sie vereinigt werden konnten. Im Gegentheil, er hielt die Stromkreise stets getrennt, weil die Ströme darin ungleiche Phase hatten.

Die grossen Zweiphasen-Maschinen in Paddington, die von dem verstorbenen Gordon entworfen wurden, stehen seit 1883 in dauerndem Betrieb.

1886 schlug F. Wynne ein Yertheilungssystem vor, in dem Wechselströme benutzt wurden, die zwar alle die gleiche Wechselgeschwindigkeit hatten, bei denen aber der Augenblick, in dem der Wechsel eintrat, verschieden war.

Nebenbei sei bemerkt, dass in jeder Wechselstrommaschine leerer Raum zwischen den Spulen bleibt, wenn die Maschine einphasigen Strom geben soll. Kehren wir zu Fig. 35 zurück, so bemerken wir, dass zwischen den beiden Spulen auf dem Ringe Raum frei bleibt, den man vortheilhaft ausnutzen kann, indem man ihn mit einer Wickelung ausfüllt. Nehmen wir also an, dass neben und zwischen den beiden Spulen AA‘ auf jeder Maschine noch zwei Spulen BB‘ angebracht werden, und dass diese wieder durch zwei Leitungen bb und b'b¹ (Fig. 37) verbunden werden. Man sieht, dass in BB‘ ein zweiter Wechselstrom erzeugt wird, der genau um eine

Viertelperiode hinter dem in AA‘ zurückbleibt. Diese beiden Ströme werden durch die beiden Wellenzüge der Fig. 38 dargestellt. Die elektromotorische Kraft der Spule A ist genau dann am grössten, wenn der Pol des Magnetes ihrer Mitte gegenübersteht; denn in diesem Augenblick ist die Geschwindigkeit, mit der sich die

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Fig. 37. Zweiphasige Uebertragung.

Magnetisirung ihres Kernes ändert, am grössten. Die Höchstwerthe für die Spulen B entsprechen den Nullwerthen für die Spulen A und umgekehrt. Zwei Wechselströme, welche in der beschriebenen

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Fig. 38. Zwei Wechselströme mit einer Viertelperiode Phasenunterschied.

Art um eine Viertelperiode in der Phase verschieden sind, stehen in Quadratur.

Die Ströme in den Spulen A des Motors, welche den Pol des Feldmagnetes vorwärts zu treiben streben, sind noch nicht gänzlich verschwunden, wenn die Ströme in den Spulen B bereits begonnen haben; es kommt also kein todter Punkt zu Stande. Man sieht leicht, dass in dem Motor eine regelmässige Verschiebung der resultirenden

Pole um den Ring herum stattfindet. In dem Augenblick, wenn der Strom in AA‘ seinen höchsten Werth erreicht, ist der in BB‘ gerade Null, und die magnetisirende Wirkung AA‘ erzeugt zwei Folgepole im Ring an diametral gegenüberliegenden Punkten genau in der Mitte der Spulen BB‘.

Wenn der Strom in AA‘ abnimmt, beginnt der in BB‘ zu wachsen und veranlasst auf diese Weise eine Verschiebung der magnetischen Pole im Sinne der Bewegung.

Wenn die Ströme in AA‘ und BB‘ gleich geworden sind, wirken A und B zusammen wie eine Spule, A‘ und B‘ zusammen wie eine zweite Spule, so dass die resultirenden Pole nun rechts zwischen B und A‘ und links zwischen B² und A liegen. Wenn der Strom in B seinen höchsten Werth hat, liegen die Pole mitten unter den Spulen A.

Es wird also durch die vom Stromerzeuger kommenden Ströme in dem Ring des Motors ein Paar wandernder Pole hervorgebracht und der Magnet des Motors sucht diese Wanderpole fortwährend einzuholen; es giebt keine todten Punkte. Der Motor geht von selbst an, wenn sein Magnet nicht zu mächtig ist, und läuft mit zunehmender Geschwindigkeit, bis der Synchronismus erreicht ist. Das ist der grosse Vortheil der Mehrphasen-Ströme: sie befähigen den Motor, von selbst anzugehen. Aber dies ist bei Weitem nicht der einzige Vortheil. Wir sehen, dass sie es ermöglichen, eine Maschine zu bauen, deren Leistung lediglich durch Verwendung der doppelten Menge Kupfers verdoppelt wird²). Sie braucht die doppelte Triebkraft und liefert die doppelte Leistung, aber sie kostet nicht das Doppelte und braucht nicht mehr Ratim zum Aufstellen. Es ist ausserdem bemerkenswert!!, dass die Rückwirkungen des Ankerstromes in einem Zweiphasen-Stromerzeuger nicht grösser sind, als in derselben Maschine, wenn sie als Ein-phasen-Maschine dient.

Nehmen wir an, wir hätten statt zweier getrennter Gruppen von Spulen deren drei verwendet, wie es thatsächlich Gramme in einigen seiner kleinen Maschinen that. Wir würden dann drei Ströme in drei aufeinanderfolgenden Phasen erhalten. Wenn wir

diese wie in Fig. 39 anordnen, können wir die Spulen A zusammen in einen Kreis schalten (die Spulen sind abwechselnd links und rechts gewickelt oder verbunden); die Spulen B werden ähnlich zu einem zweiten Kreis geschaltet, die Spulen C bilden den dritten Kreis. Es erhellt, dass in jedem dieser Kreise die elektromotorischen Kräfte in regelmässiger Folge steigen und fallen, und dass die elektromotorische Kraft in B erst dann ihren höchsten Werth erreicht, wenn die in A den ihrigen überschritten hat und im Abnehmen begriffen ist. Die Unterschiede in der Phase kann man durch die drei Curven der Fig. 40 darstellen.

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II

Da der Winkelraum um die Maschine von einem Nordpol zum nächsten Nordpol einer ganzen Periode (vergl.

S. 7) oder einem vollen Umlaufe von 360 Grad auf dem Kreise der Fig. 10 entspricht, so sehen wir, dass die drei Ströme sich um 60 Grad in der Phase unterscheiden. Wenn wir für jeden der drei Kreise eine besondere Hin- und Rückleitung brauchen, so

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Fig. 39. Dreiphasiger Stromerzeuger.

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Fig. 40. Dreiphasenstrom mit 60 Grad Phasenunterschied.

müssen wir nicht weniger als sechs Drähte nach dem dreiphasigen Motor führen, den wTir speisen wollen. Wenn wir aber die Spulen in geeigneter Weise, die wir noch kennen lernen werden, anordnen, so wird dieser Aufwand überflüssig und man kann die Zahl der Drähte auf vier und sogar auf drei vermindern. Lassen wir die Benutzung der Erde als Rückleitung zu, so können wir die Zahl der erforderlichen Leitungsdrähte noch weiter auf zwei vermindern.

Ehe wir zur Betrachtung der neuen Mehrphasen-Maschine übergehen, müssen wir noch der Wirkung der Breite der Ankerspulen ein wenig Aufmerksamkeit schenken.

Die Polstücke des vielpoligen drehbaren Feldmagnetes, den Fig. 41 zeigt, mögen so gestaltet sein, dass das magnetische Feid in dem Luftraum zwischen Pol und Anker in geeigneter Weise vertheilt sei, um eine regelmässige und glatte Welle als Curve der elektromotorischen Kraft zu geben, die in einem durch den Luftzwischenraum bewegten Leiter erzeugt wird.

Wir stellen elektromotorische Kräfte, die aufwärts oder auf den Leser zu gerichtet sind, durch einen Punkt in dem Querschnitt des Leiters, solche die abwärts oder vom Leser weg gerichtet sind, durch ein Kreuz im Querschnitt des Leiters dar. Es ist nun klar, dass in denjenigen Leitern, vor denen der Südpol nach rechts geht,

Fig. 42.

Fig. 41.

aufwärts gerichtete und in den Leitern, vor denen der Nordpol vorübergeht, abwärts gerichtete elektromotorische Kräfte erzeugt werden. Aber diese elektromotorischen Kräfte sind untereinander

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nicht zur selben Zeit gleich; sie sind am grössten in den Leitern, die am besten wirken, d. i. die durch den stärksten Theil des Feldes gehen.

_____    Jeder Leiter geht durch denselben Wechsel

der inducirenden Wirkung; aber es ist klar, dass '■    einer nach dem andern zu dem Punkte der

stärksten Wirkung gelangt. Der Bequemlichkeit

wegen wollen wir annehmen, dass diese stärkste

Fig. 43.

Wirkung in jedem Leiter eintritt, wenn er vor der Mitte des Pôles vorübergeht. Nun setzen wir den Fall (wie es beim Bau der Maschinen üblich ist), dass eine Anzahl dieser Leiter nach Fig. 43 zu einer Spule verbunden sei; ihre elektromotorischen Kräfte werden sich addiren. Wenn wir annehmen, wie bei Fig. 43, dass wir auf die Pole blicken, während sie von rechts nach links gehen, so werden wir dies ein wenig besser verstehen. Einen Augenblick später kommt der Nordpol

genau hinter die Spule, wie Fig. 44 zeigt; man sieht, dass es keinen Vortheil bringen kann, die inneren Windungen der Spule näher zusammenzubringen, als die Breite der Polfläche beträgt, weil in dem Augenblick, den Fig. 44 zeigt, ihre elektromotorischen Kräfte einander entgegenwirken. Einen gewissen Vortheil gewährt es, die Spule etwas schmaler zu wickeln, als die wirkliche Polfläche wegen der Gestaltung des magnetischen Feldes. Aber die durch eine Spule von bestimmter Windungszahl erzeugte elektromotorische Kraft würde grösser sein, wenn alle Windungen auf derselben Stelle lägen, so dass sie alle zur selben Zeit die wirksamste Lage durchschritten.

Um diesen Punkt noch etwas besser zu erläutern, wollen wir ein Polar- oder Uhrdiagramm verwenden. Wir nehmen an, der höchste Werth der elektromotorischen Kraft, der in einem Leiter

Aw

lllj

A'b

Y\

\C

Fig. 45.

Fig. 44.

erzeugt, wird, sei durch den Badius Vector OA dargestellt. Dann giebt die Projection von OA auf die senkrechte Linie OP den Werth der elektromotorischen Kraft in dem Augenblick, wann der Winkel AOP die Phase der Induction angiebt, die gerade stattfindet. Zwei andere Leiter mögen ein wenig über jenen hinaus liegen, so dass ihre elektromotorischen Kräfte durch OB und OC dargestellt werden.

Wir suchen, welche Wirkung hervorgebracht wird, wenn wir alle Leiter in Reihe schalten. Wenden wir die Regeln für die Zusammensetzung gerichteter Grössen an, so finden wir die Resul-tirende, indem wir von A aus die Linie AB‘ gleich und parallel zu OB und von B‘ die Linie B‘C‘ gleich und parallel OC ziehen. Dann ist OC‘ die Resultirende und ihre Projection OP“ auf die senkrechte Linie giebt den augenblicklichen Werth der vereinigten elektromotorischen Kräfte der drei Leiter. Lägen sie alle genau aufeinander in A. so dass kein Phasenunterschied zwischen den elektromotorischen Kräften bestehen könnte, so würde die Resul-tirende OAut sein, und dies würde, auf die Senkrechte projicirt, OP“³ als den augenblicklichen Werth ergeben.

Eine zahlenmässige Behandlung der Aufgabe mag nützlich sein. Wir nehmen an, jeder Leiter erzeugte eine elektromotorische Kraft, deren effectiver Werth lYolt beträgt. Drei solcher Leiter, welche in Reihe geschaltet sind, können nur dann als gesammte elektromotorische Kraft 3 Volt liefern, wenn sie so genau übereinander liegen, dass in ihnen der höchste Werth der elektromotorischen Kraft zur gleichen Zeit erreicht wird. Jede Ausbreitung der Spulen muss den Werth der resultirenden elektromotorischen Kraft herabdrücken.

Es ist deshalb der Mühe werth, einen Breitencoöfficient für eine Spule von bestimmter Winkelbreite zu berechnen.³)

Wir wollen mit ip den Phasenunterschied bezeichnen, der zwischen der Mitte der Spule und ihrem äussersten Leiter auf jeder Seite besteht. Wenn die Maschine einen zweipoligen Magnet hat, so ist ip einfach die Hälfte der Winkelbreite (in Radianten), die von der Spule eingenommen wird. Bei vielpoligen Maschinen mit p Polpaaren ist der Winkel ip gleich dem ^-fachen der halben Winkelbreite (wie sie an der Maschine gemessen wird). Oder, wenn die Breite der Spule, längs des Umfanges gemessen, mit b bezeichnet wird, und der Durchmesser der Maschine d ist, so wird der Winkel ip des Phasenunterschiedes, der der halben Spulenbreite ent spricht = bpjd. Nun wird der Mittelwerth der effectiven elektromotorischen Kraft in allen Leitern innerhalb der Winkelbreite ip durch die Formel

je • cos y • dy

angegeben, worin e der effective Werth der elektromotorischen Kraft in einem beliebigen Leiter und y der Winkel des Phasenunterschiedes zwischen der elektromotorischen Kraft dieses Leiters und derjenigen im mittleren Leiter der Spule ist.

Wenn wir denjenigen Theil dieses Ausdruckes, der von ip abhängt, Breitencoöfficient nennen und mit q bezeichnen, so erhalten wir durch Ausführung der Integration

sin ip

Um einige Zahlenwerthe zu geben, mag aus der späteren Darstellung des Aufbaues der Maschinen etwas yorausgenommen werden. Es ist z. B. in einem Ring, der mit vier Spulen bewickelt ist, jede von einem Quadranten Breite (wie in einigen Zw'eiphasen-Motoren, vergl. Fig. 49),

ip = 45 Grad = 0,785 Radiant; q = 0,90.

Für einen Ring mit drei Spulen, jede 120 Grad breit (vergl. Fig. 54), ist

ip = GO Grad = 1,05 Radiant; q = 0,82.

Für einen Ring mit sechs Spulen, jede 60 Grad breit (vergl. Fig. 57), ist

jp = 30 Grad = 0,523 Radiant; q = 0,95.

Fig. 46.

Als Beispiel wollen wir einen vielpoligen Zweiphasen-Stromerzeuger betrachten, dessen Ankerdrähte durch Löcher in den Ankerscheiben geführt sind, und der von einem Nordpol zum nächsten Nordpol zwölf gleichmässig gebohrte -Löcher besitzt. In diesem Falle gehören sechs Leiter zur einen, sechs zur anderen Phase und jede Gruppe besteht aus drei Leitern mit gleichgerichteter elektromotorischer Kraft und drei Leitern der entgegengesetzt gerichteten elektromotorischen Kraft. Drei solche Leiter nehmen l/₄ der ganzen Breite ein oder sind gleich-werthig mit 90 Grad auf dem Kreise. Da aber die Leiter in Bohrungen angebracht sind, so ist der effective Abstand zwischen den beiden äussersten Leitern 60 Grad, die Hälfte davon 30 Grad, also q = 0,95.

Hierbei haben wir die Annahme gemacht, dass die Curve der elektromotorischen Kraft für jeden Draht eine Sinuscurve sei, d. h. wir haben angenommen, dass die Kraftliniendichte nach einer Sinusfunction des Winkels um den Umfang des Ankers herum vertheilt sei. In der Praxis trifft dies nicht genau zu, da diese Yertheilung durch Yerwendung von Polen verschiedener Breite und Form geändert wird. Wir sind hierdurch gezwungen, unsere Zuflucht zu willkürlichen Coöfficienten zu nehmen, mit denen wir uns später noch eingehender beschäftigen werden.

Ehe wir die Frage der Zusammensetzung zweier elektromotorischer Kräfte mit verschiedener Phase verlassen, wollen wir noch bemerken, dass das Prinzip der Summation gerichteter Grössen, welches wir oben benutzt haben, zu einem sehr einfachen Ergebniss⁴) führt, wenn es sich um zwei elektromotorische Kräfte handelt.

Wenn OP eine dieser elektromotorischen Kräfte, OQ die andere ist (Fig. 46), so wird der Phasenunterschied zwischen ihnen durch den Winkel POQ oder cp angegeben. Setzen wir sie in der üblichen Weise zusammen, indem wir PR gleich und parallel zu OQ ziehen, so erhalten wir als Resultirende OP, welches die resultirende elektromagnetische Kraft nach Grösse und Phase darstellt. Hier ist nach dem bekannten geometrischen Satz

OP = VOP² + O Q² + 2 OP ■ O Q cos cp.

Dies ist offenbar ein Maximum, wenn der Phasenunterschied Null ist.

Ankergegenwirkung bei Mehrphasen-Stromerzeugern.

Wenn wir die oben (S. 35) in Bezug auf einen Einphasenanker gefundenen Schlussfolgerungen auf einen Mehrphasenanker anwenden, müssen wir zunächst einige Punkte in’s Auge fassen, in denen sich beide Fälle unterscheiden. Zunächst sind beim Mehrphasenanker die Leiter dichter zusammengedrängt; der Wickelungsraum ist daher besser ausgenutzt. Auf den ersten Blick sollte man meinen, es müsste daher die Zahl der entmagnetisirenden Amperewindungen bei einer Mehrphasenmaschine unter der Annahme gleicher Stromdichte in den Leitern grösser sein. Es kommen jedoch zu Gunsten der Mehrphasenmaschinen noch einige wichtige Punkte in Betracht, welche dies verhindern. Zunächst ist zu beachten, dass bei ungezahnten Ankern (Fig. 30) die in der Mitte der Spule liegenden Leiter nicht so schädlich wirken wie die nicht in der Mittellage befindlichen Leiter, denn da diese Letzteren mit den Ersteren in Reihe geschaltet sind, muss ihr Strom in gleicher Phase mit dem der ganzen Rolle sein, so dass sie in der Lage, in der sie eine das Feld stark verzerrende Wirkung ausüben, den vollen Strom führen. Nun ist die Zahl dieser nicht in günstigster Lage befindlichen Leiter bei Einphasenmaschinen, in denen der Raum für die Wickelung gut ausgenützt ist, grösser als bei Mehrphasenmaschinen. Bei diesen entsprechen die Stromstärken in den einzelnen Leitern mehr deren jeweiligen Lage im Felde. Hiernach befindet sich die Mehrphasenmaschine, soweit die störende Gegenwirkung des Ankers in Betracht kommt, im Vortheil. Dies trifft nicht in demselben Maasse zu in dem Falle, dass die Leiter bündelweise in Kanälen gelagert sind, wie in Fig. 34; jedoch ist die quer magnetisirende Wirkung viel grösser, bei solchen Ankern, bei denen ein breiter Pol erzeugt wird mit starker magnetisirender Kraft, als wenn eine grössere Zahl kleiner Pole vorhanden ist,-von denen jeder durch Ströme magnetisch beeinflusst wird, deren Phasen mit der jeweiligen Lage der Leiter im Felde mehr übereinstimmt. Die störende Wirkung erweist sich nach zwei Dichtungen unvorteilhaft. Zunächst bringt sie eine Sättigung der Magnetpole an einer Seite hervor. Zweitens giebt sie Veranlassung zu Wirbelströmen in den Poloberflächen, da unter ihrem Einfluss die Kraftliniendichte in ihrer Lage wechselt. Die Wirkung der einseitigen Sättigung hängt ab von der grössten Magnetisirungs-stärke, die zu irgend einer Zeit im Kreise herrscht, und diese ist zweifellos grösser bei Einphasenmaschinen. Die Veränderlichkeit der Verzerrung des Feldes ist bei Mehrphasenmaschinen in der That sehr gering, weil hier die vor den Polen vorbeigehenden Leiter nahezu stets ihren höchsten Stromwerth führen, während bei den Einphasenmaschinen zweimal in jeder Periode die Verzerrung zwischen ihrem Höchstwerth und Null schwankt.

Die entmagnetisirende Wirkung, welche eintritt, wenn der Strom in der Phase verzögert ist, und die im Wesentlichen von dem Verzögerungswinkel und der Gesammtsumme der auf dem Anker befindlichen Amperewindungen abhängt, ist nahezu proportional der Leistung des Ankers (bei gleicher Verzögerung), einerlei, ob die Maschine einphasig oder mehrphasig ist⁵).

Kapitel III.

Vereinigung mehrphasiger Ströme und Kupfergewicht der Leitungen.

Erst nachdem der Gedanke, Ströme von verschiedenen Phasen zum Betriebe von Motoren zu verwenden, entstanden war, suchte man nach Wegen, die verschiedenen Gruppen von Spulen, in denen Inductionen von verschiedenen Phasen wirkten, zu regelmässigen

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Fig. 48.

Fig. 47.

Systemen zu vereinigen. Die Verbindung von zwei- oder dreiphasigen Strömen ist bisher gewöhnlich in Bezug auf die Motoren behandelt worden; es wird indess ebenso nützlich sein, sie in Bezug auf die Stromerzeuger zu besprechen.

Es giebt im Allgemeinen zwei Wege zur Verbindung mehrphasiger Ströme, die man als Sternschaltung und Netzschaltung charakterisiren kann.

In der Sternschaltung werden die Spulen, in denen der Strom erzeugt oder verbraucht wird, mit einem gemeinsamen Punkte verbunden, von dem sie strahlenartig jede nach ihrem Stromkreise ausgehen. Zur Vergleichung eignet sich der besondere Fall eines dreiphasigen Systems. Fig. 47 zeigt schematisch die Sternschaltung von drei Spulen a, b und e, welche bestimmt sind, die Ströme in regelmässiger Reihenfolge zu empfangen ; der Strom fliesst nach dem Mittelpunkte zunächst durch a (und strömt aus durch eine oder beide andere Spulen), darauf durch &, schliesslich durch c. Fig. 48 zeigt

drei Spulen, q und r, in Netzschaltung; hier bilden die Spulen eine geschlossene Netzmasche und sind an den Ecken mit den Stromkreisen verbunden⁶).

Es giebt noch einige, etwas verwickelte Schaltungen, welche aus beiden Hauptanordnungen gemischt sind. Fig. 60, Seite 55, zeigt eine solche Verbindung.

Ein weiteres Beispiel zur Erläuterung liefert ein einfaches zwei-phasiges System, in dem die verschiedenen möglichen Gruppirungen besonders betrachtet werden sollen.

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Fig. 49.

Fig. 50.

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Fig. 51.

Fig. 52.

1.    Unabhängige Spulen. Die Spulen des Stromerzeugers, welche in gleicher Phase sind, können wie in einphasigen Maschinen auf irgend eine Art verbunden werden, und die Spulen der anderen Phase können in ähnlicher Weise verbunden werden. So erhalten wir zwei völlig unabhängige Kreise, wie in Fig. 49 gezeigt wird; die Spulen a und c gehören zu dem einen Kreise und sind mit den Leitungen m und o verbunden, und die Spulen b und d bilden einen völlig getrennten Kreis, der zu der Leitung n und p geführt ist

2.    Sternschaltung. Die Spulen oder Spulengruppen werden mit dem einen Ende zu einem gemeinsamen Punkte J geführt, wodurch ein Stern gebildet wird, und die freien Enden der Spulen werden mit den Leitungen verbunden; vergl. Fig. 50 und 51. In Fig. 50 werden die Gruppen dargestellt, als seien sie auf einen Ring gewickelt, während sie nach Fig. 51 auf Polansätzen angebracht sind. Sie unterscheiden sich in ihren magnetischen Beziehungen; betrachtet man sie aber einfach als Stromkreise, so sind sie identisch.

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Fig. 53.

3. Netzschaltung. Die Spulen können so zusammengeschaltet werden, dass sie einen geschlossenen Kreis bilden, und der Leitungsdraht wird an die Verbindungs-punkte zwischen den Spulen angelegt, wie es Fig. 52 zeigt; dies giebt einen gewöhnlichen viertheiligen Gramme’schen Ring, der aber mit vier Leitungen statt mit einem viertheiligen Commutator verbunden ist.

4. Im Falle Ko. 1, wo die Spulen sonst unabhängig sind, können zwei der Klemmen, die zu Spulen von verschiedenen Phasen gehören, mit einander verbunden und ein einziger Rückleitungsdraht verwendet werden, wie Fig. 53 zeigt, statt vier Leitungsdrähte zu benutzen.

Vereinigung der elektromotorischen Kräfte.

Es ist nöthig, in jedem dieser Fälle zu betrachten, wie die elektromotorischen Kräfte der getrennten Spulen sich vereinigen, und wie diese Vereinigungen auf die elektromotorischen Kräfte zwischen den Leitungen wirken. Es möge die elektromotorische Kraft der Spule a der Formel esin# folgen, worin e der höchste in der Periode erreichte Werth ist, wie wir früher berechnet haben (Seite 8 und 9).

Zweiphasensysteme.

Wenn die Spulen unabhängig geschaltet sind, wie in Fig. 49, oder in Sternschaltung, wie in Fig. 50, so ist die elektromotorische Kraft zwischen den Klemmen m und o 2esin#. Bei Sternschaltung beträgt die Spannung • esin(i9- + 45⁰)⁷) zwischen m und n, d. h. die Spannung zwischen den Leitungen verschiedener Phasen ist 1,4 mal so gross als die Spannung einer Spule und ist in der Phase um 45 Grad der vordersten Spule voraus.

Wenn die Spulen zur Netzmasche verbunden sind, wie in. Fig. 52, so ist die Spannung zwischen m und p natürlich die elektromotorische Kraft, die in a erzeugt wird, nämlich esin #, während die Spannung zwischen n und p der Formel y2-sin(#—45°) folgt, d. h. sie ist 1,4 mal so gross als die Klemmenspannung einer Spule und steht mit ihrer Phase in der Mitte zwischen den Spulen a und b.

Bei Benutzung einer gemeinsamen Rückleitung beträgt die elektromotorische Kraft zwischen jedem hinausführenden Draht und der Rückleitung das Doppelte der elektromotorischen Kraft einer Spule, während die elektromotorische Kraft zwischen den beiden hinausführenden Drähten 1,4 mal so gross oder = 2 V2 • e • sin (# + 45°) ist.

Dreiphasensysteme.

Um zu finden, wie die Spannung zwischen den Leitungen eines Dreiphasensystems sich ändert, wenn die Spulen des Stromerzeugers in Sternschaltung verbunden werden, betrachten wir Fig. 54. Die Spule a mag als Ausgangspunkt für die Betrachtung dienen; die Spannung an den Klemmen sei esin#. Die elektromotorische Kraft in der Richtung von dem gemeinsamen Punkte der Spulen aus betrachten wir als positiv; dann ist die elektromotorische Kraft in b gleich esin(# —120°).

Die Spannung zwischen m und n ist gleich dem Unterschiede der elektromotorischen Kräfte in a und b oder

= e sin # — e sin (# — 120ó) = "\/3 • e sin (# + 30 °).

Beispiel: Wenn e = 141, so ist die effective Spannung in a = 100. Die Spannung zwischen den Leitungen m und n ist = y3 • 100 =173 Yolt effectiv.

Diese Spannung ist derjenigen in a in der Phase um 30 Grad

voraus.

Das Uhrdiagramm der Fig. 55 zeigt die Sache deutlich. Die Linien a, b und c bedeuten die elektromotorischen Kräfte in den Spulen «, b und c. Um è abzuziehen, wird es rückwärts verlängert, wie gezeichnet, als —b und dann mit a nach dem Parallelogramm vereinigt zu der resultirenden elektromotorischen Kraft, welche 30 Grad vor a liegt und \ 3 mal so gross ist.

Verbinden wir die Spulen eines Dreiphasen Systems in Netzschaltung, wie in Fig. 56, so wird die elektromotorische Kraft zwischen o und m einfach die elektromotorische Kraft der Spule a.

Ein dreiphasiger Stromerzeuger oder Motor wird nicht allgemein mit der einfachen Anordnung von drei Spulen gebaut, wie es Fig. 54 zeigt. Es können sechs Spulen oder Spulensätze sein, wie Fig. 57 angiebt: hier werden diejenigen Paare, die einander in der Phase entgegengesetzt sind, in Reihe verbunden, so dass sie wie eine Spule von doppelter elektromotorischer Kraft wirken.

Fig. 57 ist eine schematische Darstellung der Spulenanordnung der Fig. 22; nur sind die Spulen rund um den ganzen Kreis ver-

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Fig. 54.

Fig. 55.

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Fig. 56.

Fig. 57.

theilt, statt nur den Raum zwischen einem Nordpol und dem nächsten einzunehmen.

Die Spulen werden zu Paaren verbunden, und wir haben demnach nur drei Spulen zu betrachten; wir nehmen sie in der Reihenfolge:

und sehen, dass die Paare um 120 Grad von einander entfernt sind und in derselben Weise wie die drei Spulen der Fig. 54 behandelt werden können, d. h. wir können sie in Sternschaltung verbinden, wie in Fig. 58; in diesem Falle beträgt die Spannung

zwischen m und o = 2 V3 • esin (A + 30°); oder sie können in Netzschaltung verbunden werden, wie in Fig. 59, so dass die Spannung zwischen k und s = 2 e sin A wird.

Eine Vereinigung von Stern- und Netzschaltung zeigt schematisch Fig. 60. In Fig. 61 wird dargestellt, wie sechs Spulen, die auf einen Ring rechts gewickelt sind, nach der Schaltung von Fig. 60 verbunden werden können. In diesem Falle würde die elektromotorische Kraft zwischen irgend zwei Klemmen, z. B. A und B, nach

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Fig. 58.

Fig. 59.

¹

Wer mit diesem Gegenstände nicht vertraut ist, sollte die Abhandlungen von Blakesley oder von Fleming durchsehen. Die Drei-Dynamometer-Methoden von Blakesley und von Ayrton und ähnliche sind alle brauchbar. Fleming hat auf Grund vieler Erfahrungen die einfache Wattmesser-Methode bevorzugt; vergl. Journ. Inst. Electr. Engin, Bd. 21, S. 594. 1892.

²

H. Görges, „Ueber die Ausgiebigkeit der Ankerwickelung bei Gleichstrom, "Wechselstrom und Drehstrom“. Elektrot. Zeitschr. Bd. 13, S. 236. 1892. v. Dobrowolsky erwähnte in der Discussion des citirten Vortrages eine viel-polige Gleichstrommaschine, -welche 11000 Watt gab; derselbe Feldmagnet mit einem Dreiphasen-Anker gab 30000 Watt.

³

Eine andere Methode der Behandlung ist von R. P. Brousson in Electr. World, Bd. 26, S. 236, 1895 angegeben. Yergl. auch Kap. IY.

⁴

Vergl. Thomson und Tait’s Treatise on Natural Philosophy, Bd. 1, §58.

⁵

Vergl. Chrytraeus, Electr. World Bd. 25, S. 450, 1895; ferner eine Reihe von Aufsätzen in der Elektrot. Zeitschr.: von Korda, 8. Aug. 1895; von Behrend, 22. Aug. 1895; von Rothert, 10. Sept. 1896 (Electrician vom 6. Nov. 1896 enthält eine Uebersetzung des Rothert’schen Aufsatzes und mehrere Bemerkungen dazu); von Heyland, 1. Okt. 1896; von Ziehl, 8. Okt. 1896; von Braun und von Vogelsang, 5. Nov. 1896; von Behrend, 12. Nov. 1896; nochmals von Heyland, 19. Nov. 1896; von Kando, 10. Dez. 1896.

⁶

Man nennt diese Schaltung auch Dreiecksschaltung. Die Uebersetzer.

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⁷

e • [sin# -f- sin (90° -j- i9-)] = e sin(# + 45°) cos 45° — 4/ 2 • e sin(# -j- 45°).

Die Uebersetzer.

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a.

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Fig. 60.

Fig. 61.

der Formel 2esin(# — 60°) verlaufen, wobei die elektromotorische Kraft in a gleich esin# ist.

Solche Schaltungen wurden zuerst von v. Dobrowolsky angegeben, als er sich bemühte, einen Motor zu erhalten, dessen Zugkraft in verschiedenen Zeitpunkten seiner Umdrehung gleichmässiger wäre, als mittels eines Satzes von Spulen in nur drei Phasen erhalten werden konnte.

Vereinigung der Ströme.

Wir müssen nun auch die Verhältnisse der Stromstärken in den verschiedenen Leitungen eines mehrphasigen Systems, welche zu einer Stern- oder einer Netzschaltung vereinigt sind, betrachten. Zuerst lernen wir einige allgemeine Kegeln kennen, welche von Werth sind, wenn die Ströme in irgend einer Leiteranordnung bestimmt werden sollen.

1.    Wenn irgend eine Zahl Drähte in einem gemeinsamen Punkte zusammenstossen, so ist die algebraische Summe ihrer Augenblicks-werthe gleich Null (die Richtung vom Yerbindungspunkte weg wird als positiv gerechnet).

2.    Für Wechselströme gilt diese Regel nur für die Augenblicks-wmrthe, nicht aber für die virtuellen oder effektiven Werthe, für letztere vielmehr nur, wrenn die Ströme alle in gleicher Phase sind.

3.    Wo zwei Ströme von verschiedener Phase sich in einem gemeinsamen Leiter treffen, lässt sich ihre Resultirende nach der graphischen Methode der Fig. 29 finden, wenn OP und OQ die beiden Ströme und OR ihre Resultirende bedeuten.

Statt dessen kann man auch folgende Formel, die sich leicht aus der graphischen Construction ableiten lässt, benutzen: Wenn a sin (d-(px) der eine, b sin (#-f <^>₂) der andere der beiden Ströme ist, so wird ihre Summe gleich

V«² + b² + 2ab cos (q>₂ — <px) ■ sin (d- -f- <p₃),

worin

tg9>s =

a sin cpx + b sin cp2 a cos <pi + b cos cp₂

-¹)

4. Wir müssen uns genau an eine bestimmte Bezeichnung halten, welche die Richtungen als positiv und negativ kenntlich macht. Z. B. wenn wir eine Sternschaltung der Spulen eines Stromerzeugers betrachten, so wollen wir die Richtung von dem Punkte der gemeinsamen Verbindung weg als positiv rechnen; also wird in den Leitungsdrähten die positve Richtung vom Stromerzeuger nach den Lampen oder Motoren gehen. In einer Netzmasche rechnen wir die Richtung des Uhrzeigers um die Masche herum als positiv.

Bei der Anwendung dieser Regeln zur Bestimmung der Werthe und Phasen der Ströme in einem beliebigen System bemerken wir vor Allem, dass die Ströme von der Impedanz der verschiedenen Stromkreise abhängen.

*

\ ^ \.S

\-B

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Wir können allgemeine Regeln nur dann angeben, wenn es sich um ein symmetrisch gebautes und symmetrisch belastetes System handelt.

Die Uebersetzer.

Wir nehmen einen zweiphasigen Stromerzeuger mit Netzschaltung der Spulen, dessen beide Stromkreise gleichmässig belastet sind; der Strom im Leiter m (Fig. 52) ist in jedem Augenblicke gleich der Summe der Ströme in den Spulen a und b. Ist der Strom in a = 2’ sin *9-, der in b = isin(^—90°), rechnen wir die positive Richtung des Stromes in b vom Vereinigungspunkte weg, so haben wir zu schreiben:

y 2" • sin (£ + 45°).

Wenn es sich um Sternschaltung oder um getrennte Wickelungen handelt, so sind die Ströme in den Spulen nothwendig denen in den Leitungsdrähten gleich.

Wird in einem zweiphasigen Systeme ein Rückleitungsdraht benutzt, wie in Fig. 53, so wird auch bei gleicher Belastung beider Phasen der Phasenunterschied auf etwas mehr als 90 Grad erhöht d. h. der Strom der einen Phase erreicht seinen Höchstwerth ein wenig früher, als wenn die Ströme unabhängig von einander wären, und der Strom der anderen Phase erreicht den Höchstwerth ein wenig später; aber diese Abweichung von 90 Grad Phasen unterschied können wir so gering machen, als wir wollen, durch Verminderung des Leitungswiderstandes. Selbst bei einer Leitung, welche 15 Procent der ganzen Leistung verschluckt, wird der Phasenunterschied nur um 6 Grad vergrössert¹); wir dürfen also für praktische Fälle die Ströme ebenso zusammensetzen, wie eben für die Netzschaltung angegeben und sagen, dass der Strom im Rückleitungsdrahte V2 oder 1,4 mal so gross ist, als in den anderen Drähten, und dass er in der Phase in der Mitte zwischen jenen steht.

Die Ströme in den Spulen eines dreiphasigen Stromerzeugers in Netzschaltung lassen sich ebenso vereinigen, wie bei dem zweiphasigen System.

Fig. 55, S. 45 liefert uns die Gleichung:

sin «9- — sin (# —120°) — V3 • sin + 30 °), d. h. der Strom in der Leitung ist V3 oder 1,73 mal so gross als der Strom in den Spulen. Vergleichen wir dies Ergebniss mit demjenigen, das wir für die elektromotorische Kraft erhalten haben, so sehen wir, dass bei der Sternschaltung die elektromotorische Kraft zwischen den Leitungsdrähten grösser ist, als an den Klemmen der Spulen, während der Strom derselbe bleibt, dass dagegen in der Netzschaltung der Strom in den Leitungsdrähten grösser ist, als in den Spulen, aber die elektromotorische Kraft dieselbe bleibt.

1) Rodet et Busquet, Les courants polyphasés. S. 19.

Schaltung der Lampen in einem mehrphasigen System.

Die oben gewonnenen Vorstellungen mögen erläutert werden durch die Betrachtung der verschiedenen Arten, die Lampen in mehrphasigen Anlagen zu schalten.

Lampen in zweiphasigen Stromkreisen.

In Fig. 62 möge G einen Stromerzeuger vorstellen, der zwei Ströme in Quadratur liefert. Diese sollen benutzt werden, wie die Figur zeigt, um in zwei unabhängigen Anlagen die Lampen zu speisen, während für Motorenbetrieb die vier Drähte gleichzeitig benutzt werden können. Wie schon auseinandergesetzt, braucht man nur drei Drähte, indem ein mittlerer Draht, Fig. 63, als gemeinsame Rückleitung

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Fig. 63.

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Fig. 62.

dient. Um in den beiden Stromkreisen gleichviel Lampen speisen zu können, muss der mittlere Draht dicker sein, als die beiden äusseren, aber nicht doppelt so stark, weil die Ströme verschiedene Phase haben.

Der Höchstwerth des Stromes im mittleren Draht ist V2mal so gross als der in den beiden anderen Drähten. Die Spannung zwischen a und b ist nicht das Doppelte derjenigen zwischen a und m oder b und m, sondern sie ist nur 1,4 mal so gross. Wenn die Lampen in den beiden ersten Reihen für 70 Volt bestimmt sind, so kann man eine dritte Reihe von 100 Volt-Lampen zwischen a und b einschalten.

Eine Netzschaltung der Lampen lässt sich nach Fig. 64 mit vier Leitungsdrähten ausführen. Wenn in diesem Falle 100 Volt-Lampen benutzt werden, so beträgt die Spannung zwischen a und a‘ 141,4 Volt und die zwischen b und b¹ gleichfalls 141,4 Volt. Bei gleicher Ver-theilung der Lampen wird der Strom in irgend einem der vier Drähte 1,41 mal so stark sein, als er für irgend eine Lampenreihe erforderlich ist.

Verbindet man die Lampen zu einer Sternschaltung, wie in Fig. 65, so bietet es einigen Vortheil, den Punkt J der gemeinsamen Verbindung an Erde zu legen (d. h. eine gemeinsame Rückleitung zu verwenden, die nicht isolirt sein muss), wenn gleichzeitig auch die Spulen des Stromerzeugers in Sternschaltung stehen, so dass man auch ihren Vereinigungspunkt an Erde legen kann. Dies ist gleichwertig mit einem vierphasigen System, dessen Phasen paar-

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Fig. 65.

Fig. 64.

weise zusammenfallen. Wenn die Lampen für 100Volt bestimmt sind, so hat man 200 Volt von a nach a‘ oder von b nach b‘, und 141,4 Volt von a oder a‘ nach b oder b‘.

Lampen in dreiphasigen Stromkreisen.

Eig. 66 und 67 zeigen dreiphasige Stromkreise nach Art der beiden zuletzt erwähnten. Fig. 66 stellt eine Netzschaltung dar. Bei

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Fig. 67.

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Fig. 66.

gleichviel Lampen in den drei Reihen wird der Strom in jedem der drei Leitungsdrähte 1,73 mal so stark als für eine Lampenreihe nöthig sein.

Werden die Lampen in Sternschaltung angeordnet, so kann der Knotenpunkt an Erde gelegt werden, wenn der entsprechende Punkt des Stromerzeugers (oder Transformators) auch an Erde liegt. Dies geschah bei der dreiphasigen Kraftübertragung von Lauffen nach Frankfurt (Main) im Jahre 1891 mit den Lampen in Frankfurt und wird benutzt bei der dreiphasigen Stromvertheilung zu Heilbronn.

Wenn die Lampen 100 Volt erhalten sollen, so beträgt die Spannung zwischen irgend zweien der drei Drähte 173 Volt.

Weder die Stern- noch die Netzschaltung allein sichert völlige Unabhängigkeit der verschiedenen Parallelreihen von Lampen, wenn auch die Sternschaltung dies im Ganzen näher erreicht. Wenn Lampen in irgend einer Reihe ein- und ausgeschaltet werden, so wird die Spannung in den anderen Reihen mehr oder weniger dadurch beeinflusst; aber die Verwendung des gemeinsamen Rückleitungsdrahtes vom Knotenpunkte der Sternschaltung vermindert dies beträchtlich.

Unter den Absonderlichkeiten des dreiphasigen Systems mögen Glühlampen mit drei in einem Punkte zusammenstossenden Kohlenfäden und drei äusseren Klemmen erwähnt werden. Sie wurden zuerst 1891 von v. Dobrowolsky vorgeführt. Andere mit drei Spiralen wurden von der Edison-Swan-Gesellschaft im Februar 1894 für die Vorlesung des Verfassers an der Royal-Institution hergestellt. In derselben Vorlesung wurde ein dreiphasiger Lichtbogen gezeigt, welcher zwischen drei unter 120 Grad zusammenstossenden Kohlenstiften brannte und eine Drehungsbewegung zeigte.

Kupfergewicht der Leitungen.

Es ist behauptet worden, dass in den mehrphasigen Systemen gegenüber dem einphasigen im ganzen Gewicht des Kupfers, das für die Fortleitung einer gewissen Leistung auf eine gewisse Entfernung gebraucht wird, eine Ersparniss zu erzielen sei. In der Hauptsache kann diese Ansicht nicht in Zweifel gezogen werden; die Meinungsverschiedenheit, welche entstanden ist, rührt davon her, dass die verschiedenen streitenden Parteien von verschiedenen Grundlagen der Vergleichung ausgegangen sind. Der Verbrauch von Kupfer — welcher der bedeutendste Punkt in den Kosten einer Kraftüber-

tragung auf weite Entfernung ist niker bekannt ist, von der Spannung ab, mit der der Strom fort

hängt, wie jedem Elektrotech-

muss.

geleitet wird, so dass man bei der Vergleichung verschiedener Systeme, um gerecht zu sein, gleiche Spannung für alle zu Grunde legen Aber die Frage entsteht: welches sind die Punkte, deren Spannung für den Vergleich massgebend ist?

Es ist hier zu bedenken, dass zwar in der Höhe der Spannung das Geheimniss der Ersparniss an Kupfer bei der Uebertragung und Vertheilung der Elektricität liegt, dass aber eben die Höhe der

Spannung, mit der die Anlage betrieben werden kann, durch verschiedene Ueberlegungen in den verschiedenen Fällen bestimmt wird. Bei Vertheilungssystemen mit niedriger Spannung wird die letztere durch die Glühlampen bestimmt, welche sich nicht gut für höhere Spannungen als 100 bis 110 Volt hersteilen lassen; dies bildet also die Grenze für Niederspannungssysteme. Auf der anderen Seite, wenn es sich nur um die Uebertragung von Betriebskraft, nicht um Beleuchtung handelt, oder wo Transformatoren verwandt werden können, wird die Grenze der Spannung durch die ganz andere Rücksicht auf die Isolation festgesetzt, auf die mit Sicherheit gerechnet werden kann.

Man hat also bei der Antwort auf die eben aufgeworfene Frage von vornherein einen Unterschied zu machen zwischen den beiden Klassen von Systemen und jedes nach seinen besonderen Vorzügen zu beurtheilen.

1. Hochspannungssysteme.

In einer Vertheilung mit hoher Spannung besteht die Schwierigkeit, eine genügend sichere Isolation zu finden; und diese begrenzt praktisch die Höhe der Spannung. Wir möchten deshalb bei Vergleichung mehr- und einphasiger Systeme solche Fälle auswählen, die von diesem Gesichtspunkte der Isolation aus einander gleichstehen. Gewöhnlich hält man bei einphasigem Wechselstrom (und auch bei Gleichstrom) einen Draht auf dem Potential der Erde und isolirt den anderen genügend im Hinblick auf die Spannung zwischen den beiden Drähten. In diesem Falle ist es offenbar die höchste Spannung zwischen den Drähten, welche wir hier die Spannung des Systems zu nennen haben. Wenn indessen beide Leitungen unabhängig von der Erde isolirt sind, so dass sie mit Sicherheit die höchste Spannung zwischen Leitung und Erde halten, so kann zwischen den Leitungen eine Spannung herrschen, die gleich dem Doppelten jener höchsten Spannung ist, ohne dass ein Durchschlagen der Isolation zu befürchten ist; nur müssen die Leitungen und die Stromkreise, zu denen sie gehören, so gut von einander isolirt sein, dass Gefahren dieser Art vermieden werden. Die Frage entsteht nun, ob wir bei der Vergleichung der Vortheile verschiedener Systeme zur Grundlage die Spannung zwischen zwei Leitungen oder die Spannung zwischen Leitung und Erde wählen.

Bildet die höchste Spannung zwischen irgend einem Punkte der Leitung und der Erde die Grundlage der Vergleichung, so ersparen wir durch die Verwendung der mehrphasigen Ströme kein Kupfer; denn jede Leitung irgend eines Systems, die einen gewissen Strom bei der höchsten zulässigen Spannung über derjenigen der Erde führt, kann angesehen werden, als wenn sie einen bestimmten Theil der ganzen Leistung übertrüge; und deshalb ist die ganze Leistung einfach proportional der Zahl der Leitungsdrähte, welcher das ganze Kupfergewicht proportional ist.

So bietet z. B. ein dreiphasiges System in Sternschaltung mit dem Knotenpunkt an Erde und mit einer Spannung von 1000 Volt zwischen jeder Leitung und Erde (also 1732 Volt zwischen je zwei Leitungen), so weit als die Isolation der Leitung in Betracht kommt, keinen Vortheil vor einem einphasigen System mit einer Spannung von 1000 Volt zwischen Leitung und Erde (und also 2000 Volt zwischen den beiden Leitungen). Um gleiche Leistungen zu übertragen — bei gleichem Verlust in der Leitung —, muss jeder der beiden Drähte des einphasigen Systems 1,5 mal so stark sein, als jeder der drei Drähte der dreiphasigen Anordnung. Die beiden Anlagen brauchen im Glanzen gleichgrosse Kupfermengen.

Wenn wir andererseits die höchste Spannung zwischen zwei Leitungsdrähten zur Grundlage des Vergleiches wählen, so haben wir nicht mehr die Beschädigung der Leitungen, sondern die der Apparate, Maschinen, Transformatoren u. s. w. in Betracht zu ziehen, in denen die Güte der Isolation als gleich angesehen werden muss. Und bei dieser Grundlage der Vergleichung erhalten wir eine entschiedene Ersparniss an Kupfer durch die Verwendung dreiphasiger Ströme, wie folgende Betrachtung lehrt.

Zunächst nehmen wir eine Anlage in Netzschaltung (Fig. 48, S. 50); bei gleichmässiger Vertheilung ist der Strom a in dem

einen Zweig der Netzmasche (vergl. Kap. XV) in der Leitung (vergl. S. 57). Also wird in dem einen Zweig die Leistung -—iE verbraucht, worin E die Spannung zwischen den

1/3

von dem Strom i

1/3

Leitungen ist (i und E in effectiven Ampere und Volt gemessen). Die ganze Leistung ist demnach y3 • iE. Nehmen wir statt dessen

die Sternschaltung, so ist die Spannung zwischen den Enden eines \= • E, und der Strom in jedem Zweig ist derselbe wie

Zweiges =

in der Leitung. Also ist die ganze Leistung dieselbe wie vorher,

nämlich \ 3 ■ i ■ E. Wenn der Widerstand einer Leitung = r ist, so wird der ganze Yerlust in allen drei Leitungen 3 i² ■ r. Nun betrachten wir eine einphasige Anordnung, in der dieselbe Leistung \3iE übertragen werden soll. Der Widerstand eines Leitungsdrahtes möge so bestimmt werdeu, dass der Yerlust auch hier 3 i²r beträgt. Der gesammte Widerstand der Leitungen ist = 2x-, der Strom ist    -i und der Yerlust 6i²x. Dies ergiebt Qi² x = 3i² r

oder x — \r. Der Widerstand eines der beiden zur einphasigen Anordnung gehörigen Drähte soll halb so gross sein als der von einem der Drähte der dreiphasigen Anordnung. Oder, in anderen Worten: das einphasige System erfordert zwei Drähte, deren jeder doppelt so grossen Querschnitt hat, als jeder der drei Drähte des dreiphasigen Systems.

Das Gewicht des Kupfers, welches für das Dreiphasensystem gebraucht wird, ist nur drei Viertel von dem, was von irgend einem einphasigen System erfordert wird.

Ein zweiphasiges System mit vier Drähten ist, was den Verbrauch von Kupfer betrifft, genau gleich mit einem einphasigen System.

Wenn in einem zweiphasigen System nur drei Drähte verwendet werden, von denen einer als gemeinsame Rückleitung dient, so ist die Spannung zwischen den beiden anderen Drähten etwa \ 2 mal so gross, wie die Spannung zwischen einem von ihnen und der Erde; wir müssen also die Spannung des Systems als y2 E an-sehen. In diesem Falle wird mehr Kupfer gebraucht, als für ein einphasiges System mit der Spannung \ 2 • E.

die für das einphasige System gebraucht wird. Werden die Lampen in Sternschaltung verbunden, so ist die Spannung zwischen den Leitungen V3 mal so hoch als an den Lampen, uiid dies hat den Erfolg, dass die Kupfermenge nur ein Viertel von derjenigen beträgt, die für ein Einphasensystem mit zwei Drähten gebraucht wird; aber die Sternschaltungsanlage könnte nicht regulirt werden, ohne dass ein Rückleitungsdraht vom gemeinsamen Verbindungspunkt zurückführte, und es wäre so eher mit einem Dreileitersystem als mit einem einphasigen System mit zwei Drähten zu vergleichen.

In einem Vortrag vor dem Elektrotechnischen Verein, der in der Elektrotechnischen Zeitschrift vom 17. Januar 1895 abgedruckt ist, giebt Goerges folgende Zahlen für das Gewicht der Leitungen bei gleicher Leistung, gleicher Spannung und gleichem Verlust:

Einphasig, zwei Drähte..........

einphasig, drei Drähte (wovon der dritte, neutrale, halb so stark als die anderen) zweiphasig, vier Drähte .    .    .

zweiphasig, drei Drähte (Spannung zwischen Leitung

100,

.    31,25, 100,

und gemeinsamer Rückleitung gemessen) .    .    .    72,8,

dreiphasig, drei Drähte (Netzschaltung) .    .

dreiphasig, vier Drähte (wovon der vierte, neutrale, halb so stark als die anderen).......

.    .    75,

29,2.

Ein anderes Mittel, die Sache klar zu stellen, besteht darin, die Spannung zu betrachten, die zwischen den Leitungen eines Systems herrschen müsste, damit gleiche Leistungen bei gleichem Kupfergewicht der Leitungen und mit gleichem Verluste übertragen werden. Wenn ein dreiphasiges System in Sternschaltung mit vier Drähten angeordnet ist, und wenn die Spannung zwischen einer der drei Leitungen und der Rückleitung zu 1000 Volt gerechnet wird, so muss die Spannung zwischen den Leitungen eines einphasigen Systems, das den gleichen Wirkungsgrad haben soll, 1850 Volt betragen. Dabei wird angenommen, das System sei so gut ausgeglichen, dass durch den vierten Draht kein Strom fliesst.

Die höchste Spannung von Draht zu Draht in einer Dreiphasen-anlage wäre nur 1732 Volt. Wenn im Dreiphasensystem kein vierter Draht benutzt wird (was nicht nöthig ist, wo nur Motoren oder Transformatoren gespeist werden), so muss die Spannung im einphasigen System, wenn es den gleichen Wirkungsgrad haben soll, auf 2000 Volt erhöht werden.

Zusammensetzung magnetischer Felder.

Da der wichtigste Zweck des mehrphasigen Betriebes darin besteht, drehende magnetische Felder durch die Vereinigung mehrerer mittels Wechselstromes erzeugter magnetischer Felder herzustellen, so ist es jetzt an der Zeit, zu betrachten, wie Ströme von verschiedener Phase zur Erzeugung eines gemeinsamen magnetischen Feldes vereinigt werden können.

Wir dürfen annehmen, dass der Magnetismus eines Kernes, um den ein Wechselstrom mittels einer Spule herum geführt wird, ein wechselnder Magnetismus sei. Besteht der Kern nur aus Luft, so haben wir ein Wechselfeld. Besteht der Kern aus Eisen, so werden die Kraftlinien, die ihn durchziehen, Wechsellinien sein, d. h. sie werden ein Feld bilden, welches zu einem höchsten Werth ansteigt, abnimmt bis zu Null, die Richtung umkehrt, bis zum höchsten Werth in der neuen Richtung steigt und wieder zu Null abnimmt, um den Lauf von Neuem zu beginnen. Die Wechselgeschwindigkeit dieses Wechselfeldes ist dieselbe, wie die der äusseren magnetisirenden Kraft, d. h. des Stromes. Wenn das Eisen in geeigneter Weise geschlitzt ist, und keine secundären Kreise vorhanden sind, die durch ihre Rückwirkung stören könnten, so wird das Wechselfeld praktisch genau in der gleichen Phase schwingen, wie der erzeugende Strom.

Wirbelströme im Kern und secundäre Ströme, die von dem Kerne in benachbarten Leitern inducirt werden, haben immer den Erfolg, die Phase des Wechselfeldes zu verzögern. Solche Rückwirkungen inducirter Ströme, die in geschlossenen secundären Kreisen entstehen, spielen eine ganz wesentliche Rolle in den neuen mehrphasigen Motoren, wie wir später sehen werden.

Es leuchtet von selbst ein, dass (in Abwesenheit secundärer Rückwirkungen) eine magnetisirende Kraft, welche längs einer bestimmten Richtung schwingt, ein schwingendes magnetisches Feld, ein Wechselfeld, erzeugt; während eine magnetisirende Kraft von gleichbleibender Stärke, die aber fortwährend ihre Richtung ändert — die sich im Raume dreht —, bestrebt ist, ein magnetisches Drehfeld hervorzubringen. Ob dieses resultirende Drehfeld gleichbleibende Stärke oder gleichbleibende Drehgeschwindigkeit besitzt, hängt nicht nur von der Gleichmässigkeit der äusseren magnetischen Drehkraft und der Abwesenheit secundärer Stromkreise ab, sondern auch von der Gestalt der magnetischen Massen, insofern als es darauf ankommt,

Thompson, Mehrphasenströme.

ob diese auch in magnetischer Beziehung symmetrisch um die Drehungsachse der magnetischen Kräfte angeordnet sind.

Vorläufig wollen wir, um Einfachheit in der Darstellung des Gegenstandes zu gewinnen, die Aufgabe, magnetisirende Kräfte zu einer resultirenden magnetisirenden Kraft zusammenzusetzen, in Angriff nehmen.

=#

Fig. 68.

Betrachten wir zwei magnetisirende Kräfte, die durch zwei unter rechtem Winkel zu einander gestellte kurze Spulen von grossem Durchmesser hervorgerufen werden (Fig. 68). Diese zu einander senkrecht stehenden magnetisirenden Kräfte werden sich zu einer resultirenden magnetisirenden Kraft zusammensetzen, dessen Richtung und Stärke nicht nur von der Richtung der Spulenebenen abhängt, sondern auch von dem zeitlichen Werth, den der Strom in jeder Spule hat. Wir wollen annehmen, dass die Spulen im rechten Winkel zu einander bleiben und dass der Strom in beiden gleiche Frequenz hat.

Wenn Richtung und Stärke eines magnetischen Feldes durch Richtung und Länge einer geraden Linie dargestellt werden, so können wir die gewöhnliche Parallelogrammregel für die Zusammensetzung gerichteter Grössen anwenden, und finden die Resultirende zweier magnetischer Felder, welche nach Richtung und Stärke sich unterscheiden, indem wir die Vectoren, welche jene darstellen, zusammensetzen und die Diagonale ziehen. Die magnetisirende Kraft der einen Spule werde durch die Linie A, die der anderen durch die im rechten Winkel zu A stehende Linie B dargestellt. Ist A gleich gross und von gleicher Phase wie H, so stellt die Linie R in Fig. 69 nach Richtung und Grösse die resultirende magnetisirende Kraft dar.

Wenn die Componente A den kleinen Werth OAx und Com-ponente B den kleinen Werth OBx besitzen, so ist die Resultirende ORv Wenn A auf OA₂ und B auf OB₂ wachsen, so ist die Resultirende OR₂; es leuchtet ein, wenn die Grössen OA und OB zugleich zunehmen und abnehmen, dass ihre Resultirende OB sich in derselben Phase verändern, aber in ihrer Richtung gleichbleiben wird. Kurz, zwei Wechselgrössen von gleicher Periode und in gleicher Phase haben zur Resultirenden eine andere Wechselgrösse von derselben Periode und Phase und von bestimmter gleichbleibender Richtung.

Wenn indessen, wie in Fig. 70, die beiden Componenten ihre periodischen Aenderungen mit einem Unterschiede ihrer Phasen ausführen, indem sie nicht genau gleichzeitig zu- und abnehmen, so hat ihre Resultirende keine feste Richtung mehr. Es sei der Phasenunterschied zwischen A und B = 90 °, so dass, wenn A seinen Höchstwerth hat, B = Null ist, und umgekehrt. Dann erhellt, dass die Resultirende, wie die Figur zeigt, von 07?₁ zu OP₂₎ OP₃ u. s. w. wandert.

Die genaue Form der Curve i?₂ R₃ wird von dem Gesetze abhängen, nachdem sich der Strom in den Spulen ändert. Wenn A und B gleiche Höchstwerthe haben und dem Sinusgesetze folgen, so wird die Curve ein Kreis sein (wie weiter unten bewiesen wird);

, Xii

A>

R.

Bi

a;

Fig. 69.

Bi

Fig-. 70.

d. h. 11 wird seiner Grösse nach constant sein und seine Richtung wird sich um 0 drehen.

Marcel Deprez legte der Pariser Akademie der Wissenschaften im Jahre 1883x) eine bedeutsame Abhandlung vor über die Erzeugung eines wahren magnetischen Drehfeldes durch das Zusammenwirken von zwei magnetischen Wechselfeldern, deren Phasenunterschied eine Viertelperiode betrug.

Bekanntlich kann eine gleichförmige Kreisbewegung zerlegt werden in zwei rechtwinklig zu einander stehende geradlinige harmonische Bewegungen, welche gleiche Schwingungsweite, gleiche Periode und einen Phasenunterschied von einer Viertelperiode haben. Es sei P ein Punkt, der mit gleichmässiger Geschwindigkeit um einen Mittelpunkt 0 umläuft. Die Projectionen des Radius OP auf

1) Comptes Rendus. Bd. 97, S. 1193. 1883.

5*

die zwei Achsen (Fig. 71) sind OM und ON. Wird der Radius OP mit r bezeichnet, so haben wir ON = r sin & und OM = rcos 9-2 = rsin(# + 90°). Während P umläuft, schwingt der Punkt N auf der Geraden YY‘ auf und nieder; die Weite seiner Schwingung ist gleich dem Halbmesser des Kreises. Ebenso schwingt der Punkt M längs der Linie XX‘ mit derselben Schwingungsweite und in derselben Zeit; aber ON wird seinen grössten Werth erreichen, wenn OM gerade Null ist, und umgekehrt. Es folgt daraus, dass eine gleichmässige Kreisbewegung erzeugt werden kann durch Zusammensetzung zweier geradliniger Bewegungen, die im rechten Winkel zu einander stehen, vorausgesetzt, dass sie harmonisch, von gleicher Periode und gleicher Schwingungsweite sind und einen Phasenunterschied von genau einer Yiertelperiode haben.

-2

"ï!

Fig. 72.

Fig. 71.

In mechanischer Beziehung ist diese Bewegung gleichwerthig derjenigen zweier Schieber von gleichem Wege, die mittels zweier Stangen auf dieselbe Kurbel arbeiten, während sie selbst im rechten Winkel zu einander stehen (Fig. 72). Wenn die Achse eine Drehungsbewegung erhält, so wird letztere in zwei geradlinige Bewegungen zerlegt; diese Verbindung wirkt dann wie eine Zweitactpumpe. Wenn man andererseits die beiden Cylinder geradlinige Bewegungen erzeugen lässt, von denen die eine der anderen um eine Viertelperiode voraneilt, so vereinigt der Apparat diese Bewegungen zu einer genauen Kreisbewegung und wird gleichwerthig einer Zweicylinder-Dampfmaschine.

Deprez sah, dass eine ähnliche Construction magnetisch ausgeführt werden konnte. Wenn ein Wechselstrom durch eine Spule geleitet wird, so dass er ein schwingendes magnetisches Feld oder

Wechselfeld längs der Linie OX hervorbringt, und wenn man zugleich einen zweiten Wechselstrom durch eine zweite Spule schickt, die ein zweites Wechselfeld längs der Linie OY erzeugt, so wird das Ergebniss ein magnetisches Drehfeld sein, vorausgesetzt, dass die beiden Magnetfelder gleiche Periode und Schwingungsweite und einen Phasenunterschied von genau einer Vierteiperiode besitzen. Wenn sie zwar gleiche Periode, aber nicht genau gleiche Schwingungsweite haben, so wird das Ergebniss gleichwerthig sein mit einem elliptischen Drehfeld, d. h. einem solchen, in dem Stärke und Richtung durch die aufeinanderfolgenden Werthe des vom Mittelpunkte gezogenen Radius vector einer Ellipse dargestellt werden, wenn dieser Radius vector in gleichen Zeiträumen über gleiche Elächenräume streicht. Ein elliptisches Drehfeld wird auch erzeugt, wenn die beiden zusammenzusetzenden magnetischen Felder zwar gleich in Periode und Schwingungsweite sind, aber nicht genau eine Viertelperiode Phasenunterschied haben. Soll ein vollkommenes Drehfeld, welches der gleichförmigen Kreisbewegung entspricht, entstehen, so müssen die beiden Componenten sich genau wie der Sinus und Cosinus eines Winkels ändern³).

Dies ist nun durchaus nicht die einzige Anordnung, welche ein magnetisches Drehfeld erzeugen kann. Die mechanischen Analogien der Dreicylindermaschine und der dreistiefeligen Pumpe liefern noch andere Lösungen. Im ersten Falle werden drei Cylinder benutzt, deren drei Kolben in aufeinanderfolgenden Phasen mit einem Unterschied von    f=]

einer Drittelperiode arbeiten.

Fig. 73.

Wenn (wie in der Brotherhood-schen Maschine) drei Cylinder mit 120 Grad Abstand und Neigung gegen einander angebracht werden, Fig. 73, so können ihre Stangen auf eine einzige Kurbel arbeiten. Wenn die drei Cylinder neben einander gesetzt werden, so braucht man drei Kurbeln, die in Stellungen von 120 Grad Winkelabstand angebracht werden. Wenn dieser Winkelabstand nicht genau eingehalten wird, so sind die Phasenunterschiede der Bewegungen nicht genau gleich einer Drittelperiode.

Die Phasenunterschiede der Bewegungen müssen dem Winkelabstand am Umfange der Vorrichtung, welche jene vereinigt, entsprechen.

Nach einem kinematischen Grundsatz muss bei der Zusammensetzung harmonischer Bewegungen zur Drehung der Winkelabstand in der Anordnung, welche die Vereinigung ausführt, das Supplement desjenigen Winkels sein, der die zeitliche Phase der Bewegung an-giebt; andernfalls erhält man keine gleichmässige Drehung.

Das berühmte Dreiphasensystem (Drehstrom), welches ein Drehfeld zu erzeugen vermag, ist die elektrische Analogie des Dreikurbel-Mechanismus. Wenn es sich um derartige Zusammensetzungen magnetischer Felder handelt, können wir einen analytischen Weg einschlagen. Wir haben drei Spulen oder drei Spulenpaare, von denen jedes eine Componente des magnetischen Feldes liefert, welche längs einer bestimmten Richtung schwingt, und wir sollen das resul-tirende Feld finden, welches entsteht, wenn jene vereinigt werden. Werden die Spulen mit einem bestimmten gegenseitigen Winkelabstand angebracht, so müssen wir ausser der Stärke eines jeden der Einzelfelder, welche durch die Phase des Stromes bestimmt wird, auch seine Richtung beachten.

Dies geschieht sehr leicht, indem wir das Feld jeder Spule längs der beiden Achsen Al und Y in Componenten zerlegen.

1Y

f.

Fig. 74.

Nehmen wir z. B. die Spulen auf dem Ring in Fig. 58, so bringen b und e zusammen ein wagerechtes Kraftlinienbündel in der Richtung Ob längs der Achse X in Fig. 74 X hervor, dessen Stärke sich nach der Formel § sin & ändert. Die Spulen d und a erzeugen ein Feld in der Richtung Od, dessen Stärke durch die Formel §sin(^—120°) angegeben wird. Aehnlich liefern die Spulen f und c ein Feld in der Richtung Of nach der Formel §sin(# — 240°). Indem wir die Componenten dieser drei Felder längs der X- Achse addiren, erhalten wir

sin 9 — § sin —120 °) cos 60⁰ — § sin (d- — 240 °) cos 60⁰

= y£sin d-.

Ebenso ergeben die Componenten nach der Y-Achse § sin (9 — 240 °) cos 30⁰ — § sin (9 —120 °) cos 30⁰ = cos 9.

u

3

Ziehen wir die Linie OR: welche die Grösse -4p darstellt und

Li

mit der Y-Achse den Winkel 9 einschliesst, so sehen wir, während 9 mit der Zeit wächst und R sich um 0 dreht, dass die Projection

3    3

von OR auf die X-Achse — Jp sin 9- und auf die Y-Achse —àp cos 9 ist.

Li    Li

Demnach giebt OR die Richtung des resultirenden Feldes zu irgend einer Zeit an. Das Feld hat also eine gleichbleibende Stärke gleich anderthalbmal der Stärke des Feldes, das von einem Spulenpaar hervorgebracht wird und dreht sich mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit.

Allgemein können wir sagen, dass bei einer symmetrischen Anordnung der Spulen, und wenn die Zahl der Phasen m genannt wird, das Verhältniss der Stärke des resultirenden Feldes zu dem

?/?y

von einer Phase erzeugten gleich — ist.

Li

Wir sehen also, welches die Zeit- und Raumverhältnisse beim einfachen Zweiphasen- und Dreiphasenbetrieb sind. Soll ein gleicli-mässig sich drehendes magnetisches Feld erzeugt werden, so können wir als Componenten entweder zwei gleiche Felder mit einer Viertelperiode Phasen unterschied und senkrecht zu einander (d. i. um ein Viertel Kreisumfang gegen einander verschoben) anordnen; oder, statt dessen, drei gleiche Felder, die eine Drittelperiode Phasenunterschied von einander haben und unter 120 Grad gegeneinander (d. i. um ein Drittel Kreisumfang verschoben) angeordnet sind. Offenbar können auch andere Fälle Vorkommen. Ein Blick auf Fig. 74, Seite 70, lehrt, wenn wir die beiden Cylinder in einen anderen als einen rechten Winkel zu einander stellen, dass die gleichförmige Kreisbewegung in zwei einfache harmonische Bewegungen aufgelöst werden kann, die nicht eine Viertelperiode Phasenunterschied aufweisen; und es folgt, dass eine gleichförmige Kreisbewegung erzeugt werden kann aus zwei Kolbenbewegungen, die einen Phasenunterschied von mehr oder weniger als eine Vierteiperiode haben; es muss nur der Winkelabstand ihrer Richtungen gleich sein dem Supplement zu dem Unterschied ihrer zeitlichen Bewegungsphasen.

Wir wollen nun kurz diejenigen Fälle besprechen, wo der zeitliche Abstand der Componenten nicht dem räumlichen Winkelabstand entspricht.

In solchen Fällen ist das Ergebniss keine gleichmässige Kreisbewegung; sie wird vielmehr elliptisch. Die Resultirende läuft zwar um, aber nicht mit gleichmässiger Winkelgeschwindigkeit, und ihre Grösse bleibt nicht gleich.

Die Fälle, in denen sich eine elliptische Drehung ergiebt, lassen sich in verschiedene Klassen eintheilen. Wenn die beiden einfachen harmonischen Bewegungen gleich an Schwingungsweite und Wechselgeschwindigkeit sind, aber nicht unter solchem Winkel zu einander stehen, dass ihr räumlicher Winkelabstand das Supplement ihres zeitlichen Phasenunterschiedes ist, so wird die resultirende Bewegung nicht kreisförmig, sondern elliptisch. Wenn die beiden Componenten, welche gleiche Periode haben und deren Winkelabstand das Supplement ihres zeitlichen Phasenunterschiedes ist, ungleiche Schwingungsweite* besitzen, so entsteht eine elliptische Bewegung; die grössere Ellipsenachse fällt zusammen mit der Richtung der grösseren der beiden Schwingungen. Wenn die obige Bedingung für die Phasen nicht erfüllt ist, und zugleich die beiden Schwingungsweiten ungleich sind, so wird die entstehende Bewegung noch immer elliptisch sein, wenn die Perioden der harmonischen Componenten gleich sind. Hieraus folgt, dass die Resultirende von irgend welchen drei oder mehr einfachen harmonischen Bewegungen von gleicher Periode, ohne Rücksicht auf die Schwingungsweite und auf ihre gegenseitigen Winkel- und Phasenbeziehungen, stets eine elliptische Drehung ist (wobei in den allgemeinen Fall zwei besondere Fälle eingeschlossen werden, nämlich die geradlinige harmonische Bewegung, wenn die zeitlichen Phasen aller Componenten gleich sind und die gleichförmige Kreisbewegung, wenn die Componenten gleiche Schwingungsweite haben und ihre zeitlichen Phasenunterschiede den räumlichen Winkelabständen entsprechen). Daher kommt es, dass unsymmetrische mehrphasige Systeme, wie z. B. das sogenannte monocyclische System (welches ein verschobenes Dreiphasensystem ist) Motoren etwa eben so gut treiben können, als symmetrische Systeme.

Wir kehren nun zu dem Falle der eigentlichen zweiphasigen und dreiphasigen Vereinigungen zurück und bemerken, dass, auch wenn die Amplituden der Componenten gleich und ihre Phasenunterschiede genau geregelt sind, ihre Resultirende nur dann eine gleichmässige Kreisbewegung sein kann, wenn die Componenten wirklich harmonisch sind, d. h. genau der Sinusformel folgen. Wir wissen nur, dass in vielen Fällen⁴) die Form der Curven der elektromotorischen Kräfte, der Ströme und der magnetisirenden Kräfte in den im Betriebe stehenden Wechselstromkreisen beträchtlich von der einer einfachen Sinuscurve abweicht. Man sieht leicht, was im Allgemeinen die Wirkung einer Abweichung von der einfachen Sinusgestalt ist. Nehmen wir eine zweiphasige Verbindung und Componenten, deren Curven spitzige Gestalt zeigen wie in Fig. 8, so wird die resultirende Curve im Allgemeinen die in Fig. 75 gezeichnete Gestalt besitzen, während bei Curven von der breiten, abgeflachten Art die Resultirende im Allgemeinen die in Fig. 76 dargestellte Form hat. Wenn eine oder beide Componenten in Folge der beigemischten Schwin-

ff i\

fr

Fig. 76.

Fig. 76.

gungen höherer Geschwindigkeit die Gestalt eines Wellen-Linienzuges haben, so wird auch die das resultirende Feld darstellende Linie gewellt sein.

In den unmittelbar vorhergehenden Abschnitten ist die Zusammensetzung der Vectoren absichtlich mehr von dem abstracten, kinematischen Gesichtspunkt aus betrachtet worden. Die Dreherscheinungen in mehrphasigen Motoren bilden bestimmte und nicht ganz einfache Fälle solcher Zusammensetzungen. Selten führt das vom äusseren Strom herrührende magnetische Feld eine einfache gleichmässige Kreisdrehung aus. Meistens sind die Motoren mehrpolig; sie besitzen vorspringende Pole, Zähne and andere Stellen plötzlicher Aenderung ihrer Oberflächen, welche alle bewirken, dass das magnetische Feld während seiner Drehung grössere oder kleinere Sprünge macht und seine Stärke von Punkt zu Punkt ändert. Dies ist indessen von geringerer Bedeutung; denn, wie wir sehen werden, haben die Inductionswirkungen in den umlaufenden leitenden Massen das fortwährende Bestreben, allen Abweichungen von der einfachen und gleichmässigen Drehung entgegenzuwirken. Ferner ist im idealen Fall das Gesuchte nicht ein gleichmässig sich drehendes magnetisches Feld, sondern eine solche Vereinigung eines magnetischen Drehfeldes mit einer Anzahl inducirter Ströme, dass die Leiter, welche letztere führen (oder der eiserne Kern, in den die Leiter eingebettet sind), mit einer genügend starken und genügend gleichmässigen Zugkraft um ihre Drehungsachse herumgeführt werden. Die Zugkraft ist an den verschiedenen Punkten einer Umdrehung bei Dampfmaschinen, selbst in denen mit zwei oder drei Kurbeln, un-gleichmässig. Aber auch in dem schlechtesten mehrphasigen Motor ist die Zugkraft weit gleichmässiger, als bei der besten Dampfmaschine. Kein mehrphasiger Motor, selbst kein einphasiger Motor, braucht ein Schwungrad, um die Ungleichmässigkeit der drehenden Kraft auszugleichen.

Schliesslich mag es gut sein, sich zu erinnern, dass das Prinzip der Vereinigung von Vectoren (wie in dem wohlbekannten Vector-parallelogramm) auf magnetisirende Kräfte, magnetische Felder und Ströme nur dann angewandt werden kann, wenn wir diese Grössen als Vectoren betrachten, d. h. wenn ihre thatsächliche räumliche Richtung in Betracht gezogen wird, und dass es demnach offenbar nicht angewandt werden kann, wenn es sich um Grössen handelt, die ihrer Natur nach im Raume geschlossen sind, wie die ganze magnetisirende Kraft oder die Gesammtheit der Kraftlinien in einem Kreise, oder, wenn es sich um die Vereinigung mehrerer in getrennten Drähten fliessenden Ströme zu einem Strom in einem Draht handelt. Dort haben die Grössen nur einen Scalarwerth; ihre Richtung ändert sich längs ihrer räumlichen Ausdehnung. Wenn wir die magnetische Kraft an einem Punkte betrachten, so haben wir eine Grösse von vollkommen bestimmter Richtung, und können sie also mit einer anderen magnetischen Kraft, die im selben Punkte wirkt, vereinigen. Aehnlich dürfen wir die Grundsätze der Vector-vereinigung anwenden, wenn wir magnetische Felder betrachten, deren Richtungen in einem bestimmten Augenblick gleichmässig sind in dem Raume, den wir betrachten, wie z. B. im Fall der magnetischen Felder in dem Satze von Marcel Deprez auf Seite 68 und in dem darauffolgenden Satze über das resultirende magnetische Feld eines bestimmten dreiphasigen Motors. Aber in einem vielpoligen Motor, wo die Kraftlinien in gekrümmten Bahnen verlaufen, wie z. B. Fig. 41 und 163 zeigt, kann die Gesammtheit der Kraftlinien nicht als Yector angesehen werden, und aus diesem Grunde werden im YI. Kapitel, bei der Besprechung der Ausbreitung des magnetischen Feldes, Diagramme mitgetheilt, welche zeigen, wie die im Kreise geschlossenen magnetisirenden Kräfte sich längs des Läufers ausbreiten.

Der Leser muss scharf unterscheiden zwischen der Anwendung des Yectorpolygons in dem Falle, wo Yectorgrössen addirt werden, und der Anwendung derselben geometrischen Construction, wenn Sealargrössen, die einer Sinusfunction der Zeit folgen, addirt werden.

In letzterem Falle werden die Phasenunterschiede der Grössen angegeben durch die Winkel, welche die Geraden mit einander ein-schliessen; ob die Rechnung erlaubt ist, hängt einzig von den besonderen Eigenschaften der Sinusfunction ab.

Mehrphasige Condensatoren.

Werden in mehrphasigen Stromkreisen Condensatoren erforderlich, um etwa einem Transformator oder einem Motor den Leerlaufstrom zu liefern oder zu irgend einem anderen Zwecke, so kann man entweder mehrere gewöhnliche Condensatoren oder einen besonders gebauten Condensator verwenden, dessen einzelne Metallblätter abwechselnd mit einander verbunden , -und an soviel Klemmen geführt sind, als j ,

Fig. 77.

Dreiphasen - Condensator.

Phasen vorhanden sind. Diese letztere Bauart ergiebt eine erhebliche Material- fljY ersparniss. Bradley baute in dieser Weise einen dreiphasigen Condensator auf, bei dem die Metallblätter in regelmässiger Reihenfolge mit den drei Hauptleitungen verbunden waren, wie dies Fig. 77 zeigt.

Da die Anordnung durchaus symmetrisch ist, ist auch die Capacität zwischen je zwei der Leitungen gleich gross, daher sind auch die in und aus dem Condensator fliessenden Ströme ebenso symmetrisch wie die Spannungen zwischen den Klemmen.

Wo ein solcher Condensator nicht verfügbar ist, aber eine Capacität bei einem Dreiphasensystem gebraucht wird, kann man drei gewöhnliche Condensatoren verwenden. Dieselben können entweder in Sternform eingeschaltet werden, indem man je eine Klemme der Condensatoren zusammen verbindet und die drei anderen Klemmen an die Hauptleitungen legt, oder aber man verbindet die sechs Klemmen in Netzform mit einander und legt die Hauptleitungen an die Ecken. Bei dieser letzteren Anordnung ist die Capacität grösser als bei der ersteren.

Kapitel IV.

Mehrphasenstromerzeuger.

Die Herstellung von Wechselstrommaschinen zur Erzeugung von Zwei- oder Dreiphasenströmen gestaltet sich für Diejenigen einfach, welche gewöhnliche Einphasen-Wechselstrommaschinen bauen können. Es wird hier nur vorausgesetzt, dass der Leser im Allgemeinen mit der Construction von Dynamomaschinen bekannt ist. Diejenigen aber, welche sich über die neuere Entwicklung und den Bau von (Einphasen-) Wechselstrommaschinen im Einzelnen unterrichten wollen, werden auf des Verfassers Werk über Dynamo-Elektrische Maschinen, 6. Auflage verwiesen.

Da die Ankerwickelungen aller Mehrphasenmaschinen angesehen werden können, als ob sie aus zwei, drei oder mehr Einzelphasenwickelungen beständen, die so gruppirt sind, dass jede von ihnen besondere Phasenverhältnisse aufweist, erscheint es angebracht, einige allgemeine Bemerkungen über Einphasenwickelungen einzuflechten. Es giebt Wechselstrommaschinen in verschiedener Ausbildung, solche mit feststehendem Eeldmagnet und beweglichem Anker, und andere mit feststehendem Anker und beweglichen Eeldmagneten. Einige nach dem Inductortypus gebaute Wechselstrommaschinen haben keine beweglichen Kupfertheile, der sich drehende Inductor besteht nur aus Eisen oder Stahl. Einige Maschinen haben Eisenkerne in den Ankern, andere — gewöhnlich solche mit Scheibenankern — haben keine Eisenkerne. Diese letzteren Anker sind im Allgemeinen nicht besonders für Mehrphasenmaschinen geeignet. Bei einigen Maschinen sind die Leiter auf Ringkerne, bei anderen auf Trommeln gewickelt. Die Kerne sind bei einigen glatt, bei anderen mit Nuten versehen.

Man kann sagen, dass alle jetzt in Gebrauch befindlichen Anker mehrphasiger Ströme sich entwickelt haben aus einer von folgenden beiden Leitformen, und zwar entweder a) aus derjenigen, welche die Ankerwickelung in breiten Einbuchtungen auf Kernen zusammen-

gedrängt haben, die für jeden Pol einen starken Zahn besitzen; oder b) aus denjenigen, welche eine nahezu gleichmässig über die Oberfläche vertheilte Wickelung zeigen, wie in alten Grammeschen oder in manchen neueren Maschinen, bei denen die Wickelung zwischen kleinen eisernen Zähnen versenkt ist, deren Anzahl diejenige der Pole übertrifft. Pig. 78 zeigt an einer sechspoligen Maschine die zusammengedrängte Wickelung mit sechs starken Zähnen und sechs in

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'V

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'mm

ssx

il

if—»

Fig. 78. Typus eines Einzahnankers für einen einphasigen Wechselstromerzeuger.

E=knN®-lQ~⁸,

breiten Einbuchtungen (Nuten) steckenden Wickelungsspulen. Wenn diese sechs Spulen in Reihe hinter einander geschaltet sind, so dass sich ihre elektromotorischen Kräfte summiren, dann müssen sie derart verbunden sein, dass der Strom, welcher in einem bestimmten Sinne um irgend einen Zahn fliesst, im entgegengesetzten Sinne um den nächsten Zahn fliesst, indem sie ein um das andere Mal entgegengesetzt gewickelt oder verbunden werden (siehe S. 5). Für eine solche Maschine kann man die elektromotorische Kraft berechnen nach der Formel

worin bedeutet die Kraftlinien menge oder die Menge der magnetischen Linien für den Pol, N die Gesummtanzahl der hintereinander geschalteten Leiter in den Nuten rund um den Anker herum gezählt, n die Periodenzahl (die Frequenz) = 60 mal die Umdrehungen in der Minute, multiplicirt mit der Anzahl der Polpaare, k den Kapp’schen Coefficienten und E die Zahl der inducirten maximalen Volt.

Der Kapp’sche Coefficient k ist der „Breiten-Coefficient“ (siehe S. 46), multiplicirt mit 7t. Er ist eine Zahl, die abhängig ist von: 1. der Breite der Spulen als Theil der Länge; 2. der Breite der Magnetpole; 3. der Form der Pole; 4. der Art der Wickelung und davon, ob Eisentheile in der Nähe sind (z. B. ob sich die Wickelung in Ver-tiefungen oder auf der Oberfläche befindet. In der nachstehend gegebenen Tabelle sind alle diese Umstände berücksichtigt worden, soweit das in einer Tabelle überhaupt möglich ist.

Werth-Tabelle des Coefficienten k für genutete und mit Vertiefungen versehene Trommelanker.

Maschinen-

Type

Breite der Spule

Polstand

Sechs

V ertiefungen oder Nuten für eine Spule

Vier

Vertiefungen oder Nuten für eine Spule

Zwei Vertief, oder Nuten für eine Spule

Nach Fig. SO

Nach Fig. W (Taf.IV)

1    Phase und

2    Phasen

1 Phase und

3 Phasen

1    Phase und

2    Phasen

LPhase und

3 Phasen

1, 2 oder 3Phasen

1 Phase

3 Phasen

Vs

7.

Ve

7s

1,68

1,80

1,72

1,82

2,00

1,16

1,49

Inductor-

Type

Polbreite

Polstand

*u

1,98

2,10

2,02

2,12

2,23

1,29

1,66

Innen- u.' Aussen-pol-Typen .

Pol breite Polstand

7s

2,16

2,26

2,18

2,3

2,46

1,49

1,94

7,

2,36

2,54

2,45

2,59

2,83

1,64

2,12

In allen in diesen Tabellen berücksichtigten Fällen sind die Pole nahezu flach vorausgesetzt. Im Falle, dass ein Pol eine sinusoidale Vertheilung des Magnetismus bewirkt, wie es in einem rotirenden

Felde durch einen Dreiphasenständer geschieht, kann der Breiten-coëfficient q in folgender Weise berechnet werden.

Angenommen der Ständer eines Dreiphasenmotors gleich dem auf der Tafel XIII veranschaulichten Motor von Kolben & Co. habe

Werth-Tabelle des Coëfficienten k für Oberflächenwicke-lung von Trommelankern mit glattem Kern, vgl. Fig. 30.

Breite der Spule

Polstand

Vs

Vs

Vs

2,83

2,50

2,32 | 2,12

1,64

Polbreite

Polstand

Vs

2,46

2,23

2,13

1,94

1,49

Polbreite

Vs

2,23

1,96

1,82

1,66

1,29

Polstand

2,00

1,76

1,64

1,49

1,16

sechs Vertiefungen auf den Pol mit einer Kraftliniendichte von © Linien auf jeden Pol, die sich nach einer ungefähr sinusoidalen Curve vertheilen. Die Kraftlinienmenge in der Spule erreicht, wie

ii

Âiil

s®

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oE

f

,c

- AS0* WWe-

q<

Fig. 79. Berechnung des Breitencoëfficienten für versenkte Windungen.

Fig. 79 zeigt, ihren höchsten werth, wenn der Pol der Spule unmittelbar gegenüber steht. Der alsdann stattfindende Zustand möge dargestellt werden durch die Linie BB\ deren radiale Ordinaten die Kraftliniendichte an jedem Punkte entlang dem Ständer angeben. Die Dichte ist Null an den Punkten 0 und 0\ deren Entfernung von einander einem Phasenunterschied von 180 ⁰ entspricht. Die

Punkte C und C", welche die Mitten der Löcher der fraglichen Spulen angeben, haben einen Phasenunterschied von 15° gegen die Punkte O und Ol5 der zwischen C und 0 liegende Theil der Kraftlinien ist wirkungslos. Der nutzbare Durchschnitt der Kraftlinienmenge wird daher erhalten durch Integration der Sinusfunktion BmSiXsin# zwischen den Grenzen 15° und 165°, und Division durch die ganze Länge, oder nutzbarer Durchschnitt

¹

Zur Erleichterung für die Ableitung dieser Eormel diene die nebenstehende Figur.

²

Systeme mit niederer Spannung.

Hier wird die Spannung begrenzt durch die Erfordernisse der Glühlampen. Was wir zu erreichen wünschen, ist, die Spannung zwischen den Leitungen, die die Energie führen, so hoch als möglich wählen zu können, während die Spannung an den Klemmen der Lampen auf der richtigen Höhe bleibt. Lassen wir für einen Augenblick die sogenannten Drei- und Fünfleitersysteme bei Seite, in denen Ausgleichsleiter benutzt werden, und stellen wir ein Dreiphasensystem mit drei Drähten einem einphasigen System mit zwei Drähten gegenüber, so sehen wir nach den Betrachtungen auf Seite 48, dass bei Netzschaltung der Lampen das Dreiphasensystem den Yortheil hat, nur 75 Procent der Kupfermenge zu erfordern,

³

Ferraris, Rotazioni elettrodinamiche. Turin. Acad., März 1888.

⁴

Ein Beispiel aus der letzten Zeit findet sich in den Curven, welche Fleming in The Electrician vom 22. Februar 1895 für einige in der Londoner City in Betrieb stehende Wechselstrom-Maschinen giebt.

sin d d d-.

= Lf

7t '

Dies ist gleich —- B

liehe Werth über die ganze Polfläche ist. Somit beträgt die elektro-1 932

motorische Kraft nur ’    .....= 0,966 derjenigen Grösse, die sie haben

u

würde, wenn die Spule keine Breite hätte. Die ähnlichen Fällen entsprechenden Breitencoëfficienten bei wechselnder Anzahl der Nuten sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.

max 5

während

7t

max

der durchschnitt-

Breitencoëfficienten¹) für versenkte Leiter in sinusoidalem Felde.

Anzahl der Nuten auf den Pol

Dreiphasig Zweiphasig

Einphasig-

COOO»3GiOI#.WM

1,000

0,966

0,960

1,000

0,924

0,911

0,906

© Cd    Q

1 1 T—t    H

0,958

0,953

0,903

0,903

0,900

1,000

0,707

0,666

0,653

0,647

0,643

0,642

0,641

0,640

0,639

0,638

0,637

Wenn die Wellenform eine Sinuscurve ist, ist für zusammengedrängte Wickelungen Je = 2,22. Ist die Wellenform steil, so ist der Kapp’sche Coefficient k grösser (siehe S. 7 9) und dürfte bei Einzahnwickelungen, wofern nicht die Köpfe der Zähne besonders gestaltet sind, gleich 2,8 sein.

Beispiel. Ein sechspoliger Einphasen-'Weehselstromerzeuger, der mit 900 Umdrehungen in der Minute läuft, habe 3300000 Kraftlinien für jeden Pol, 720 Leiter (d. h. 120 in jeder der 6 Nuten) und den Coëfficienten 2,8. [Bei dieser Geschwindigkeit finden in der Sekunde 45 Perioden statt. Daraus ergiebt sich die inducirte elektromotorische Kraft:

2,8 • 45 • 720 • 3300000 . 10-8 = 3000 Volt.

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Fm

mm

••

vhf'P

ifjAKjIA

I TI

Fig. 80. Typus eines Vielzahnankers mit vertheilter Wickelung für einen W echselstromerzeuger.

Der Fall einer Yertheilungswickelung ist in Fig. 80 bildlich dargestellt, welche eine einfache Ringwickelung zeigt, wie sie bei einer Gleichstrommaschine angewendet wird, die abwechselnd an sechs symmetrischen Punkten mit zwei Schleifringen verbunden ist, wodurch sich sechs innere, einander parallele Wege ergeben. Wenn die Wickelung aus zahlreichen (in engen Nuten liegenden) Leitern besteht, wird der Coefficient k niedrig sein, etwa 1,83, was daher rührt, dass die elektromotorischen Kräfte in den Leitern einer Vertheilungswickelung eine gewisse Phasenverschiebung gegen einander haben (siehe S. 46); die Zahl der hinter einander geschalteten Leiter wird dann ein Sechstel der Gesammtanzahl rund um den Anker herum sein.

Beispiel. Wenn wie oben die Geschwindigkeit zu 900 Umdrehungen in der Minute, die Kraftlinienmenge zu 3300000 Linien für den Pol und 720 Leiter in 180 engen Nuten, d. h. vier Stück in jeder Nute vertheilt angenommen werden, dann werden nur 120 Leiter hinter einander geschaltet sein (d. i. 720:6), und die Rechnung ergiebt alsdann

1,83 • 45 • 120 • 3300000 • 10-8 = 340 Volt.

Vergleichen wir dies mit dem vorigen Beispiel, so sehen wir, dass sich die viel geringere elektromotorische Kraft hauptsächlich durch die Parallelschaltung der sechs Wege erklärt, wodurch die Spannung bis auf ²/₆ ihres Betrages verringert wird, sowie gleichfalls durch die in Folge der Vertheilung der Wickelung über die Oberfläche sich ergebende Herabminderung des Coëfficienten von 2,8 auf 1,83. Würden wir aber durch Umgruppirung der Verbindungen alle sechs Theile in Reihen schalten, so würde die elektromotorische Kraft 340 • 6 = 2040 Volt betragen.

Her Nachtheil der Vertheilungswickelung besteht in der Verkleinerung des Coëfficienten, der Vortheil in der bedeutenden Verminderung der störenden und entmagnetisirenden Rückwirkungen des Ankerstromes auf das magnetische Feld.

Sodann empfiehlt es sich, auf eine andere Methode der Bewickelung von Polen hinzuweisen, welche in magnetischer wie auch elektrischer Beziehung in der Hauptsache der oben im Bilde gegebenen gleichwerthig ist, sich von letzterer aber dadurch unterscheidet, dass die Wickelungen anstatt um jeden Pol nur um die Hälfte derselben geführt sind. Die Anordnung ist so, dass jeder zweite Pol unbewickelt bleibt, dafür aber die mit Wickelung versehenen Pole die doppelte Anzahl von Leitern erhalten.²)

Um einer derartigen Methode der Anordnung der Wickelung einen Namen zu geben, wird die Bezeichnung „hemitropisch“^ in Vorschlag gebracht. Fig. 81 zeigt denselben sechspoligen Feldmagnet wie Fig. 78. Hier aber sind alle S-Pole unbewickelt geblieben, dafür aber um jeden N-Pol die doppelte Anzahl von Windungen gelegt. Der Leser vergleiche dies mit den in den Figuren 100 und 102 dargestellten der Praxis entnommenen Anordnungen, die von Brown

V,'

bi

>S\

ü:;

1H

,v;

Fig. 81. Typus eines Einzahnankers mit heraitropischer Wickelung.

herrühren. Die Methode hat augenscheinlich den kleinen Nachtheil, dass sie in Folge der grösseren Länge der äusseren Windungen bei

1) In der Krystallographie ist das verwandte Adjektiv „liemiedrisch“ seit langer Zeit in Gebrauch für solche Fälle, wo nur eine Hälfte der Flächen eines Krystalles sich entwickelt hatte, während die andere Hälfte zurückgeblieben war. Wäre die Gefahr der Irreführung ausgeschlossen, so würde dasselbe Adjektivum auch hier zu gebrauchen sein. Alles in allem erscheint die Bezeichnung „heinitropisch“ — wörtlich „halb gewendet“ oder „halb gespult“ — den Vorzug zu . verdienen.

der gleichen Gesammtanzahl der magnetisirenden Windungen ein etwas, grösseres Gewicht an Kupfer erfordert.

Aber die hemitropische Methode ist nicht auf Feldmagnete allein beschränkt, sie kann auch bei Anker Wickelungen Verwendung finden und hat in der That einen besonderen Werth bei Vielphasenankern, um das nicht wiinschenswerthe Uebergreifen der Spulen an den Enden der Anker einzuschränken. In Fig. 81 ist der Anker mit den gleichen Ankerscheiben wie früher und den sechs grossen Zähnen hemitropisch gewickelt dargestellt, die Hälfte der Zähne ist ohne Wickelung geblieben. Die Nuten enthalten dieselbe Anzahl Leiter wie früher, 120 Stück in jeder Nute, aber die Endverbindungen sind

r~

Fig. 82.

verschieden. In elektrischer und magnetischer Beziehung sind beide Constructionen identisch, wenn auch geometrisch und mechanisch von einander abweichend. Auf Einphasen-Wechselstrommaschinen diese Construction anzuwenden, würde keinen besonderen Vortheil bieten. In dem vorliegenden besonderen Falle einer sechspoligen Maschine dürfte der Grundsatz der Vereinfachung thatsächlich um einen Schritt vorwärts gebracht worden sein, indem die gesammte Ankerwickelung auf nur zwei von den sechs Zähnen, wie Fig. 82 zeigt, aufgebracht wurde. Hierbei bleibt indes zu beachten, dass die vier zur Verwendung kommenden Nuten etwas zu vergrössern sind, damit jede von ihnen die anderthalbfache Anzahl Leiter, nämlich 180 Stück, aufnehmen kann.

Um die einzähnige Construction mit ihrer zusammengedrängten Wickelung so abzuändern, dass ein Zweiphasenstromerzeuger entsteht, wollen wir zunächst die sechs Wickelungen aus Fig. 78 einfach als diejenigen eines Einphasenstromerzeugers ansehen und auf den um einen gewissen Winkel in eine Zwischenlage gedrehten Anker sechs gleichartige Spulen für die andere Phase legen. Dies erfordert die Herstellung von noch sechs Nuten, welche zwischen den ursprünglich vorhandenen sechs Stück einzuschalten sind. Jede der zwölf Nuten kann die halbe Grösse einer der ursprünglichen Nuten erhalten, da ja (bei gleicher totaler Leistung) die eine Hälfte des Stromes durch die Spulen der einen und die andere Hälfte des Stromes durch die Spulen der anderen Phase geleitet wird. So gelangen wir zu der Anordnung in Taf. III Fig. A. Wenn wir voraussetzen, dass die Stromkreise einer jeden Phase mit derselben elektromotorischen Kraft wie vorher arbeiten, so werden wir zwar immer noch 120 Leiter in jeder Nute nöthig haben, aber die Leiter selbst können dünner sein. Yon hier ist es nur ein einfacher Schritt zur Fig. 77, in welcher die Spulen der beiden Sätze so angeordnet sind, dass sie sich nicht überdecken, vielmehr dadurch verschmälert werden, dass sie nur eine geringe Höhe besitzen und somit thatsächlich die Anordnung enger stehender Feldpole rathsam machen. Sonach haben wir auf jede Phase und jeden Pol einen Zahn, doch ergiebt sich hieraus mit Leichtigkeit auch die Lösung nach Fig. U, in welcher sich die Spulen überdecken und die an Zahl verdoppelten Nuten in halber Grösse dargestellt sind, so dass hier jede Nute nur 60 Leiter aufnimmt. Auf je eine Phase und einen Pol kommen hier zwei Zähne. In gleich zwangloser Weise gestaltet sich der Uebergang von hier nach Fig. 7), wo die Anzahl der Nuten abermals verdoppelt wurde und die 60 Leiter jeder Phase in zwei Reihen von je 30 getheilt worden sind, um so eine bessere Vertheilung über die Oberfläche zu erzielen. Diese Lösung ist eine hervorragend günstige und in ausgedehntem Maasse zur Anwendung gekommen bei feststehenden Ankern mehrphasiger Stromerzeuger (siehe Beispiele Fig. 2, 387 und 335, sowie Taf. Y und YI) und bei den Ständern mehrphasiger Motoren (siehe Fig. 160 und Taf. XI). Durch dieses Auseinanderziehen der Leiter wird indes der Coefficient k in geringem Maasse etwa von seinem ursprünglichen Werthe 2,8 auf den Betrag 2,3 verkleinert.

Indem wir zur hemitropischen Anordnung nach Fig. 81 zurückkehren, sehen wir, dass sie sich anstandslos für Zweiphasenschaltung

verwenden lässt. Wenn wir zwei solcher Sätze von je drei Spulen, wie dort gezeigt, nehmen und drehen den einen Satz um den halben Polstand, so erhalten wir die in Tafel III Fig.E gezeigte Form mit zwölf Nuten. Verfolgen wir diesen Grundsatz in logischer Weise weiter, so können wir Fig. F aus Fig. 82 ableiten, und wir erhalten hierbei durch Drehung des zweiten Spulensatzes um die l¹^fache (statt ¹J₂fache) Pollänge eine Form ohne Ueberdeckung. Dabei sind acht gleichweit von einander entfernte Nuten vorhanden. Fig. 83 giebt eine weitere Entwicklung an und zeigt 24 Nuten, von denen aber nur 16 mit Spulen versehen sind. Constructionen dieser Art eignen sich nur für Maschinen mit 6, 10, 14 u. s. f. Paare und sind nicht für Ma-

Fig. 83.

schinen mit 4, 8, 12 u. s. f. Polpaaren verwendbar. Man sieht, dass in allen Fällen die Entfernung zwischen den Mittellinien zweier aufeinander folgenden Spulen desselben Phasensatzes entweder dem einfachen oder aber dem mit 2 bezw. 3 multiplicirten Polstand gleich ist, und dass die Entfernung zwischen den Mittellinien der Spulen des einen und denjenigen des anderen Phasensatzes dem halben bezw. dem anderthalbfachen Polstand gleich ist.

In allen Fällen kann angenommen werden, dass die als Spulen oder Schleifen dargestellten Drahtwickelungen entsprechend der verlangten elektromotorischen Kraft aus jeder gewünschten Anzahl von in Reihen geschalteten Einzelspulen bestehen.

Es wurde oben darauf hingewiesen, dass, je mehr die Wickelungen auf nur wenige Nuten beschränkt werden, um so mehr Ankerrückwirkungen auftreten lind das magnetische Feld stören. So können beispielsweise die in den Fig. E und D auf Tafel III dargestellten Anordnungen in Bezug auf die Erzeugung der elektromotorischen Kraft praktisch als gleichwerthig angesehen werden, wenn die Gesammt-anzahl der Windungen bei beiden dieselbe ist, aber die Anordnung in Fig. D wird das Feld weniger stören als die in Fig. E\ und jede von beiden wird das magnetische Feld weniger beeinflussen als die in Fig. 78 dargestellte Einphasenstromwickelung, welche bei gleicher Spannung denselben Gesammtstrom ergiebt. Der Grund hierfür liegt einfach

Fig. 84. Blechschnitt mit halbgeschlossenen Nuten.

darin, dass die Leistung in zwei getrennte Phasen geschieden ist und dass, wenn die eine Stromhälfte sich im Maximum befindet und Störungen verursacht, die andere ihr Maximum bereits überschritten hat, so dass die störenden Wirkungen nur halb so stark sind und der Zeit nach fast gleichmässig vertheilt werden.

Genutete Ankerscheiben sind daher ein wesentliches Merkmal von Mehrphasenstrom-Constructionen. 0. E. L. Brown führte die

ff

Fig. 85. Blechschnitt mit geschlossenen Nuten.

Praxis ein, die Leiter in Löcher einzubetten, welche durch die Ankerscheiben gebohrt sind. Es sind Nuten und Löcher von verschiedener Gestalt in Gebrauch. Die Fig. 84 zeigt eine Form, welche sowohl in Europa wie in Amerika viel Verwendung gefunden hat. Die Form Fig. 85 mit ovalen Löchern findet sich häufig bei Schweizer Firmen. Auch runde Löcher sind in gewissen Fällen viel in Gebrauch sowohl für Anker von Stromerzeugungsmaschinen als auch für die Läufer von Inductionsmotoren. Eine Zeit lang war die von Brown, Boveri & Co. angenommene Normalform ein längliches Loch von etwa 50 mm Länge und 20 mm Breite. Beide Formen finden bei grossen Maschinen mit äusserem feststehenden Anker An-

Wendung. Ein Theil einer solchen (zweiphasigen) Maschine ist in Fig. 86 bildlich dargestellt, dabei sind die Wickelungen auf zwei Nuten für jede Phase und jeden Pol vertheilt und nach Brown’s Angabe in zwei Lagen angeordnet.

Um die Leiter noch mehr auszubreiten, kann ihre Vertheilung in getrennte Nuten noch weiter geführt werden. So können z. B. bei der vorher betrachteten sechspoligen Maschine, wo jede aus 720 in Gruppen angeordneten Leitern besteht, diese letzteren auch auf 72 Nuten (d. h. 36 Nuten für jede Phase) vertheilt werden, so dass bei einer Gesammtanzahl von 1440 Leitern 20 Stück auf jede Nute kommen. Tafel III Fig. O zeigt für diesen Sonderfall ein vollständiges Schaltungsschema, in dem jedes Bündel von 20 Leitern durch eine dickere Linie angedeutet ist und drei solcher Bündel

Sb

Fig. 86. Theil eines zweiphasigen Stromerzeugers.

eine Polgruppe darstellen. Tafel II zeigt einen zweiphasigen Stromerzeuger, dessen Anker von Mitte zu Mitte Pol 16 Nuten besitzt, für jede Phase also 8. Fig. 110—113 zeigen 3 Nuten für jede Phase, Fig. 117 deren 5.

Bislang ist aber die Art und Weise, wie die beiden Stromkreise mit einander verbunden werden, nicht gesagt worden, sie sind that-sächlich wie zwei getrennte Stromkreise behandelt worden. Nun können sie natürlich zunächst an den mittleren Punkten sternförmig mit einander verbunden werden, so dass die vier Enden in die vier Schleifringe auslaufen; oder aber sie können jeder in zwei getrennte Gruppen getheilt und netzartig so mit einander verbunden werden, dass die vier Linien an die Ecken der Maschen anschliessen.

Um die Angaben über Zweiphasenstromerzeuger zu vervollständigen, wollen wir zeigen, wie eine gewöhnliche in sich geschlossene Wickelung (ein Ring oder eine mit Schleifenwickelung versehene Trommel) zur Abgabe von Zweiphasenströmen eingerichtet werden

kann. Wir beziehen uns hierbei auf Fig. 80, welche einen als Einphasenstrommaschine geschalteten Ringanker zeigt; wir können denselben durch das einfache Mittel, noch nachträglich an zwischenliegenden Punkten Verbinder anzubringen, sofort in eine Zweiphasen-(Netz-) Wickelung um wandeln. Es geht daraus hervor, dass diese zwölf radialen Verbinder die Wickelungen thatsächlich in zwölf Theile scheiden, welche in besondererWeise gruppirt sind, deren Unterschied sich aus dem Vergleich zwischen den Fig. G u. I (Tafel III) ergiebt.

Beispiel. Wenn die Wickelung insgesammt aus 1440 Leitern bestände, so würden auf jeden Abschnitt in Reihen hinter einander geschaltet 120 Stück kommen. Da jeder Abschnitt etwa die halbe Pollänge zur Breite hat, kann jeder Coefficient lc zu ungefähr 2,1 angenommen werden, und die elektromotorische Kraft der zwischen zwei auf einander folgenden Schleifringen liegenden Wickelung ergiebt sich zu

2,1 • 45 • 120 • 3300000 • 10-8 = 390 Volt.

63

Z*

Fig. 87.

Eine weitere Umwandlung kann dadurch erreicht werden, dass man die zwölf Abtheilungen von einander trennt, alsdann aber wieder der Phase entsprechend, wie in Eig. I veranschaulicht, zu zwei gesonderten Reihen vereinigt. Die beiden so verbundenen Abtheilungen werden mit A bezw. B bezeichnet. Die elektromotorische Kraft eines jeden Stromkreises ist jetzt sechs Mal so gross, wie wenn die Abtheilungen parallel geschaltet wären. (Im Zahlenbeispiel = 2340 Volt. Es bleibt dies hinter den 3000 Volt zurück, die durch die gleiche Anzahl von in zusammengedrängter Wickelung nach Eig. C oben angeordneten Leitern erzielt werden, und zwar wegen des geringeren Coëfficienten für die Vertheilungsschaltung.)

Wir vermögen nunmehr mit Leichtigkeit die Beziehung zu ersehen, welche besteht zwischen dem in Fig. I gegebenen Falle, der von der reinen Vertheilungs-Ringwickelung abgeleitet wurde, und denjenigen anderen Fällen, die durch die folgenden Figuren dargestellt sind, welche sich aus der zusammengedrängten Wickelung ableiten lassen. Man betrachte — Fig. 87 — zwei aufeinander folgende Theile

eines jeden der beiden Stromkreise, z. B. zwei Stücke des A-Kreises. Geht der eine Tkeil am W-Pol vorbei, so befindet sich der andere am $-Pol, so dass die in ihnen hervorgerufenen Ströme entgegengesetzt gerichtet sind. Es wird daher auch in elektrischer Beziehung zwischen diesen hinter einander gelagerten Leitern kein Unterschied bestehen, mögen sie nun wie in Pig. 88 oder in Fig. 89 verbunden sein. Nun ist aber Fig. 88 die von der zusammengedrängten Wickelung abgeleitete Schaltungsform, während Fig. 89 einfach ein Stück einer Schleifenwickelung darstellt und der Kingwickelung gleichwertig ist. Thatsächlich ist Fig. Ä", die eine Schleifenwickelung mit 72 Nuten und wie Fig. 89 gewickelt ist, in elektrischer Beziehung identisch mit Fig. /, die wie vorbeschrieben, eine Ringwickelung darstellt. Fig. L ist eine gleichwertige Wellen Wickelung mit dem einzigen Unterschiede, dass statt der 72 Nuten nur deren

Fig. 89.

Fig. 88.

36 vorhanden sind, da von den 72 Leitern je zwei auf eine Nute kommen.

Wickelungen wie die Fig. C u. D mit zwei Spulensätzen wurden ursprünglich von C. E. L. Brown vorgeschlagen und sind seitdem in ausgedehntem Maasse zur Ausführung gelangt. In der praktischen Ausführung der Verbindungstücke werden die beiden Sätze in zwei verschiedenen Ebenen so gebogen, dass sie von einander gut getrennt stehen. Die in den Fig. 90 u. 91 gegebenen Skizzen, an welchen gezeigt ist, wie die Brown’sche Methode auf feststehende Aussen-anker Anwendung findet, sind mit den Fig. 102 u. 195 zu vergleichen, in denen ausgeführte und auf diese Weise gewickelte Maschinen zur Anschauung gebracht sind.

Anwendung auf Dreiphasenmaschinen.

Es ist in gleicher Weise leicht, dieselben allgemeinen Grundsätze auf Dreiphasenanlagen anzuwenden. Kehren wir zurück zu dem Einphasen-Einzahnanker in Fig. 78. Wenn drei solcher Wickehingen aufgelegt und symmetrisch vertheilt werden, müssen die Ankerscheiben 18 Nuten erhalten oder je 6 Nuten für jede der drei Phasen, wie Pig. M (Taf. III) es andeutet. Bei gleicher Gesammtleistung brauchen diesen Nuten nur etwa ein Drittel so gross zu sein, wie

Ul

II

Fig. 90. Zweiphasenwickelung, vergl. Fig. C, Taf. III.

bei der Einphasenstrommaschine, da jeder der drei Stromkreise nur ein Drittel des Gesammtstromes aufzunehmen hat. Jede Nut wird

Fig. 91. Zweiphasen Wickelung, vergl. Fig. D, Taf. III.

wie vorher 120 Leiter erhalten. Eine einfache Uebertragung der hemitropischen Wickelung auf den vorliegenden Fall, führt zu den Fig. N u. O (Taf. IV), deren letztere wegen ihrer einfachen Ueber-deckung den Vorzug verdient. In der That kann auch die dreiphasige Wickelung in der oben beschriebenen Weise zweireihig in zwei Ebenen hergestellt werden. Durch Verdoppelung der Nutenzahl gelangen wir zu der noch mehr vertheilenden Anordnung der Fig. P. In Fig. Q haben wir noch eine andere Lösung, in der nur 9 Nuten zur Verwendung gelangt sind, von denen jede 240 Leiter enthält. Fig. K₁ in der die Zusammendrängung der

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■ il

Fig. 92. Anordnung, bei welcher der Feldmagnet nicht zur Seite gezogen werden kann.

Anordnung bis zum Extrem getrieben ist, hat nur 6 Nuten. Sie ist nur anwendbar bei einer vierpoligen, oder durch Verdoppelung

Bi

ipK

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Fig. 93. Anordnung mit theilbarem Anker.

auch bei einer acht- bezw. zwölfpoligen Maschine, unanwendbar jedoch bei sechs-, zehn- bezw. vierzehnpoligen Maschinen. Fig. S (Tat. IV) zeigt eine in elektrischer Beziehung identische Wickelung, wo die Spulen in 12 Nuten in einem Kern mit 18 Nuten vertheilt sind. In allen diesen Dreiphasenfällen ist die Winkelentfernung von dem mittleren Theile einer Spule bis zu dem mittleren Theile der nächsten

Spule gleicher Phase gleich dem einfachen, doppelten oder dreifachen Polstande, während die Entfernung von der Mitte irgend einer Spule einer bestimmten Phase bis zur Mitte der angrenzenden Spule einer andern Phase gleich Y₃, ²/₃, ⁴/₃ oder °/₃ des Polstandes ist.

Bei Ausführung von Dreiphasenwickelungen könnte es zunächst scheinen, dass Endanordnungen in drei Ebenen wie in Fig. 92 erforderlich wären, da wie in Fig. M (Taf. III) und Fig. N (Taf. IY) drei überdeckende Reihen von Spulen nothwendigerweise vorhanden sein müssen. Dies würde jedoch wenig vortheilhaft sein, weil die Enden des einen Spulensatzes vor den Polen des Feldmagnets hervorragen würden. Bei Maschinen mit drehbaren Magneten würde diese Anordnung verhindern, dass letztere herausgezogen werden könnten.

In Fällen, wo diese Anordnung unumgänglich ist, können diese drei Reihen rückwärts befestigt werden, wie bei den Motoren

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Fig. 94. Dreiphasenwickelung, vergl. Fig. O, ïaf. 1Y.

der Jungfraubahn Tafel XIV. Eine Prüfung der Fig. O u. P (Taf. IV) ergiebt jedoch, dass die Spulen der drei Phasen zweireihig in zwei Ebenen angeordnet werden können, genau nach Art der in den Fig. Cu. J) (Taf. III) dargestellten Zweiphasenreihen, mit dem einzigen Unterschiede, dass der Zwischenraum mit Rücksicht auf den Polstand verschieden ist. Um eine Wickelung, wie sie in Fig. 86 oder Fig. 90 dargestellt ist, für einen Zweiphasenanker geeignet zu machen, muss der Polstand so gross genommen werden, wie die Entfernung von Mitte zu Mitte zweier benachbarter Spulen derselben Reihe; und um als Dreiphasenanker Verwendung finden zu können, muss der Polstand gleich der Entfernung vom Mittelpunkt einer Spule bis zum Mittelpunkt der zweitnächsten Spule der andern Reihe gemacht werden. Hiernach müssen, wenn man den Spulen die Bezeichnung M, B, C u. s. w. beilegt, alle gleichnamigen mit Bezug auf die Pole gleiche Lagen einnehmen. Dies ist in den Fig. 94 u. 95 weiter dargestellt. Natürlich müssen alle M-Spulen hinter einander geschaltet werden, obgleich sie abwechselnd in der inneren und äusseren Reihe liegen. In gleicher Weise ist mit den B- und C-Spulen zu verfahren. Man vergleiche auch die Verbindung der Spulen in Tafel XI und in Fig. 200. Fig. 95 zeigt, wie die gleichen Kernscheiben verwendet werden können für eine Dreiphasenstrommaschine (oder Motor) mit einer Wickelung, bei der nicht alle Löcher in Gebrauch genommen sind. Diese Wickelung wurde ersonnen, um die bei der Anwendung von anders geformten Ankerscheiben erforderliche Herstellung eines neuen Satzes von Stanzen zu vermeiden.

Bei grossen Maschinen mit feststehenden Aussenankern hat diese besondere Anordnung von Dreiphasenspulen in zwei Reihen einen Nachtheil. Die Spulen überdecken einander an den Enden, so dass an keinem Punkte des gesammten Umfanges der Anker getheilt werden kann, um z. B. das Abheben der oberen Hälfte der Maschine

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Fig. 95. Dreiphasenwickelung ; jede 3. Nute ist ohne Windungen.

zu gestatten. In diesem Falle ermöglicht die Anwendung der hemi-tropischen Wickelungsart eine Anordnung in drei Ebenen, wie in Fig. 93 gezeigt ist. Der Anker könnte praktisch entlang der punk-tirten Linie getheilt werden, ohne die Abwickelung irgend einer Spule zu erfordern; es würde lediglich die Lösung von Verbindungen zwischen Spulen derselben Reihe nöthig werden.

Es giebt aber noch eine andere Art, Spulen für Dreiphasenwirkung zu schalten, wenn nämlich die Anzahl der Spulen um Eins grösser oder kleiner ist als die Anzahl der Pole, wenn z. B. neun Spulen (d. h. drei von jeder der drei Phasen) in einem achtpoligen oder zehnpoligen Felde vorhanden sind. Die Spulen einer Phase liegen alsdann neben einander. Fig. T (Taf. IV) giebt ein Bild davon, wie sich dies praktisch ausführen lässt. Die Formel für diese Wickelung ist 2 p + 1 = 3 a (für Dreiphasenmaschinen), wo p die Anzahl der Polpaare und a die Anzahl der Spulen pro Phase ist. Die Spulen haben Bruchtheilung, diejenigen einer Phase sind durch Zwischenräume von einander getrennt oder aber zusammengedrängt, je nachdem die Zahl der Spulen grösser oder kleiner als die Zahl der Pole gewählt ist.

Was oben über die Vertheilung der Spulen über zahlreichere Nuten gesagt wurde, gilt natürlich auch von Dreiphasenwickelungen. Fig. U zeigt den gleichen sechspoligen Anker, nur mit der Abänderung, dass 72 Nuten vorhanden sind, dass also 24 Nuten auf die Phase und, da jede Phase in dem Zahlenbeispiel 720 Leiter besitzt, 30 Leiter auf die Nute kommen. Fig. U und P sind, abgesehen von der Unterteilung der Leiterbündel, einander gleich.

In elektrischer Beziehung ist Fig. V gleichbedeutend mit den zuletzt genannten und zeigt, wie an Stelle der Verteilung der Bündel von geschlossenen Spulen auf mehrere benachbarte Nuten eine Schleifenwickelung angeordnet werden kann. Diese letztere ist für Wickelungen aus Stäben geeignet. Fig. V zeigt sie wie ein 7 mit einem gemeinsamen Vereinigungspunkt J und mit drei Schleifringen verbunden.

Bei Zweiphasen- wie auch bei Dreiphasenankern kann eine geschlossene Vertheilungswickelung, wie z. B. eine Ring- oder eine geschlossene Schleifenwickelung als Dreiphasenanker verwendet werden, indem man radiale an drei Schleifringe geführte Verbinder anordnet. Diese Letzteren sind hierbei an aufeinder folgenden in der gleichen Entfernung von ¹/₈ oder ²/₃ des Polstandes liegenden Punkten mit der Wickelung verbunden. Bei einer sechspoligen Maschine müssen daher entweder 18 oder 9 radiale Verbinder (das Letztere ist vorzuziehen) vorhanden sein, und die elektromotorische Kraft zwischen zwei Schleifringen ist dann ebenso gross wie diejenige, welche in der Leitung zwischen zwei beliebigen benachbarten Verbindern erzeugt wird. In dem vorstehenden Zahlenbeispiele kommen bei 72 Nuten je 30 Leiter auf die Nut, es sind also im Ganzen 2160 Leiter vorhanden, d. h. je 240 hinter einander geschaltete Leiter liegen zwischen je zwei Verbindern. Die drei in Fig. W mit A bezeichnten Theile gehören zu einer Phase und sind parallel mit einander geschaltet, ebenso die drei mit B bezeichneten Theile zur zweiten Phase und endlich die drei mit C bezeichneten zur dritten Phase. Die Schaltung ist natürlich diejenige der Netz- oder A-Schaltung.

Wenn die Wickelung statt geschlossen in zwölf Abschnitte getrennt und alsdann derart wieder vereinigt würde, dass alle M-Ab-schnitte einer Phase, alle B-Abschnitte einer zweiten Phase und alle C- Abschnitte einer dritten Phase hinter einander verbunden würden,

so würden wir zu einer Anordnung gelangen, bei welcher, wie in einigen der vorhergehenden Palle, z. B. Fig. U, drei von einander unabhängige Stromläufe von je 720 hinter einander geschalteten Leitern vorhanden sind.

Es giebt noch eine andere ähnliche Art, eine geschlossene Wellen-wickelung³) für dreiphasige Anker zu verwenden. Erforderlich ist einzig, drei symmetrisch in gleichen Abständen von einander liegende Punkte der geschlossenen Wickelung festzulegen und sie durch drei Yerbinder an drei Schleifringe zu legen: wenn z. B. ein achtpoliger Anker mit 402 Leitern bewickelt ist (was eine einfache geschlossene Wellen Wickelung ergiebt), so kann er nach Anlegen von Yerbindern an Nr. 1, 135 und 269 der Leiter als Dreiphasenanker gebraucht werden. In gleicher Weise kann durch Verbindung von vier gleich weit von einander entfernten Punkten mit vier Schleifringen eine Zweiphasenmaschine hergestellt werden: es würden z. B. bei einer sechspoligen Maschine mit 488 Leitern, welche an sich eine einfache geschlossene Wellen Wickelung bilden würden, die Verbindungspunkte an den Leitern Nr. I, 123, 245 und 367 hegen. Fig. X zeigt eine sechspolige geschlossene Wellen Wickelung mit 68 Leitern, die als A-Dreiphasenanker geschaltet ist. Die Y- Schaltung kann bei geschlossener Wickelung keine Verwendung finden. Fig. Y zeigt eine Wickelung in Sternschaltung mit dem gemeinsamen Punkt J, und zwar eine sechspolige Wellenwickelung mit 72 Leitern. Sie ist, wenigstens für die Y-Schaltung, in elektrischer Beziehung mit der Schleifenwickelung in Fig. V gleichwerthig.

Bei der Menge der möglichen Fälle entsteht naturgemäss die Frage, welche Wickelungsarten den Vorzug verdienen? In Fällen, wo mehrphasige Maschinen für Uebertragung auf weite Entfernungen verwendet werden, muss die elektrische Spannung hoch sein, häufig 3000 — 5000 Volt und gelegentlich auch 10000—15000 Volt betragen. Die Zweiphasenmaschinen in Chèvres arbeiten bei 2500 Volt, die Dreiphasenmaschinen in Paderno bei 15000 Volt (siehe Kap. XVII). In solchen Fällen sind zahlreiche Leiter und sehr starke Isolirung Erforderniss, und die Leiter bestehen aus in vielen Windungen gewickeltem Draht. Anderseits braucht die elektromotorische Kraft zum Antrieb von Motoren in Fabriken, wenn die Entfernung von der

Dynamomaschine nur gering ist, den Betrag von etwa 200 — 300 Volt nicht zu überschreiten, und in solchen Fällen werden auch vergleichsweise wenige Leiter aus Kupferbarren hinreichen, aber sie müssen immerhin doch beträchtlich zahlreicher als die Pole sein. Für Drahtwickelungen wird die Isolirung gegenwärtig am besten dadurch gewährleistet, dass man die vielen Windungen des isolirten Drahtes in wenige Gruppen zusammenfasst und diese dann durch einige weite Nuten führt, die ihrerseits durch Rohre aus Glimmer so stark wie möglich isolirt sind. Der am häufigsten vorkommende Fall für der-

Fig. 96.

artige überaus hohe Spannung erzeugende Maschinen ist der, dass man eine Nute pro Phase und Pol rechnet. Das ergiebt bei einer Sechspolmaschine 12 Nuten für eine Zweiphasenwickelung (Fig. A und Fig. E, Tat. III) oder 18 Nuten für eine Dreiphasenwickelung (Fig. M: Taf. III und Fig. O, Taf. IV).

Für Maschinen von geringerer elektromorischer Kraft mit Stabwickelungen zieht man die Anordnung vieler Nuten und daher auch

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Fig. 97.

einer grossen Zahl von Zähnen auf den Pol nach einer mehr vertheilenden Methode vor.

Fig. 96 zeigt ein Stanzstück der Ankerscheibe der dreiphasigen mit 15000 Volt arbeitenden Maschinen in Paderno, wobei 1 Nut auf je eine Phase und einen Pol kommt. Fig. 97 zeigt ein Stanzstück der zweiphasigen Maschine in Chèvres, die bei 2 Nuten auf je eine Phase und jeden Pol 2500 Volt leistet. Im Gegensätze hierzu zeigt Fig. 98 eines der für die Stabankerwickelung der zweiphasigen Maschinen am Niagara verwendeten Stanzstücke. Diese Maschinen arbeiten mit 2250 Yolt und haben 187 Nuten auf zwölf Pole oder 15 ⁷/₁₂ Nuten auf einen Pol. Die Wickelung ist eine Vertheilungswickelung mit zwei Stäben für jede Nute.

Kernringe mit sechs Löchern auf den Pol können mit Ein-, Zwei- oder Dreiphasenwickelung versehen werden, so dass bei Dreiphasenwickelung zwei Löcher, bei Zweiphasenwickelung drei Löcher auf die Phase kommen. Bei der Einphasenwickelung werden vier Löcher für zwei Spulensätze verwendet und die beiden mittleren von sechs Löchern frei gelassen. Da synchrone Motoren praktisch als mit Stromerzeugern identisch anzusehen sind, so verfährt man bei Herstellung ihrer Anker unter Verwendung derselben Wickelungs-

Fig. 98.

arten und Beobachtung der gleichen Rücksichten wie bei den Stromerzeugern.

Demgegenüber zeigen Inductionsmotoren besondere Eigentümlichkeiten, die es wünschenswert machen, soweit wie möglich alle Gegenwirkungen zu verhindern, welche aus der ungleichen Verteilung der Leiter um den Umfang herum entstehen können. Und das ist auch der Grund, dass bei dem Ständer eines Inductionsmotors nur sehr selten eine derjenigen Eormen angewendet wird, bei welchen die Wickelung auf wenige Nuten zusammengedrängt ist. Es scheint im Gegenteil alles Bestreben darauf hinauszulaufen, die Wickelungen auseinander zu ziehen. Da diese aber im Stande sein müssen, hohe Spannungen auszuhalten, so sind Wickelungsarten wie die in den Fig. H (Taf. III) und W (Taf. IV) dargestellten, die in jeder Phase mehrere parallele Stromläufe ergeben, nicht üblich. Man hat die Wahl zwischen drei Methoden, die Windungen zu verteilen :

a)    derjenigen, die in den Figuren G, /, K und U angegeben sind;

b)    der Benutzung einer, wie oben beschrieben, geschlossenen Wellenwickelung mit Verbindungen, die von drei (oder vier) symmetrischen Punkten ausgehen, vergl. Fig. X und

c)    derjenigen, drei (oder zwei) unabhängige Wellenwickelungen zu verwenden, die wie in Fig. V so angeordnet sind, dass sie die erforderlichen Phasenunterschiede gewährleisten. Entsprechende Beispiele jeder dieser Methoden werden später an passender Stelle gegeben werden.

Kapitel Y.

Beispiele ausgeführter Mehrphasenstromerzeuger.

Zu den frühesten Ausführungen gehören die von Brown herrührenden dreiphasigen Stromerzeuger, die 1891 bei der bekannten Lauffener Kraftübertragung verwendet wurden, und später im Kapitel XX beschrieben werden. Sie waren von der Oerlikon-Gesellschaft erbaut. Eine 1894 von derselben Gesellschaft gebaute Form war in der ersten Auflage dieses Werkes beschrieben. Der Feldmagnet war von derselben Bauart wie der der in Fig. 382 dargestellten Lauffener Maschinen, der Anker besass breite Zähne und hatte iy₂ Schlitze für jeden Pol und jede Phase.

Brown hat auch zuerst die Form mit senkrechter Welle eingeführt, die so besonders für Turbinenbetrieb geeignet ist. Zahlreiche Maschinen dieser Art sind noch jetzt im Betrieb, z. B. in dem Elek-tricitätswerke zu Rathausen, welches die 7 km entfernte Stadt Luzern mit Strom versorgt, ferner in dem Elektricitätswerke der Stadt Aarau, welches die Wasserkraft des Aarflusses nutzbar macht. Die Figuren 99—101 stellen eine gleiche Maschine dar, die vor mehreren Jahren in der Schuhfabrik von Bally in Schönenwerth bei Aarau aufgestellt wurde. Diese „Schirm“form eignet sich besonders für alle Fälle, wo nur eine Wasserkraft mit geringem Gefälle zur Verfügung steht und demnach langsam laufende Turbinen von grossem Durchmesser unvermeidlich sind. Bei der dargestellten Maschine beträgt die Umlaufszahl in der Minute nur 30. Die Maschine wurde nicht nur für geringe Geschwindigkeit und geringe Frequenz (20 Perioden in der Secunde), sondern auch für niedrige Spannung entworfen, so dass sie für Licht- und Kraftanlagen passenden Strom ohne Umformung liefern konnte. Sie besteht aus einem äusseren cylindrischen Rahmen aus Rothguss von 3,17 m Durchmesser, der die feststehende Ankerwickelung aufnimmt und einem inneren drehbaren Kranz von Magneten, deren Kerne radial am Umfange einer Art Schwungrad sitzen. Dieser in der

Figur 100 besonders dargestellte Feldmagnet, dessen äusserer Durchmesser 2,71m beträgt, hat 80 Pole von schmaler rechteckiger Form; davon sind 40 mit Magnetwickelungen versehen, die auf Papierformen gewickelt und über jeden zweiten Polkern geschoben sind. Auf die

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Fig. 99. Anker einer Drehstrommaschine mit senkrechter Welle.

unbewickelten Pole geschraubte Schutzrahmen aus Messing sichern die Wickelungen gegen die Wirkung der Centrifugalkraft. Den Erregerstrom liefert eine kleine Dleichstrommaschine. Die Anker-

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Fig. 100. Feldmagnet einer Drehstrommaschine mit senkrechter Welle.

kernscheiben sind nahe der inneren Peripherie mit einem doppelten Kranz gleich weit von einander abstehender kreisrunder Löcher versehen, in welche die aus zwei Reihen von je 240 Schienen bestehende Ankerwickelung eingelassen ist. Diese Schienen sind an ihren Enden umgebogen und mit einander in ähnlicher Weise verlöthet wie bei einer Trommel mit zweireihiger Schleifenwickelung. Das Wicke-

lungsschema wird an der Hand der Fig. 101 leicht verständlich sein, welche die Methode in Anwendung auf einen achtpoligen Anker darstellt. Aus der Geschwindigkeit von 30 Umdrehungen in der Minute ergibt sich bei 80 Polen eine Periodenzahl von 20 in der Secunde. Die Maschine liefert 250 Ampere bei 100 Yolt in jeder Phase, demnach beträgt die Klemmenspannung bei Sternschaltung 173 Yolt. Die Leistung ist daher bei normaler Belastung 25 KW für jede Phase oder ungefähr 100 Pferd im Ganzen.

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Die Oerlikon-Gesellschaft hat ähnliche Maschinen der Schirmgattung auch für die Kraftwerke in Bellegarde, Bremgarten und Hochfelden erbaut. Bei der letztgenannten Anlage sind die Magneträder unmittelbar auf die Turbinenachse gekeilt, im Uebrigen ist die Bauart dieselbe wie bei der Lauffener Anlage. Die Klemmenspannung beträgt hier 86 Volt, sie wird durch Dreiphasentransformatoren auf 15000 Volt gebracht und durch 3 je 4 mm starke Drähte auf eine Entfernung von 22 km den Oerlikonwerken zugeführt, wo sie wieder auf die Gebrauchsspannung von 100 Yolt umgeformt wird.

Fig. 101.

Dreiphasenwickelung für einen 8poligen Anker.

Ein neueres Beispiel dieser Art sind die von Brown, Boveri & Co. für das Kraftwerk von Chèvres er-

bauten zweiphasigen Stromerzeuger, durch welche die Wasserkraft der Bhone für die Stromversorgung von Genf nutzbar gemacht wird. Tafel YII zeigt eine der dort aufgestellten Maschinen. Die Anlage wird in Kap. XYII näher beschrieben werden.

Später wählten Brown, Boveri & Co. für den Feldmagnet eine Form, bei welcher die unbewickelten Zwischenpole einen grösseren Querschnitt besassen als die cylindrischen Kerne der bewickelten Pole. Aus der Fig. 102, welche einen zweiphasigen Wechselstromerzeuger von 300 Pferd darstellt, ist diese Magnetform deutlich zu ersehen. Die Wickelung des Ankers ist die gleiche wie in der Fig. 167.

Die Figuren 103 u. 104 zeigen einen Drehstromerzeuger neuester Bauart von 425 KW für die Centrale Sofia, welcher bei 400 Um

drehungen in der Minute Drehstrom von 8000 Yolt verketteter

Spannung und 53 Perioden in der Secunde erzeugt. Die in 48 offenen Nuten liegenden auf Schablonen gewickelten Ankerspulen bestehen je aus 65 Windungen von 3,4 mm Kupferdraht. Das Magnetrad ist 16 polig; die Magnetspulen bestehen aus 110 Windungen von 7 mm Kupferdraht. Die Art und Weise, wie die Magnete auf dem Magnetrade befestigt sind, ist noch deutlicher aus der Fig. 118 zu erkennen, welche einen Theil eines Magnetrades

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Fig. 102. Zweiphasige Wechselstrommaschina von Brown (225 KW).

einer auf der Pariser Weltausstellung 1900 ausgestellten Maschine von 1300 KW gleicher Bauart darstellt. Die Erregung erfolgt durch eine 4polige Gleichstrommaschine von 9 KW Leistung bei 50 Volt Spannung, deren Anker auf der Generatorwelle aufgekeilt ist. Der Generator ist durch eine isolirende und nachgiebige Kupplung mit einer liegenden Jonvalturbine verbunden.

Eine etwas andere Bauart hat der in Fig. 105/106 dargestellte Turbo-Generator. Er leistet 1200 scheinbare KW bei einer Phasenverschiebung entsprechend einem cos<jp = 0,8, für eine Spannung von 3180 Volt einfach, und 5500 Volt verkettet bei 1500 Umdrehungen in der Minute und 50 Perioden in der Secunde. Die Zahl der Pole beträgt 4, die Stromstärke 126 Ampere in jeder Phase.

Der feststehende Anker hat eine Bohrung von 860 mm, das Polfeld einen Durchmesser von 850 mm. Das Polfeld wird durch eine Art Grammewickelung erzeugt, welche je nach 90 ⁰ die Wickelungsrichtung ändert, so dass eigentlich vier Spitzfelder entstehen.

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Fig. 103. Drehstromerzeuger von Brown, Boveri & Co. (425 KW). Stirnansicht und Querschnitte.

Das eine Ende dieser Ringwickelung ist direkt mit der Welle verbunden, während das andere Ende — durch die hohle Welle isolirt verlegt — zu den ausserhalb des Erregers befindlichen Schleifringen geführt wird. Diese Anordnung ist wegen der geringen Erregerspannung — 20 Yolt — möglich.

Das Polfeld hat 120 Nuten, von denen bei der Drehungsrichtung der Wickelung zwei Nuten leer bleiben. In jeder Nut befindet sich ein nackter Kupferstab von 55 x 6 mm.

Das umlaufende Feld wird von zwei, als Schilder ausgebildeten Lagern getragen, welchen das Schmieröl von unten aus unter Druck

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Fig. 104. Drehstromerzeuger von Brown. Boveri & Co. (425 KW). — Seitenansicht und Längsschnitte,

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Fig. 105/1Û6. Turbo - Generator mit umlaufendem Magnetfeld von 1200 KW.

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jedes Lager etwa 8 Liter Oel in Circulation versetzt, so dass also für eine ganz ausserordentlich reichliche Schmierung gesorgt ist. Das Oel wird durch Kühlschlangen wieder abgekühlt.

Die Lagerschilder sind mit dem Gehäuse centrisch verbunden. Letzteres trägt den Eisenkörper des Ankers, in welchem die Hochspannungswickelungen — in nahtlosen Mikanitröhren — eingebettet sind. Die Nuten sind geschlossen. Es sind im Ganzen 36 Nuten vorhanden — drei für jeden Pol und jede Phase. In jeder Nut befinden sich 11 Leiter, von denen jeder aus 4 parallelen Drähten von je 4,2 bezw. 4,6 mm Dicke besteht. Der Erregerstrom fliesst von einem auf der verlängerten Welle aufgekeilten Gleich ström anker durch einen gemeinsamen Bürstenhalter unmittelbar auf die Schleifringe

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Fig. 107/108. Einzelheiten eines Drehstromerzeugers von Oerlikon (3750 KW).

des Polfeldes. Der Erreger ist für eine Leistung von 700 Ampere bei 20 Yolt berechnet.

Die Figuren 107 u. 108 zeigen Einzelheiten eines Generators von 3750 KW, bei 3500 Yolt 50 Perioden und 300 Umdrehungen. Das gusseiserne Ankergehäuse ist mit innen vorstehenden Rippen versehen, auf welche schmiedeeiserne Keile aufgeschraubt sind, über welche die Blechsegmente des Ankereisens geschoben und in axialer Richtung zwischen zwei Pressringen mittelst isolirter Bolzen zusammengehalten werden.

Der Blechkörper ist zur Kühlung von drei je 20 mm weiten Canälen durchsetzt. Die Wickelung besteht aus Kupferstäben von rechteckigem Querschnitt, welche auf Schablonen geformt und mit nahtlosen Mikanitröhren umgeben in die 309 länglichen offenen Nuten eingebettet und durch Fiberkeile festgehalten werden, die in seitliche Einschnitte der Nutenöffnungen eingepresst werden. Die einzelnen

Windungen sind wie bei Gleichstromankern hintereinander geschaltet. Die Stabzahl beträgt 618, der Wickelungsschritt 31. Je zwei Leiter sind aus einem Kupferstab geformt und werden auf der einen Ankerseite durch Schrauben mit den folgenden Stäben verbunden. Das Kupfergewicht beträgt 1200 kg.

Die 0,33 mm starken Bleche haben eine Breite von 750 mm einschliesslich der Luftspalten und eine Höhe von 320 mm. Die Bleche wiegen 16000 kg.

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Fig. 109. Drehstromerzeuger der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft.

Der Anker ist zweitheilig, der obere Theil kann nach Lösen weniger Schrauben abgehoben werden. Ebenso kann jede einzelne Windung leicht von den andern gelöst und aus der Maschine entfernt werden.

Das Gewicht des ganzen Ankers beträgt 26000 kg. Das Magnetrad von 2480 mm äusserem Durchmesser wiegt mit Welle 23000 kg. Es besteht aus einem aus Blechsegmenten zusammengesetzten Ring. Jedes Segment wird von vier Bolzen gehalten. Der Ring wird durch eine Scheibe aus Eisenblech geführt, welche als Unterlage für die Schraubenköpfe der die Polkerne haltenden Bolzen dient. Diese Kerne sind ebenfalls aus Eisenblech zusammengesetzt und durch je vier Schraubenbolzen zusammengehalten. Letztere sind in einen kräftigen Eisenbalken, der quer durch den Polkern gelegt ist, eingeschraubt. Die Polkerne sind in Vertiefungen des Eisenringes eingelassen. Die Spulen bestehen aus 32 Windungen von hochkantig abgebogenem Kupferband von 4 x 45 mm.

Eig. 109 stellt einen Drehstromerzeuger Modell NDM 300/125 der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin dar. Diese Maschinen werden für Leistungen von 100 — 450 KW und 375 Umdrehungen gebaut. Die kleineren Formen werden für Riemenbetrieb, die grösseren für Seiltrieb oder auch für direkten Antrieb gebaut. Dient im letzteren Fall eine Turbine mit senkrechter Achse als Kraftmaschine, so nimmt die Dynamomaschine die in Fig. 337 dargestellte Form an.

Bei den neueren Wechselstrom- und Drehstrommaschinen ist der magnetisch wirksame Theil des Ankers aus Eisenblechen zusammengesetzt, die von einander durch , Papier sorgfältig isolirt sind. Die Bleche werden durch eine Anzahl von isolirten Bolzen zusammengehalten und fest mit dem gusseisernen Gehäuse verschraubt, das bei kleineren Maschinen ungetheilt, bei den grösseren zweitheilig, bei den grössten viertheilig gegossen ist. Zur Erzielung einer guten Lüftung erhält das Eisen Ventilationsschlitze.

Die Feldmagnete werden zur Verhütung von Verlusten durch Wirbelströme und zur Vermeidung von hoher Erwärmung der Polköpfe ebenfalls aus Blechstücken hergestellt. Die Polstiicke hängen entweder mit dem Kranz zusammen, indem geeignete Bleche nach Art einer Gall’schen Kette zu einem zusammenhängenden Ganzen von grosser Festigkeit zusammengesetzt werden, oder sie sind wie bei dem Drehstromerzeuger auf Tafel I an einem gusseisernen Ring, der das Joch darstellt, angeschraubt, wie die Nebenfiguren deutlich erkennen lassen. Das Schenkelkreuz ist durch Keile auf der sehr kräftigen Welle befestigt. Die Schleifringe, über welche der Erregerstrom zugeführt wird, sind zweitheilig ausgeführt, so dass, ohne die Maschine auseinanderzunehmen, ein etwaiger Fehler schnell beseitigt werden kann.

Die Ankerwickelung besteht je nach Grösse und Spannung der Maschine aus Kupferstäben, Kupferlitze und Kupferdraht. Sie ist vom Eisenkörper durch Mikanitrohre sorgfältig isolirt. Die drei

Wickelungsabtheilungen für die drei Phasen von Drehstrommaschinen werden gewöhnlich in Sternschaltung verkettet.

Die offenen Nuten ermöglichen es, die Ankerwickelung in Schablonen herzustellen und als fertige Spulen in die Nuten einzulegen.

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Fig. 110. Inductionsmantel eines Drehstromerzeugers von 13500 Yolt (Siemens & Halske).

Etwa schadhaft gewordene Wickelungsabtheilungen können somit schnell ausgewechselt werden. Die Fig. 111—113 zeigen verschiedene Formen der Schablonenwickelung, z. Th. in den verschiedenen Stadien der Herstellung; Fig. 114 eine Gitterwickelung für einen Inductionsmantel.

Das Ankereisen ist in Abständen mit Schlitzkanälen versehen durch die beim Umlauf ein kräftiger Luftstrom geht, wodurch die Maschine gut gelüftet wird. Die Lager sind selbstölend mit Ringschmierung versehen. Die kleineren Maschinen erhalten zwei Lager

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Fig. 111. Schablononwickelung des Drehstromerzeugers von 13500 Yolt.

und eine fliegend angeordnete Riemenscheibe für 20 — 28 in Riemengeschwindigkeit, grössere Maschinen für Riemen- oder Seilantrieb werden mit drei Lagern hergestellt. Grosse Maschinen für directe Kupplung mit der Antriebsmaschine erhalten keine Grundplatte, sondern werden mit zwei am Gehäuse angebrachten Ansätzen auf

seitlich angeordneten und in das Fundament angelassenen gusseisernen Wangen aufgeschraubt. Der äussere Lagerbock wird direkt mit dem Fundament verankert, während als zweites Lager das entsprechende der Antriebsmaschine dient.

Die Polklemmen der Maschinen werden bei höheren Spannungen in isolirende Buchsen eingeschlossen und mit Kappen versehen, so dass jede Berührung blanker Leitungstheile unmöglich gemacht wird.

Die Erregermaschine wird vielfach, besonders bei grossen Maschinen, mit der Hauptmaschine auf gleiche Welle gesetzt. Sie ist

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Fig. 112. Schablonenwickeliing für Drehstromerzeuger (Siemens & Halske).

gewöhnlich eine Reihenschlussmaschine, in deren Stromkreis der Regulirwiderstand für die Schenkelerregung der Drehstrommaschine gelegt wird.

Die Drehstrommaschinen von Siemens & Halske werden gewöhnlich für 50 Perioden in der Seconde gebaut. Selbstinduction und Trägheitsmoment der Maschinen werden so gewählt, dass die Maschinen ohne Anstand parallel arbeiten.

Diese Drehstrom- und Wechselstrommaschinen lassen sich ohne Aenderung der Ausführung auch als synchrone Dreh- und Wechselstrommotoren verwenden.

Thompson, Mehrphasenströme.

Bei dem Stromerzeuger auf Tafel I besteht die in Sternschaltung befindliche Ankerwickelung aus einem Kupferseil, dessen Querschnitt 8,5 x 5,5 mm blank und 10 x 7 mm isolirt ist. Dieses Seil ist in

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Fig. 113. J Schablonenwickelung für Drehstromerzeuger (Siemens & Halske).

sechs Windungen durch jede der 576 Nuten geführt, deren freier Querschnitt 10 x 45 mm ist (mit 3 mm starker Isolation gegen das Eisen). Der Widerstand dieser Wickelung beträgt für jeden Zwmig (kalt) 0,515 Ohm. Der Anker erzeugt 96,4 Ampere bei 5100 Volt, also 850 KW (bei cos (p = 1).

Die Feldmagnetwickelung besteht aus Flachkupfer von 3,3x30 mm auf jeden Schenkel kommen 57 Windungen. Die Spannung ist 110 Yolt.

Die Fig. 110 zeigt den Inductionsmantel eines 16poligen Drehstromerzeugers (Modell DD 46/45), welcher bei 375 Umdrehungen

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Fig. 114. Gitterwickelung für einen Inductionsmantel (Siemens & Halske).

und 13500 Volt Spannung 700 KW leistet. Die Maschine ist für direkten Zusammenbau mit einer Turbine bestimmt und in der Centrale Ceres in Oberitalien aufgestellt. Der Strom gelangt ohne Umformung direkt in die Fernleitung. Die aus Flachkupfer hergestellte Erregerwickelung ist in 88 Windungen um die Pole geführt. Sämmt-liche Pole sind hintereinander geschaltet. Die Umfangsgeschwindigkeit

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Fig. 115. Aufbau des Ankers der Schuckert’schen Drehstrommaschine von 1000 P.

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beträgt 38 m in der Secunde. Trotz der hohen Spannung konnte die Wickelung gut untertheilt werden, so dass eine nahezu sinusartige Spannungscurve erzielt wurde. Der feststehende Theil hat im Ganzen 1728 Windungen.

Die Elektricitäts-Aktiengesellschaft vormals Schuckert & Co. verwendet als Material der Magneträder überall Stahlguss, wo Rücksichten auf möglichste Gewichtsverminderung oder Festigkeit es erfordern. Wenn dagegen der Generator zur Erzielung eines hohen Gleichförmigkeitsgrades Schwungmassen aufnehmen muss, wird Gusseisen auch für die Magneträder verwendet.

In Fig. 2 ist eine derartige Schwungradmaschine dargestellt, bei welcher die obenerwähnten Rücksichten bei dem Entwurf des fest

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Siehe A. Blondel in l’Industrie Électrique, Feb. 25, 1896; l’Éclairage Électrique, Mai 1895; ebenso in seiner Abhandlung La Traction Électrique sur Voies Ferrées, B. 2, S. 291.

Thompson, Mehrphasenströme.

²

Diese Methode ist in der Anwendung auf einfache hufeisenförmige Elektro-magnete lange bekannt gewesen; nur ein Schenkel erhielt Wickelung. Siehe des Verfassers Abhandlung „Der Elektromagnet“.

³

Sie wird so genannt zum Unterschied von der Schleifenwickelung und ist auch gelegentlich als vielpolige Reihenwickelung bezeichnet worden. Zu vergleichen des Verfassers Buch über dynamoelektrische Maschinen.

Thompson, Mehrphasenströme.

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Fig. 116. Fraisen der Nuten des Ankers der Schuckert’sehen Drehstrommaschine.

Hierbei ist durch die

stehenden Ankertheiles massgebend waren, aus der Figur zu erkennende schmiedeeiserne Verspannung trotz geringen Materialaufwandes eine hohe Festigkeit erreicht.

Die Figuren 115—117 zeigen Theile der in Paris 1900 ausgestellten grossen lOOOpferdigen Drehstrommaschine gleicher Bauart, und zwar Fig. 115 den Aufbau des Ankers, Fig. 116 die Bearbeitung der Nuten vermittelst einer transportablen Fraismaschine und Füg. 117 einen Theil der Wickelung. Die Maschine lieferte 98 Ampere bei 5000 Volt verketteter Spannung in jeder Phase. Der innere Durchmesser des Ankers betrug 5,5 m, das gusseiserne zweitheilige Gehäuse steht mit abnehmbaren FÜissen auf schweren F'undamentbalken und kann nach FIntfernung der Fusse behufs Besichtigung um das Wellenmittel verdreht werden. Das Gesammtgewicht beträgt über 13 Tonnen.

Das Magnetgestell wiegt fertig über 26 Tonnen, es besteht in allen Theilen aus Stahlguss; die 72 Pole sind je mit zwei kräftigen Schrauben am Kranz befestigt.

Die Erregerspannung von 220 Yolt wird durch zwei Schleifringe

zugeführt.

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Fig. 117. Ein Theil des Ankers des Sehuckert’schen Drehstromerzeugers mit Wickelung.

Auf Tafel VI ist eine noch grössere Maschine von 2500 cos (p KW Leistung dargestellt, welche bei 90 Umdrehungen einen Strom von 5500 Voit liefert. Die Bauart ist dieselbe wie bei den vorher beschriebenen Maschinen, nur ist hier auf die Verspannung des Gusseisenrahmens verzichtet.    .

Kapp hat zwei- und dreiphasige Maschinen entworfen, die zuerst von Johnson & Phillips ausgeführt wurden. Ein neuerer in den „Elektromechanischen Constructionen“ (Berlin 1898) S. 57 veröffentlichter Entwurf betrifft eine Maschine von 100 KW, mit 20 Polen, 300 Umdrehungen in der Minute, 50 Perioden in der Secunde und

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Fig. 118. Theil eines Magnetrades von Oerlikon.

mit iy₂ Ankerspulen für jeden Pol oder 1 Spule für jedes Polpaar und jede Phase. Der Eeldmagnet wird (wie in Fig. 385) durch eine einzige Spule erregt. Bemerkenswerth ist an der Maschine, dass die Ankerspulen in Rillen der aus gestanzten Blechen zusammengesetzten Magnetkerne gewickelt sind, welche Segmente des Ankerringes bilden und behufs Prüfung oder Ausbesserung für sich von den übrigen

Segmenten getrennt werden können. Fig. 119 giebt ein Bild des Aufbaues der Maschine. Die mechanische Befestigung der Segmente an dem gusseisernen Ankergehäuse erfolgt durch die übergreifenden Endscheiben aus Rothguss.

Die Figuren 120 u. 121 stellen einen von H. F. Parshall entworfenen Dreiphasenanker dar, der in dessen Bericht¹) über die elektrische Strassenbahn in Dublin beschrieben ist. Es ist eine sechspolige Maschine von 150 KW, welche bei 600 Umdrehungen in der Minute und 30 Perioden in der Secunde eine Spannung von 2500 Volt zwischen den Schleifringen auf weist. Der Anker hat

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Fig. 119. Aufbau einer Drehstrommaschine von Kapp.

36 Schlitze, also 2 Schlitze für jeden Pol und jede Phase. Die Wickelung, deren Verbinder in drei Ebenen gelagert sind, gleicht der in Fig. M Tafel III dargestellten mit dem Unterschied, dass die Zahl der Schlitze doppelt so gross ist, also nur eine Wickelung auf jeden Schlitz entfällt. Die Peripheriegeschwindigkeit beträgt 22,5 m in der Secunde. Das Ankergerüst besteht aus zwei gusseisernen auf der Welle aufgekeilten Sternen, welche den aus Eisenblechen von 0,35 mm Dicke bestehenden Magnetkern mittelst Schraubenbolzen-

zwicken zusammenpressen. Jedes Blech bildet einen geschlossenen Kreisring und wird mit den übrigen Blechen durch die gemeinsame Keilnut in bestimmter Lage festgehalten.

Die Wickelung besteht aus Kupferspulen, die auf Schablonen gewickelt, isolirt und in Schlitze des Ankerkernes eingelegt und durch Holzkeile in ihrer Lage festgehalten werden. Die in Sternschaltung befindliche Wickelung liefert bei der vorgeschriebenen Geschwindigkeit 1440 Volt in jeder Phase. Die Enden der Wickelung und die Verbinder werden auf cylindrischen, an beiden Enden des Ankers vorstehenden Ansätzen der

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Endscheibe gelagert und befestigt.

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Die Kraftlinienzahl bei voller Belastung beträgt in den Zähnen 15000 auf jeden Quadratcentimeter, vermindert sich in den Kernen auf 7400 und im Luftzwischenraum auf 7000. Die Strom- 1 stärke im Anker beträgt, ebenfalls bei voller Bela-stung, 2 Ampere auf das mm², die Erwärmung steigt hierbei an der Oberfläche Œ'-1 des Ankers um 30 u C.

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Fig. 120/121. ßpoliger Dreiphasenanker von Parshall.

Das Gerüst des Feldmagnets ist von Gusseisen und hat sechs nach innen vorspringende Polkerne aus geblättertem Eisen, die im Joch vergossen sind. Die

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Erregerwickelungen sind auf besonderen Spulen aufgebracht, die zum Schutz der Wickelung gegen die Ankergegenwirkungen und zum Ableiten der Wärme mit Messingflanschen von 9,5 mm Stärke versehen sind.

Das Joch ist senkrecht zur Achse getheilt, damit der Anker leicht zugänglich ist. Die Collectorringe sind auf einem besonderen auf die Achse gekeilten Armkreuz angebracht. Die Lager sind selbstölend, kuglig gestaltet und stellen sich selbstthätig ein.

Der Wirkungsgrad dieser Stromerzeuger wird zu 92 vom Hundert bei voller Belastung und zu 89,5 vom Hundert bei halber Belastung angegeben.

Inductormaschinen.

In neuerer Zeit ist jener Typus von Wechselstrommaschinen häufiger benutzt worden, der als Inductormaschinen bezeichnet wird. Diese Maschinen haben kein Kupfer auf dem umlaufenden Theil,

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Fig. 122/123. Mordey’s Inductormaschine.

dieser besteht nur aus Eisenmassen, welche mit Hilfe von feststehenden Wickelungen eine stets gleich bleibende Polarität erhalten. Diese neuere Form rührt von Mordey her und ist in den Figuren 122 und 123 schematisch dargestellt; ähnliche Entwürfe sind auch fast zur gleichen Zeit von Elihu Thomson hergestellt worden. Die Figuren 122/123 zeigen eine einphasige Wechselstrommaschine. Feststehende Ankerspulen e e sind zu je zweien auf vorspringenden geblätterten Kernen a a aufgebracht, zwischen ihnen ist ebenfalls fest die Magneti-sirungsspule c gelagert, die den inneren umlaufenden Theil umgiebt, ein Rad, das die Eisenmassen ii des Inductors trägt.

Die Fig. 124 zeigt einen Schnitt durch eine dreiphasige Inductormaschine neuerer Bauart der Oerlikon-Gesellschaft. Das Magnetrad ist ein vollkommen glatter Cylinder aus Grauguss, auf welchen in zwei Reihen die aus Blechen zusammengesetzten Polhörner mittelst Keilen und Schrauben aufgesetzt sind, so dass jedes Polhorn nach Lösen der Schrauben seitlich abgestreift werden kann. Der Anker besteht aus zwei Blechringen mit offenen Nuten. In die nackten Nuten jedes Ringes werden die vorher auf Schablonen fertig gewickelten und durch nahtlose Mikanithülsen isolirten Spulen ein-

Fig. 124. Schnitt durch eine dreiphasige Inductonnaschine von Oerlikon.

gelegt und durch Federkeile gehalten, welche seitlich in Einkerbungen der Nuten eingreifen. Die Spulen sind auf der Innenseite der Blechringe abwechselnd nach oben und unten abgebogen. Jede Spute kann für sich entfernt und durch eine neue ersetzt werden, nachdem ein Polhorn von der Trommel abgestreift ist.

ln den Gusscylinder des Gehäuses zwischen die beiden Ankerkränze ist die Erregerspule eingesetzt, welche aus einem nackten, mit Asbestzwischenlagen aufgerollten Kupferband besteht. Die Wickelung füllt den Raum zwischen den Ankerspulen einerseits und den beiden Polreihen des Magnetrades andererseits aus.

Der Gussmantel, welcher die beiden Blechkränze vereinigt, ist mit Ventilationsöffnungen versehen, durch welche der von den roti-renden Polhörnern erzeugte Luftzug entweicht, nachdem er die Feldwickelung umspült hat.

Die Fig. 125 zeigt die Ergebnisse sorgfältiger Indicirversuche, welche im Elektricitätswerke Zürich an einem derartigen Drehstromerzeuger von 1000 KW bei 100 Umdrehungen in der Minute angestellt wurden.

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Fig. 125. Diagramm eines Drehstromerzeugers von 1000 KW.

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Fig. 126.

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Fig. 127.

Inductor mit versetzten Polen.

Das Princip der Inductormaschinen ist noch leichter zu erklären an der Fig. 126, welche zeigt, wie ein Eisencylinder zu einem Elektromagneten gemacht werden kann durch eine in eine Rille seines Umfangs eingelegte Magnetisirungsspule. Die beiden Polkränze zu beiden

Seiten der Spule erhalten dann die gezeichnete Polarität. Solch ein Elektromagnet kann in Umdrehung versetzt werden, wenn auch die Magnetisirungsspule feststeht.

Der zu einem solchen Magnet passende Anker muss natürlich ein Doppelanker sein; die Spulen des einen Theiles werden von den N-Polen, die des anderen Theiles von den S-Polen inducirt. Eine einfache Ueberlegung zeigt uns, da die Inductionswirkungen der N-und S-Pole abwechselnd stattfinden müssen, dass die Spulen des

Fig. 128. Inductor von Oerlikon.

einen Ankers sich auch nicht in Linie mit denen des andern befinden dürfen, sondern dass die beiden Anker gegen einander versetzt sein müssen, und zwar um einen Betrag gleich dem halben Abstande eines N-Poles von dem nächsten. Die beiden so gegen einander versetzten Anker können dann mit einander parallel oder auch hinter einander geschaltet werden.

Sind indessen die Pole selbst gegen einander versetzt, wie in Fig. 127, so brauchen es die Spulen nicht zu sein, und in diesem Falle kann auch ein einziger Anker verwendet werden, der dann

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natürlich doppelte Breite besitzt.

Versetzte lnductoren sind von

Brown, Boveri & Co. z. B. für die Stromerzeuger der Strassenbahn

in Lugano verwendet worden, ferner auch von Schwartzkopff in Berlin, Fynn in England und Ganz in Budapest. Nicht versetzte Pole werden von der Oerlikon-Gesellschaft und der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft Berlin bevorzugt. Auch die Firma Stanley & Kelly in Pittsfield, Massachusetts, baute schon früh zweiphasige Inductormaschinen mit nicht versetzten Polen.

Fig. 128 zeigt einen Inductor mit nicht versetzten Polen, welcher zu der in Fig. 124 dargestellten Drehstrommaschine von Oerlikon gehört; die Art der Befestigung der Pole ist deutlich zu erkennen.

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Fig. 131. Drehstrommaschine von Kolben & Co.

In den Figuren 129 und 130 ist das Inductorrad und der feststehende Doppelanker eines Drehstrom-Inductorgenerators mit sehr geringer Geschwindigkeit dargestellt. Er wurde von der Oerlikon-Gesellschaft gebaut und leistet 300 P bei 85 Umdrehungen in der Minute, die Frequenz beträgt 46 Perioden in der Secunde. Aus der Fig. 130 ist die Wickelungsart zu erkennen. Die nicht sichtbare Magnetisirungsspule befindet sich in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Ankerwickelungen.

Ein gutes Beispiel für diese Maschinengattung bietet die in Fig. 131—136 dargestellte Drehstrommaschine von Kolben & Co. in

Prag. Diese Maschine leistet bei 630 Umdrehungen in der Minute 37 KW (50 P), wobei die Periodenzahl 42 in der Secunde beträgt. Bei 750 Umdrehungen erfordert die Maschine 60 P und leistet 45 KW bei 50 Perioden. Bei voller Belastung beträgt die Strom-

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Fig. 132. Schnitt durch die Maschine Fig. 131.

stärke 115 Ampere in jeder Phase, die Spannung ist hierbei an den Klemmen 190 Yolt, der Leistungsfactor cos cp ist = 0,85. Aus dem Schnitt (Fig. 132) ersieht man, dass der Inductor aus Stahlguss

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Fig. 133. Ankerkernscheibe und Anordnung der Drähte bei der Drehstrommaschine von Kolben & Co.

besteht und geblätterte Pole trägt, der äussere Durchmesser ist 555 mm. Der Luftzwischenraum zwischen dem feststehenden lind dem rotirenden Theil beträgt nur 2,5 mm. Die Ankerkernscheiben haben 24 Schlitze. Da der Inductor in jeder der beiden Reihen 4 Pole trägt, kommen 6 Schlitze auf jeden Pol und jede Phase.

Thompson, Mehrphasenströme.

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Fig. 134. Form einer Spule des äusseren Satzes.

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Der als Joch des magnetischen Kreises dienende äussere Rahmen ist aus Gusseisen. Die Lage der Magnetisirungsspule zwischen den beiden Ankern ist aus Fig. 132 zu ersehen, die Form der Kernscheiben und die Anordnung der Wickelungen aus Fig. 133. Die Letzteren sind auf Schablonen hergestellt und nacheinander in die Schlitze des Kernes eingeschoben. Fig. 134 und 135 zeigen die Form der Spulen, die in zwei Sätzen, einem äusseren und inneren, angeordnet sind, so dass sie bequem in zwei Reihen hintereinander liegen. Fig. 136 zeigt das Wickelungsschema dieser Maschine. Es ist eine Sternschaltung mit dem gemeinsamen Punkte J und den drei äusseren Klemmen A, B und C. Wenn man die drei Wickelungen einzeln

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Fig. 136. Wickelungsschema der Drehstrommaschine von Kolben & Co.

verfolgt, sieht man, dass jede, obwohl im Allgemeinen dem Schema Fig. 0, Tafel IV folgend, im Zickzack von J nach der zugehörigen Klemme geht, also eine Wellenwickelung bildet. Da jeder der aus drei parallelen Drähten bestehende Leiter fünfmal hin und zurück geführt ist, so liegen demnach in jedem Schlitz 15 Drähte. Wie das Schema Fig. 136 zeigt, sind die beiden Hälften der Wickelung gegen einander versetzt.

Die Hauptabmessungen dieser Maschine sind folgende:

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Länge des magnetischen Kreises im Inductor .    .

Querschnitt des magnetischen Kreises im Stahl des Inductors 1150 mm²,

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Innere Tiefe des Wickelungsraumes........

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0,0136 Ohm,

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. 3,65 xlO6 . 1,25

Kraftliniendichte im    Anker (Joch) bei voller Belastung 16100 auf d. cm²,

Kurzschlussstrom im Anker bei 19 Ampere Erregerstrom 550 Ampere, Stärke des Erregerstromes, die erforderlich ist, damit der Kurzschlussstrom gleich ist der normalen Stromstärke von 115 Ampere bei voller Belastung . .

Wirkungsgrad bei voller Belastung .......

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Fig. 187 und 138 zeigen den Inductor eines Drehstromerzeugers der Allgemeinen Elektricitätsgesellschaft in Berlin. Die Maschine leistet 300 KW bei 50 Perioden in der Secunde und 375 Umdrehungen in der Minute. Der Anker hat in jeder Hälfte 48 Schlitze, 6 für jeden Pol, bezw. 2 für jeden Pol und jede Phase. Die Fig. 139, 140 und 141 zeigen einen der grossen Drehstrom-Inductormaschinen, welche diese Firma nach Entwürfen der Oerlikon-Gesellschaft für die grosse Kraftstation in Rheinfel den geliefert hat. Die Maschine ist mit senkrechter Drehachse für direkte Kupplung mit einer Turbine gebaut. Der umlaufende Theil besteht aus einem fünftheiligen Armkreuz aus Gusseisen, an dessen Umfang ein aus fünf Segmenten bestehender Kranz aus Stahlguss befestigt ist, dessen 55 Joche den Polen des Gehäuses gegenüberstehen und an ihren

Enden mit 110 paarweise übereinander angeordneten, aus dünnen Eisenblechen zusammengenieteten Packeten versehen sind. Die Befestigung der Packete geschieht durch schwalbenschwanzförmige schmiedeeiserne Leisten, welche an die Joche angeschraubt sind (Fig. 140).

Die Inductorwelle ist mittelst angeschweisster Flanschenkupplung an die senkrechte Turbinenwelle angeschlossen und wird von einem

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Fig. 137. Inductor der Allgemeinon Elektricitäts-Gesellschaft.

oberen und unteren Halslager geführt. Das Gesammtgewicht der umlaufenden Theile, 55 000 kg, wird von dem ringförmigen Flansch des unteren Lagers aufgenommen. Um die hierbei sich ergebende * Reibungsarbeit — mehr als 100 P — zu ersparen, wird in eine zwischen beiden Flächen vorgesehene Ringnut Oel mit einem Druck von 25 Atmosphären gepresst, so dass die Flächen durch eine Oel-schicht getrennt sind.

Das gusseiserne Gehäuse, mit einem äusseren Durchmesser von 6,840 m, besteht aus vier Bogenstücken, an die je zwei Füsse

angegossen sind. Ausserdem ist das Gehäuse nochmals horizontal in eine untere und eine obere Hälfte getheilt zum Zweck des leichteren Transports sowohl als auch um die in der inneren Höhlung des C-förmigen Querschnittes untergebrachte, auf einem Broncering aufgewickelte Erregerspule, deren mittlerer Durchmesser 6 m beträgt,

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Fig. 138. Drehstrommaschine der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft.

leicht einbringen zu können. Die Ankerspulen, 165 für jeden Ring, werden auf die über die Flanschen des Gehäuses vorragenden Zacken der Ankerbleche in fertigem Zustande aufgeschoben. Auf jeden Pol entfallen sechs Schlitze. Das Schema der Wickelung (Sternschaltung) zeigt die Fig. 141. Die normale Leistung der Maschine beträgt 61,5 Ampere bei 3900 Yolt für jede Phase (Spannung zum neutralen Punkt) also 720 KW.

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Fig. 139. Drehstrommaschine (Inductortypus) der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft.

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Die Fig. 142 und 143 zeigen die Bauart der Inductormaschinen der Berliner Maschinenbau-Aktiengesellschaft vorm. L. Schwartz-kopff. Der Inductor ist ein zweitheiliger, durch Bolzen zusammen-

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Fig. 140. Vergrösserter Schnitt durch die Maschine Fig. 139.

gehaltener Stahlkörper mit versetzten Polen. Die zwei Erregerspulen sind vermittelst eines -L-förmigen Rahmens in dem feststehenden

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Fig. 141. Wickelungsscheina der Drehmaschine Fig. 140.

Ankergehäuse aufgehängt. Letzteres ist aus Gusseisen, wagerecht getheilt und ist bei grösseren Maschinen so angeordnet, dass es gedreht werden kann, damit alle Theile der Ankerwickelung leicht zugänglich sind. Die Ankerspulen werden auf Schablonen gebogen oder gewickelt, dann in die Nuten eingelegt und durch Keile isolirendem Material festgehalten.

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Asynchrone Stromerzeuger.

Unabhängig von einander fanden gleichzeitig mehrere Forscher — darunter Brown und die Ingenieure der General Electric Company in Schenectady N. Y. — dass einphasige wie auch mehrphasige asyn-

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Fig. 142. InductormascMne von Schwartzkopff.

chrone Inductionsmotoren als Stromerzeuger wirken, wenn sie mechanisch angetrieben werden und zwar mit einer etwas grösseren Umlaufgeschwindigkeit als dem Synchronismus entspricht (vergl. den Schluss des Kap. YIII und Fig. 226). Es ist aber nicht möglich, einen solchen Motor allein als Stromerzeuger für einen Stromkreis zu benutzen, denn er kann sich nicht selbst erregen, es muss zu diesem Zwecke Wechsel- oder Mehrphasenstrom den Klemmen von aussen zugeführt werden. Vielleicht wäre es ganz zweckmässig, bei Centralstationen mit plötzlich stark wechselnder Belastung einen oder mehrere asynchrone Maschinen mit den übrigen Wechselstrommaschinen parallel zu schalten. Erstere würden dann gewöhnlich als unbelastete Motoren mit einer etwas geringeren Geschwindigkeit umlaufen als dem Synchronismus entspricht. Bei plötzlich ansteigender Belastung würde man nur die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine etwas zu steigern brauchen (ohne auf das Eintreten des Synchronismus zu warten) und die Motoren würden als Stromerzeuger arbeiten, die Stromimpulse

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Fig. 143. Inductor der Maschine Fig. 142.

würden sich von selbst völlig in Uebereinstimmung mit denen des äusseren Stromkreises bringen, obwohl die Geschwindigkeit der Maschine nicht synchron ist.

In Schweden hat Danielson²) 1892 derartige Yersuche angestellt, bei denen ein synchroner Drehstrommotor mit einem synchronen Drehstromerzeuger gekuppelt war. Der erstere wurde dann als Stromerzeuger angetrieben, während der letztere als Motor auf eine Bremse arbeitete. Es ergab sich bei diesen Versuchen, dass der asynchrone Motor nicht als Stromerzeuger dienen konnte, wenn der äussere Kreis nur aus Widerständen (Lampen) oder Widerständen mit Selbstinduction bestand.

Amerikanische Maschinen.

Die Westinghouse-Gesellschaft, die Eigenthümerin der Tesla’schen Patente, hat alle ihre Werkstätten in Pittsburg in sehr vollkommener Weise elektrisch mit Kraft versorgt und zwar unter Benutzung von

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Fig. 144. 500 P Maschinensatz der Westinghouse-Gesellschaft.

Zweiphasenstrom. Die Fig. 144 zeigt eine der Krafteinheiten, bestehend aus einer 500pferdigen Dampfmaschine, direkt gekuppelt mit einer von der Gesellschaft gebauten Compoundmaschine. Die 14 Pole des Feldmagnets sind aus gestanzten und zusammengebolzten Stahlblättern aufgebaut und fest mit dem gusseisernen Joch verbunden. Die Erregerspulen liegen in einem einzigen Stromkreis, die Regelung geschieht durch einen rotirenden Umformer, welcher den gesammten

Erregerstrom liefert. Die Abmessungen der Maschine sind 2,4 x 2,65 m Grundfläche und 2,5 m Höhe. Der Anker ist aus geschlitzten Blechen zusammengebaut und auf einem Armkreuz befestigt. Für eine reichliche Luftkühlung während des Ganges ist gesorgt. Die Ankerstäbe werden in den 92 am Umfang angeordneten Schlitzen durch Streifen aus harter Isolationsmasse, welche in seitliche Ausbuchtungen der Schlitze eingeschoben werden, festgehalten, so dass Bindedrähte überflüssig sind. Die Ankerwickelung ist wie bei den Gleichstrommaschinen eine Wellen Wickelung ähnlich dem Schema Fig. L, Taf. III, nur mit dem Unterschied, dass sie in sich geschlossen ist und vier Verbindungen von vier um 90° auseinanderliegenden Punkten an vier Schleifringe geführt sind, von denen der Strom durch Kupferbürsten abgenommen wird. Die Schleifringe (Fig. 145) sind durch überstehende Hinge aus Isolir-material von einander getrennt und 38 mm breit bei 140 mm Durchmesser. Es sind vier Bürstenhalter vorhanden, je zwei für jede Phase, deren jeder zwei Bürsten trägt, zum Zweck einen dauernden Contact zu sichern. Diese Maschinen leisten bei 215 Umdrehungen in der Minute 400 Ampere in jeder der beiden Phasen zu 240 Volt, die Periodenzahl ist 25 in der Secunde. Die Maschinen sind für gewöhnlich parallel geschaltet.

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Fig. 145. Schleifringe.

In der neueren Zeit hat die Gesellschaft für Mehrphasenmaschinen andere Typen hergestellt, darunter Ausführungen von bedeutender Grösse. Die bemerkenswertesten darunter sind die für die Cataract Company am Niagara gelieferten zweiphasigen Maschinen. Diese Anlage ist die grösste unter den jetzt zahlreichen Kraftstationen, welche in den letzten Jahren in Amerika entstanden sind und mit Mehrphasenströmen arbeiten für Kraftübertragung auf weite Entfernungen wie zum Betrieb von nahegelegenen Fabriken und zur Beleuchtung.

Der allgemeine Entwurf der Niagara-Generatoren lehnt sich an die „Schirmgattung“ genannte Maschinenform an, welche von der Oerlikon-Gesellschaft schon Vorjahren, als Brown dort noch Oberingenieur war, gebaut wurde, weist aber das besondere von Forbes herrührende Merkmal auf, dass der umlaufende Feldmagnet ein äusserer den inneren festen Anker umgebender Stahlcylinder mit radial nach innen vortretenden Polen ist. Diese der gewöhnlichen entgegengesetzte Anordnung vereinigt grosse Festigkeit mit grosser Sctnvungwirkung, was bei Maschinen mit Turbinenantrieb sehr wesentlich ist. Sie hat noch den weiteren Yortheil gegenüber den Maschinen mit nach aussen vorspringenden umlaufenden Polen, dass die Centri-

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Fig. 146. Senkrechter Schnitt durch einen zweiphasigen Stromerzeuger von 6000 P der Kraftstation am Niagara. Maassstah 1 : 50.

5000 P — war bis dahin

fugalkräfte hier nicht auf Trennung der Polkerne und der Wickelung vom Sternrad wirken, auch durch die nach innen gerichteten magnetischen Zugkräfte ausgeglichen werden. Diese Anordnung wurde auch bei all den Abänderungen, denen der erste Entwurf noch bis zur end-giltigen Feststellung unterzogen wurde, beibehalten. Eine Wechselstrommaschine von solcher Leistung noch nie gebaut worden. Aber alles, was Amerika und Europa an Intelligenz auf dem Gebiete der Technik besass, wurde zur Lösung

dieser Aufgabe herangezogen, deren Ergebniss alsdann in weitestem Maasse der kritischen Beurtheilung von Fachmännern übergeben und so schliesslich eine nach jeder Hinsicht befriedigende Maschine erzielt. Sechs solcher Maschinen von je 5000 P bildeten die erste Anlage. Die Figuren 146 und 147 stellen eine dieser Maschinen dar, Fig. 148 eine Ansicht der Centrale.

Der Feldmagnet ist ein aus einem Stück bestehender Nickelstahlring, von dessen innerer Peripherie 12 Polkerne vorstehen.

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Quadrant links unten: Ansicht von oben, nachdem der Stromabgeber entfernt worden ; rechts unten: dasselbe,¹ nachdem der kegelförmige Träger entfernt worden; rechts oben: Schnitt durch Anker und Feldmagnet; links oben: Schnitt durch das Fussgestell.

Fig. 147. Grundriss des zweiphasigen Stromerzeugers von 5000 P der Kraftstation am Niagara.

Dieser Bing ist an einem schirmförmigen Gestell aufgehängt, das an dem Kopf der senkrechten Turbinenwelle befestigt ist. Die etwa 55 m lange Welle tritt durch ein bronzenes Lager, welches von fünf nach innen vortretenden Armen eines gusseisernen Lagerringes getragen wird. Dieser letztere, welcher den inneren feststehenden

Anker trägt, ist seinerseits an einem äusseren cylindrischen Mantel aus Gusseisen stellbar befestigt, der auf dem ringförmigen Fundament steht. Der Kern des Ankers ist aus dünnen schmiedeeisernen Blech-

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Fig. 148. Ansicht der Niagara Kraftstation.

Segmenten aufgebaut, wie aus Fig. 147 zu erkennen ist. Am Umfang sind 187 Schlitze angebracht, in denen je zwei Leiter untergebracht sind. Diese haben rechteckigen Querschnitt von 11,1 x 33,3 mm², die Kanten sind leicht abgerundet. Als Isolationsmaterial ist mit

Rücksicht auf die hohe Spannung von 2000 Yolt ausschliesslich Glimmer verwendet. Die zweiphasige Wickelung besteht aus zwei von einander unabhängigen, nicht in sich geschlossenen Wellenwickelungen, deren 374 Leiter gleichmässig über den Umfang vertheilt sind. Die Lager sind mit Wasserkühlung versehen.

Die wirkliche Spannung ist 2250 Yolt bei 250 Umdrehungen in der Minute, die Stärke der beiden Ankerströme je 775 Ampere. Da 12 Pole vorhanden sind, ist bei dieser Geschwindigkeit die Periodenzahl 25 in der Secunde. Die Peldmagnetwickelung wird durch einen rotirenden Umformer mit Gleichstrom versehen, der durch zwei oben auf der Welle befestigte Schleifringe zugeführt wird,

Nachstehend sind einige Angaben über diese Maschinen zusammengestellt:

Leistung . . •............

Umdrehungen in der Minute........

Stromstärke bei voller Belastung in jeder Phase .

Spannung ...............

Zahl der Perioden in einer Secunde.....

Aeufserer Durchmesser des sich drehenden Feldes Aeufserer Durchmesser des feststehenden Ankers .

Stärke des Luftzwischenraumes zwischen Beiden .

Höhe über Fussboden..........

Zahl der Schlitze............

Zahl der Segmente jeder Kernscheibe.....

Zahl der Schlitze jedes Segmentes......

Eadiale Tiefe jedes Segmentes.......

Querschnitt der Leiter (nackt).......

Tiefe der Schlitze............

Breite der Schlitze...........

Peripheriegeschwindigkeit in der Secunde .    .    .

Zahl der Yentilationscanäle........

Weite der Yentilationscanäle........

Temperaturerhöhung bei dauernder Vollbelastung .

3500 KW, 250,

775 Ampere, 2250 Yolt,

25,

3,53 m, 2,62 „ 2,5 cm, 4,00 m,

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11,

17,

33,7 cm. 34,3x1,1 cm, 8 cm,

1,7 cm,

45 m,

6,

2,5 cm, 57° C.

Später wurde die Anlage noch durch vier ebenfalls von der Westinghouse-Gesellschaft gebaute Maschinen erweitert, die im Allgemeinen an Grösse und Bauart mit den zuerst gelieferten übereinstimmen, jedoch folgende Abweichungen aufweisen. Zunächst ist der Jochring etwas schwerer, woraus sich ein grösseres Trägheitsmoment, also ein grösserer Gleichförmigkeitsgrad ergiebt. Die Feldpole sind mit hochkantig gebogenem Flachkupfer von 25 mm Breite und 3,2 mm Dicke bewickelt, das nur durch Schellack und Glimmer isolirt ist. Auf jedem Pol sind vier Lagen über einander angeordnet,

zwischen denen Luftcanäle offen gelassen sind, das Ganze ist in ein Gerippe aus Messingguss eingeschlossen. Alle Wickelungen sind hinter einander geschaltet; der Widerstand beträgt 1,5 Ohm, der Erregerstrom bei voller Belastung 80, bei Leerlauf 50 Ampere. Die gussstählernen Polkerne sind zur Verringerung des Widerstandes des Luftzwischenraumes mit ebenfalls gegossenen grösseren Vorsprüngen versehen, so dafs etwa 70 °/₀ des Ankerumfanges von ihnen umfasst werden.

Fig. 149. Einzelheiten der neuen Niagaramaschinen.

Die neuen Anker haben zwölf Ventilationscanäle von je 12,7 mm Weite. Der gusseiserne Ankerrahmen hat senkrechte Canäle, durch welche Kühlwasser geleitet wird. Die Kernscheiben sind 6,5 mm dick, sie werden von stärkeren Endplatten zusammen gehalten und haben 322 Schlitze, demnach 13 und 14 Schlitze für jede Phase und jeden Pol. Ihr äusserer Durchmesser beträgt 4,32 m. In jedem Schlitz liegt ein Leiter von 51x5,6 mm Querschnitt mit abgerundeten Ecken; die Isolation besteht aus mehreren Lagen von Glimmer. Der Luftzwischenraum beträgt nur 19 mm. Pig. 149 zeigt die Anordnung. Die Endverbindungen bilden zwei Lagen von Spiralen in der Weise, dass zwei nicht in sich geschlossene von einander völlig unabhängige Wellenwickelungen entstehen. Die Eisenverluste bei der vollen Belastung von 3750 KW betragen 32,1 KW; der Kupferverlust im Anker 28,4 KW, in den Eeldwickelungen 7,4 KW. Hieraus ergiebt sich ein Wirkungsgrad von über 98 °/₀ (abgesehen von Reibungsverlusten). Die Kraftliniendichte ist um etwa 15 % grösser als bei den älteren Maschinen, die Zahl der Leiter 322 gegenüber 374 bei den älteren. Die Stromdichte beträgt 3 Ampere auf das mm². Die Maschinen geben kurzgeschlossen bei voller Erregung ungefähr das Doppelte der Stromstärke bei voller Belastung, da die Ankergegenwirkung ziemlich hoch ist. Die Erwärmung steigt bei voller Belastung ungefähr fünf Stunden lang und erreicht bei einer Ueber-lastung um 10 °/₀ ungefähr 47° C. über die Temperatur des Raumes. Weitere Angaben enthält die Electrical World vom 7. Januar 1899.

Die zweite grosse amerikanische Firma, die General Electric Company, baut verschiedene Muster von mehrphasigen Maschinen,¹)

1) Vergleiche die Abhandlungen in der Zeitschrift Electrical World, B. 27, S. 363 u. f. April 1896.

von denen einige nachstehend beschrieben und dargestellt sind. Fig. 150 zeigt den Anker einer Maschine, Type AP 14—150 — 514, d. h. einer Maschine mit vielen Zähnen auf jeden Pol, 14 Polen, 150 KW Leistung bei 514 Umdrehungen in der Minute. Bei der gezeichneten Maschine, einer Drehstrornmaschine, sind sechs Zähne für

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Fig. löO. Anker einer Drehstrommascliino der General Electric Company.

jeden Pol oder zwei Zähne für jeden Pol und jede Phase vorhanden. Die Bauart ist fast genau gleich der gewöhnlichen Schweizer Anordnung mit Trommelanker. Die Wickelungen werden durch Holzkeile in ihren Schlitzen.festgehalten und die spiraligen Endverbindungen durch Bindedrähte gesichert.

Um diese Maschinen selbstregelnd zu machen, werden zuweilen die Stromkreise in der in Fig. 151 dargestellten Weise geschaltet. Bei der gewöhnlichen Sternschaltung werden die drei Phasen an einen gemeinsamen Punkt geführt, hier dagegen sind die drei inneren Enden an einen einfachen dreitheiligen Com-mutator angeschlossen, welcher eine Compoundwickelung des Feldmagnets mit Strom versorgt. Der Commntator stellt, durch drei Widerstände im Nebenschluss zum Anker und dreht sich mit ihm. Ein weiterer Nebenschluss ist im äusseren Theile des Stromkreises angeordnet. Durch diese Einrichtung kann die Wirkung des Com-poundirens der jeweiligen Belastung angepasst werden. In Fig. 152 ist ein Stromerzeuger von 300 KW Leistung dargestellt mit einem Anker ähnlich dem in Fig. 150. Es ist eine 12polige Maschine für Riemenantrieb und 600 Yolt Klemmenspannung bei 400 Umdrehungen in der Minute. Die Höhe beträgt 2 m.

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STÄNDIGER NEBENSCHLUSS

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Umlaufender

Nebenschluss.

Fig. 151.

Schema eines compoundirten Drehstromgenerators.

In den meisten Fällen wird die umgekehrte Anordnung, bei welcher also der Feldmagnet sich dreht und der Anker feststeht, vorgezogen. Fig. 153 zeigt die Feldspule einer solchen Maschine mit 48 Polen, deren Wickelung aus hochkantig gebogenem Flachkupfer hergestellt ist. Die Bauart der Anker ist im wesentlichen die gleiche wie in den Figuren 110 und 111. Wenn der Anker für

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Fig. 152. 12poliger Stromerzeuger von 300 K W (1er General Electric Company.

hohe Spannungen bestimmt ist, werden die einzelnen Lagen der Kernbleche behufs Kühlung durch enge Luftspalten von 10—15 mm Weite von einander getrennt, in den Figuren 110 und 111 sieht man drei solcher Schlitze, durch welche die Blechscheiben in vier Gruppen getheilt werden.

Die General Electric Company hat das von Steinmetz herrührende sogenannte „monocyklische1,1 System ausgebildet. Dieses

System sollte das alte Einphasen-Wechselstromsystem der Stromverteilung ersetzen und den Vortheil bieten, dass Wechselstrommotoren, die bei voller Belastung anlaufen können, angeschlossen werden können, ohne dass die Grleichmässigkeit der angeschlossenen Lichtbetriebe gestört wird. Durch das Entgegenkommen der Electrical World sind wir in die Lage versetzt, eine kurze Beschreibung dieses Systems und einige zeichnerische Darstellungen zu geben. Die monocyklischen Stromerzeuger unterscheiden sich von den altbekannten Einphasenmaschinen nur dadurch, dass auf dem Anker zwischen den für die Ankerwickelung bestimmten Schlitzen noch eine zweite Reihe kleiner

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Fig. 153. Feldmagnetspule aus liochlcantig gebogenem Flachkupfer.

und flacher Schlitze angeordnet ist, welche eine in Fig. 154 punktirte Hülfswickelung aufnimmt. Die Windungszahl dieser „Teazer“ genannten HiilfsWickelung beträgt nur den vierten Theil der Hauptwindungen und liefert daher auch nur ein Viertel der elektromotorischen Kraft der Hauptwickelung. Sie ist mit dem einen Ende an einen dritten Collectorring, mit dem anderen Ende an die Mitte der Hauptwickelung angelegt, wie das schematisch die Fig. 155 andeutet. Es ist hiernach klar, dass der Strom der Hülfswickelung ausser Phase mit dem Hauptstrom ist. Da ferner der Strom der Hülfswickelung durch die eine oder die andere Hälfte der Hauptwickelung zurückgeht, ist eine ziemlich starke Selbstinduction die unvermeidliche Folge. Hierdurch wird in dem Hiilfsstromkreis eine vergleichsweise hohe Impedanz hervorgerufen und die Strommenge begrenzt, indem die

Spannung in diesem Stromkreise herabgedrückt wird, wenn Strom entnommen wird, so dass die Leistung der Maschine im Wesentlichen

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Fig. 154. Monocyclischer Anker.

nur von dem Strom der Hauptwickelung herrührt, gerade wie bei dem alten Einphasensystem. Mit anderen Worten, der Strom der

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Fig. 155.

Hülfswickelung ist fast gänzlich ein arbeitsloser Strom, der geeignet ist, Motoren, welche an eine mit der Hülfswickelung in Verbindung stehende Leitung¹ durch einen dritten Draht angeschlossen sind, zum Anlaufen zu bringen ohne in Wirklichkeit etwas zu der treibenden Kraft beizutragen, wenn der Motor seine normale Geschwindigkeit erreicht hat.

Die Teazerspannung kann nicht unmittelbar gemessen werden, da nur eine Klemme der Hülfswickelung zugänglich ist, wenn der Anker sich dreht. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Hauptleitungen bezw. den beiden äusseren Collectorringen ist nur von der Hauptwickelung abhängig. Die Potentialdifferenz zwischen dem mittleren (Teazer-) Collectorring und jedem der beiden Haupt-Collector-

GENERATOR

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MOTOR

Fig. 156.

MOTOR

Fig. 157.

ringe ist gleich der Differenz zwischen der Hülfsspannung und der halben Aussenspannung.

Da bei offenem Stromkreis die Spannung der Hülfswickelung ¹/i der Spannung der Hauptwickelung beträgt, und der Phasenunterschied zwischen Beiden 90° beträgt, so ist die relative Spannung

V(ł)* + (łT! = 0,57

oder, wenn die Gesammtspannung zwischen den Hauptleitungen 2000 Volt und die der Hülfswickelung 500 Volt beträgt, wird jede Hälfte der Hauptwickelung 1000 Volt erzeugen, während die gemessene Potentialdifferenz zwischen jeder Hauptleitung und der Hülfsleitung ungefähr 1140 Volt beträgt.

Zum Betriebe von Induktionsmotoren wird die Primärspannung entweder durch zwei gleich grosse Transformatoren umgewandelt, wie

in Fig. 157 dargestellt, oder es wird ein grosser Transformator benutzt, der mit einem kleinen Teazertransformator verbunden ist, Fig. 156.

Das Diagramm der elektromotorischen Kräfte bei der Anordnung nach Fig. 155 zeigt die Fig. 158, in der a b die primäre Hauptspannung und c d die primäre Teazerspan-nung bedeutet. Die gestrichelten Linien ac und bc stellen die resultirenden Spannungen zwischen den Haupt- und den Hülfsleitungen dar, zwischen Beiden ist ein Phasenunterschied

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Fig. 158.

von etwas weniger als 60°.

Die Abmessungen der Haupt- und Hülfsleitungen lassen sich für jeden besonderen Fall leicht bestimmen. Die Hauptleiter werden

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Fig. 159. Bauart der Schleifringe einer zweiphasigen Wechselstrommaschine.

wie für ein gewöhnliches Wechselstromsystem berechnet und dann das Yerhältniss zwischen dem Querschnitt der Hülfswickelung und dem der Hauptwickelung gleich gemacht dem Yerhältniss zwischen der Belastung durch Motoren und der Gesammtbelastung durch Motoren und Lampen. Beim Entwerfen solcher Maschinen muss daher

das Yerhältniss zwischen Motor- und Lampenbelastung des betreffenden Netzes annähernd bekannt sein.

Die Befestigung der Schleifringe auf den Wellen von Wechsel-strommaschinen und deren Verbindung unter einander muss sehr sorgfältig hergestellt werden. In Big. 159 ist eine von der Firma Alioth & Co. in Basel herrührende gute Befestigungsart dargestellt. Es sind hier vier Ringe über eine auf der Welle befestigte Hülse aus Rothguss aufgeschoben und unter Zwischenlegung von Isolirmaterial fest zusammen geschraubt. Jeder Ring ist mit passenden Durchbohrungen versehen, durch welche die einzelnen isolirten Zuleitungen zu den betreffenden Ringen geführt sind. Im vorliegenden Falle stehen die einzelnen Ringe frei, der Raum zwischen ihnen ist frei geblieben. Andere Firmen füllen ihn in der Weise mit isolirendem Material aus, dass dieses über die Fläche der Schleifringe hinausragt und diese von einander scheidet. Derartige Constructionen sind in den Figuren 145, 150 und 152 dargestellt.

Kapitel VI.

¹

Proc. Inst. Civil Engineers, B. 133, 1897/1898.

²

Electrical "World (N. Y.), Januar 1893, S. 44; ferner Eleetrical Review (London), Bd. 32, S. 169.

Bau der mehrphasigen Motoren.

Die mehrphasigen Motoren können in synchrone und asynchrone Motoren unterschieden werden.

I. Synchrone Motoren.

Im Allgemeinen ist die Bauart der synchronen Motoren die gleiche wie die der Stromerzeuger, sie haben besonders erregte Magnetfelder und drehen sich in genauem Synchronismus mit dem magnetischen umlaufenden Feld, welches durch die Ankerströme erzeugt wird. Sie bieten den Vortheil, dass sie, wenn ihr Magnetismus besonders erregt ist, im Stromkreis einen geringeren Spannungsabfall hervorrufen, als die Inductionsmotoren. Wenn sie übererregt sind, gleicht ihre Gegenwirkung die Selbstinduction mehr als aus und bewirkt ein Voreilen des Stromes in der Phase gegenüber der elektromotorischen Kraft. Die Eigenschaften der mehrphasigen Synchronmotoren sind, abgesehen vom besseren Anlaufen und der gleichmässigeren Zugkraft, genau die gleichen wie die der als Motoren gebrauchten Einphasen-Wechselstrommaschinen: indessen geben sie, gleiche Grösse und gleiches Gewicht sowie gleich grosse Ankererwärmung vorausgesetzt, eine grössere Leistung. Mit anderen Worten ihr Gesammtwirkungs-grad ist grösser. Weiteres über die Eigenschaften von Synchron-motoren ist in des Verfassers Werke: Die Dynamoelektrischen Maschinen, sechste (deutsche) Auflage, zu finden.

Einiges möge noch an dieser Stelle über ihre allgemeine Bauart Erwähnung finden. Da diese Maschinen nichts anderes sind als Wechselstromerzeuger, die in umgekehrtem Sinne als Motoren verwendet werden, so trifft alles, was über die Arten der Ankerwickelung dieser Maschinen gesagt ist, auch auf die Ankerwickelung dieser Motoren zu, gleichgültig, ob sie für Zwei- oder Mehrphasenbetrieb bestimmt sind. Man betrachte z. B. den in Fig. 160 dargestellten Anker und vergleiche ihn mit den Figuren 91, P (Tafel III) und Tafel XI. Man erkennt, dass es ein Anker mit 48 Löchern ist, dessen Wickelung in zwei Sätzen oder Reihen angeordnet ist, deren

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j 6poliger Feldmagnet I’ für 2 Phasen.

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4poliger Feldmagnet für Drehstrom.

Fig. 160. Synchronmotor.

jede sechs Gruppen umfasst, jede Gruppe besteht aus einer inneren vier zwischenliegende Löcher umspannende Spule und einer äusseren, welche sechs zwischenliegende Löcher umgreift, wie die Wickelung in den Figuren D (Tafel III) und P (Tafel IV). Wenn dieser Anker für einen Zweiphasenmotor verwendet wrerden soll, so muss, da 12 Spulen (jede doppelt) vorhanden sind, der Feldmagnet sechspolig

sein, wie im oberen Theil der Figur gezeichnet ist, dann entfallen 2 Spulen auf jeden Pol. Soll der Anker für einen Dreiphasenmotor benutzt werden, so müssen 3 Spulen auf jeden Pol entfallen, also der Feldmagnet vierpolig sein, wie im unteren Theil der Figur dargestellt ist.

Es giebt eine Methode, Synchronmotoren selbstanlaufend zu machen, wenn man nämlich den umlaufenden Feldmagnet mit einem sog. Dämpfer versieht, einem System von kurzgeschlossenen Leitern, die in den Polschuhen eingebettet sind, wie das die Figuren 340/341 bei einem ursprünglich von Hutin und Leblanc entworfenen Stromerzeuger zeigt.

II. Asynchrone Motoren.

Die asynchronen Motoren, oftmals auch Inductionsmotoren genannt, sind eine sowohl in der Bauart als auch in der Wirkungsweise besondere Form. Sie haben im Allgemeinen einen äusseren festen Theil, der dem Anker eines Stromerzeugers oder dem Anker eines der oben beschriebenen Synchronmotoren ähnelt. Er empfängt die Mehrphasenströme von der Leitung und ist demnach in Wirklichkeit der Anker des Motors. In diesem festen Theil dreht sieli ein Theil, der die Stelle des Feldmagnets einnimmt, jedoch nur durch Induction seitens des umgebenden Ankers magnetisirt wird: daher die Bezeichnung Inductionsmotor. Dieser innere Theil dreht sich stets mit einer Geschwindigkeit, die geringer ist als dem Synchronismus entspricht, aber im Allgemeinen nur um wenige Procente unterhalb des Synchronismus bleibt. Wenn dieser Theil aus irgend einem Grunde sich mit einer dem wirklichen Synchronismus entsprechenden Geschwindigkeit drehte, würde er keinerlei inductiven Antrieb seitens des Ankers mehr erfahren, und würde nicht im Stande sein, ein Drehmoment auszuüben. Das Maass, um welches die Drehungsgeschwindigkeit hinter dem Synchronismus zurückbleibt, nennt man den Schlipf; je grösser — innerhalb einer bestimmten Grenze — der Schlipf ist, desto grösser ist die Zugkraft, oder umgekehrt, je grösser die Belastung eines solchen Motors ist (bis zu einer bestimmten Grenze), um so grösser ist die Leistung des Motors.

Wir wollen nun näher prüfen, wie diese Wirkung bei Verwendung von mehrphasigen Strömen entsteht.

Nehmen wir eine besonders erregte Dynamomaschine, schliessen den Anker kurz und versuchen, diesen im magnetischen Felde zu drehen, so werden wir finden, dass bei der Drehung des Ankers

Widerstand zu überwinden ist. Dies kommt daher, weil bei einer Bewegung des Ankers relativ zum Feldmagnet die kurzgeschlossenen Ankerleiter die Kraftlinien schneiden und in ihnen Ströme erzeugt werden, welche durch ihre magnetische Gegenwirkung der Bewegung widerstreben. Wenn wir den Feldmagnet drehten, so würde der Anker sich gleichfalls drehen und die anfängliche Lage zum Anker wiederzugewinnen und beizubehalten das Bestreben haben. Dasselbe würde eintreten, wenn wir das magnetische Feld drehen könnten, ohne das Eisen des Feldmagnets zu bewegen; die die Ankerleiter schneidenden Kraftlinien würden in diesen Ströme erzeugen, welche auf den Anker ein gerade so grosses Drehmoment ausüben würden, als erforderlich wäre, den Anker mit der gleichen Geschwindigkeit in einem feststehenden magnetischen Felde zu drehen.

Wie wir im III. Kapitel sahen, geben uns nun mehrphasige Ströme ein sehr bequemes Mittel, ein Drehfeld hervorzubringen, ohne dass die den Strom führenden Wickelungen sich bewegen; sie ermöglichen uns also einen Motor in Drehung zu versetzen, dessen drehbarer Theil aus einem einfachen kurzgeschlossenen Anker ohne irgend welche Bürsten und Schleifringe besteht. Da die Ströme Wechselströme sind, so ergiebt sich daraus noch die fernere Möglichkeit, in einfachster Weise von hoher Spannung zu niedriger überzugehen, und umgekehrt, und bietet die Uebertragung von Kraft auf grössere Entfernungen geringere Schwierigkeit als bei Anwendung von Gleichstrom. Hauptsächlich -wegen dieses Vortheils sind die Mehrphasenmaschinen so sehr in Aufnahme gekommen.

Der Mehrphasenmotor besteht demnach im Wesentlichen aus zwei Theilen: erstens aus dem Theil, dessen Wickelung die Ströme vom Stromerzeuger aufnimmt, und Magnetpole erzeugt, die sich in Bezug auf die Wickelung drehen; und zweitens aus einem Theile, der die von den umlaufenden Polen vorwärts geschobenen Leiter trägt. Der erstere Theil steht gewöhnlich fest, wir nennen ihn den Ständer oder den primären Theil, den zweiten nennen wir den Läufer oder secundären Theil. Es kann natürlich auch ein Motor so gebaut werden, dafs sich sein primärer Theil dreht und sein secundärer Theil feststeht, aber diese Anordnung erfordert dann Bürsten und Schleifringe, durch welche die Energie dem rotirenden Theil zugeführt wird und setzt die Wickelung und die Isolation der Wirkung der Centrifugalkraft aus. Aus diesem Grunde hat diese Anordnung neuerdings auch nur in besonderen Fällen Anwendung gefunden, obwohl sie den Vortheil bietet, dass der primäre Theil etwas weniger Material erfordert und etwas geringere magnetische Streuung aufweist.

In Maschinen mit feststehendem primären Theil dreht sich das Feld mit grosser Geschwindigkeit und der drehbare Theil folgt nach, bis er vollständig oder nahezu synchron mit dem Felde läuft; der Magnetismus, der im drehbaren Theile inducirt wird, zeigt das Bestreben, eine in Bezug auf die sich drehende Metallmasse feste Richtung beizubehalten.

In Motoren der anderen Art, mit drehbarem primären Theil, ist der letztere selbst bestrebt, entgegengesetzt zur Richtung des magnetischen Feldes, das er selbst erzeugt, umzulaufen; demnach sucht er in der feststehenden Masse des secundären Theiles Magnetismus einer bestimmten Richtung zu erzeugen. Indessen nur in dem Falle, dass der Synchronismus wirklich erreicht wird, nimmt der Magnetismus in dem secundären Theile eine unveränderliche Richtung gegen die der Induction unterworfene Masse an.

In allen anderen Fällen dreht sich der Magnetismus langsam gegen die Masse des secundären Theiles, und zwar mit einer Geschwindigkeit gleich der Differenz zwischen den Geschwindigkeiten des Feldes und der wirklichen Bewegung des drehbaren Theiles.

Läufer und Ständer.

Diese Betrachtungen legen die Frage nahe, welcher von beiden Theilen, der inducirende oder der der Induction unterworfene, in Wahrheit ein Anker oder ein Feldmagnet genannt werden kann. In gewöhnlichen Gleichstrom- und Wechselstrommaschinen wird, wie wir wissen, diese Frage nicht nach dem zufälligen Umstande beantwortet, ob der Theil sich dreht oder still steht, sondern das Kennzeichen ist, ob der Magnetismus in Bezug auf die Metallmasse eine unveränderliche oder eine veränderliche Richtung besitzt.

Im Feldmagnet jeder Dynamomaschine, jedes Motors und jeder Wechselstrommaschine liegt die Richtung des Magnetismus in Bezug auf den Eisenkern fest.

Im Anker jeder Dynamomaschine, jedes Motors und jeder Wechselstrommaschine wechselt der Magnetismus seine Richtung gegen die Metallmasse fortwährend.

Ausserdem ist beim Motor der Anker derjenige Theil, der den aus der Leitung kommenden Strom aufnimmt.

Daher dürfen wir den primären Theil des mehrphasigen Motors, der den Strom empfängt, als dem Anker entsprechend ansehen,

während der andere Theil, in dem der Magnetismus nahezu eine feste Richtung gegen die Metallmassen hat, dem Feldmagnet entspricht; es ist in der That ein Feldmagnet, der nicht durch irgend welche besondere Ströme oder durch einen gleichgerichteten Theil des Hauptstromes erregt wird, sondern dessen Magnetismus von den in ihm selbst inducirten Wirbelströmen herrührt.

Da es nun im Betriebe gebräuchlich ist, den drehbaren Theil Anker zu nennen, so findet man regelmässig den umlaufenden Theil des mehrphasigen Motors als Anker beschrieben. Dennoch ist in Wirklichkeit in fast allen mehrphasigen Motoren — vergl. z. B. Fig. 235 — 237 und 242 — der Anker derjenige Theil, der still steht und den drehbaren Theil umgiebt.

Um nun in dieser Beziehung alle Verwechselungen zu vermeiden, wollen wir allgemein bei der Beschreibung der mehrphasigen Motoren die Benennungen Anker und Feldmagnet nicht gebrauchen, sondern den drehbaren Theil Läufer und den feststehenden Theil Ständer nennen.

Sowohl der Ständer wie der Läufer werden gewöhnlich aus weichen Eisenblechscheiben aufgebaut, die zur Aufnahme der Wickelung durchbohrt sind.

Die Figuren 161 u. 162 zeigen die gestanzten Scheiben eines vierpoligen Zweiphasenmotors zu 6 P. Man sieht, dass die Löcher ganz nahe an dem äusseren Umfang des Läufers und dem inneren Rand des Ständers angebracht sind, so dass nach der Bearbeitung nicht mehr als ein dünner Span Eisen bleibt, durch den magnetische Streuung stattfinden kann. Andere Formen zeigen Fig. 220 und Tafel XIII. Fig. 161 ist ein Schnitt durch den Motor parallel zur Achse, welcher den Aufbau der Kernscheiben zeigt. Der Läufer endigt auf jeder Seite mit einer kräftigen Metallplatte. Die Abbildung zeigt, dass die Kupferstäbe in Papierhülsen gesteckt und an ihren Enden durch breite Kupferbänder kurzgeschlossen werden, welche eine grosse kühlende Oberfläche darbieten. Tafel XIII zeigt die Ständer- und Läuferbleche eines Motors neuerer Bauart der Firma Kolben & Co.

Soviel wäre über die Bauart der Eisentheile von Läufer und Ständer gemeinsam zu sagen; wir wollen diese beiden Theile jetzt jeden für sich und in grösserer Ausführlichkeit betrachten.

Bau des Ständers.

Die wichtigste Aufgabe des Ständers ist die, ein Magnetfeld zu erzeugen, dessen Kraftlinien von der inneren cylindrischen Oberfläche

in radialer Richtung austreten und, nachdem sie einen Tlieil des Läufers durchsetzt haben, wieder radial in den Ständer eintreten,

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Fig. 161 und 162. Ständer und Läufer, entworfen von Brown.

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wie in Fig. 163 dargestellt ist. Dadurch werden Nord- und Südpole erzeugt, welche sich rasch auf der Oberfläche des Ständers bewegen

und auf die Leiter des Läufers ziehend wirken, wie es ein einfaches rotirendes Feld thun würde. Die Zahl dieser Polpaare ist abhängig von der Wechselzahl, für welche der Motor entworfen ist, und der

Geschwindigkeit, mit welcher er sich dreht. (Vergl. Kap. XI.)

Fig. 163. Kraftlinienverlauf in einem 4poligen Ständer.

Wickelungsarten. Es ist klar, dass das einfachste Mittel, ein Feld zu erzeugen, dessen Kraftlinien radial aus der inneren Fläche des Ständers austreten, darin besteht, Wickelungen in Löcher oder Schlitze nahe der inneren Fläche anzubringen, da in diesem Falle die magnetomotorische Kraft grade an derjenigen Stelle entsteht, wo sie gebraucht wird. Wenn der Draht von einem Loch zum nächsten über die äussere cylindrische Fläche des Ständers geführt ist, bildet er eine Kingwickelung, wie in den Figuren 49 u. 164. Meist jedoch und besonders bei grossen Motoren geht der Draht von einem Loch

Fig. 164 und 165. Schematische Darstellung einer Ringwickelung und einer Trommelwickelung auf einem Ständer.

zum nächsten über die Endflächen des Ständers, wie in den Figuren 160, 165 u. 166, und bildet damit eine Trommelwickelung. Eine Ringwickelung auf dem Ständer hat eine grössere magnetische Streuung als eine Trommelwickelung und bietet grössere Schwierigkeiten bei dem Entwurf in Bezug auf die mechanische Ausführung. Dazu kommt, dass bei grossen Ausführungen sehr viel mehr Draht erforderlich ist, wenn man ihn über die äussere Fläche zurückführt als wenn man ihn von einem Loch zum andern über die Stirnfläche führt. Die Figuren 164 u. 165 dienen zum Vergleich der beiden Wickelungsformen.

Fig. 166 ist ein der Fig. 49 ähnliches Schema mit Spulen von nur je einer Windung, welche durch Bohrungen des Eisens geführt sind; die Windungen der beiden Phasen sind durch starke und schwache Linien unterschieden.

Fig. 165 zeigt denselben Eisentheil mit Trommelwickelung, wobei die Bichtung des Stromes in den wirksamen Leitern ungeändert bleibt. Die Punkte in den Bohrungen bezeichnen Ströme, die aufwärts fliessen, die Kreuze solche, die abwärts durch die Ebene des

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Fig. 166. Schematische Darstellung der Wickelung eines vierpoligen und eines zweipoligen Ständers.

Papieres fliessen. Nun wollen wir uns vorstellen, der Ständer werde längs einer Linie CD aufgeschnitten und zu einem Bogen von weit grösserem Halbmesser aufgebogen; dann soll eine Anzahl ebensolcher Stücke an einander gesetzt werden. Was wir dann erhalten, zeigt

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Fig. 166, und es ist im Wesentlichen dasselbe, wie die Bewickelung des in Fig. 241 dargestellten Brown’schen zweiphasigen Motors.

Der Draht in jeder Spule, wie der durch die Löcher 3 und 6, kann mehrmals durch dieselben Löcher gezogen werden, so dass ebenso viel Windungen entstehen, ehe er zu dem nächsten Löcherpaare weitergeht. So kommt z. B. die Windung des eben erwähnten Brown’schen Motors bei 3 herauf, geht bei 6 herab, auf zu 3 und ab zu 6 mehrmals wiederholt, geht dann hinauf zu 2 und führt wieder mehrmals durch 2 und 7, ehe sie zu 3 weiter geht u. s. w.

11

Thompson, Mehrphasenströme.

Die Wickelung ist auf eine Ebene abgewickelt in Fig. 167 gezeichnet; jede Spule enthält hier nur zwei Windungen.

Eine derartige Wickelung wird häufig für grosse vielpolige Zweiphasenmotoren verwendet. Wenn die Zahl der Pole gering ist, ist es üblich die Windungen jeder Spule über eine Reihe von Löchern auszubreiten, wie dies in Fig. K Taf. III zu sehen ist, nur sind die dort gezeichneten] Schleifringe bei einem Ständer nicht erforderlich.

Aus den Figuren 166 u. 167 sieht man, dass die Spulen so angeordnet sind, dass die Leiter jeder Schleife zunächst den Leitern einer andern Schleife der gleichen Phase liegen; so z. B. in den Löchern 2 und 3. Bei Motoren mit nur 4 Polen und besonders bei Dreiphasenmotoren ist es zweckmässig, alle diese nahe bei einander liegenden Leiter in eine Spule zu legen, also z. B. die in den Löchern 2, 3, 6 und 7 liegenden Leiter zu einer einzigen grossen Spule zu vereinigen. Auf S. 84 haben wir eine derartige Wickelung eine hemitropische genannt. Der auf Taf. XIII dargestellte 4polige Dreiphasenmotor von Kolben & Co. zeigt eine solche Wickelung, deren Schema in Fig. 168 dargestellt ist. Es ist eine Schleifen Wickelung, bei welcher jede Schleife durch drei Paar Löcher geführt ist, wie in Fig. 88; die drei Phasen sind in Sternschaltung. Bei einem derartigen Schema, wie in Fig. 168, muss man sich vergegenwärtigen, dass der Draht durch ein Paar Löcher mehrmals geführt ist, bevor er zum nächsten gelangt; so gebt in Fig. 168 der Draht von Loch 10 zu Loch 3, von da zurück nach 10, und so weiter in mehreren Windungen (je nach Spannung der Maschine), bevor er nach Loch 11 gelangt. Eine solche hemitropische Schleif en Wickelung in Sternschaltung, wobei jede Schleife durch 3 Paar Löcher geht, ist geeignet für einen Motor, wie er auf Tafel XI dargestellt ist, der 48 Löcher in den Ständerblechen besitzt. Diagramme von Wellenwickelungen werden später bei der Betrachtung der Läufer gegeben werden, da Wellen Wickelungen hauptsächlich bei den Läufern angewendet werden.

Hierbei ist es zweckmässig, sich die auf Seite 86 — 98 gegebenen Wickelungsarten für mehrphasige Stromerzeuger ins Gfedächtniss zurückzurufen. Xicht alle die auf den Tafeln III und IV zur Darstellung gebrachten Wickelungsarten sind für Ständer von Inductions-motoren zweckmässig. Im Allgemeinen sind hierfür ungeeignet die Wickelungen, die in wenigen grossen Schlitzen liegen, bei denen also grosse Zähne in den Blechen vorhanden sind; es sind vorzuziehen diejenigen Arten, bei welchen die Bleche mehrere kleine Schlitze für jeden Pol haben, und die Wickelung vertheilt ist.

Die Anzahl der Leiter, welche in jedem einzelnen Falle in jedem Loch unterzubringen sind, hängt von der Spannung des zugeführten Stromes ab und wird später im Kapitel XI näher betrachtet werden.

Form der Bleche. Bei der Feststellung der günstigsten Form der Ständer- und Läuferbleche sind mehrere Forderungen zu berücksichtigen, welche einander widerstreiten, so dass zwischen ihnen ver-

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Fig. 168.

mittelt und durch Versuche festgestellt werden muss, welche Form am günstigsten ist. In erster Linie ist die Grösse der Kernstücke (also des Motors) gegeben durch den Raum, den die Wickelungen brauchen. Bei dem Bemühen, die Form und das Gewicht der Bleche klein zu halten, sind wir versucht, die zur Aufnahme der Wickelung bestimmten Löcher gross zu machen; hierin sind wir aber beschränkt dadurch, dass es wünschenswerth erscheint, den Querschnitt der Zähne möglichst gross und die Länge des magnetischen Kreises möglichst klein zu machen. Die Löcher dürfen daher nicht zu gross sein; auch ist es nicht erwünscht ihre Länge viele Male grösser als

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ihre Breite zu machen. In der Paxis hat es sich als günstig erwiesen, beim Ständer die Breite der Löcher um ein geringes grösser zu machen als der Abstand der Löcher von einander beträgt, beim Läufer dagegen werden die Löcher nicht so breit gewählt. Die Darstellungen in den Figuren 79, 161, 220, 221 und auf Tafel XIII zeigen verschiedene Formen von Löchern und Schlitzen, die von hervorragenden Firmen benutzt werden. In Figur 221 ist die Breite der Löcher mehr als doppelt so gross wie die Breite des dazwischen liegenden Eisens. Wenn das Eisen die Leiter vollständig umgiebt, also bei Löchern, wird die verbleibende Eisenstärke nächst dem Luft-zwischenraume auf das geringst mögliche Maass herabgedrückt, damit nicht zu grosse Streuungsverluste entstehen. Die Oerlikon-Gesellschaft beschränkt dieses Maass bei allen Motoren unter 10 P auf %

Wie weit die Verminderung der Stärke dieser dünnen

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Eisenbrücke getrieben werden kann, hängt von der Genauigkeit ab, mit der die Bleche gestanzt werden. Einige Firmen haben dann nach Fertigstellung des Läufers oder Ständers diese dünne Eisenbrücke noch durchgesägt und damit nachträglich den gelochten Läufer oder Ständer in einen solchen mit nahezu geschlossenen Schlitzen umgewandelt.

Yoranbewegung des Feldes.

Die Art, in der die magnetischen Pole längs der Fläche eines vielpoligen Ständers voranschreiten, der eine Wickelung der in Fig. 167 beschriebenen Art trägt, kann aus den Fig. 169 bis 172 ersehen werden, in welchen der Ständer gerade ausgestreckt statt gebogen dargestellt ist.

Die Löcher, durch welche die Leiter des Ständers gehen, werden durch die obere Reihe kleiner Kreise dargestellt, während die untere Reihe solcher Kreise die Löcher für die Leiter des Läufers angibt. Der Einfachheit wegen wollen wir zunächst voraussetzen, dass der Läuferkreis offen ist; später werden wir genauer die Wirkung untersuchen, welche ein geschlossener Läuferkreis hervorruft. Zwischen Ständer und Läufer sieht man einen Luftzwischenraum. Die Wickelung ist zweiphasig, und um die zu einem Kreise gehörigen Leiter zu kennzeichnen, sind die zu dem einen Kreise (wir wollen ihn Nr. 1 nennen) gehörigen Löcher stärker umrändert, als die anderen.

Im Uhrdiagramm links von jeder Figur zeigt der starke Strahl A die Phase des Stromes im Kreise Nr. 1 und der schwache Strahl B die Phase im Kreise Nr. 2. In Fig. 169 ist der Strom im Kreise

Fig. 169.

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Kr. 1 im Maximum und Nr. 2 führt keinen Strom. Die magnetischen Linien gehen durch das Eisen auf Wegen, die annähernd durch die Pfeile angegeben werden. Die magnetomotorische Kraft, welche die Spulen des Ständers an jedem Punkte längs der Fläche des letzteren ausüben, wird durch die eckigen Linien unter jeder Figur angegeben. Man gelangt dazu auf folgende Weise: In dem Raum zwischen den Löchern 7₀ und 2 herrscht eine gewisse magnetomotorische Kraft, welche von dem Strom in den Leitern 6 Ihr Betrag in irgend einem Augenblicke lässt sich darstellen durch die Projection des Strahles A auf eine senkrechte Linie (der Strom in den Spulen ist dieser Projection proportional).

2 und 3 herrührt.

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Wir können also die Gerade LM gleich der Projection von A ziehen; dann stellt MN annähernd die magnetomotorische Kraft an jedem Punkte der Fläche zwischen den Löchern 7₀ und 2 dar. Zwischen 2 und 3 ist die magnetomotorische Kraft Null; die Leiter auf der einen Seite heben die Wirkung der Leiter auf der anderen Seite auf. Zwischen 3 und 6 hat die Kraft die entgegengesetzte Richtung und wird durch die Curve PQRS unter der Nullinie dargestellt.

In Fig. 170 ist die Phase um yi6 der Periode vorangeschritten. Zeichnen wir nun für die Spulen des Kreises Nr. 1 eine Curve, die derjenigen der vorhergehenden Figur ähnlich ist, wobei Aa die magnetomotorische Kraft angibt, und eine ähnliche Curve für die Spulen des Kreises Nr. 2, wobei Bb als magnetomotorische Kraft gilt; die Summe dieser beiden Curven ist diejenige Curve, die unter Fig. 170 zu sehen ist.

In Fig. 171 ist die Phase abermals um ¹/₁₆-Periode vorangeschritten, so dass die Ströme in den beiden Kreisen gleich sind.

Die Summe der magnetomotorischen Kräfte zeigt die Curve unter dieser Figur. Nach einer weiteren yi0-Periode würde die Curve wieder eine unregelmässige Form wie in Fig. 170 annehmen; dies ist nicht dargestellt. Wieder nach yi6-Periode ist der Strom im Kreise Nr. 1 auf Null gesunken, und derjenige im Kreise Nr. 2 ist im Maximum, so dass die Curve (Fig. 172) derjenigen in Fig. 169 gleicht, aber über den Zwischenraum zweier Löcher gegen diese verschoben ist. Eine Viertelperiode später ist sie über zwei weitere Leiter hinweggegangen und nach einer weiteren halben Periode über alle acht Leiter; nun ist sie wieder in der Lage der Fig. 169 gegenüber dem nächsten Spulensatz. Die Pole sind durch einen vollen Wechsel gegangen.

Obgleich diese Curven annähernd die Vertheilung der magnetomotorischen Kraft angeben, so stellen sie doch nicht die Yertheilung der magnetischen Kraftlinien dar, denn bei den letzteren können solch plötzliche Aenderungen, wie sie den Ecken der obigen Curven entsprechen, nicht Vorkommen. Die natürliche Ausbreitung der Kraftlinien und der Umstand, dass sie bei ihrer Vorwärtsbewegung Leiter schneiden, wirken in dem Sinne, den Einfluss der Ecken in der Curve der magnetomotorischen Kraft zu beseitigen, so dass die Curve, welche die Dichte der Kraftlinien an jedem Punkte angibt, eine runde glatte Curve ist, nicht unähnlich einer Sinuscurve; ja sogar jede grössere Abweichung von der Sinuscurve würde eine Unregelmässigkeit sein, welcher die Ströme in den Leitern kräftig entgegenwirken würden, und wir dürfen demnach, ohne einen zu grossen Irrthum zu begehen, annehmen, dass die Vertheilung der Kraftlinien dichte einer Sinuscurve folge.

Wirkung des Läuferstromes. Wir sahen aus Eig. 169, dass die Mitten der Wellen der magnetischen Kraftlinien in der Mitte zwischen Leitern liegen, die Strom in entgegengesetzter Richtung führen, wenn die Leiter des Läufers stromlos sind. In Wirklichkeit sind aber die Läufer nicht stromlos und dieser Umstand ist für die Lage der Wellen der magnetischen Kraftlinien von grosser Wichtigkeit. Im nächsten Kapitel werden wir genau untersuchen, wie die Ströme von Läufer und Ständer gegenseitig auf einander einwirken. Hier genügt es, die dort entwickelten Ergebnisse soweit zu berücksichtigen, als sie die Bauart der einzelnen Theile beeinflussen.

Der Strom in den Läufer- und Ständerleitern mag nach der Zahl der auf die Längeneinheit des Läuferumfanges oder des Luftzwischen-raumes entfallenden Ampere betrachtet werden. Zum Beispiel sei hiernach die Zahl der Ampere auf die Längeneinheit des Luftzwischenraumes unter den Löchern 4 und 5 in Eig. 169 gleich Null. In Eig. 170 sind mehr Ampere unter den Löchern 2 und 3 als unter 4 und 5. Betrachten wir den Strom in dieser Weise, so finden wir, dass sowohl im Läufer wie im Ständer der Strom Bänder oder Wellen bildet. Im nächsten Kapitel werden wir nach weisen, dass diese Bänder oder Wellen im Läufer und Ständer nahezu gleich sind, dicht zusammen liegen, jedoch in entgegengesetztem Sinne gerichtet sind. Jedes Läuferstromband ist jedoch gegenüber dem zugehörigen Bande des Ständers um ein geringes Maass nach vorne verschoben, so dass, obwohl beide magnetisch entgegengesetzt wirken, doch eine kleine resultirende magnetomotorische Kraft verbleibt, welche ein Feld erzeugt, das in der in Fig. 173 dargestellten Weise vertheilt ist. Man sieht hieraus, dass die Yertheilung der von den Ständerstrom-bändern herrührenden Kraftlinien sehr verschieden ist von der in Fig. 169 dargestellten. Der Luftzwischenraum unter den Löchern 4 und 5 ist zwar noch einer sehr grossen magnetomotorischen Kraft von den Ständerwickelungen unterworfen, aber diese Kraft wird durch eine fast gleich grosse, aber entgegengesetzte magnetomotorische Kraft von den Läuferleitern aufgehoben. Diese direct entgegengesetzt gerichteten magnetomotorischen Kräfte verursachen eine magnetische Streuung auf jedem möglichen Wege. Die Yertheilung der Ströme im Läufer und Ständer ist so, dass die resultirenden magnetischen Kraftlinien um fast genau ein Yiertel des Spulenabstandes von der Lage verschoben sind, die sie einnehmen würden, wenn der Ständerstrom allein vorhanden wäre. Mit anderen Worten: bei voller Be-

Fig. 173.

lastung ist die Phase des Scheitelwerthes der resultirenden Kraftlinien um ungefähr ein Yiertel einer vollständigen Periode hinter dem Scheitelwerthe des maximalen inducirten Stromes verzögert.

Magnetische Streuung. Wir wollen die vereinigte Wirkung der Läufer- und Ständerströme auf das Entstehen des magnetischen Feldes noch eingehender verfolgen; besonders die Yertheilung der Kraftlinien in den Zähnen und dem Zwischenraum bedarf sorgfältiger Prüfung. Fig. 174 stellt einen solchen Fall deutlich dar. Die allgemeine Richtung der Kraftlinien, ihre Anhäufung im Eisen der Zähne, die Yerzerrung des Feldes durch die ungleichförmig vertheilten Ströme im Läufer und Ständer, die Schirmwirkung des die Schlitze umgebenden Eisens, die schräge Lage des Feldes im Luftzwischenraum, welche tangential treibende Kräfte hervorruft, alles dies ist in der Zeichnung erkennbar. Weniger deutlich ist die magnetische Streuung. In der That, da das Streufeld das allgemeine Feld überlagert, ist es nicht auf den ersten Blick erkennbar, dass Streuung vorhanden ist. Um dies klarer zu erkennen, wollen wir folgenden einfachen Fall betrachten. Es sei eine Eisenmasse, wie im oberen Theil der Fig. 175 dargestellt, mit einem Schlitz versehen, und dicht daneben ein zweites Eisenstück, wie im unteren Theil derselben Figur dargestellt, ebenfalls mit einem Schlitz oder Loch. Nehmen wir an, dass aus irgend einem Grunde magnetische Kraftlinien vom oberen Stücke Eisen nach dem unteren gehen. Die Wege der Kraft

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Fig. 174. Schematische Darstellung der magnetischen Verzerrung und Streuung.

linien sollen durch die 10 Linien angedeutet werden. Fünf von ihnen werden rechts und ebensoviel links an den Schlitzen Vorbeigehen. Wir betrachten dann dieselben Eisenstücke ohne das senkrechte Feld, nehmen aber an, dass durch Kupferleiter in den Löchern Ströme verlaufen (Fig. 176); die Kreuze und Punkte in den Leiterquerschnitten sollen in bekannter Weise die Richtung der Ströme andeuten. Diese Ströme würden um sich herum Felder erzeugen, deren Richtung durch die umgebenden Linien angedeutet wird, welche den von den Strömen

in einem einzelnen Ständer- beziehungsweise Läuferleiter herrührenden Magnetismus darstellen. Diese Linien, deren zwei um jeden Leiter gezeichnet sind, stellen reine Streufelder dar, da wieder die vom Läuferstrom herrührenden Kraftlinien den Ständerleiter, noch die vom Ständerstrom erzeugten Kraftlinien den Läuferleiter durchdringen. Solch ein Feld trägt also nichts zur Vergrösserung der Triebkraft bei, da keine Kraftlinien vom Läufer zum Ständer übergehen. Wenn wir nun das Feld von Fig. 176 über das der Fig. 175 überlagern, so erhalten wir das resultirende Feld der Fig. 177. Wir sehen, dass wie in Fig. 175 noch zehn Linien von oben nach unten verlaufen, aber sie sind nicht mehr symmetrisch vertheilt. Sieben von ihnen verlaufen an der rechten Seite des oberen Schlitzes, von diesen sieben kreuzen vier in schräger Richtung den Luftzwischenraum und bilden einen Tlieil der sieben links von dem unteren Loch verlaufenden

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Fig. 175.

Fig. 176.

Fig. 177.

Linien. Gemäss dem Grundsätze, dass in der Richtung der Kraftlinien eine Spannung herrscht, werden nun tangentiale Componenten der Kraft auftreten, welche den Läufer nach rechts und den Ständer nach links zu bewegen suchen. Durch die Umkehrung des hier für die Zusammensetzung der beiden Magnetfelder eingeschlagenen Verfahrens würde es möglich sein, das zusammengesetzte Diagramm der Figur 174 in zwei Diagramme aufzulösen, von denen das eine nur das abwärts gerichtete Feld darstellt, welches von der resultirenden magnetischen Wirkung aller Ständer- und Läuferströme der Maschine herrührt; das andere würde gleich der Figur 176 nur die Kraftlinien zeigen, die von den Einzelströmen in den Läufer- und Ständerleitern herrühren. Alle Kraftlinien, welche nur einen oder mehrere Leiter des einen Theils umgeben,' tragen nichts zur Triebkraft bei, sind also reine Stromverluste; sie stören nur die betreffenden Ströme, die sie umgeben. Es ist klar, dass das nächstliegende Mittel, diese Verluste

zu vermindern, darin besteht, den Luftzwischenraum zwischen Ständer und Läufer zu verkleinern und die Kupferleiter so dicht als möglich an die Oberflächen zu verlegen.

Jede Kraftlinie, welche von einem Zahn zu einem andern Zahn desselben Theils (also von Ständer zum Ständer oder vom Läufer zum Läufer) geht, ohne Leiter des andern Theils zu durchdringen, stellt einen Streuverlust dar. Trifft sie eine regelmässig quer durch den Zwischenraum verlaufende Kraftlinie, so verzerrt sie letztere und bewirkt damit auch insofern einen Verlust, als sie sie hindert, Leiter zu durchdringen, welche sie ohne die störende Beeinträchtigung der Streulinie berührt haben würde. Diese Verhältnisse werden im folgenden Kapitel an einem Beispiele noch näher erläutert, wo auch die Methode angegeben ist, durch welche die Grösse dieser Streuverluste bestimmt werden kann.

Fig. 178. Streufeld an den Polflanken.

Es gibt noch einen anderen Weg, auf welchem Streuverluste stattfinden, nämlich an den Seiten der Maschine. Dies ist in Fig. 178 dargestellt. Jede Streuung, die auf einem dieser beiden Wege stattfindet, bewirkt eine Vergrösserung der Selbstinduction der Ständerwickelung und daher eine Verminderung der Zugkraft (besonders beim Anlaufen) und des Wirkungsgrades der Maschine. Um diesen Verlusten zu begegnen, sollte das Eisen zwischen dem Luftzwischenraum und den Löchern bis auf das geringste Maass weggearbeitet werden. Einige Fabriken schneiden das Eisen an diesen Stellen ganz weg, obwohl dadurch dort zwar geringe aber sehr rasch verlaufende Wechsel der Kraftliniendichte entstehen, wenn die Zähne des Läufers an denen des Ständers Vorbeigehen. Im grossen und ganzen ist es daher vorzuziehen, die Oberfläche bei kleinen Motoren, die sehr genau bearbeitet werden können, glatt zu halten und eine sehr dünne Verbindung zwischen den Zähnen stehen zu lassen. Den in Figur 178 dargestellten Verlusten aus den Seiten der Maschine wird in etwas durch die magnetomotorischen Kräfte der aus dem Eisen vortretenden Leiter entgegengewirkt.

Aufbau der Kernscheiben. Wir ersehen aus dem Vorstehenden, welche Form den Kernscheiben des Ständers zweckmässig zu geben ist. Wenn die Maschine nicht zu gross ist, sollen die Kernscheiben als geschlossene Eisenringe ausgestanzt werden; bei grösseren Abmessungen müssen die Ringe aus einzelnen Stücken aufgebaut werden und zwar so, dass die radialen Ränder der einzelnen Stücke sich überdecken.

Das Zusammenpressen der Kernscheiben von Läufer und Ständer gegen einander geschieht gewöhnlich in der Weise, dass sie von massiven Metallstücken umfasst werden, welche entweder lose für sich aufgesetzt oder als einzelne feste aus dem Rahmen hervortretende Flanken ausgebildet sind. Das Ganze wird durch Bolzen fest zusammengeschraubt, welche entweder durch Löcher in den Kernscheiben hindurch gesteckt oder in Vertiefungen am äusseren Umfang eingelegt werden. Diese Bauart ist in Fig. 140 dargestellt. In anderen Fällen, besonders bei kleineren Maschinen, wird der Rahmen in einer Ebene senkrecht zur Achse getheilt und beide Theile, nachdem die Kernscheiben eingelegt sind, fest mit einander verschraubt, wodurch die Kerne festgeklemmt werden. Diese Verbindung ist in der auf Tafel XI dargestellten Maschine gewählt.

Es ist wünschenswerth, die äusseren Rahmentheile soweit als möglich aus dem Bereiche des Streufelder zu halten, es ist daher oft zwischen den äusseren Umfang der Kernscheiben und den Rahmen ein grösserer Zwischenraum vorgesehen (vergl. Fig. 198 und 238).

Kraftlinien dichte. Die höchst zulässige Kraftliniendichte 23 hängt von der Wechselgeschwindigkeit des Speisestromes ab. Der Energieverlust in den Eisenkernen während einer Periode, der von der Hystérésis herrührt, ist nicht proportional der Kraftlinienlichte. Steinmetz¹ 2) gibt folgende Formel für den Hysteresisverlust h in Erg auf das cm³ Eisen und für jede Periode bei der Kraftliniendichte 33:

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wo rj eine Constante, die sogenannte Hystérésis-Constante, von der Eisensorte abhängig ist, und zwischen 0,0024 für sehr weiches Eisenblech und 0,004 für gewöhnliches Eisenblech liegt. Diese Formel gilt für Geschwindigkeiten bis zu etwa 200 Perioden in der Secunde.

Aus Yersuchen mit wirklichen Transformatorenblechen wurde der Hysteresisverlust bei n Perioden in der Secunde zu

W= 0,0033 • 10—7 • n • SB¹’⁶ Watt auf das cm³ Eisen gefunden.

Ausser den Hystereseverlusten entstehen in den Kernscheiben noch Verluste durch Wirbelströme. Diese ändern sich mit dem Quadrate der Blechstärke, dem Quadrate der Periodenzahl und dem Quadrate der Kraftliniendichte. Eleming hat hierfür folgende Formel durch Rechnung erhalten:

V=W²Q3²n²10-¹⁶;

hier ist Y der Verlust in Watt auf das cm³ der Kernstreifen, X deren Dicke in mm. Hieraus ergibt sich der Gesammtverlust für Wirbelströme und Hystérésis zu

IF= 0,0033wS3h6 . io~7 _X²93²w²-10⁻¹⁰.

Bei einer Frequenz von 50 Perioden in der Secunde haben sich folgende Kraftliniendichten in den verschiedenen Theilen der Kernscheiben als vortheilhaft in der Praxis erwiesen:

Im vollen Eisenquerschnitt des Ständers 6 500 bis 8 000, je nach Grösse.

In den Zähnen des Ständers .... 9000 bis 11000, „    „    „

Im vollen Eisenquerschnitt des Läufers . 8 000 bis 12 000

In den Zähnen des Läufers

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Diese Angaben entsprechen einer Kraftliniendichte im Luftzwischenraum von 2500 bis 4500.

Bei einer Frequenz von 100 Perioden in der Secunde würde für die Kraftliniendichte nur etwa ²/₃ der oben angegebenen Werthe zu nehmen sein.

Aenderung des Feldes. Bei zweiphasigen Motoren ändert sich das von der Ständerwickelung erzeugte Feld in seiner Stärke während jeder Periode.

Bemerkenswerth ist, dass der Scheitelwerth der Curve in Fig. 171 grösser ist als der Scheitelwerth in Fig. 169; das Verhältniss beträgt -j/2:1.

Ebenso zeigt der Scheitelwerth der Kraftliniendichte das Bestreben, in seinem Werthe zu schwanken. Indessen wirken die Leiter des Läufers jeder Schwankung entgegen, so dass letztere nur ganz schwach sein kann.

M. v. Dolivo-Dobrowolsky gab 1891 die Curve, die in Fig. 179 dargestellt wird, wmrin die Wirkungen der beiden magneti-sirenden Ströme I und II eines einfachen zweiphasigen Motors addirt

sind; daraus entsteht ein Feld von wechselnder Stärke, welches die obere Curve zeigt, und dessen Schwankungen 40 Procent betragen.

In Fig. 180 werden solche Curven für einen dreiphasigen Motor dargestellt, worin die Aenderungen nur noch 14 Procent ausmachen. Je grösser die Zahl der Phasen, um so geringer werden diese Schwankungen. Dobrowolsky hatte damals die Ansicht, dass solche Schwankungen des Feldes im Motor nachtheilig wären und die Zugkraft verminderten, aber bei der jetzigen Anschauung über den einphasigen Motor scheint es nicht, als wenn sie schadeten. Die Schwankungen, soweit als sie noch eintreten, trotz der Gegenwirkungen der benachbarten Leiter, verhalten sich so, als wären über ein constantes Drehfeld mehrere feststehende Wechselfelder gelegt, deren Pole überall da liegen, wo eine Leitergruppe des einen Stromkreises an eine Leitergruppe des anderen Stromkreises anstösst, und deren Wechselgeschwindigkeit dieselbe ist, wie die des speisenden Stromes.

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Fig. 180.

Fig. 179.

Isolation der Ständerwickelungen. Die Isolation der durch die Löcher und das umgebende Eisen geführten Wickelung muss sehr sorgfältig ausgeführt sein. Kurzschlüsse sind bei Mehrphasenmotoren häufig eingetreten, selbst wenn diese Isolation weit stärker war als es die normale Linienspannung erforderte. Diese Kurzschlüsse treten besonders leicht an den Enden der Wickelungen ein und sind zweifellos auf elektrische Schwingungen zurückzuführen, welche beim Ein- und Ausschalten entstehen und durch die Capa-eität der Windungen verstärkt werden. Die Endverbindungen müssen aus diesem Grunde mit besonderer Sorgfalt isolirt werden. Röhren aus Micanit oder ähnlich sicherem Material sollten zum Ausfüttern der diese Wickelungen aufnehmenden Löcher ausschliesslich verwendet, und diese Windungen auch von den sie kreuzenden gut isolirt werden. Zur Auskleidung der zwischenliegenden Röhren kann bei Maschinen, die mit geringerer Spannung als 600 Volt arbeiten, auch präparirtes Papier oder Fiber verwendet werden.

Lüftung. Die Methode, die Leiter in Löcher einzubetten, lässt eine directe Lüftung der Leiter nicht zu; aber es kann doch viel geschehen, den Motor vor Ueberhitzung zu schützen, wenn man dafür sorgt, dass die Kernbleche auf allen Seiten bei der Drehung des Motors von Luft umspült werden, und wenn man deren radial nach aussen gerichtete Bewegung für diesen Zweck ausnutzt. Bei grossen Motoren wird das Gestell in seiner äusseren cylin-drischen Oberfläche durchbrochen, damit dieser Luftzug durch die vorstehenden Wickelungstheile und die Höhlungen hinter den Kernstücken des Ständers hindurchblasen kann. Auch zwischen den Kernscheiben sind bei vielen Maschinen in Abständen Lüftungskanäle geschaffen, so z. B. bei dem lOOOpferdigen Motor Tafel XII.

Bauart der Läufer. Von den Eisentheilen der Läufer ist bereits auf S. 158 die Bede gewesen, und in Figur 161/62 ist eines der Kernbleche eines 4 poligen Motors von 6 Pferd dargestellt. Bei kleinen Motoren werden die Kernscheiben unmittelbar auf die Welle gekeilt, bei grösseren Ausführungen werden sie auf einem Radstern befestigt. Um dessen Masse auf das geringste Maass zu beschränken und schädliche Wirbelströme in ihm zu verhindern, wird die Unterlage der Kernscheiben nicht als gleichmässiger Cylinder hergestellt, sondern aus mehreren gegen einander isolirten Theilen zusammengesetzt, die mit einander fest verbunden, aber nicht in unmittelbarer Berührung sind. Die Figuren 198 und 120/21 zeigen dies; aus den letzteren sieht man auch, wie die Kernscheiben durch stärkere Endplatten vermittelst durchgehender Schrauben zusammengepresst werden. Tafel XIV zeigt eine andere Art des Aufbaus des Radsterns.

Die Löcher für die Wickelung können geschlitzt oder rund sein; sie sind gewöhnlich zahlreicher vorhanden als beim Ständer und viel kleiner als bei diesem. Obwohl der Läufer auf die Längeneinheit des Umfangs fast ebensoviel Strom führt als der Ständer, nehmen doch die Leiter, da sie gewöhnlich aus massivem Kupfer hergestellt sind, nur halb soviel Raum ein, als für die isolirten Windungen des Ständers erforderlich ist. Hieraus erklärt sich der viel kleinere Lochquerschnitt beim Läufer. Die einzige.Isolation, die für dessen Leiter erforderlich ist, besteht aus einem dünnen Isolationsohr um die Kupferleiter, und selbst dies wird zuweilen weggelassen.

Zur Erreichung der besten mechanischen Wirkung müssen die im Läufer inducirten Ströme auf Wegen geführt werden, die in einem starken magnetischen Feld von passender Polarität angelegt sind.

Betrachten wir den einfachsten Fall, den eines Kupfercylinders, der sich in einem Drehfeld befindet, wie in Ferrari’s erstem Motor. Die Wirkung ist die gleiche, als wenn ein Paar Magnetpole auf entgegengesetzten Seiten des Cylinders aufgestellt wären und sich um letzteren drehten. Nehmen wir an, der Nordpol stehe vor dem Cylinder (Fig. 181) und bewege sich von rechts nach links (oder von oben gesehen wie der Zeiger der Uhr). Die Inductionswirkung ist dieselbe, als wenn der Pol still steht, während der Cylinder sich von links nach rechts dreht.

Dies erzeugt (nach den Grundsätzen, die auf Seite 4 erläutert worden sind) in dem Theil, der vor dem Pol vorbeigeht, elektromotorische Kräfte in der Richtung der beigesetzten Pfeile, aufwärts; daraus entstehen zwei Stromwirbel, welche in der Zeichnung (Fig. 181)

Fig. 182.

Geschlitzter Kupfercylinder.

Fig. 181.

In einem Kupfercylinder inducirte Wirbelströme.

angedeutet sind. Nun ist die mechanische Kraft, die ein strom-führender Leiter im magnetischen Felde erfährt, sowohl zu den Kraftlinien des magnetischen Feldes, wie auch zu der Richtung des Stromes senkrecht gerichtet. Derjenige Theil des Kupfers, der den aufwärts gerichteten Strom durch das Feld führt, wird seitlich nach links gedrängt, während die Theile, in denen der Strom wagrecht fliesst, nur auf- oder abwärts gedrängt werden, so dass sie zur Drehkraft nichts beitragen. Andererseits unterliegen diejenigen Theile des Kupfers, in denen der Strom abwärts fliesst — wenn sie im gleichen magnetischen Felde liegen — solchen Kräften, die den Cylinder in der entgegengesetzten Richtung zu drehen suchen. Es erhellt hieraus, dass man ein besseres Ergebniss erzielt, wenn man die abwärts gerichteten Ströme auf einen Weg leitet, auf dem sie durch ein magnetisches Feld geführt werden, dessen Richtung der des vorigen entgegengesetzt ist. Dann werden sie die Drehkraft verdoppeln.

Als ein erster Schritt in dieser Richtung wird es schon eine Verbesserung sein, wenn der Kupfercylinder parallel zur Achse mehrmals bis nahe an seine Enden geschlitzt wird, wie in Fig. 182, oder wenn er aus einer Zahl paralleler Stäbe, die an den Enden durch Ringe verbunden sind, zusammengesetzt wird.

Dobrowolsky, der, wie es scheint, als Erster diese Construction unter dem Namen Schlussanker eingeführt hat, dachte vermuth-lich, dass die Isolirung der Kupferstäbe vom eisernen Kerne von geringer Bedeutung sei; er betrachtete die Barren lediglich als Kupferadern in einer Eisenmasse.

Ein massiver Eisencylinder kann natürlich als Läufer dienen, da er in magnetischer Beziehung ausgezeichnet ist; aber der hohe elektrische Widerstand des Eisens lässt die inducirten Ströme sich

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Fig. 183. Kurzschluss- oder Trillerkäng-Anker.

nicht zu genügend grosser Stärke entwickeln. Der Eisencylinder wird also verbessert durch einen umgelegten Kupfermantel, oder indem man ihn in einen Trillerkäfig aus Kupferstäben setzt, wie in Fig. 183, oder indem man Kupferstäbe (die an den Enden durch Ringe kurz geschlossen werden) in Bohrungen ganz nahe an der Oberfläche des Cylinders einlegt. Aber da alle Wirbelströme, die in einer rund geschlossenen Bahn, wie in Fig. 181, verlaufen, in ihrer mechanischen Wirkung weniger vortheilhaft sind, als Ströme, denen geeignete Wege angewiesen sind, und da sie, ob nun mechanisch vortheilhaft oder nicht, Arbeit verzehren und dafür Wärme ausgeben, so ist es immer besser, wie Brown gefunden hat, eine sorgfältigere Construction zu verwenden, nämlich den Eisenkern aus dünnen Scheiben oder Ringen von weichem Eisenblech aufzubauen, die unter einander nur leicht, von den Kupferstäben des leitenden Stromkreises aber gut isolirt sind. So erhalten wir die Form der Fig. 183, einen

12

Thompson, Mehrphasenströme.

Läufer, der allgemein für kleine Motoren und selbst für ganz grosse verwendet wird, ein Trillerkäfig aus Kupferstäben, die in einen zer-theilten und isolirten Eisenkern eingesetzt und an jedem Ende durch einen Ring von Kupfer (oder in einigen Fällen aus Neusilber) kurz geschlossen sind.

Aber zu dieser einfachen Form gelangte man nicht ohne Versuche. Einige Untersuchungen von C. E. L. Brown, die schon im Jahre 1890 ausgeführt wurden, sind nach dieser Richtung hin von

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Fig. 184. Verschiedene Formen von Ständern und Läufern, von Brown zu Versuchszwecken hergestellt.

grossem Interesse. Brown hatte eine Anzahl Ringe hergestellt, alle vom gleichen inneren Durchmesser, und sie in verschiedener Weise gewickelt, aber alle so, dass sie ungefähr dieselbe Erregung vom dreiphasigen Strome erhielten, und daneben eine Anzahl verschiedener Läufer von 199 mm äusserem Durchmesser, welche in jedem dieser Ringe sich drehen konnten. Er konnte so eine grosse Mannigfaltigkeit von Zusammenstellungen prüfen, ihre Zugkraft bei verschiedenen Geschwindigkeiten und ihre Leistungen messen.

Figur 184 ist der Werkzeichnung der Maschinenfabrik Oerlikon entnommen und zeigt in vier Quadranten viererlei Ringe

und viererlei Läufer, maassen beschaffen:

Die vier benutzten Ringe waren folgender

A.    Löcherring mit 24 Bohrungen von 18 mm Weite; durch jede der letzteren führten 21 Drähte.

B.    Einfacher Ring, gewöhnlicher Ringkern mit zwei Drahtlagen, welche 24 Gruppen von Spulen, jede Spule zu 19 Windungen, enthielten.

C.    Feingezahnter Ring mit 48 Zähnen, in deren Zwischenräume je 9 Drähte gewickelt sind.

D.    Grobgezahnter Ring mit 12 weiten Schlitzen, von denen jeder 36 Drahtwindungen fasst.

Die Länge dieser Ringkerne, parallel zur Achse gemessen, betrug 150 cm.

Die vier verschiedenen Läufer, die in der Fig. 184 angegeben sind, hatten folgende Gestalt:

a)    Massiver schmiedeeiserner Cylinder mit 44 Löcherpaaren.

b)    Massiver schmiedeeiserner I-Anker, ähnlich der bekannten Siemens’schen Form, aber ohne Windungen.

c)    Zertheilter Eisencylinder, aus Kernscheiben mit 30 Löchern dicht am Umfang, welche 10mm starke Kupferstäbe enthielten; diese waren an den Enden mittels zweier Kupferringe geschlossen und bildeten einen Trillerkäfig.

d)    Ein massiver schmiedeeiserner Cylinder, der von einem 4 mm starken Kupfermantel umgeben war.

Ausser diesen vier waren noch sechs andere von derselben

Grösse vorhanden, nämlich:

e)    Ein einfacher massiver schmiedeeiserner Cylinder.

f)    Ein massiver Gusseisencylinder.

g)    Ein massiver Stahlcylinder.

h)    Ein schmiedeeiserner Cylinder mit vier grossen Längsbohrungen (wie in Fig. 184 durch den punktirten Kreis bei h angedeutet).

i)    Ein Gussstahlkörper in Gestalt eines Cylinders, an dem zwei Segmente durch parallele ebene Flächen weggeschnitten sind.

k) Ein X-Körper wie b, aber aus Eisenblechscheiben zusammengesetzt.

1) Ein Cylinder mit Bohrungen wie a, aber massiv aus Schmiedeeisen, und mit Kupferstäben in den Löchern, die an den Enden kurz geschlossen, aber in ihrer ganzen Länge nicht isolirt waren. Yon diesen verschiedenen Läufern bewährte sich der aus zer-

theiltem Eisen in I-Form am wenigsten — er lief unter keiner

12*

Belastung. Der massive Cylinder aus Schmiedeeisen war weit besser als der aus Gusseisen, während der Cylinder mit dem Kupfermantel beide übertraf, welcher Bing auch als Ständer benutzt werden mochte. Dies zeigten sowohl Bremsmessungen, wie auch die Benutzung des Motors zum Betrieb einer kleinen Dynamomaschine, deren Leistung elektrisch gemessen und geregelt wurde. Die beste Form des Läufers, welcher von den vier Ständern auch benutzt wurde, war der zer-theilte Cylinder mit den kupfernen Stäben.

Unter den vier Ständern war derjenige mit glattem Kerne am wenigsten wirksam. Der fein- und der grobgezähnte Bing gaben grössere Zugkraft als derjenige, dessen Windungen in den Bohrungen enthalten waren, aber beide, besonders der mit breiten Zähnen, gaben Ursache zu einer beträchtlichen Erwärmung aller massiven Läufer und zu einem singenden Geräusch. Bei Benutzung des Ständers, dessen Windungen in den Bohrungen lagen, erhitzten sich die massiven Läufer minder stark; der Trillerkäfig-Läufer mit isolirten Leitern und zertheiltem Kerne blieb hingegen ganz kühl in seinen eisernen Theilen und die kupfernen erwärmten sich nur wenig. Diese Ergebnisse entschieden den Yersuch zu Gunsten der Anordnung der Wickelung in Bohrungen, sowohl für den Läufer als für den Ständer, und diese Bauart hat sich seitdem durchaus bewährt.

Ohne Zweifel haben auch andere Pioniere dieses Gebietes ähnliche Versuche angestellt. Wer einige von verschiedenen Erfindern zu verschiedenen Zeiten angegebene Wickelungsarten unter einander zu vergleichen wünscht, wird auf die in der vorigen Auflage dieses Werkes in Fig. 111 abgebildeten Läuferformen verwiesen, welche Patentbeschreibungen entnommen sind, deren Datum angegeben ist.

Wickelung des Läufers. Einer der Vortheile des Inductions-motors besteht in der grossen Einfachheit der Wickelung des beweglichen Theils. Wir sahen, dass es vortheilhaft ist, den inducirten Strom auf Wege zu beschränken, die parallel der Welle verlaufen, und dass die Käfigform des Läufers das geeignetste und einfachste Mittel hierzu darstellt. Wenn die Leiter wie in Fig. 183 durch Kreisringe von Kupfer an beiden Enden verbunden sind, ist es erwünscht, dass die Binge recht kräftig sind und der Luft eine grosse Oberfläche zum Kühlen darbieten. Die Kupferleiter müssen mit den Dingen besonders sorgfältig verbunden werden, denn von der Güte dieser Verbindung und ihrem geringen elektrischen Widerstand hängt zum grossen Theil der Wirkungsgrad des Motors ab. Wegen der Schwierigkeit, die grosse Zahl dieser Verbindungsstellen gleichmässig

gut herzustellen, scheint sich allmählich der Gebrauch einzuführen, die Läuferwickelung auch in den Fällen aus Draht herzustellen, wo sie ständig kurzgeschlossen bleibt.

Wir wollen hier zunächst etwas eingehender die verschiedenen Mittel betrachten, durch welche diese einfache Wickelung hergestellt werden kann, und dann einige Darstellungen von grösseren Maschinen bringen, welche eine solche Anordnung der Wickelung erfordern, dass beim Anlaufen des Motors ein Hilfswiderstand eingeschaltet werden kann zu dem doppelten Zwecke, die Anzugskraft zu ver-grössern und einen zu starken Stromstoss beim Einschalten zu verhindern.

Wie oben bemerkt, ist es klar, dass die beste Wirkung erhalten wird, wenn man die Leiter so verbindet, dass die Ströme, die durch ein Feld der einen Polarität abwärts fliessen, durch ein Feld der entgegengesetzten Polarität aufwärts zurückkehren. In einer zweipoligen Maschine sollen also die Schleifen der Wickelung einen Durchmesser oder nahezu einen Durchmesser umspannen; während in einer vierpoligen Maschine eine Schleife etwa 90 Grad, in einer sechspoligen Maschine etwa 60 Grad überspannt. Diese Bedingung erlaubt mannigfache Verbindungen und ist bei kleinen Maschinen nicht unverträglich mit der Kurzschluss- oder Trillerkäfigform.

Um eine bestimmte Vorstellung zu Grunde zu legen, wollen wir einen Läufer mit 24 Leitern, die durch 24 Löcher im Umfang der Kernscheiben geführt sind, betrachten (Fig. 185) und diesen in ein sechspoliges Drehfeld bringen. Wenn sich das Feld in Bezug auf den Läufer rechts herum dreht, und ein Nordpol gerade an dem Leiter Nr. 1 vorüber geht, wobei er eine aufwärts gerichtete elektromotorische Kraft inducirt (d. i. eine, die einen Strom in der Richtung auf den Beschauer zu erzeugen würde), so entstehen gleichzeitig ebenso grosse und ebenso gerichtete elektromotorische Kräfte in Nr. 9 und 17, und ebenso grosse, aber entgegengesetzt gerichtete in Nr. 5, 13 und 21. Um die beste Wirkung zu erzielen, müssen diese sechs Leiter mit ein-

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Fig. 185.

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ander verbunden werden, und es gibt mehrere Wege, dies auszuführen. Wir wollen diese sechs Leiter als ähnlich gelegene bezeichnen.

1.    Methode. Alle Leiter parallel. Dies ist die oben betrachtete Trillerkäfigform.

2.    Methode. Alle ähnlich gelegenen Drähte in Reihe. Wenn die sechs Leiter alle hinter einander geschaltet sind, so entsteht eine Art Zickzack- oder Wellenwickelung, die einen geschlossenen Stromkreis bildet (Fig. 186). In diesem Falle ergeben sich vier solche geschlossene Wickelungen, indem Nr. 2, 6, 10, 14, 18, 22 die zweite, die übrigen Leiter in ähnlicher Art die dritte und vierte bilden.

3. Methode. Die ähnlich gelegenen Leiter diametral zu Gruppen verbunden. Jeder Leiter wird mit seinem Gegen-

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Fig. 186.

Fig. 187.

Fig. 188.

über (am anderen Ende des Durchmessers) zu einer geschlossenen Schleife verbunden.

Dies gibt für die sechs ähnlich gelegenen Drähte drei von einander unabhängige geschlossene Kreise, vergl. Fig. 187 ; d. i. für den ganzen Läufer zwölf besondere Kreise. Wenn aber die elektromotorischen Kräfte, die auf der einen Seite aufwärts und auf der andern Seite abwärts gerichtet sind, einander gleich sind, so ist nicht der geringste Grund vorhanden, die getrennten Schleifen nicht an ihrem Kreuzungspunkte zu vereinigen, wie in Fig. 188. Indem wir dieselbe Ueberlegung auf die übrigen Leiter anwenden, werden wir dazu geführt, alle 24 Leiter an beiden Enden mit einander zu verbinden und gelangen somit zu einer Anordnung, die im Grunde der Trillerkäfigform gleich ist und sich von dieser nur durch die Art der Endverbindungen unterscheidet.

4. Methode. Benachbarte ähnlich gelegene Drähte verbunden. Jeder Leiter wird mit dem nächsten ähnlich gelegenen

zu einem Paar geschlossen. Das Ergebniss zeigt Fig. 189; es entstehen drei unabhängige Stromkreise, oder zwölf besondere Kreise für den ganzen Läufer. Offenbar macht es keinen Unterschied, ob Nr. 1 mit Nr. 5 oder mit Nr. 21 gepaart wird. Daraus entsteht Fig. 117, welche sie alle durch sechseckige Verbindungsstücke an den Enden verbunden zeigt; diese Schaltung ist ebenso gut, wie die vorige. Die natürliche Folgerung dieses Aufbaues ist der Trillerkäfig, wo alle Leiter kurz geschlossen werden. In Fig. 189 sind soviele unabhängige Kreise vorhanden, als Paare von Leiterstäben, jeder Kreis umspannt einen Bogen gleich dem Polstand. Diese Art der Läuferwickelung wird von der Allgemeinen Elektricitäts - Gesellschaft angewendet, sie hat den Vortheil, dass die praktische Ausführung der Verbindung der Leiterenden die gleiche ist wie bei den Trommelankern der Gleichstrommaschinen. Wenn also die Leiter alle

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Fig. 189.

Fig. 190.

Fig. 191.

in einer einzigen Lage um den Läufer angeordnet sind, können sie durch zweiSätze von Endspiralen mit einander verbunden werden, wobei ihre Enden abwechselnd kurz und lang vorstehen. (Man vergleiche die Wellenwickelung des Läufers in Figur 199.) Liegen die Leiter in zwei Lagen über einander, so ist die von Brown entworfene Trommel Wickelung mit gleich lang vorstehenden Enden anwendbar. Fig. 192 zeigt ein abgewickeltes Schema für einen Theil eines solchen Läufers. Ist die Zahl der Leiter nicht durch die Polzahl theilbar, so kann der von einer Schleife umspannte Bogen nicht genau dem Polstand gleich sein; in solchem Falle bildet man die Schleife aus gleichliegenden Leitern so, dass der umspannte Bogen etwas kleiner als der Polstand ist.

5. Methode. Benachbarte Leiter als ähnlich gelegene verbunden. Anordnungen, bei welchen die Zahl der einzelnen getrennten Schleifen sehr gross ist, sind beim Zusammenbau nicht sehr bequem. Man kann in solchem Falle geringe Phasenunterschiede unbeachtet lassen und benachbarte Leiter so behandeln, als wenn sie gleichzeitig derselben Wirkung unterlägen; dann kann man benachbarte Leiter in Gruppen zusammenfassen, als wenn sie ähnlich gelegene wären. Die Fig. 191, 193 und 194 zeigen verschiedene Ausführungsformen und bedürfen keiner weiteren Erklärung.

6. Methode. Gruppirung für die Einschaltung eines Anlasswiderstandes. Die Erfahrung hat gezeigt, dass zum Zweck des Einschaltens eines Anlasswiderstandes in den Läufer diejenige Wickelung am geeignetsten ist, bei welcher die Leiter des Läufers in drei unabhängige Kreise gruppirt sind. Dies führt praktisch dahin, solche Läufer mit einer dreiphasigen Wickelung zu versehen.

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Fig. 192.

Die Enden derselben werden zu Schleifringen und Bürsten geführt. Man vermeidet hierbei Schwierigkeiten, wenn man die Windungen in Sternschaltung verbindet (Fig. 47) und jedes freie Ende an einen auf der Achse befestigten Schleifring führt. Yon den drei Bürsten führen Drähte durch drei geeignete Widerstände zu einem gemeinsamen Knotenpunkte.

Die in den Figuren V, X und Y (Tafel IY) gezeichneten Wickelungen sind für diesen Zweck geeignet. Fig. X ist eine Netz-schaltung, die beiden andern Sternschaltung, und zwar Fig. V eine Schleifenwickelung, Fig. Y eine Wellenwickelung. Läufer mit solchen dreiphasigen Wickelungen können auch ohne Schleifringe als einfache Kurzschlussläufer verwendet werden und sind dann den Käfigläufern gleichwerthig.

Wenn man eine Läuferwickelung so einrichten will, dass drei Anlasswiderstände eingeschaltet werden können, so müssen drei unter einander gleiche Stromkreise vorgesehen werden, welche wde eine Dreiphasenwickelung für die vorgeschriebene Polzahl um den Läufer vertheilt sind. Da Ringwickelungen ungeeignet sind, bleiben nur die zwei Arten der Trommelwickelung zu betrachten.

a) Schleifenwickelung. Der Einfachheit wegen ist es erwünscht, dass die Wickelung hemitropisch (S. 84) sei. Denn wenn P die Zahl der Polpaare, x die der Leiter bedeutet, welche den Schleifensatz in einer Phase und unter einem Polpaar ausmachen, S die Zahl aller Schleifen in der ganzen Wickelung, Z die Zahl aller Leiter um den Läufer, so haben wir:

Z=3Px und S — 1,5 Px.

Besteht die Läuferwickelung aus Stäben und enthält sie zwei Stäbe für die Ruthe, so ist die Zahl der Ruthen = S.

Fig 193.

Fig. 194.

Wenn wir z. B. als eine passende Zahl 5 Ruthen für jeden Pol und jede Phase wählen, so haben wir 10 Ruthen für jedes Polpaar und jede Phase oder 15 Ruthen für den Pol im Glanzen. Für eine sechspolige Maschine ergibt das 90 Ruthen, wie in dem Kolben’schen Motor, Taf. XIII; vergl. auch Fig. 200, S. 190. Jede Phase nimmt 30 Ruthen ein; die drei Phasen können in Stern- oder in Retzschaltung verbunden werden, am Besten in Sternschaltung, um eine höhere Spannung zu ergeben.

b) Wellenwickelung. Es ist klar, dass der Symmetrie wegen die Zahl der Ruthen durch 3 theilbar sein muss, damit die drei Phasen gleich sind. Bei Sternverbindung ist es nicht nöthig, dass die Zahl der Ruthen oder Leiter gerade sei, wenn nur der Yer-einigungspunkt an das eine Ende des Läuferkernes zu liegen kommt und die drei Verbindungen zu den Schleifringen an das andere Ende. Bei Retzschaltung muss die Zahl gerade sein; daher muss

die Zahl der Leiter durch 6 theilbar sein. Wenn in jede Nuthe zwei Leiter gelegt werden (um die Endverbindungen wie bei der Trommelwickelung bequem ausführen zu können), braucht die Zahl der Nuthen nicht gerade zu sein.

Betrachten wir ein Element der Wellenwickelung, welches aus zwei vereinigten Leitern besteht, so reicht ein solches Element nahezu von einem Pole zum nächsten. Bedeutet alsdann b die Zahl der Wellen für ein Polpaar und eine Phase, so sind es P-b solcher Elemente in jeder Phase oder 3-P-b Elemente im Ganzen, d. h. S=3P-bx2 = 6P-b. Wenn zwei Leiter in jeder Nuthe liegen, so ist die Zahl der letzteren 3 Pb. Setzen wir nun eine einmal in sich zurücklaufende Trommelwickelung voraus, so wissen wir, dass die Bedingung für einmaliges Zurückläufen ist

Z=2(Fy +1),

worin y der Schritt ist, d. h. die Zahl, welche angibt, wie viele Leiter das Element überspannt. Wenn z. B. y = 7 ist, so muss bei zweipoligen Maschinen der Leiter Nr. 1 mit Nr. 8 verbunden werden, Nr. 8 mit 15 u. s. f.

Nehmen wir eine vierpolige Maschine mit dem Schritt 7, so ist Z= 2. (2x7 + 1) = 30 oder-26. D. h. eine einfach in sich zurücklaufende Wellenwickelung für eine vierpolige Maschine kann entweder mit 30 Leitern — 15 Elemente, 15 Nuthen — oder mit 26 Leitern — 13 Elemente in 13 Nuthen — ausgeführt werden. Nun ist die erstere durch 3 theilbar, die letztere nicht. Daher ist die letztere ungeeignet für eine Läuferwickelung. Ein Läufer mit 39 Nuthen und 2 Leitern in jeder Nuthe eignet sich für eine vierpolige Maschine, wenn y = 20 oder =18 ist; für eine achtpolige Maschine, wenn y = 10 oder = 9 ist.

Jede Wellenwickelung, welche diese Bedingung des einmaligen Zurücklaufens erfüllt und eine durch 3 theilbare Zahl Elemente enthält, kann zu einem Läufer mit Sternschaltung verwandt werden, wenn man einfach die Wickelung an drei Punkten von gleichem Abstand theilt und die drei Stromkreise zu einem gemeinsamen Yer-bindungspunkte führt. Für einen Läufer mit Netzschaltung genügt es, drei Punkte auszuwählen, welche auf der in sich zurücklaufenden Wickelung symmetrisch vertheilt sind, und diese mit den drei Schleifringen zu verbinden. Wenn die in sich zurücklaufende Wickelung nicht so berechnet ist, dass sie in drei gleiche Theile zerlegt werden kann, so kann sie doch als dreiphasige Läuferwickelung dienen, wenn man drei Punkte wählt, die so nahe als möglich gleiche Abstände von einander haben. Fig. X (Tafel IV) ist ein Beispiel eines solchen Falles. Sie stellt eine sechspolige Wickelung dar, in der die Zahl der Elemente in den drei Phasen ist: 11 (schwarz), 12 (roth) und 12 (grün). Bei sechspoligen Wickelungen hat man den Nachtheil, dass alle Läuferwickelungen mit symmetrischer Anordnung und mit einer durch 3 theilbaren Leiterzahl in der am Ende der Seite 185 angegebenen Beziehung ungünstig sind; dann ist eine unsymmetrische Wickelung vorzuziehen.

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Amer. Inst. Elec. Engineers, vom 19. Januar 1892 und Electrician vom

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12., 19. und 26. Februar 1892.

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Fig. 195. Anlassvorrichtung’ eines Inductionsmotors.

Die Gründe, warum man

Einschalten von Widerstand.

Widerstand in den Läufer des Motors beim Anlaufen einschaltet, und wieder ausschaltet, wenn der Motor eine normale Geschwindigkeit erreicht hat, werden am Schluss des Kapitels VII erläutert. Fig. 195 zeigt eine geeignete Ausführungsform. Wenn der Motor angelassen werden soll, wird der Hebel H in die gezeichnete Stellung gebracht, die mit C bezeichneten Enden der in Sternschaltung befindlichen Wickelung sind durch die Verbinder 11 an die Schleifringe 8 ange-

schlossen und stehen durch die Bürsten mit einem dreifachen Widerstand M in Verbindung, der an passender Stelle angebracht ist. Der Widerstand wird allmählich verringert in dem Maasse als die Geschwindigkeit zunimmt; wenn letztere ihre normale Grösse erreicht hat, wird der Hebel H so gedreht, dass die Contacte K mit den Enden C in Verbindung treten, wodurch die Wickelung kurz geschlossen wird. Tafel XI zeigt eine andere Verbindung der Enden der Wickelung mit den Schleifringen. Eine DreiphasenWickelung ist für den Läufer ohne Frage in allen Fällen am geeignetsten, wenn ein Anlasswiderstand eingeschaltet werden soll. Solche Läufer können bei jedem Inductions-motor verwendet werden, gleichgiltig ob ein-, zwei- oder dreiphasig,

Fig. 196.

Wasserwiderstand von v. Dobrowolsky.

vorausgesetzt dass die Polzahl des Ständers mit der des Läufers übereinstimmt; sie können in Stern- oder Dreieckschaltung mit Wellen - oder Schleifenwickelung ausgeführt werden.

Fig. 197. Flüssigkeitsanlasser von Ganz & Co.

Anlass widerstände. Für die Anlasswiderstände werden verschiedene Materialien verwendet. Zuwuilen wird Gusseisen verwendet, von anderen Firmen wird Kruppin, Rheostan, Platinoid, Nickelin und ähnliches Material vorgezogen. Häufig werden auch Wasserwiderstände benutzt. Fig. 196 zeigt einen von Dobrowolsky angegebenen Wasserwiderstand der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft. Er besteht aus drei mit Wasser oder Sodalösung gefüllten Gefässen, an welche die drei Leitungen der Lauf er Wickelung herangeführt sind. Die gemeinsame Verbindung wird durch drei Kohlenplatten

dargestellt, welche gehoben oder in die Flüssigkeit eingetaucht werden können und somit eine beliebige Veränderung des Widerstandes gestatten. Fig. 197 zeigt eine Ausführungsform der Firma Ganz & Co., bei welcher Eisenbleche statt der Kohlenscheiben verwendet sind. Die oben beschriebene, in Fig. 195 dargestellte Anordnung mit einem Drahtwiderstand in Sternschaltung wird von der Oerlikon - Gesellschaft ausgeführt. Fig. 198 zeigt einen solchen Widerstand nebst Anlassschalter für einen 45 pferdigen Motor derselben Firma. Durch Drehen des oben angebrachten Handhebels werden die drei Widerstände schrittweise ausgeschaltet, bis der Läufer kurz geschlossen ist. Eine andere von Siemens &Halske herrührende Schaltung ist in der Fig. 199 angedeutet.

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Fig. 198. Anlassschalter von Oerlikon.

Hier wird beim Drehen des Schalthebels der Widerstand in den drei Stromkreisen -abtheilungsweise ausgeschaltet und zwar so, dass in jeder Schaltstellung nur eine Abtheilung eines Widerstandes ausgeschaltet wird. Hierdurch wird eine erheblich feinere Abstufung erzielt, die Ungleichheit der Ströme in den drei Phasen ist ohne Belang.

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Fig. 199. Anlassschaltung von Siemens &Halske.

Einzelne Firmen bringen den Anlasswiderstand im Läufer selbst unter, und das Ausschalten des Widerstandes nach erreichter Normalgeschwindigkeit geschieht hierbei entweder von Hand oder selbstthätig (durch einen Centrifugalregler).

Die Einrichtung mit Schleifringen und regulirbaren Widerständen ist bei Motoren, die nur selten angelassen werden und dann längere Zeit ruhig weiter laufen, verhältnissmässig kostspielig; es liegt nahe, sich für diese Fälle nach einer einfacheren Anordnung umzusehen. Eine solche ist die von der Firma Siemens & Halske vielfach angewendete Einrichtung mit Gegenschaltung.

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Fig. 200. Drehstrommotor mit selbstthätiger Gegenschaltung im Anker. Siemens & Halske.

Das Princip der Gegenschaltung beruht, in kurzen Worten gesagt, darin, dass man den Läufer mit mehreren getrennten Wicklungen versieht, deren elektromotorische Kräfte beim Anlaufen entgegengesetzt gerichtet sind. Hat der Motor eine gewisse Geschwindigkeit erreicht, so werden diese Gruppen parallel geschaltet, so dass der Motor von da ab in seiner normalen, ökonomisch arbeitenden Wicklungsanord-

nung weiter läuft. Durch das Gegeneinanderschalten der genannten Gruppen ward einmal erreicht, dass das vom feststehenden Theil erzeugte magnetische Drehfeld nicht in so hohem Masse von den

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Fig. 201. Läufer mit Kurzschliesser zum Motor Fig. 200.

Amperewindungen des rotirenden Tlieiles abgedrosselt wird, wie bei gleicher Stromstärke in den Windungen eines nicht in Gegenschaltung

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Fig. 202. Innere Einrichtung des Kurzschliessers zum Motor Fig. 200.

angeordneten Läufers; zweitens wird aber, trotz des stärkeren Feldes, keine zu grosse Stromstärke in der Läuferwicklung entstehen, weil die elektromotorischen Kräfte in den beiden zu einem Stromkreis vereinigten Gruppen entgegengesetzt gerichtet sind, während die

Widerstände der Gruppen sich addiren. Auf diese Weise lässt es sich erreichen, dass der Motor beim Einschalten keinen so hohen Strom aufnimmt, wie beim Kurzschlussanker und trotzdem eine Zugkraft bis zur normalen und darüber entwickelt. Das Kurzschliessen der gegeneinander geschalteten Gruppen, nachdem der Motor eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, kann entweder von Hand geschehen, oder kann nach einmaliger Einstellung durch einen selbst-thätigen Centrifugal-Kurzschliesser bewirkt werden. Da die erste Methode von der Willkür und Achtsamkeit des Bedienenden abhängt, und bei nicht rechtzeitiger Kurzschliessung die Wicklung des rotiren-

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Fig. 203. Schaltungsscliema des Kurzschliessers zum Motor Fig. 200.

den Theiles durch starke Erwärmung gefährden kann, so ist im allgemeinen diese Ausführung mit der Handgegenschaltung in neuerer Zeit verlassen und an ihre Stelle ist die Verwendung des selbstthätigen Centrifugal-Kurzschliessers getreten. Die Bedienung des Motors wird dadurch ebenso einfach, wie die eines Motors mit Kurzschlussanker. Eig. 200 zeigt einen zum Betriebe eines Haspels dienenden Motor, der mit dieser Einrichtung versehen ist. Fig. 201 zeigt den Läufer mit dem Kurzschliesser, Fig. 202 die innere Einrichtung und Fig. 203 schematisch das Princip des Letzteren.

In einer Trommel, die fest auf der Welle des Läufers sitzt, sind zwei doppelarmige Hebel HH drehbar um zwei diametral einander gegenüberliegende Zapfen AA gelagert. Diese Hebel tragen an ihrem längeren Arme ebenfalls drehbar gelagerte Contactstücke C. Der kürzere Arm der Hebel stützt sich gegen eine Druckfeder F⁷, die der Centrifugalkraft, mit der das Contactstück C sich von der Achse zu entfernen strebt, entgegen wirkt. Bei einer gewissen Geschwindigkeit setzt sich der Hebel H in Bewegung, indem sich das Contactstück C der Contactplatte P nähert. Hun ist die Anordnung so getroffen, dass mit wachsendem Abstande des Contactstückes C von der Achse des Hebelarmes, an dem die Feder F angreift, kleiner wird. Der

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Hebelarm H kann sogar so angebracht werden, dass das Moment der Feder, obwohl der Federdruck grösser wird, abnimmt. Infolgedessen befindet sich das Contactstück C, sobald es einmal die Ruhelage verlassen hat, in keiner Stellung mehr im Gleichgewicht. Es muss daher mit grosser Geschwindigkeit in die äusserste Lage übergehen, wobei es sich fest an die Contactplatte P anlegt. Dieser Uebergang von einer Lage in die andere macht sich durch einen kurzen Schlag im Kurzschliesser bemerkbar. Nimmt nun die Geschwindigkeit noch weiter zu, so wächst die Centrifugalkraft und das Contactstück C liegt dauernd mit grossem Druck auf der Contactplatte P auf, so dass ein sehr sicherer Contact entsteht. Damit beim Aufschlagen des Contactstückes C kein Abprallen, und dadurch ein momentanes Oeffnen des Contactes stattfindet, ist das Contactstück C drehbar am Hebel H angeordnet und gleichzeitig unsymmetrisch ausgebildet, so dass auf die eine Seite die Centrilfugal-kraft stärker wirkt, als auf die andere Seite. Es findet |.y 4HP* daher beim Kurzschliessen, .    .

selbst bei voller Belastung

des Motors, kein nennens- Stromwender und Widei'standscontacte am selbsttätigen .. n i    , ,,    Umkehranlasser der A. E. Gr. für Aufzüge.

werthes blinken statt.

Bei einstufiger Gegenschaltung kann eine Leitung mit dem Körper, und dadurch mit den Zapfen AA verbunden werden, während die beiden isolirten Leitungen mit den beiden Platten PP verbunden werden. Bei zweistufiger Gegenschaltung wird die eine Feder F stärker als die andere gespannt, so dass der eine Hebel früher in Thätigkeit tritt, als der andere. Es müssen dann die Zapfen AA isolirt werden und auf jeder Seite zwei von einander isolirte Platten P vorhanden sein, die durch die Contactstücke C unter sich mit A kurzgeschlossen werden. Der Kurzschliesser wird nach aussen hin durch eine Trommel fest abgeschlossen, um jede Beschädigung der

Thompson, Mehrphasenströme.

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Fig. 204.

13

Theile zu verhüten; ausserdem kann die Trommel noch in einen besonderen feststehenden Schutzkasten eingebaut werden. In dieser Ausstattung ist der Motor besonders zur Verwendung an feuergefährlichen Orten geeignet, und in der That vielfach an solchen Stellen in Verwendung.

w.

Fig. 205. Hinteransicht des Umkehranlassers Fig. 204.

In den Figuren 204—206 ist ein für Aufzüge bestimmter selbst-tliätiger Umkehranlasser der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft dargestellt. Ein solcher Anlasser muss langsam und selbstthätig entsprechend der zunehmenden Geschwindigkeit des Motors den Widerstand ausschalten und zugleich für das Wechseln der Drehrichtung des Motors den Strom umkehren. Dem letzteren Zwecke dient ein Stromwender S und eine in Fig. 204 unter demselben sichtbare, von der Antriebswelle des Anlassers in Bewegung gesetzte Steuerscheibe, Das langsame Einschalten wird durch das in y Fig. 205 oben sichtbare Laufwerk mit Windfang geregelt. Die Wirkungsweise ist

folgende: Durch die .von der Steuervorrichtung im Fahrkorb je nach Fahrrichtung nach der einen oder anderen Seite gedrehte Antriebswelle wird die Steuerscheibe und durch diese der Stromwender S in die jeweils erforderliche Lage gebracht. Gleichzeitig wird hierbei die Sperrung des in der Mitte von Fig. 205 sichtbaren Gleitstückes ausgelöst, welches durch sein Eigengewicht herabsinkt und hierbei den Bürstenhalter I in Bewegung setzt, dessen Bürsten, auf den Contacten W schleifend, das Ein- und Ausschalten der Widerstände bewirken, wobei die Geschwindigkeit durch den Windfang geregelt wird; Fig. 206 zeigt das Schema der Stromverbindungen.

Eine andere von der Elektricitäts - Actiengesellschaft vormals Schlickert & Co. gebaute Kurzschlusseinrichtung ist aus der Fig. 207 zu ersehen. Hier sind die Kurzschlusscontacte für die Läuferwickelung in einer mit der Läuferachse sich drehenden seitlich verschieb-

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Fig. 206. Schaltungsschema des Anlassers Fig. 204.

baren Kapsel untergebracht, welche in ihren beiden Endstellungen durch ein Centrifugalpendel festgehalten wird. Die eine Stellung entspricht dem Stillstand des Motors und macht die Herstellung des Kurzschlusses so lange unmöglich, bis die Feststellvorrichtung durch das Centrifugalpendel nach Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit des Motors ausgelöst wird. Alsdann kann durch einen leichten

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seitlichen Druck auf den unten links am Motor sichtbaren Handgriff der Kurzschluss bewirkt werden. In dieser Stellung hält das Centri-fugalpendel die Kapsel fest; gleichzeitig wird hierbei auch die Ver-

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Fig. 207. Drehstrommotor von Schuckert mit Kurzschluss- und. Bürstenanhebevorrichtung.

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Fig. 208. Drehstrommotor von Helios (auseinander genommen).

riegelung der Bürstenabhebevorrichtung gelöst, und die sechs Bürsten, welche zu je dreien auf zwei gegenüberliegenden Bolzen angeordnet sind, selbstthätig abgehoben (D. R. P. 114828 und 116267). Gleichzeitig schaltet sich der mit Klebemagnet versehene Anlasser selbstthätig aus.

Sinkt die Umdrehungszahl unter eine bestimmte Grenze, sei es dass der Motor abgestellt wird, oder dass er in Folge von Ueber-lastung stehen bleiben will, so wird der Kurzschluss selbstthätig auf-

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Fig. 209. Läufer eines Drehstrommotors von Siemens & Halste.

gehoben und kann erst wieder hergestellt werden, wenn der Motor seine normale Geschwindigkeit wieder erreicht hat.

Einzelheiten einiger ausgeführten Motoren. Fig. 208 zeigt einen auseinander genommenen Drehstrommotor der Firma Helios, der Läufer ist ähnlich gebaut wie der der Fig. 183. Der Motor ist seitlich durch an den Ständerring angeschraubte Platten abgeschlossen, die auch die Lager für die Läuferwelle enthalten. Den Läufer eines Drehstrommotors von Siemens & Halske zeigt Fig. 209. Es ist dies ein Läufer mit Dreieckschaltung, deren Nullpunkt der auf der Figur rechts sichtbare Riegel darstellt. Die Unregelmässigkeit der Stäbe innerhalb des Bügels bedingt die Wickelart, die aus Fig. 210 zu ersehen ist. Würden die Stäbe vollständig regelmässig eingebaut, so käme man an der Anfangsstelle der Wickelung mit dem Ende

\E,

Fig. 210. Wickelungsschema des Läufers Fig. 209.

wieder zurück und es entstände ein in sich kurz geschlossener Anker. Um dies bei der hier gezeichneten Ankerform zu vermeiden, muss an einer Stelle die Wickelung unregelmässig werden.

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Fig. 211. Läufer von Oerlikon.

Der in Fig. 211 gezeichneten Läufer ist von der Oerlikon-Gesellschaft gebaut. Die Wickelung ist dreiphasig, für ein sechspoliges Feld bestimmt; es sind fünf Leiter für jeden Pol und jede Phase vorhanden, also 90 im Ganzen. Fig. 212 stellt das Wickelungsschema

eines gleichen Läufers von Kolben & Co. dar, der ebenfalls fünf Leiter für jede Phase und jeden der sechs Pole besitzt, also ebenfalls im Ganzen 90 Leiter.

Eine Eigenschaft der Käfigform der Läufer ist noch von Interesse. In allen Fällen, in denen die Zahl der Leiter des Läufers einen

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Fig. 212. Wickelungsschema eines Läufers von Kolben & Co.

gemeinsamen Factor mit der Zahl der Pole im rotirenden Felde hat, hat der Läufer (besonders beim Anlaufen) das Bestreben als blosser Transformator zu wirken, also schwer anzulaufen. Eine Form wie die der Figur 213 würde thatsächlich einen vorzüglichen Transformator abgeben, der sich nicht drehen würde: das Drehfeld würde einfach synchrone dreiphasige Ströme in den Wickelungen des inneren Theiles hervorrufen. Diese Anordnung mit breiten Zähnen würde thatsächlich nicht von selbst anlaufen und, wenn durch eine äussere Kraft eine Bewegung eingeleitet würde, wahrscheinlich nur als Synchronmotor laufen. Bei allen Inductionsmotoren wird das gleiche der

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Fig. 213.

Fall sein, wenn die Zahl der auf einen Pol entfallenden Leiter oder Schlitze des Läufers mit der des Ständers übereinstimmte. Dies vermeidet man gewöhnlich, indem man die Zahl der Leiter oder Gruppen bei Läufer und Ständer verschieden wählt und geht hiermit bei Kurzschlusswickelungen so weit, dass diese beiden Zahlen auch keinen gemeinsamen Factor haben.

So hat z. B. der vierpolige Motor von Brown Fig. 161/62 im Ständer 40 Löcher für die Primärwickelung, der Läufer 37 beiderseits kurzgeschlossene Stäbe. Eine Durchsicht der Tafeln wird in Bezug hierauf noch weiteres interessantes Material ergeben. So hat der Brown’sche achtpolige Motor auf Tafel XI 48 Löcher im Ständer und 96 im Läufer, Kolbes sechspolige Drehstrommotor Tafel XIII hat 36 Löcher im Ständer und 90 im Läufer. Der lOOOpferdige zwei-phasige Motor auf Tafel XII hat 120 Löcher im Ständer und 180 im Läufer. Die Dreiphasenmotoren der Jungfrau-Bahn Tafel XIV sind 6 polig, sie haben 108 Löcher im Ständer und 128 im Läufer. Einzelne Firmen verwenden Messing statt Kupfer als Material für die Läuferwickelung bei Käfigankern, wodurch der Widerstand vermehrt wird. Hierdurch wird zwar das Ansteigen des Stromes und die Phasen-Verzögerung beim Anlassen begrenzt, also die Anzugskraft vermehrt, gleichzeitig jedoch der Wirkungsgrad der Maschine während des Betriebes vermindert.

Die Lager der Mehrphasenmotoren sind fast ausnahmslos selbstölend; Ringe oder Ketten führen den Zapfen das Oel aus den Oelbehältern gleichmässig zu. Derartige Lagerconstructionen sind aus den Tafeln zu ersehen, z. B. aus Tafel II, VIII und XII. Eine constructiv gehaltene Zeichnung eines solchen Lagers für einen 75pferdigen Motor gibt Kapp in seinen Elektromechanischen Constructionen auf Tafel XVIII.

Literatur über Mehrphasenmaschinen.

Picou, R. V., „Moteurs Electriques à Champs Magnétique Tournant“. Baudry & Cie. Paris 1892.

Hospitalier, E., „Polyphased Alternate Currents“. Alabaster, Gatehouse & Co. London 1892 (veröffentlicht in Electr. Review 1891, S. 418, 474, 501, 534, 554, 590, 724. Rodet et Busquet, „Les courants polyphasés“. Gauthier-Villars. Paris 1893.

Kapp, G., „Electric Transmission of Energy“. Whittaker. London 1894. — Deutsche Uebersetzung von Holbern und Kahle. 3. Aufl. J. Springer. Berlin 1898.

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Banti, Angelo, „J Motori Elettrici a Campo Magnetico Rotatorio“. Tipografia Elzeviriana. Rome 1894.

H. E. Parshall und H. M. Hobart, „Armature Winding of Electric Machines“. D. Yan Nostrand Co. New York 1895.

Blondel, A., „Du Role des Fuites Magnétiques dans les Moteurs à Champ Tournant“. E. Mauchaussat. Paris 1896.

Krämer, J., „Der Drehstrom“. H. Costenoble. Jena 1896.

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Steinmetz, C. P., „Theory and Calculation of Alternating-Currant Phenomena“. W. J. Johnston Co. New York 1898.

Rodet, J., „Distribution de l’Énergie par Courant Polyphasés“. Gauthier -Villars. Paris 1898.

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Behrend, B. A., „The induction motor“. El. World and Engineer. New York 1901.

Boy de la Tour, „Méthode pratique pour calculer les moteurs asynchrones polyphasés“. Ch. Béranger. Paris 1901.

Vergleiche auch die Literaturangaben am Schlüsse des Kapitels VIII.

Kapitel VIL

Graphische Theorie der mehrphasigen Motoren.

In diesem Kapitel sollen clie Phasenbeziehungen zwischen Strom und EMK im Ständer und Läufer und ihr Verhältnis zu den magnetischen Kraftlinien betrachtet werden. Wir wollen suchen, uns ein vollständiges Bild der Veränderungen zu machen, welche sich in den verschiedenen Theilen eines Mehrphasenmotors unter verschiedenen Belastungen abspielen. Daneben werden wir unser Augenmerk darauf richten, wovon der Wirkungsgrad abhängt, woher die Zugkraft rührt und warum es zweckmässig ist, in die Stromkreise des Läufers beim Anlassen des Motors Widerstände einzuschalten.

Bei diesen Betrachtungen wollen wir ein Uhrdiagramm benutzen, worin einige der üblichen Bestimmungen über die Richtung der Vektoren geändert sind. Denn dieses Diagramm hat nicht nur die gegenseitigen zeitlichen Phasenunterschiede zwischen den verschiedenen Grössen auf einem Kreise darzustellen (vgl. S. 11), sondern seine Aufgabe ist ausserdem, durch die Richtung seiner Vektoren die gegenseitigen Stellungen der Strombänder und der magnetischen Kraftlinien (vgl. S. 210) anzugeben.

Auf S. 168 haben wir gesehen, wde Bänder magnetischer Kraft längs des Luftspaltes des Motors dahinziehen; diese Bewegung ist das Ergebniss der zusammen wirkenden Ströme in Ständer und Läufer. Auch haben wir dort gezreigt, dass der zweipolige und der mehrpolige Motor einander gleichwerthig sind, und haben gesehen, in welchen Beziehungen sie sich von einander unterscheiden. Es ist nun für die Anwendung unseres Uhrdiagramms zweckmässig, einen zweipoligen Motor vorauszusetzen und einige Festsetzungen zu treffen, um die Strom- und Kraftbänder durch die Linien des Diagramms darzustellen.

Da es sich darum handelt, die Theorie für praktische Zwecke und quantitativ darzustellen, und da unsere Ableitungen auf wirklich gebaute und im Handel zu habende Motoren angewandt werden sollen, wollen wir uns bemühen, Alles auf seine einfachste Form zurückzuführen und in unser geistiges Bild des Vorgangs nur das für die Theorie Wesentliche aufzunehmen. Deshalb wollen wir zunächst einen Motor betrachten, dessen Windungen in möglichst einfacher Art hergestellt sind. Die Leiter des Läufers und des Ständers mögen einfache Kupferstäbe sein, welche durch Löcher des Eisenkernes hindurchgesteckt sind. Die zu betrachtenden elektromotorischen Kräfte sind einfach die in dem einzelnen Stahe indu-cirten, und die Ströme werden in einer sogleich zu besprechenden Weise ausgedrückt in Ampere auf das Centimeter des Läuferumfangs. Man wird finden, dass diese Methode, elektromotorische Kräfte auszudrücken, leicht auf jedes beliebige Wickelungsschema ausgedehnt werden kann, und dafs die durch graphische Construction gefundenen Werthe richtig in Volt und Ampere an den Klemmen der Maschine umgerechnet werden können.

Wenn die Leiter eines Läufers regelmässig vertheilt sind, etwa wie die in Fig. 211, so ist klar, dass es in theoretischer Beziehung keinen oder nur geringen Unterschied macht, wie oft die Zahl der mit Leitern ausgefüllten Löcher vervielfacht wird, vorausgesetzt, dass der gesammte Kupferquerschnitt derselbe bleibt. Wenn wir die Zahl der Löcher sehr bedeutend vermehrten, so würden wir eine gleichmässige Vertheilung des Kupfers um den Läufer erhalten, so dass wir von dem Querschnitt des Kupfers für 1 cm des Läuferumfangs sprechen können. Um zu diesem Ziel zu gelangen, haben wir im praktischen Falle nur den gesammten Querschnitt aller Kupferleiter durch die Zahl der Centimeter des äusseren Läuferumfangs zu dividiren. Wenn wir die Länge der Leiter kennen und die Endverbindungen berücksichtigen, so lässt sich der Widerstand des Leiterriemens berechnen, der auf 1 cm des Umfangs kommt (vgl. das Beispiel auf S. 212). Diesen Widerstand wollen wir mit r₂ bezeichnen. Hun sei der Verlauf der magnetischen Kraftlinien im Luftspalt ähnlich dem in Fig. 216 dargestellten, und seine Vertheilung sei derart, dafs die magnetische Dichte 33 sich wie eine Sinusfunction ändert, wenn wir um den Umfang fortschreiten. Ferner mögen diese Kraftlinien längs des Luftspaltes mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit von vx cm in der Sekunde dahinziehen, während die Leiter des Läufers sich mit der kleineren

Geschwindigkeit von v₂ cm in der Sekunde bewegen; dann schneiden die Leiter die Kraftlinien mit der Geschwindigkeit —v₂. Die EMK in irgend einem Leiter wird für jeden Augenblick ausgedrückt durch

{vx— O® 10-⁸Yolt,

worin l die wirksame Länge eines Leiters in cm ist. Wenn 35 sich nach einer Sinusfunction ändert, so tliut dies die EMK in derselben Weise. Wenn wir nun diese EMK durch r₂ dividiren, erhalten wir das, was wir den Strom auf das cm des Umfanges nennen; er möge mit % bezeichnet werden. Auch der Strom ändert sich nach einer Sinusfunction. In den wirklich ausgeführten Motoren ist dieser Strom nicht gleiclimässig um den Umfang vertheilt, weil die Leiter Gruppen bilden; aber wir werden später sehen, dass die praktisch eintretende Wirkung richtig berechnet werden kann, indem man den Breitencoefficient für die Spulen in Rechnung setzt (vgl. S. 81). Wegen unregelmässiger Yertheilung siehe Kap. XIII.

Um ein Diagramm herzustellen, welches sich für verschiedene Arten der Wickelung verwenden lässt, muss man natürlich von einem Normalfall ausgehen, mit dem alle anderen verglichen Averden; dafür eignet sich am besten der der gleichmässigen Yertheilung um den Läufer. Auch beim Ständer kann man die Wickelung auf diesen Normalfall zurückführen und den Querschnitt auf 1 cm des Umfangs beziehen, wobei der letztere längs des Luftspaltes gemessen wird; der Widerstand rt dieses Querschnittes einschliesslich der Verbindungsstücke lässt sich dann berechnen (praktische Einzelheiten siehe S. 214). Wir können demnach auch beim Ständer von dem auf 1 cm des Umfangs entfallenden Strom sprechen; dieser soll mit iL bezeichnet werden. Demnächst müssen Avir die Menge der Kraftlinien kennen, welche in der auf S. 170 beschriebenen Weise längs des Luftspaltes ausAveichen und zur Triebkraft nichts beitragen; hieraus lässt sich die Selbstinduction unseres Normalleiters, welche durch die angegebene Ursache hervorgebracht wird, berechnen. Wie dies ausgeführt Avird, zeigt das Beispiel auf S. 215. Diese Selbstinduction eines Normalleiters bezeichnen wir mit Ll für den Ständer, mit L.₂ für den Läufer.

Zwei andere Grössen, die wir kennen müssen, sind der magne-tisirende Strom in Ampere für das cm des Umfangs, und der Kernverlust-Strom, der ähnlich ausgedrückt Avird. Wie man diese Grössen erhält, wird auf S. 217 — 219 gezeigt.

Wir sind nun im Stande, ein Uhrdiagramm zn entwerfen, welches uns die Phasenbeziehungen zwischen den verschiedenen Strömen und Spannungen im Motor angibt. Es gibt mehrere Wege, um die Betrachtung der Aufgabe zu beginnen, je nach den zu Grunde liegenden Angaben. Wie bei der Betrachtung des feststehenden Transformators, so ist es auch bei der des umlaufenden Inductionsmotors am einfachsten, mit der Annahme zu beginnen, dass der Eisenkern einer bestimmten cyklischen Folge der Magne-tisirung unterworfen ist. Hieraus und aus der Kenntniss der Windungen können wir sowohl vorwärts als rückwärts rechnen und die Werthe der primären und secundären Ströme berechnen. Deshalb wollen wir zunächst den Fall betrachten, wo wir annehmen, dass 33l5 vt und v₂ gegeben sind. Danach kommt der Fall, wo die speisende Spannung und die Leistung des Motors vorgeschrieben sind.

Wir haben oben bemerkt, dass unter dem Zusammenwirken von Ständer und Läufer Bänder magnetischer Kraft um die Maschine herumlaufen. Diese induciren elektromotorische Kräfte in den Kupferwindungen. In der primären oder Ständerwickelung induciren sie eine EMK, welche der Gegenkraft ähnlich ist, die im Anker eines Gleichstrommotors erzeugt wird, oder derjenigen in einer Drosselspule oder in der Primärspule eines Transformators. In der secundären oder Läuferwickelung induciren sie die EMK, welche die treibenden Ströme erzeugt. Wir haben nun Ausdrücke für diese inducirten EMKe zu suchen.

Wenn 33₀ der Scheitelwerth von 33 im Luftspalt und l die wirksame Länge eines Leiters im Ständer ist, so lässt sich der Scheitelwerth der Spannung, welche durch die umlaufenden Kraftlinien zwischen den Enden eines Ständerleiters inducirt wird, ausdrücken durch vx • 33₀ • l-10 ~⁸. Wir ziehen nach Fig. 214 eine Linie OE, um dies darzustellen; ein passender Maassstab ist 10 cm für IVolt. In Fig. 214 ist der Maassstab nicht genau festgehalten worden, weil einige Grössen dafür zu geringfügig waren. Nun berechnen wir den Scheitelwerth der Spannung, welche zwischen den Enden eines Leiters des Läufers durch die umlaufenden Kraftlinien inducirt wird. Diese ist gleich — v₂) 33₀ • L 10—8. Im gleichen Maassstab stellt OE₂ diese Grösse dar, wobei OE₂ in derselben Richtung wie OE aufzutragen ist.

Demnächst brauchen wir den Winkel, um den die Phase des Läuferstromes hinter der von OE₂ zurückbleibt. Dies wird

• ny, wir bezeichnen dies durch n>. Dann wird der

folgendermaassen berechnet. Wenn der speisende Strom die Frequenz n₂ besitzt, so ist die Frequenz des im Läufer inducirten vt — v.₂

Stromes

c*

Yerzögerungswinkel so gross sein, dass seine trigonometrische Tangente gleich 2 7t n₂ L₂ /r₂ ist. Es wird gezeigt werden (S. 217), dass der letztere Ausdruck die Tangente des Verzögerungswinkels des Stromes angibt, der eine Anzahl Leiter durchfliesst, die Seite an Seite liegend ein Band bilden und mit anderen Leitern derselben Art neben oder hinter einander geschaltet sind. Es kommt nicht darauf an, welches Wickelungsschema angewandt wird, ob es zwei- oder dreiphasig ist, oder ob es die Reihenschaltung einer grossen Leiterzahl oder die Nebeneinanderschaltung von wenigen dicken Stäben verlangt.

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E,

Fig. 214.

Der Verzögerungswinkel des Stromes im Läufer, der auf diese Weise erhalten wird, ist ein kleiner Winkel, von der Grössenordnung 5° etwa bei voller Belastung. Dass er klein ist, rührt von dem geringen Wertlie von n.₂ her. Wir bezeichnen diesen Verzögerungswinkel im Läufer mit ip. Nun legen wir den Winkel ip an OE an und ziehen 0(7, welches den Läuferstrom darstellen soll. Von E₂ fällen wir das Lot E₂ R₂, welches von 0 C₂ den Tlieil OR₂ abschneidet, c* Dieser Theil OR.₂ stellt die Componente der inducirten EMK dar, welche den Strom durch r2 treibt, während E₂R₂ die Componente bedeutet, welche die EMK der Selbstinduction im Normalleiter überwindet. Indem wir die Grösse OR.₂ durch den Widerstand r.₂ dividiren, erhalten wir den Scheitelwerth des Stromes für 1 cm Umfang (vgl. S. 203). Wenn der Motor dreiphasig gewickelt ist (wie in den Fällen, wo es erwünscht ist, einen Anlasswiderstand einzuführen, S. 187), wird der Scheitelwerth des inducirten Stromes nur 0,95 von demjenigen sein, den man erhält, wenn man OR₂ durch r2 dividirt (vgl. S. 47 und 203). Er ist in diesem Fall über einen breiteren Riemen ausgebreitet, und die ganze Summe seiner magnetischen Wirkung ist so gross, dass sie etwa 0,95 der Zugkraft erzeugt, welche bei einer sinusartigen Vertheilung des Stromes her-

vorgebracht wird. Da r₂ ein kleiner Bruch ist, so erhält man bei der Division von OR₂ durch r₂ einen verhältnissmässig grossen Werth für OC₂, den Scheitelwerth des Läuferstromes für 1cm Umfang. Wir müssen für OC₂ einen für die Darstellung passenden Maassstab auswählen. Da der Werth gewöhnlich auf einige Hundert Ampere steigt, so ist die Annahme von 1 mm für 1 Ampere zweckmässig. OC₂ zeigt die Stelle des Motors an, wo der Strom seinen positiven Scheitelwerth erreicht (vgl. Fig. 173 und 216).

Nun ziehen wir OM rechtwinklig zu OE, um den magneti-sirenden Strom für 1 cm Umfang darzustellen. Dieser wird aus den magnetischen Widerständen der Wege im Eisen berechnet, wie auf S. 218 gezeigt wird. Er steht rechtwinklig zu OE, weil die Richtung des Magnetismus rechtwinklig steht zu der des magnetisirenden Stromes. Es folgt daraus, dass in dem Augenblick, wo der magne-tisirende Strom (oder die Resultirende mehrerer Ströme) in einer bestimmten Richtung seinen Scheitelwerth erreicht hat, der Magnetismus seinen Scheitelwerth in der zu jener senkrechten Richtung des Diagramms annimmt. Darauf ziehen wir MN parallel zu OE, um den Kern Verlust-Strom für 1 cm Umfang darzustellen (siehe S. 219). Die Verbindungslinie ON gibt den wirksamen Strom an, der den Magnetismus durch den die Leiter umschliessenden magnetischen Kreis treibt. Dies muss die gemeinsame Wirkung des Läufer- und Ständerstromes sein. Wenn wir daher die Verbindung C₂N ziehen und das Parallelogramm C₂OCxN vervollständigen, so gibt OC\ den Ständerstrom für 1cm Umfang an, der aber in der Phase nicht genau OC₂ entgegengesetzt ist, sondern einen solchen Phasenunterschied ihm gegenüber hat, dass sich als Resultirende ON ergibt. Die Länge von OCx in Millimetern ergibt den Scheitelwert des Stromes auf 1 cm Umfang des Ständers in Ampere. Durch Multiplication mit rx erhalten wir die Spannung, welche nöthig ist, um diesen Strom durch einen Normalleiter zu treiben. Der letztere Werth wird längs OCx im Maassstab der Spannung (1 Volt = 10 cm) aufgetragen und ist in Fig. 214 durch ORx angegeben. Wir berechnen nun die Spannung, welche nöthig ist, um die Reactanz des Normalleiters zu überwinden, welche durch die ausweichenden magnetischen Kraftlinien hervorgerufen wird. Sie ist gleich 2tvnx Lx ix ; diesen Werth tragen wir im Spannungsmaassstab als OL rechtwinklig zu ORx auf, so dass es diesem um 90⁰ voraneilt. Vervollständigen wir nun das Viereck OLPRx, so erhalten wir OP, welches um den Winkel % voraneilt, als Spannung, welche nöthig ist, um den Strom OC₁ zu erzeugen, ohne die elektromotorische Gegenkraft zu berücksichtigen, die in der Ständerwickelung durch die vorüberziehenden Bänder magnetischer Kraft inducirt wird. Die Spannung, die zur Ueberwindung der letzteren erforderlich ist, wird natürlich durch OB(n das gleich und entgegengesetzt zu OE ist, dargestellt. Setzt man Letzteres mit OP zusammen, wie in der Figur dargestellt, so erhält man OEx, den Scheitelwerth der wirksamen Spannung, welche jedem Ständerleiter zugeführt werden muss. Multiplicirt man diese Spannung mit der Zahl der Ständerleiter, welche in jeder Phase in Reihe geschaltet sind, so erhält man den Scheitelwert der Spannung (für die Phase), unter der der Strom geliefert werden muss, damit 33, vx und v₂ die Werthe erhalten, die von vornherein dafür angenommen worden sind. Die Methode, nach welcher man bestimmt, welche Spannung und Stromstärke den Klemmen eines Motors von gegebener Grösse und Anordnung zugeführt werden muss, ist nun leicht aus dem praktischen Beispiel auf S. 212 zu verstehen.

Wir wollen nun die Veränderungen betrachten, welche sich in dem Diagramm abspielen, während die Belastung sich in verschiedener Weise ändert. Zunächst sieht man, dass 33₀ bei allen normalen Belastungen, wenn die Klemmenspannung constant gehalten wird, auch nahezu constant bleibt; da nun die Zugkraft proportional ist dem Product von 33₀ und i₂ (Läuferstrom) und dem cos ip, dem Verzögerungswinkel von i₂ (ip ist klein bei allen Belastungen zwischen der höchsten Belastung und dem Leerlauf, sobald der Motor im Gang ist), so folgt, dass der Läuferstrom i2 sich annähernd im Verhältniss der Belastung ändert, und dass die inducirte EMK, welche diesen Strom erzeugt, gleichfalls nahezu proportional zur Belastung ist. Nun ist die EMK, unter sonst gleichen Bedingungen, proportional zu vl — v₂, dem Schlipf zwischen den Leitern des Läufers und dem magnetischen Feld im Ständer. Daher ist auch der Schlipf v₁ — v₂ annähernd proportional zur Belastung. Bei Leerlauf hat der Läufer praktisch keinen Schlipf, da er annähernd in Gleichlauf mit dem Feld ist. Das Diagramm bei Leerlauf zeigt Fig. 215. Der magnetisirende Strom bleibt nahezu gleich bei allen gewöhnlichen Belastungen, aber i₂ ist nur gerade ausreichend stark, um den Motor in seinen Lagern zu drehen, und OE₂ ist in der That sehr klein. Der magnetisirende Strom ist bei diesen Motoren stets beträchtlich in Folge des magnetischen Widerstandes im Luftspalt, und beträgt ungefähr ein Viertel des Stromes bei voller Last. Dies bewirkt, dass die Gegenspannung 0L₁ welche von den ausweichenden Kraftlinien herrührt, schon bei Leerlauf beträchtlich ist; da nun diese Spannung bei Leerlauf mit der speisenden Spannung näher in der Phase übereinstimmt als bei voller Last, so ergibt sich, dass die Grösse v₁^8₀l- 10—8 bei allen gewöhnlichen Belastungen annähernd constant ist. Wir werden sehen, dass der Verzögerungswinkel des primären Stromes E₁OC₁(=(p) zwischen dem Strom im Ständer und der äusseren EMK bei Leerlauf gross ist. Er nimmt allmählich ab, in dem Maasse, wie der Läuferstrom wächst, bis er bei voller Last ungefähr 25° beträgt und einen Leistungsfactor von etwa 0,9 ergibt.

Bo

Fig. 215.

Ein Uhrdiagramm von der hier benutzten Art gibt uns die Phasenbeziehungen zwischen den verschiedenen Grössen, und setzt uns hierdurch in den Stand, uns ein geistiges Bild der gegenseitigen Stellungen der verschiedenen Grössen im Motor zu machen. Zum Beispiel können wir uns den Pall unseres idealen zweipoligen Motors vorstellen, wie in Eig. 216 gezeichnet; wir sehen für einen bestimmten Augenblick die gegenseitige Lage der Bänder der magnetischen Kraft und der Scheitelwerte des Stromes in Läufer und Ständer. Der äussere Ring stellt die Leiter des Ständers dar und die Tiefe der Schattirung deutet die Stärke des Stromes an. Der Vector C\ führt nach dem Punkte, wo der Strom im positiven Scheitelwerthe steht.

Der mittlere Ring gibt die Vertheilung der magnetischen Dichte, welche bei Ü8₀ radial nach innen gerichtet ist und ein Maximum hat Der Läuferstrom wird durch den inneren Ring und den Vector C₂ dargestellt.    Die zwei Strom-

vectoren C\ und C\ sind einander nahezu entgegengesetzt und erzeugen die Resultirende OAT, den Strom, welcher den Magnetismus durch den Kreis treibt. Der Vector der magnetischen Dichte Oüö0 steht indessen nicht genau senkrecht zu NO. Er bleibt ein wenig dahinter zurück in Folge der Hystérésis und der Wirbelströme im Eisen. Der Vector OM stellt die arbeitslose Componente des magnetisirenden Stromes dar, welche mit dem Magnetismus genau in Quadratur steht, während MN der Kemverlust-Strom ist. Indem nun der Magnetismus umläuft, dreht sich die ganze Figur mit der

14

Thompson, Mehrphasenströme.

gleichen Geschwindigkeit; die feststehenden Ständerleiter führen Wechselströme von der Frequenz wl5 während in den umlaufenden Leitern des Läufers der Strom seine Richtung nur so rasch wechselt, als die umlaufende Figur sie überholt.

Eine ähnliche Figur kann man zur Darstellung der EMKe zeichnen. Wenn Läufer und Ständer mit Wickelungen aus einzelnen Leitern (anstatt gleichmässig vertheilten Wickelungen) versehen werden, so können wir uns gleichwohl den Vorgang, wie die Strombänder in den Spulen wechseln, in derselben Weise vorstellen.

Wir wollen nunmehr annehmen, dass Spannung und Frequenz des speisenden Stromes gegeben seien, und werden hieraus und aus

ß°

c,

Fig. 216.

den Abmessungen des Motors dasDiagramm für eine bestimmte Zugkraft zeichnen. Zu diesem Zweck muss zunächst der Scheitelwerth der Spannung in einem Leiter des Ständers ermittelt werden. Wenn die Spulen des Motors in Sternschaltung verbunden sind, so ist die Spannung des Speisestromes (die Spannung zwischen den Leitungsdrähten) durch 1,73 zu dividiren, um die Spannungeiner Phase zu erhalten (vgl. S. 53). Dies durch die Zahl der Leiter in der Phase dividirt, gibt die virtuelle Spannung für einen Leiter; durch Multiplication mit 1,41 erhalten wir den Scheitelwerth der Spannung für einen Leiter im Mittel für eine Spule. Der thatsächliche Scheitelwerth der Spannung für einen Leiter wird gefunden, indem man noch durch den Breitencoëfficient (nach S. 81) dividirt. Dieser thatsächliche Scheitelwerth der Spannung für einen Leiter möge mit e₁ bezeichnet werden; er ist etwas grösser als die elektromotorische Gegenkraft v₁ S8₀1 • IO⁻⁸. Dieser Werth kann durch direkte graphische Construction nach der im nächsten Kapitel beschriebenen Methode gefunden werden, oder er kann ermittelt werden als ein Theil der ganzen EMK, indem man Fig. 214, wie auf S. 206 angegeben, zeichnet. Dies lässt sich sehr leicht ausführen, indem man zunächst einen wahrscheinlich richtigen Werth für i\ 53₀1 ’ 15—8 annimmt — etwa 95 °/₀ von ex —

lind dann mittete einer Construction ähnlich wie Fig. 214 den Unterschied ermittelt zwischen der äusseren Spannung und der inneren Gegenkraft, wenn der Motor eine bestimmte Zugkraft äussert. Der Werth des Schlipfes lässt sich leicht berechnen, da wir den Strom kennen, der nöthig ist, um eine bestimmte Zugkraft zu erzeugen. Ein Beispiel hierfür wird unten gegeben. Diese Methode gibt den gesuchten Unterschied der Spannungen in Pro-eenten von ex mit grosser Genauigkeit; denn selbst ein Fehler von 10°/₀ in dem für v± üö₀1 • 10 dem Ergebniss nur einen Fehler von ¹/₁₀ °/₀ hervor. Wir zeichnen nun diesen Unterschied im Maassstab von OE als das richtige v₁ 39₀ l ■ 10~⁸. Wir berechnen vt aus der Frequenz n und der Zahl p der Polpaare und dem Halbmesser q (in cm):

angenommenen Werth bringt in

v₁ -

27iQn

Da die wirksame Länge l eines Ständerleiters bekannt ist, so erhalten wir sogleich 23₀, den Scheitelwerth der Kraftliniendichte. Aus 23₀ können wir den magnetisirenden Strom und den Kernverlust-Strom berechnen in der Weise, welche am besten aus dem Beispiel auf S. 219 hervorgeht. Aus 3% berechnen wir auch den Strom i₂ in dem Normalleiter des Läufers. Da wir r₂ kennen, so haben wir OR₂ und daraus OE₂. Wir wissen, dass

OE₂

Vi — V₂

OE

und finden daraus den Schlipf vx — v₂. Wir können nun OC2j OM, MN, ON, OCx zeichnen und die Figur wie vorher vervollständigen, bis wir schliesslich OEx als Darstellung der äusseren Spannung erhalten. Auf diese Weise haben wir alle Phasenbeziehungen und alle wesentlichen Grösse^ in richtigem Maassstabe aufgetragen.

Die symbolische Methode.

In dem weiter unten ausgeführten Beispiel werden die Werthe der zu bestimmenden Grössen aus einem maassstäblichen Diagramm erhalten. Dies kann im Allgemeinen mit einer für praktische Zwecke ausreichenden Genauigkeit ausgeführt werden, aber es kann auch Vorkommen, dass man Diagramme erhält, aus denen die Grössen nicht mit der gewünschten Genauigkeit entnommen werden können. In diesem Falle leistet die symbolische Methode, die von C. P. Steinmetz in seinem Buch über Wechselstromerschei-

14*

nungen empfohlen wird, gute Dienste. Diese Methode wird im ersten Anhang dargelegt und Fig. 214 wird als Beispiel in Symbolen gegeben.

Auch auf S. 259 wird auf die Arbeit von Steinmetz näher eingegangen.

Beispiel der graphischen Behandlung.

Ehe wir tiefer auf die Theorie eingelien, wollen wir ein praktisches Beispiel der oben angegebenen graphischen Methode durcharbeiten. Wir legen einen Dreiphasenmotor der General Electric Company in Schenectady, New York, zu Grunde. Ein Ausschnitt der Eisentheile von Ständer und Läufer wird in Fig. 217 in ¹/₅ der natürlichen Grösse dargestellt, einige Küthen in voller Grösse mit Windungsdrähten und Isolation in Fig. 218.

Im Folgenden werden die Einzelheiten dieses Motors mit-getheilt, welche wir für die Rechnung brauchen. Später folgen Einzelheiten über das Arbeiten des Motors.

Allgemeine Beschreibung.

Dreiphasig, achtpolig (4N- und 4 S-Pole), 150 P, 600 Umdrehungen in der Minute (vermindert um den Schlipf), 550 V, 40 Perioden in der Secunde (Frequenz).

Einzelheiten des Läufers.

Aeusserer Durchmesser der Kernscheiben .... 1016 mm

Innerer Durchmesser der Kernscheiben.....

Wirkliche Länge des Eisens parallel zur Achse .    .

Gesammtjänge des Eisens zwischen den Schlussstücken

Zahl der Schlitze.............

Tiefe der Schlitze.............

Weite der Schlitze an der Grundfläche.....

Weite der Zähne an der Grundfläche......

Zahl der Leiter in einem Schlitz.......

Höhe eines Leiters............

Breite eines Leiters............

Zahl der neben einander geschalteten Leiter .    .    .

Stromkreise in Sternschaltung........

Zahl der Leiter hinter einander in einer Phase .    .

Widerstand eines Sternzweiges, kalt......

813 „ 254 „ 327 „

144

32 mm

12,7 mm

7,9 „

11,1 mm

4,8 „

48

0,0036 Ohm

Einzelheiten des Ständers.

1022 mm

Innerer Durchmesser der Kernscheiben .    .    .

120

Aeusserer Durchmesser der Kernscheiben .... 1219 „ Wirkliche Länge des Eisens parallel zur Achse . . 254 „ Zahl der Schlitze

Fig. 217.

Zuerst wollen wir die Grössen rx und r.₂ berechnen. Wenn der Widerstand eines Sternzweiges gegeben ist, können wir folgender-maassen verfahren:

• 2,25 = 1,69 • 10-⁴ Ohm.

Schlitze auf einen Pol ....

Schlitze auf den Pol jeder Phase

Tiefe der Schlitze......

Weite der Schlitze.....

Weite der Zähne......

Breite eines Leiters.....

Zahl der Leiter in einem Schlitz

Höhe eines Leiters.....

Breite eines Leiters.....

Stromkreise in Sternschaltung Zahl der Leiter hinter einander in einer Phase .    .    160

Widerstand eines Sternzweiges, kalt .    .

Luftspalt, Weite .........

38 mm

17,5 mm

9,5 „ 4,8 „

12,7 mm

5,6 „

0,036 Ohm 3,2 mm

*>■

lii

•V

Bestimmung «ron r₂. Es sind im Ganzen 144 Schlitze, d. i. 48 Schlitze für die Phase. In jeder Phase liegen 48 Leiter hinter einander; demnach füllt der Querschnitt des Zweiges, dessen Widerstand 0,0036 Ohm beträgt, gerade einen Schlitz. Dies stimmt überein mit der obigen Angabe: „Zahl der Leiter in einem Schlitz 4“, und „Zahl der neben einander geschalteten Leiter 4“. Demnach ist 0,0036/48 der Widerstand des Kupfers in einem Schlitz einschliesslich der zugehörigen Endverbindungen. Nun nimmt ein Schlitz nebst Zahn am Umfang eine Länge von 2,25 cm ein. Daher ist der Widerstand auf 1 cm Umfang 0,0036

48

Da man auf die Erwärmung durch den Betriebstrom Rücksicht nehmen muss (etwa 30° C), so ist zu setzen:

r₂ — 1,9 • 10~⁴ Ohm.

Bestimmung von rx. Es sind 120 Schlitze oder 40 Schlitze für die Phase. In jeder Phase liegen 160 Leiter, d. i. 4 hinter einander geschaltete Leiter in jedem Schlitze. Jeder Leiter mit den zugehörigen Endverbindungen hat einen Widerstand von

ft"

_s-tr

■s

Fig. 218.

0,036

0,036/160 Ohm. Wenn die 4 Leiter eines Schlitzes parallel geschaltet würden, so würde der Widerstand des Kupfers in einem Schlitz sein:

160-4'

7\ — 1,7 • 10 ~⁴ Ohm.

Da ein Schlitz und Zahn 2,7 cm des Umfangs einnimmt, so wird der Widerstand für 1 cm Umfang unter Rücksicht auf Erwärmung wie vorher:

Berechnung von Lt und L₂. Zuerst ist es nöthig, den magnetischen Widerstand zwischen zwei Zähnen zu ermitteln. Wir betrachten drei Theile der Zähne getrennt.

a) Die Streuung, welche zwischen den parallelen Seiten des Schlitzes von einem Zahn zum nächsten stattfindet, kann geschätzt werden, indem man den magnetischen Widerstand der halben Tiefe der Zähne ansetzt. Der magnetische Widerstand ist direct proportional der Länge des Weges für die Kraftlinien und umgekehrt proportional dem Querschnitt dieses Weges und zu der Permeabilität, welche für Luft oder Kupfer = 1 ist. Wir wollen die Zahl für 1 cm der Länge des Ständers (d. h. parallel zur Achse) haben ; aus den Maassen der Fig. 218 S. 214 ergibt sich als magnetischer Widerstand zwischen den parallelen Seiten eines Schlitzes:

Länge

= 1 egs für 1 cm Ständerlänge.

1,75

1,75

Querschnitt

b) Die Streuung an den Zacken der Zähne ist erheblich, der magnetische Widerstand kann geschätzt werden auf:

0,5

—= 2 egs für 1 cm Ständerlänge.

c) Wenn ein Zahn des Läufers einem Schlitz des Ständers gegenüber steht, so findet Streuung statt über den Luftspalt zum äusseren Theil des Zahnes, längs des Eisens des Zahnes und zurück über den Luftspalt. In der für die Streuung günstigsten Stellung können wir die Länge des Luftspaltes zu 0,6 und die Breite zu 0,6 annehmen. Dies ergibt einen magnetischen Widerstand 1; aber da diese Streuung im Mittel nur an der Hälfte der Schlitze stattfindet, können wir den auf diese Streuung entfallenden magnetischen Widerstand zu 2 annehmen.

Indem man a), b) und c) parallel schaltet, erhält man als gemeinsamen magnetischen Widerstand 0,5 egs für 1 cm Länge des Schlitzes.

Durch Division mit der Länge des Ständers erhalten wir den magnetischen Widerstand des Weges zwischen zwei Zähnen, ohne die Streuung an den Stirnflächen zu berücksichtigen. Die letztere kann angenähert in Rechnung gesetzt werden, indem man der Länge des Schlitzes ein Stück zurechnet, welches dreimal so lang ist als der Abstand von der Mitte eines Zahnes zur nächsten. Da dieser Abstand etwa 3 cm beträgt und die Länge der Schlitze 25 cm, so erhalten wir eine angenommene Gesammtlänge von 34 cm. Daraus

ergibt sich der magnetische Widerstand des Weges zwischen den Zähnen zu

0,5

= 1,46 • 10~² cgs.

Der von der Streuung hervorgebrachte Selbstinductionscoöfficient des Leiters in einem Schlitz ist gleich

10    0,0146 • 10⁸

= 8,5 • 10 _7 Henry.

Hierzu muss noch etwas addirt werden, um die Selbstinduction der Endverbinder zu berücksichtigen. Diese Grösse kann man nicht berechnen, aber sie ist sehr klein. In unserem Beispiel, wo die Verbinder etwa 40 cm lang sind, beträgt sie etwa 2 • 10⁻⁷. Man erhält demnach im Ganzen 1,05 • 10~⁶ Henry.

Nunmehr ist zu zeigen, dass die von der Streuung hervorgerufene Reactanz eines Leiters, der sich der Breite nach längs der Peripherie ausdehnt, dieser Breite umgekehrt proportional ist. Dass dies so ist, kann daraus ersehen werden, dass, je weiter die Breite des Leiters sich längs des Umfangs erstreckt, um so länger der Weg für die magnetischen Linien wird, während der Querschnitt dieses Weges ungeändert bleibt. Um dies zu erläutern, mögen zwei Beispiele dienen. Zunächst wollen wir einen Wechselstrom von der Stärke 1 betrachten, der in dem Leiter eines Schlitzes fliesst. In Folge der Reactanz herrscht an den Enden des Leiters eine bestimmte Spannung. Schalten wir die Leiter von vier Schlitzen parallel und nehmen an, der Strom von der Stärke 1 fliesse nun in dem so geformten Band, so erhellt, dass nur ¹/i des Stromes 'in jedem Schlitz fliesst und demnach nur ł/₄ der Spannung nöthig ist, um die Selbstinduction des Bandes zu überwinden, d. h. der Selbstinductionscoöfficient des Bandes ist ¹/i von dem des Leiters in einem Schlitz. Nun wollen wir die Selbstinduction eines Ständerleiters unter den Verhältnissen des Betriebes bestimmen. Wenn in einem Leiter der Wechselstrom von der] Stärke 1 fliesst, während auf jeden Schlitz vier Leiter kommen, jeder mit demselben Strom, so ist die Spannung an dem Ende eines jeden viermal so hoch, als sie wäre, wenn der Strom 1 durch alle 4 Leiter in Parallelschaltung flösse. Die Reactanz des einen Leiters ist viermal so gross, als wenn die 4 Leiter parallel verbunden wären und als ein einziger Leiter betrachtet würden. In dieser Beziehung gilt für die Reactanz dasselbe Gesetz wie für den Widerstand eines gegebenen Bandes. Die EMK zwischen

den Enden des Leiters, sowohl soweit sie von der Reactanz, als soweit sie vom Widerstande herrührt, ist proportional zur Stromdichte, wenn der Strom 1 in dem Band fliesst. Wenn wir nun den Selbstinductionscoëfficienten finden wollen, der von der Streuung herrührt, und zwar für 1 cm Breite des Leiters längs des Umfangs, so haben wir den Selbstinductionscoëfficienten mit dem Abstand zweier Zähne (von Mitte zu Mitte gemessen) zu multipliciren. Dies ergibt

Lx = 1,05 • 10⁻⁶ • 2,7 =2,82-10-6 L₂ = 1,05 • 10-⁶ • 2,25 = 2,47 • IO"⁶.

Man kann nun zeigen, dass das Product 2rcnLxix die Spannung an den Enden eines Leiters, welche von der Streuungsreactanz herrührt, angibt; z. B., wenn wir 40 Schlitze annehmen, jeden mit 4 Leitern, und suchen die Gregenspannung, die von der Streuung herrührt, wenn 150 Ampere bei der Frequenz 40 durch die 160 hinter einander geschalteten Leiter fliessen, so ergibt sich eine sehr einfache Rechnung. Wir haben 150 x 4 = 600 Ampere auf den

600

Schlitz oder

2,7

= 222 Ampere auf 1 cm Umfang. Dies ergibt

27tnLx ix = 27t • 40 • 2,82 • 10~⁶ • 222 = 0,158 Yolt für den Leiter. Da es 160 Leiter in Reihe für jede Phase sind, so beträgt die Reactanz für eine Phase 160 • 0,158 = 25,2 Yolt. Der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung ergibt sich aus der Beziehung tgip = 2rr n LxJrx.

Wir können nun dazu übergehen, die verschiedenen elektromotorischen Kräfte und Ströme in ein Uhrdiagramm einzutragen.

Wir nehmen an, der Motor sei mit den Leitungsdrähten verbunden; zwischen je zwei Leitungen herrsche eine Spannung von 550 virtuellen Yolt; seine volle Leistung beträgt 150 P. Es wird gefordert, den Strom, den der Motor braucht, zu berechnen, ferner den Yerzögerungswinkel (p des Stromes, den Schlipf, den Strom in den Leitern des Läufers und den Wirkungsgrad. Danach wollen wir die Anzugkraft, Anzugstrom und Leerlauf ström betrachten.

Wir müssen zuerst die Spannung zwischen zwei Leitungen umrechnen auf die Spannung an einem Leiter des Ständers. Da der letztere Sternschaltung besitzt, ist die Spannung für die Phase (vgl. S. 210) 550/1,73 = 318. Hieraus 318/160 = 1,98 virtuelle Yolt. Dies mit \2 multiplicirt und durch den Breitencoëfficient 0,95 (S. 81) dividirt gibt 2,96 Yolt für den Scheitelwerth der Spannung eines Leiters (S. 205).

Der Motor liefert ein Drehmoment von 183 kgm, oder, wenn man 3 P Iteibungsverlost annimmt, 187 kgm, was gleichwerthig ist mit 3,73 • 10⁸ cgs-Krafteinheiten am Hebelarm 49 cm (Entfernung von Mitte des Leiters bis zur Achse). Wenn nun der Scheitelwerth des Stromes für 1 cm Umfang des Läufers i> ist und dieser Strom sich nach der Formel % sin d vertheilt (wo V der Winkel auf dem Bezugskreis der Fig. 10, S. 11) ist, wenn ferner 33₀ der Scheitelwerth der magnetischen Dichte ist, deren Vertheilung nach der Formel S^sin# stattfindet, so wird der Mittelwerth der Umfangskraft, aus-gedrückt für 1 cm des Umfangs, gegeben durch den Ausdruck:

2tt

^ L »0 f • £2

271 10 J

• (ZV =

•/

20

worin l die Länge eines Leiters in cm.

Hier haben wir den Läuferstrom und 33₀ als in der Phase mit einander übereinstimmend angenommen. Der hierdurch begangene Fehler beträgt nur etwa 0,3 °/₀, da der Verzögerungswinkel ungefähr 4 ⁰ beträgt (vgl. Fig. 214).

Um 33₀ zu finden, ist zu bestimmen, ein wie grosser Theil von O Ky die Gegenkraft 10    53₀1 ist. Wir nehmen zuerst angenähert

an, dass 10 ⁸    33₀1 um 5 °/₀ kleiner als OEŁ ist und zeichnen

mit dieser Annahme das Diagramm, wie es auf S. 205 und 208 gezeigt wird; daraus ergibt sich das genaue Verhältnis zwischen OE₁ und 10~⁸ vx 1. Diese Methode ergibt im vorliegenden Falle 95,5 °/₀, woraus S3₀ zu 3340 bestimmt wird.¹) Die Umfangskraft

¹

   10-8 vt ä3₀ 1 = 0.955 • 2,96; l = 25,4 cm, vl = 1060 • n.

H 33

des Motors wird gefunden, wenn man den Ausdruck —--- mit

U\J

dem Umfang des Läufers multiplicirt; dies gibt einen Werth gleich dem oben berechneten 3,73-10⁸cgs:

3,73 • 10⁸

• 101,6 • 7t • 0,97

li, 23₀

20 woraus i.₂ = 288 Ampere (vgl. S. 221).¹)

Zur Bestimmung des magnetisirenden Stromes hat man nur nöthig, die magnetomotorische Kraft zu bestimmen, welche erforderlich ist, um den Scheitelwerth der magnetischen Dichte in einem Luftspalt von gewisser Länge und im Eisenweg zu erzeugen.

Die Länge des Eisenweges kann man zu 42 cm ansetzen, und die mittlere magnetische Dichte im Eisen zu 6400. Setzt man die Permeabilität ^ = 2800, so ergibt sich:

= 96 cgs für das Eisen.

42 •6400

2800

Wir müssen bemerken, dass im Luftspalt die vorspringenden Zähne die theoretische Sinus-Yertheilung der Kraftlinien stören. Aus Eig. 218 S. 214 können wir sehen, dass im Ganzen der Scheitelwerth der magnetischen Dichte um weniger als ein Drittel ver-grössert wird. Die magnetomotorische Kraft, welche nöthig ist, um die Kraftliniendichte 4200 im Luftspalt von 0,32 cm Länge zu erzeugen, ist 1340 cgs, demnach 1436 cgs für Luft und Eisen zusammen. Dies erfordert 1140 Ampere-Windungen. Nun überspannt ein Pol 15 Schlitze mit 60 Leitern, und der Strom in diesen Leitern hat die magnetomotorische Kraft zu liefern, welche den magnetischen Widerstand von zwei Luftspalten und dem zugehörigen Eisen überwindet. Demnach muss die gesammte magnetomotorische Kraft der 60 Leiter = 2280 Ampere-Windungen, der magnetisirende Strom demnach 2280 Ampere sein; die 20 mittleren Leiter in der Lage des Scheitelwerthes führen hierbei genau doppelt so starken Strom wie die je 20 zu beiden Seiten. Demnach sind zur Erzeugung des Scheitelwertes der magnetischen Dichte 28 Ampere in jedem seitlichen und 56 Ampere in jedem der 20 mittleren Leiter nöthig. Dies bedeutet einen Scheitelwerth von 224 Ampere auf den Schlitz oder 86 auf 1 cm des Umfangs.

Zur Berechnung des Kern Verlust-Stromes müssen wir zunächst die Masse des Eisens im Ständer bestimmen: sie beträgt etwa 600 kg. Den Yerlust durch Wirbelströme und Hystérésis kann man zu etwa 6 Watt auf 1kg oder 3600 Watt im Ganzen annehmen. Da es drei Windungen sind, jede mit 320 Yolt Spannung, so ergeben sich 3,76 Ampere für die Phase. Dies ergibt einen Scheitelwerth von 5,3 Ampere für den Leiter oder 7,8 Ampere für 1 cm Umfang.

Wir wollen nun die berechneten Werthe zusammenstellen.

Die Scheitelwerthe der verschiedenen Grössen sind: Aeussere Spannung an einem Leiter des Ständers

Gegenspannnng in demselben Leiter.....

Magnetische Dichte S3₀ . .    .

Läuferstrom auf 1 cm Umfang Magnetirungsstrom ....

Kernverlust-Strom ....

2,96 Voit 2,82 „

3340

288 Ampere

86

7,8 „

Wir können nun dazu übergehen, das Uhrdiagramm zu zeichnen, welches die Phasenbeziehungen der verschiedenen Grössen ergibt. Hier möchten wir dem Ingenieur, der sich mit dieser Behandlungsweise des Mehrphasenmotors vertraut machen will, rathen, Maassstab und Reissschiene zur Hand zu nehmen und jeden Schritt an einer Zeichnung im vollen Maassstab zu verfolgen, wobei er sich fortwährend die physikalische Bedeutung jeder Linie klar machen möge. Passende Maassstäbe sind 10 cm für 1 Yolt und 1 mm für 1 Ampere. Pig. 214 ist aus Rücksicht auf den erforderlichen Raum in einem anderen Maassstabe ausgeführt worden.

Wir ziehen zuerst OE — 2,82 Yolt und schneiden den Theil OE₂ = 0,055 ab, um die Spannung darzustellen, welche nöthig ist, um 288 Ampere durch den Widerstand r₂ des Normalleiters des Läufers zu treiben. Das Yerhältniss

Vi—V₂

OE₂

OE

gibt uns vx —v₂ = 67,5 cm/sec. Der Schlipf beträgt dabei 2,01 °/₀, die Frequenz des Läuferstromes n₂ = 40 • 0,0201 = 0,804.

2 7t n₂ L₂ i₂ — 3,58 • 10 ~³.

r₂ i₂ = 5,48 • 10-². 2 7t n₂ L₂

= 0,065.

r₂

tgip =

ip = etwa 4 °.

Demnach zeichnen wir OC₂ (Fig. 214) um 4° hinter OE und tragen OP₂ und OC₂ in richtiger Länge entsprechend den gewählten Maassstäben auf. Dann tragen wir OM = 86 Ampere und MN — 7,8 Ampere ein. Durch Vervollständigung des Parallelogramms C₂ OCxN finden wir aus OCX: dass ix = 315 Ampere ist.

Die Spannung, welche nöthig ist, um diesen Strom durch rx zu treiben, ist 0,053 Yolt. Diese wird durch ORx dargestellt, während OL = 2rcnx Lx ix — 0,222 Yolt ist. Die Vectorsumme dieser beiden, dargestellt durch OP, ist nun zusammenzusetzen mit der EMK OBq — 2,82 Yolt, welche nöthig ist, um die elektromotorische Gegenkraft auszugleichen. Dies geschieht durch das Parallelogramm PEX B₀ O, dessen Diagonale OEx durch ihre Länge die äussere Spannung, die auf einen Leiter entfällt, nämlich 2,96 Yolt, und durch ihre Lage den Phasenunterschied gegen die übrigen in Betracht kommenden Grössen ausdrückt. Der Verzögerungswinkel tp wird zu 25° gefunden. Da cos cp = 0,89, so ist diese Zahl der Leistungsfactor.

Es ist nun leicht, den Strom in jedem Draht zu bestimmen. Wir erhielten den Scheitelwerth des Stromes für 1 cm Umfang zu 315 Ampere. Da der Zahnstand 2,7 cm beträgt, haben wir 315 *2,7 = 850 Ampere für den Schlitz oder 212,5 für den Leiter. Dies entspricht 150 virtuellen Ampere in jedem Leiter, und da die Wickelungen des Motors in Sternschaltung verbunden sind, so ist 150 Ampere auch der Strom in einer Zuleitung.

Die folgenden Zahlen geben ein Bild vom Betrieb des Motors bei voller Last:

150 P 183 kgm 149 A 550 Y

40 Per/Sec.

2,1 %

Scheinbare Leistung, dem Motor zugeführt 3 • 149 • 318 AV = 142 KAY

125 „

Leistung......... .

Drehmoment, gebremst.....

Strom in jeder Zuleitung .    .    .    .

Spannung zwischen zwei Zuleitungen

Frequenz ..........

Schlipf...........

AYirklicher Verbrauch des Motors

COS (f........

Leistung an der Motorwelle

AFirkungsgrad.....

Lagerreihung.....

Elektrischer Wirkungsgrad .

0,88

112 KW

90%

2.2 KW

91%

Die Verluste können etwa folgendermaassen vertheilt werden:

Ständer J² R Läufer J² R Eisenverluste Reibung .

2,7 KAY

2.5    „

3.6    „

2,2 „

zusammen 11,0 KW.

Der Strom im Ständer, der Schlipf und cos cp können mit ausreichender Genauigkeit durch eine graphische Darstellung berechnet werden. Der Ständerstrom lässt sich, wie folgt, erhalten: Strom für 1 cm Umfang 288 A Scheitelwerth = 202 A virtuell; multiplicirt mit dem Zahnstand gibt 460 virtulle Ampere auf den Schlitz. Dies in einem Widerstand von 0,004 Ohm (warm) gibt 840 W für die Phase, 2520 W in den drei Phasen als Verlust der Wärmeerzeugung.

Graphische Darstellung des Wirkungsgrades und der Zugkraft.

Ehe wir weitergehen und die Bedingungen behandeln, welche für das Anlaufen mehrphasiger Motoren bestehen, wollen wir einige einfache Beziehungen betrachten, welche für den normalen Betrieb

des Motors gelten, und welche uns lebhaft an das Verhalten von Gleichstrommotoren erinnern werden.

Wir haben gesehen, dass die Menge der magnetischen Kraftlinien in ihrem Betrage sehr nahe gleichbleibt, und dass der Läuferstrom mit jener sehr nahe phasengleich ist. Daraus folgt, dass die Zugkraft proportional ist dem Strom im Läufer. Schreiben wir D für das Drehmoment, £2 für die Winkelgeschwindigkeit des Feldes, tu für die des Läufers, W für die vom Ständer an den Läufer abgegebenen, w für die vom Läufer mechanisch geleisteten Watt, dann haben wir folgende einfache Beziehungen. Da der Läuferstrom zu i2 — tu proportional ist, können wir schreiben:

D = b • (£2 — tu),

wo b eine Constante ist, welche von der Feldstärke, dem Halbmesser des Läufers und der Länge und dem Widerstand der Leiter des Läufers in der oben betrachteten Weise abhängt. Wir haben demnach

nützliche Leistung w = Dœ = bco(£2 — tu), an den Läufer abgegeben W= D£2 = b£2(£2 — tu), im Läufer verloren W—w = b (£2 — tu)².

Hier können wir nun das bekannte Diagramm für den Wirkungsgrad der Motoren an wenden, indem wir das Quadrat

Fig. 219.

AB CD (Fig. 219) zeichnen, dessen D Seite AB gleich £2 ist und von der wir ein Stück BF = tu abschneiden. h Die Fläche AFHD stellt den ge-sammten Verbrauch des Motors dar, die Fläche AFGK oder QL CH die Nutzleistung und das Quadrat KG HD den Verlust durch Stromwärme in den Leitern des Läufers. Der Wirkungsgrad nähert sich der Einheit, Q indem F sich gegen A hin bewegt; wenn das Feld nicht durch die Ankerrückwirkung geschwächt würde, so wäre die Leistung ein Maximum für tu = y₂ £2, wobei der Wirkungsgrad nur 50 °/₀ sein würde. Wir werden sogleich sehen, dass magnetische Streuung und andere Ursachen bei einem Motor, der weit unter seiner richtigen Geschwindigkeit läuft, eine so grosse Bolle spielen, dass die obige Gleichung nicht mehr gilt. Fig. 219 lässt sich indess auf die Fälle des

regelmässigen Betriebes anwenden und zeigt die Aehnlichkeit zwischen den Mehrphasen- und den Gleichstrommotoren. Aus den obigen Gleichungen ersehen wir auch, dass

(0

W

d. h. der Wirkungsgrad des Motors ist gleich dem Yerhältniss der zAvei Geschwindigkeiten.

r3

—3000

■ -2000

Jfj

Wo

Boi

QD°

’/ST

C,

■s

-I

-.1000

hl

Lo

lo

Fig. 220.

Anzugkraft. Beim Angehen des Motors ist der Schlipf gleich der Geschwindigkeit des Drehfeldes, und die Frequenz des Wechselstromes in den Leitern des Läufers ist gleich der des Betriebstromes, n₂ = nv Wir haben zu betrachten, welche Wirkung dies hat auf die Phasenbeziehungen der verschiedenen Grössen, mit denen wir uns beschäftigt haben, und auf die Zugkraft. Wir können nichts Besseres thun, als den Motor, dessen Maasse wir schon kennen, beizubehalten. Ein Uhrdiagramm im Maassstab wird in Fig. 220 gegeben und stellt den Zustand dar, der sich ergeben würde, wenn dieser Motor angelassen wird, während 550 Yolt an seinen Klemmen herrschen, und wenn der Widerstand des Läufer-

kreises nicht erhöht wird. Das Diagramm ist nach der im Anfang des Kapitels beschriebenen Art gezeichnet, und der Maassstab ist so gewählt, dass OEt 2,96 Volt darstellt; vgl. S. 205. Was wir zuerst bemerken, ist, dass ip, der Verzögerungswinkel des Läuferstroms, sehr gross ist. Dies rührt daher, dass n₂ = 40 ist und die Reactanz 27cn₂L₂ etwa viermal so gross wird wie r₂. Der Läuferstrom für

i.y-

•o

d¹

CO

Ui

*-0

Fig. 221.

1 cm Umfang ist so ausserordentlich gross — er steigt zu einem Scheitelwerth von 1950 Ampere an —, dass es zweckmässig ist, den Maassstab auf yi0 des früheren zu verkleinern. Der Ständerstrom steht fast rechtwinklig zu OE₁ und die Gegenspannung, welche von der Reactanz des Ständers herrührt, nimmt für sich mehr als die Hälfte der äusseren Spannung in Anspruch. Die Wirkung ist zunächst, dass die Grösse v₁^8ol-10~s vermindert wird, so dass 23₀ nur etwa die Hälfte des normalen Werth es hat, und dann, dass die Componente OC‘₂ des Läuferstromes, welche

mit üö₀ phasengleich ist, Mein wird. Nun hängt die Zugkraft ab von dem Product von 0 C'₂ und 23₀, so dass trotz der ausserordentlich starken Ströme in Läufer und Ständer die Zugkraft nicht im Yerhältniss gross ist.

Nun wollen wir den Widerstand des Läuferkreises auf das Fünffache seines gewöhnlichen Werthes erhöhen. Die Wirkung wird im gleichen Maassstab in Fig. 221 dargestellt. Der Läuferstrom wird nicht stark vermindert; sein Scheitelwerth beträgt nun 1720 Ampere für 1cm des Umfangs, und die Componente OC‘₂, welche mit 2% phasengleich ist, wird sehr beträchtlich vergrössert. Auch 33₀ ist grösser geworden in Folge der geringeren Wirkung der Reactanz des Ständers. Die Wirkung ist schliesslich, dass die Zugkraft viermal grösser ist, obgleich der Ständerstrom geringer geworden ist. Wenn man den Widerstand des Läuferkreises 50 mal vergrössert, so verringert sich der Anlassstrom auf den gewöhnlichen Betriebstrom für volle Last, während auch die Zugkraft ungefähr die gleiche ist wie bei voller Last; das Diagramm ist dem in Fig. 214 dargestellten ziemlich gleich, nur dass E₂ mit E zusammenfällt. In der Praxis ist es bei grossen Motoren üblich, Einrichtungen zu treffen, welche erlauben, beim Anlaufen Widerstände in den Läuferkreis einzuschalten (siehe S. 187), um zu verhüten, dass der Motor einen zu starken Strom aus der Leitung nimmt, und um die Anzugkraft so gross zu machen, als sie bei dem gewählten Anlaufstrom sein kann. Wollte man den Widerstand in den Ständerkreis schalten, so würde allerdings der Strom herabgedrückt werden; aber die Anzugkraft wäre nahezu Null, wie man aus Fig. 220 erkennt, wenn man sich vorstellt, OC₂ sei auf den gewöhnlichen Betriebstrom verringert worden.

Das obige Uhrdiagramm ermöglicht uns auch, die Zugkraft eines Dreiphasenmotors für jeden Schlipf zu bestimmen.

oc\ =

Nach Fig. 221 ist die Componente OC‘₂ = OC₂ cos ip, also 10 —⁸ (vt — v₂)    1 r₂

r₂² -j- 4jt² w₂²L₂2 Diesen Werth für den Strom setzen wir in den auf S. 2IS angedeuteten Ausdruck für das Drehmoment

lh ®0    .

10 'e n

ein und erhalten, unter Benutzung der auf S. 210 und 218 erklärten Zeichen

15

Thompson, Mehrphasenströme.

foi — 0₈) SV ^²g2r2 ^    r₂² + 4/r²n₂²L₂² '

Drehmoment =

worin p ein Factor ist, um den Werth auf die richtigen Maasseinheiten zurückzuführen. Für einen Motor mit Kurzschlussanker ist

= 3.2 • 10 ~¹⁷.

7t- 10 ~¹⁴

981

Hat der Motor eine Dreiphasenwickelung, so muss noch mit dem Breitencoöfficient (vgl. S. 81) multiplicirt werden.

Wenn wir die Zugkraft bei verschiedenen Geschwindigkeiten berechnen wollen, so entwerfen wir eine Curve in der folgenden Weise.

Die Linie OX (Fig. 222) stellt die Drehgeschwindigkeit des magnetischen Feldes dar. Wir schneiden davon ein Stück OQ ab,

\p

Schlipf

Ges chwirt digkejf

Fig. 222.

welches die Geschwindigkeit des Motors angibt. Der Rest QX bedeutet den Schlipf. Dies ist dasselbe, als wenn wir den Schlipf von X aus rückwärts auf tragen. Die senkrechten Ordinaten mögen das Drehmoment darstellen, wie es aus der Gleichung berechnet wird, z. B. wenn QX der Schlipf ist, so bedeutet PQ den zugehörigen Werth von I). Beginnt man nun bei W, wo der Schlipf Kuli ist, so erhalten wir eine Curve XPtu welche steil ansteigt, ein Maximum erreicht und wieder abfällt zu dem Werth ()t{, welcher das Drehmoment beim Anlauf darstellt. Man sieht, dass der steile Theil der Curve PX nahezu gerade ist; er verläuft asymptotisch neben der geraden Linie, welche punktirt daneben gezeichnet ist, und welche die Beziehung zwischen Drehmoment und Schlipf darstellen würde, wenn das magnetische Feld gleichbleibend und keine Streuung vorhanden wäre. Tliatsäclilicli entspricht diese Linie dem Ausdruck D — b • (£2 — co) auf S. 222. Wenn in dem obigen Ausdruck für das Drehmoment i\ — v₂ durch s, p • ï&₀'²1² q² durch Q und 2rtn₂ L₂ durch Zs ersetzt wird, so nimmt er die einfachere Form an:

D=Q-

s r₂

r₂* + Z²s²’

aus welcher die Beziehungen zwischen Z), r₂ und s leichter zu ersehen sind.

Besonders lassen sich zwei wichtige Folgerungen ziehen:

1. Gewöhnlicher Betrieb. Unter normaler Last, wo s ver-hältnissmässig klein ist, können wir den zweiten Ausdruck im Nenner vernachlässigen; die Gleichung kann in diesem Fall geschrieben werden:

r-2 ’

d. h. unter den gewöhnlichen Belastungen ist die Zugkraft proportional dem Schlipf und umgekehrt proportional dem Widerstande des Läufers.

2. Anlassen. Ehe der Läufer sich in Bewegung setzt, ist der Schlipf im Maximum; wenn dann Zs als gross gegen r₂ angenommen wird, kann man im Nenner den ersten Ausdruck weglassen und schreiben:

Z² s¹

£>=<?•

d. h. beim Anlauf ist die Zugkraft proportional dem Widerstand des Läufers.

Die letztere Gleichung ist die einer Hyperbel, welche punktirt in Fig. 222 angegeben ist. Wenn wir r₂ einen höheren Werth beilegen und eine neue Curve zeichnen, so beginnt letztere gleichfalls bei W, wächst zu einem Maximum von derselben Höhe wie vorher und fällt dann, aber diesmal nur zu t₂. Die Wirkung einer Einschaltung von Widerstand besteht, wie wir auf S. 225 gesehen haben, darin, die Zugkraft beim Anlauf zu erhöhen; zugleich wird das Maximum der Zugkraft verschoben, so dass es bei grösserem Schlipf eintritt. Der Motor liefert praktisch die gleiche Leistung wie vorher, läuft aber mit einem grösseren Unterschied der Geschwindigkeiten zwischen leichter und voller Last, und der Wirkungsgrad bei voller Last ist vermindert.

15*

Wir dürfen nicht vergessen, dass Q in den obigen Gleichungen keine Constante ist. Es ist sehr nahe constant unter den gewöhnlichen Belastungen; aber beim Anlauf, wenn in den Läuferkreis kein Widerstand eingeschaltet Avird, fällt 23₀ auf die Hälfte seines normalen Werthes (vgl. S. 259).

Wenn wir mit der Zugkraft der vollen Belastung anlaufen lassen und doch nicht mehr Strom Avie bei voller Last verbrauchen Avollen, müssen Avir den Widerstand des Läufers im Yerhältniss der Geschwindigkeit des Feldes zum Schlipf bei voller Last vergrössern. Dies

<ï>

Schlipf

-o

Stillstand

Gleichlauf

5-

Motor

als Stromerzeuger

lieber Gleichlauf

als Stromerzeuger

Fig. 223.

wird auf S. 225 und 251 gezeigt. Die Frage der höchsten Zugkraft lässt sich am leichtesten an der Hand der im nächsten Kapitel angegebenen Construction behandeln. Die Beziehung r = 27inL₂, welche von vielen Schriftstellern²) als Bedingung für die höchste Anzugkraft aufgestellt wird, würde nur dann richtig sein, Avenn 23 gleich bliebe.

Betrieb über Gleichlauf. Dreht man den Läufer rascher als das Drehfeld, so wird vx—v₂ negativ und die Zugkraft gleichfalls negativ. Die Maschine arbeitet dann als Stromerzeuger.

Steinmetz*) hat die vollständige Charakteristik des Mehrphasenmotors gegeben, welche wir in Fig. 223 wiedergeben. Letztere ist in derselben Art gezeichnet, wie Fig. 222, aber die Theile der Curve links von der Linie des Stillstandes und rechts von der des Gleichlaufs werden auch gegeben. Man sieht, dass die Gestalt der Curve über Gleichlauf den gleichen allgemeinen Charakter hat, wie die Curve unter dem Gleichlauf, aber die Werthe der Zugkraft sind negativ. Es muss Arbeit zugeführt werden, um den Motor bei höherer als der Gleichlauf-Geschwindigkeit zu treiben, und er liefert elektrischen Strom an die Leitungen. Diese Eigenschaft des Motors leistet gute Dienste, wenn die Motoren zum Betrieb von Fahrzeugen benutzt werden, weil sie im Gefälle als Bremsen dienen und Strom in die Leitung zurückliefern können (vgl. Kap. XYIII, Beschreibung der Gornergrat-Bahn).

Wenn der Motor entgegen der Drehrichtung des Feldes gedreht wird, so nimmt die Zugkraft in der links angegebenen Weise ab.

I) American Inst. El. Engineers, December 1894, S. 803.

Kapitel YIII.

Graphische Theorie der mehrphasigen Motoren, Fortsetzung.

Wir wollen nun zu einer graphischen Construction übergehen, welche in einem einzigen Diagramm die Arbeitsvorgänge eines In-ductionsmotors für alle Stufen der Belastung darstellt Wir werden dieses Diagramm auf einen dreiphasigen Kolben'schen Motor anwenden, um zu zeigen, wie nahe die Theorie uns ermöglicht, die Arbeitsbedingungen vorauszusagen, wenn wir die Einzelheiten des Baues und einige einfache Constanten kennen.

Die Einfachheit der Construction rührt von der Thatsache her, dass die Grössen und Phasenbeziehungen der Ströme in Läufer und Ständer für eine bestimmte Last fast allein abhängen von den Beziehungen zwischen drei Zügen magnetischer Kraft: 1. dem Hauptzug, welcher die Arbeitsleistung verursacht, siehe S. 167, 2. dem Ständer-Streuzug, 3. dem Läufer-Streuzug, vgl. S. 170. Die anderen Factoren, wie Widerstand der Leiter und Eisenverluste, mögen zunächst ausser Betracht bleiben; es ist leicht, sie später in Rechnung zu setzen.

Yon vornherein müssen wir nun vollkommen klare Definitionen für diese drei Kraftzüge haben und Symbole aufstellen, durch die wir ihre Werthe ausdrücken. Wir haben auf S. 167 gesehen, dass der Hauptkraftzug hervorgebracht wird durch das Zusammenwirken zweier nahezu entgegengesetzt gerichteter magnetomotorischer Kräfte im Ständer und Läufer, der Lage nach ist er nahezu phasengleich mit dem Läuferstrom (S. 209). Er wächst nicht mit der Last, sondern nimmt eher ab. Die Streu-Kraftzüge des Ständers und Läufers andererseits werden unabhängig von einander erzeugt durch die Ströme im Ständer und im Läufer und nehmen zu, wenn diese Ströme wachsen. Diese Streuzüge werden im Diagramm der Fig. 224 und 225 dargestellt. In Fig. 224 sind sie zur grösseren

Deutlichkeit getrennt gezeichnet, aber in Wirklichkeit setzen sie sich zusammen, wie Fig. 225 angibt, und bringen eine recht verwickelte Verteilung hervor. Ein besseres Bild von einem derartigen Feld gibt Fig. 174 S. 169. Wir können, wenn wir wollen, Fig. 224 als Theil eines Zweiphasenmotors ansehen; der obere Theil bedeutet den Ständer mit einem Schlitz auf die Phase und den Pol. In dem zur Darstellung gewählten Augenblick führt eine Phasenwickelung einen Strom, der gerade gleich dem magnetisirenden Strom ist (dargestellt durch den kleinen Punkt und Kreuz), und die andere Phasenwickelung führt den Arbeitstrom; es wird natürlich während jeder Periode einen Augenblick geben, in dem dies eintrifft. Der magnetisirende Strom (d. h. der Unterschied zwischen dem Ständer-

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Fig. 224.

und Läuferstrom) erzeugt den Hauptkraftzug, welcher durch die dicken punktirten Linien OF dargestellt wird, und daneben einen kleinen Streuzug, der mit X/₂GC bezeichnet ist. Der Arbeitstrom des Ständers wirkt dem Arbeitstrom des Läufers gerade entgegen, und sie würden überhaupt keine Kraftlinien erzeugen, wenn nicht die Streuung längs des Luftspaltes und zwischen den Zähnen wäre. Die Streuzüge des Ständers und Läufers sind mit F G und FH bezeichnet.

Aus Fig. 224 ersieht man, dass in einigen Ständerzähnen die Pfeilspitzen einander entgegengesetzt stehen. Das bedeutet natürlich, dass ein Kraftzug vom andern zu subtrahiren ist. Im Ganzen werden die Kraftlinien des Ständers in der Phase vorangeschoben und in ihrem Werth ein wenig gehoben, während die des Läufers in der Phase verzögert und in der Grösse ein wenig verringert werden.

Ein einfacher Weg, um diese Wirkungen in ein graphisches Diagramm einzuführen, ist, den Ständer und Läufer so zu betrachten, als wenn jeder einen Kraftlinienzug hervorbrächte, der dem eigenen Strom proportional wäre. Die Haupttheile der beiden Kraftzüge, nämlich die Theile, welche der Annahme nach sowohl die Ständer- als auch die Läuferleiter umscliliessen, setzen sich zusammen zu einem etwas schwächeren Kraftzug, welchen wir den Haupt-Kraftzug nennen, weil er für die Arbeitsleistung maassgebend ist; aber die anderen Theile, von jedem Hauptzug ein bestimmter Bruchtheil, suchen von einander unabhängig Seitenwege und löschen einander nicht aus. Das Verhältniss des ganzen angenommenen Kraftzuges im Ständer zu dem Theil, der beide Leitersätze umscliliessen würde, wenn im

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Fig. 225.

Läufer kein Strom wäre, ist eine wichtige Grösse, von der das Arbeiten des Motors beeinflusst wird. Dieses Yerhältniss wollen wir „Coefficient der Ständerstreuung“ nennen und in diesem Kapitel mit ux bezeichnen. Dieser Coefficient ist etwas grösser als Eins, und ist für diese Motoren das Analogon zu dem sogen. Streucoöf-ficient, welcher von Hopkinson in die Berechnung der magnetischen Kreise der Dynamomaschinen eingeführt worden ist. Eig. 226 ist eine diagrammatische Darstellung des Feldes, welches von einem Band der Ständerleiter hervorgebracht wird, während der Läufer stromlos ist. Die dicke Linie soll den Theil der Kraftlinien bedeuten, welcher beide Leitersätze umschliesst, während die dünne Linie den Theil angibt, der längs anderer Wege streut. Wenn die dicke Linie den Werth 1 hat, so sind die beiden Linien zusammen uv Es ist also iu eine Zahl, die etwas grösser als 1 ist, etwa 1,04.

Sie hängt natürlich ab von dem Yerhältniss zwischen den magnet ischen Widerständen des Weges um die Leiter des Ständers und des Läufers und des ganzen Weges. Man kann den Werth angenähert berechnen (vgl. S. 215), aber es ist leichter, die Grösse in folgender Weise zu messen.

Wenn die Läuferwickelung mit Schleifringen versehen ist, braucht man nur einen Spannungsmesser mit zweien der Bürsten zu verbinden, während natürlich die Anlassvorrichtungen vollständig abgenommen werden, und dann die Betriebsspannung auf die Ständerwickelung zu schalten. Die Spannung zwischen den Klemmen einer Ständerphase ist proportional zur ganzen Kraftlinienmenge und der

KJ

SW

XOr

xxs

V.

Fig. 226.

Zahl Z₁ der Ständerleiter in einer Phase. Die Spannung zwischen zwei Schleifringen ist proportional dem Kraftlinienzug, welcher die Läuferleiter umschliesst und der Zahl Z₂ der in der Phase hinter einander liegenden Leiter. Demnach ist ux das Yerhältniss der beiden Spannungen, multiplicirt mit Z.>JZv Wird grössere Genauigkeit verlangt, so sind die Breitencoëfficienten (S. 81) zu berücksichtigen.

Während der Messung sollte der Läufer mit der Hand gedreht und das Mittel aus den Ablesungen genommen werden, welche bei einem gut gebauten Motor wenig verschieden ausfallen werden. Diese Messung kann bei einem Motor mit Kurzschluss nicht ausgeführt werden, aber vor Einsetzung der Läuferleiter kann eine Bestimmung mit einer HilfsWickelung gemacht werden, welche sich über ein bis zwei Pole erstreckt.

Auf dieselbe Weise, indem wir einer Phase des Läufers eine bekannte Spannung zuführen und den Quotienten bilden aus dieser durch die Spannung an einer Phase des ungeschlossenen Ständers, können wir das Yerhältniss zwischen der ganzen Kraftlinienmenge des Läufers und dem Theil, der sowohl die Läufer- wie die Ständerleiter umschliesst, ermitteln. Diesen „Coöfficieilten der Läuferstreuung“ bezeichnen wir mit «₂.

Die Streucoëfficienten ux und n₂ bleiben in ihren Werthen praktisch gleich für den ganzen Arbeitsbereicli des Motors und

unterscheiden sich wenig bei verschiedenen Motorgrössen über etwa 15 — 20 P.

FV-Ń7

Fig. 227.

Wenn wir die ganze hypothetische Kraftlinienmenge, welche von den Ständerleitern erzeugt wird, für einen Pol mit ©L bezeichnen, so wird der Theil, welcher beide Leitersätze umschliesst, !B₁/ul sein. Aehnlich für den Läufer: ganze Kraftlinienmenge ©₂; Theil, der beide Sätze umschliesst @₂/w2- Wenn der Motor belastet wird und demnach im Ständer und im Läufer gleichzeitig Ströme fliessen, so vereinigen sich ©j/mj und ©₂/w₂ zu dem Haupt-Kraftzug in der Art, welche Pig. 227 zeigt, wo OXx die Grösse ®i/wi, OX₂ ©₂/w₂ darstellt, während FO den X* Haupt-Kraftzug ©₀ angibt. Wir dürfen F 0 auch ansehen als die Kraftlinien, ivelche von dem magnetisirenden Strom in dem Ständer erzeugt werden. Hach den Pestsetzungen des Kapitels YII für die Darstellung der verschiedenen Grössen durch Yectoren wurde ein magnetisches Feld stets dargestellt durch eine Linie, welche zu der den magnetisirenden Strom angebenden Linie senkrecht stand. Das rührt daher, dass in einem zweipoligen Motor ihre Richtungen senkrecht auf einander stehen. Wollten wir dieselbe Festsetzung für das zu entwerfende Diagramm annehmen, so müssten viele Linien zweimal gezogen werden, wir bekämen zwei zu einander rechtwinklig stehende Diagramme, und die Figur würde unnöthiger Weise verwickelt werden. Wir werden deshalb unsere Wahl so treffen, dass dieselben Linien (in verschiedenen Maassstäben) sowohl die Ströme, als die von ihnen hervorgebrachten Kraftlinienzüge darstellen. Der

Leser möge daran denken, dass die Figur um einen rechten Winkel gedreht werden muss, wenn man yon Strömen zu Kraftlinien und umgekehrt übergeht. Es entsteht indessen keinerlei praktische Schwierigkeit, wenn die Verwendung des Uhrdiagrammes nach den früheren Kapiteln richtig verstanden worden ist, und man wird sehen, dass es die Länge der Linien ist, welche in den Diagrammen dieses Kapitels von Bedeutung ist.

o.

Ql

ez_

\\ I*

A/e.

Fig. 228.

Während wir nun das Diagramm Fig. 228 entwerfen, sollen die Grössen in ganz allgemeinen Ansdrücken angegeben werden. Nachdem das Princip, von dem es abhängt, klargestellt ist, sollen die genauen Maassstäbe, die der Zeichnung zu Grunde liegen, mit-getheilt werden.

In Fig. 228 soll OF in dem einen Maassstab den magnetisi-renden Strom und im zweiten Maassstab den resultirenden Haupt-

Kraftzug darstellen. Die wahre Richtung des letzteren ist rechtwinklig zu OF, und die Phase der EMK, die im Läufer erzeugt wird, gibt die Linie 0F₂ richtig an. Die Länge von OE, ist für den augenblicklichen Zweck nicht von Bedeutung. Dem gegenüber haben wir OFx, die EMK, die im Ständer aufgewandt werden muss, um die von dem umlaufenden Kraftlinienzug OF herrührende Gegenkraft auszugleichen. Es wird die Verhältnisse vereinfachen, wenn wir annehmen, der Motor habe einen gewickelten Läufer, dessen Drähte zu Schleifringen geführt sind, und dass die ganze Zahl der Drähte in einer Phase des Ständers gleich ist der Zahl in einer Phase des Läufers, so dass Z₁/Z₂ — 1. Nehmen wir nun für einen Augenblick an, wir kennten den Strom in einer Phase des Läufers und den Winkel seiner Verzögerung hinter der äusseren Spannung OE₂, so können wir eine Linie OPziehen, welche diesen Strom darstellt. Gemäss unserer obigen Festsetzung stellt dieselbe Linie auch die magnetischen Kraftlinien, die von diesem Strome erzeugt werden, dar. Es möge nun OP, nach dem zweiten Maassstab den Kraftlinienzug und ein Theil davon OX₂ &₂/u₂ darstellen. Verbindet man nun FX₂ und vervollständigt das Parallelogramm FX₂ OXx , so erhalten wir OXx als die hypothetische Componente von FO für den Ständer, d. i. @₁/«/₁.

Nun kommt der wesentliche Theil unserer Construction. Haben

wir ®l/u₁, so vergrössern wir die Linie, die es darstellt, im Ver-hältniss von ux zu 1, d. h. wir verlängern OXx bis P, wobei OP : OXt = ux : 1. Ebenso OP₂ : OX₂ — u₂ : 1. Nach Vervollständigung der Parallelogramme PXx FC und P₂ X₂ FH verlängern wir PC, bis es OH in K schneidet.

Da PO die ganze hypothetische Kraftlinienmenge des Ständers darstellt, so gibt Xx P oder FC denjenigen Theil an, welcher die Streuung bildet. Ebenso bedeutet X₂ P₂ oder FH die Läuferstreuung. Man sieht, dass FC und FH sich ändern, sobald die Ströme im Ständer und Läufer sich ändern, während OF nahezu gleich bleibt. Die Figur genügt also den auf S. 230 aufgestellten Bedingungen. Gehen wir auf die Fig. 224 und 225 zurück, in denen die Kraftzüge mit den gleichen Buchstaben wie in Fig. 228 bezeichnet sind, so sehen wir klarer, welche physikalischen Umstände die Linien des Diagramms darstellen. OF ist die ganze Kraftlinienmenge, die zwischen Ständer und Läufer übergeht, und die von dem magnetisirenden Strom hervorgebracht wird. In Fig. 225 ist OC der ganze Kraftlinienzug des Ständers einschliesslich der

Ständerstreuung, und OH ist der ganze Kraftlinienzug des Läufers einschliesslich der Läuferstreuung. Das Uhrdiagramm der Fig. 228 zeigt OC als die Summe von OF und FC und HO als Summe von OF und FH.

Hun muss OC, die Resultirende von OF und FC, den ganzen Kraftzug darstellen, welcher EMKe in den Ständerleitern inducirt; wir können 0&x rechtwinklig zu OC ziehen, um die äussere EMK anzugeben. Der Winkel (p ist dann die Phasenverzögerung zwischen Ständerstrom und äusserer EMK. Ferner ist OH, die Resultirende von OF und FH, der einzige Kraftlinienzug, welcher EMKe im Läufer inducirt; die wahre Stellung dieses Kraftzuges ist senkrecht zu OH (vgl. S. 234) und er muss mit dem Läuferstrom OX₂ in Phase sein. Daher ist HOX₂ ein rechter Winkel.

Beim Zeichnen dieser Figur haben wir angenommen, dass wir die Werthe der Kraftlinienmenge OF, des Stromes OP₂ und des Winkels S kennten. Wie die Belastung des Motors wechselt, so ändern sich auch diese Grössen, aber die Linie OC bleibt gleich, so lange als die äussere Spannung gleich bleibt. (Wir vernachlässigen hierbei den Stromwärmeverlust im Ständer.) Wir nehmen deshalb die Linie OC als Standlinie des Diagramms, und die anderen Punkte der Figur ändern ihre Stellung gegen OC.

Wenn wir mehrere Werthe für den Läuferstrom annähmen, welche verschiedenen Belastungen entsprechen, so würden wir finden, dass der Punkt P sich auf einem Halbkreis bewegt.³) Der Beweis dafür ist sehr einfach. Wir wissen, dass der Punkt K auf einem Halbkreis läuft, weil der Winkel CKO ein Rechter ist Wenn wir zeigen können, dass zwischen PC und CK ein gleichbleibendes Yerhältniss ist, so muss auch der Punkt P sich auf einem Halbkreis bewegen. Um dies gleichbleibende Yerhältniss zu erkennen, haben wir nur zu bemerken, dass

HXx = u₂ FXx = u₂ CP.

In den ähnlichen Dreiecken OXxH und OPK stehen die Seiten OXx und OP im Yerhältnis 1 : u, und die anderen Seiten noth-wendig in demselben Yerhältniss:

PK = uxXxH — uxu₂ CP.

CK = PK— CP = CP{uxu₂ — 1).

719, 753.

Das gieiclibleibende Yerliältniss zwischen CK und CP ist demnach gleich ux n.₂ — 1. Während P auf dem Halbkreis CPI) nach D wandert, läuft der Punkt K nach 0, so dass das Yerhältniss zwischen CO und CI) auch ulu₂— 1 ist. Bei Leerlauf, d. h. wenn X₂ mit 0 zusammenfällt, liegt F in C. Nun stellt OP, im Strommaassstab gemessen, den magnetisirenden Strom dar; daher bedeutet 0 C im gleichen Maassstab den magnetisirenden Strom bei Leerlauf. Im Maassstab der Kraftlinien ist 0 C die ganze den Ständer durchsetzende Kraftlinienmenge <3.

Wir gelangen also zu einer schönen Vereinfachung der Theorie des Inductionsmotors, welche in dem Fall gilt, wenn wir für einen Motor den magnetisirenden Strom kennen, der die erforderlichen Kraftlinien 3 durch das Eisen und den Luftspalt treibt, und wenn wir (z. B. von unserer vorherigen Bekanntschaft mit der Form der benutzten Eisenblechscheiben) die beiden Streucoëfficienten % und u₂ haben; wir können dann sogleich OC im Maassstab zeichnen, nach D verlängern, wobei CD • (u^u₂ — 1) = OC sein soll, und einen Halbkreis über CD beschreiben, welcher der geometrische Ort des Punktes P für alle Belastungen ist. Die Linie CP, multiplicirt mit u₂ gibt im Maassstab den Läuferstrom an, die Linie OP den Ständerstrom, wobei ZijZ₂ =1 angenommen ist, vgl. S. 236.

Aber ausserdem kann man durch Erweiterung der Figur in einfacher Weise Linien erhalten, welche der Zugkraft und dem Schlipf proportional sind. Wenn wir von P aus das Loth PA auf DC fällen, so erhalten wir ein Dreieck PAC, welches dem Dreieck OHG ähnlich ist: Z. GOH = Z. CP A = a. Kun stellt OC die im Ständer vorhandene Kraftlinienmenge 3 dar; also bedeutet OG die Grösse 3/wj und HO den Theil der Läuferkraftlinien, der mit dem Läuferstrom phasengleich ist. Das Product des Läuferstromes und OH ist demnach proportional zur Zugkraft. Wir haben also:

Zugkraft proportional CPu₂ ■ OH.

Da

OH = OG- cos a = —

3 PA

ux

CP

so ist

3 PA

Zugkraft proportional CPu₂ •

d. h. die Zugkraft ist proportional zu PA, da die anderen Factoren gleich bleiben. Wir schreiben für das Drehmoment D = Kx ■ PA und wollen Kx genauer betrachten, wenn wir das unten gegebene Beispiel durchrechnen.

ux

CP’

Die grösste Zugkraft, welche der Motor unter irgend welchen Umständen bei einer äusseren Spannung <§₁ ausüben kann, wird durch den Halbmesser des Kreises CPD angegeben.

Um eine Linie zu erhalten, welche dem Schlipf proportional ist, haben wir nur daran zu denken, dass der Läuferstrom CP • u,, proportional ist dem Produkt des Schlipfes in denjenigen Theil yon OH der Kraftlinienmenge, der mit dem Strom phasengleich ist: wir erhalten dann:

CPu₂

~ÖW'

Schlipf proportional

Da nun

OH =00- cos a -

OC CP

PPP

ux u₂ • PB

so folgt

Schlipf proportional

Da ux, u₂ und © gleichbleibende Grössen sind, so ist die Linie PB dem Schlipf proportional. Alle diese Linien PB stellen also den Schlipf⁴) in einem gewissen Maassstab dar, und wenn wir den Schlipf für eine Belastung kennen, so haben wir ihn auch für-andere Belastungen und können danach eine Curve für den Schlipf entwerfen.

Big. 229 zeigt ein Motordiagramm, welches nach dieser Begel hergestellt worden ist, wobei eine kleine Berichtigung vorgenommen wurde, um den Kernverlust-Strom (siehe S. 245) zu berücksichtigen. OC stellt den theoretischen Magnetisirungsstrom bei Leerlauf dar, und diesem ist OCh in Phase mit 0<§₁ zugefügt, um den Kernverlust einzuführen. CD ist so bemessen, dass {uxu₂ —1) CD = OC ist, und über CD ist ein Halbkreis beschrieben. Die Punkte P, P₁ und P₂, welche verschiedene Stellungen auf dem Halbkreis einnehmen, entsprechen verschieden starken Belastungen, nämlich volle normale Last, grösste Zugkraft und Anlassen.

Dann geben die Linien CrP\ CuI\ und CuP, den Ständerstrom für die Phase, welcher den Werthen der Zugkraft entspricht, die durch die Linien PA, P₁A₁, P₂ A₂ dargestellt werden. Die zugehörigen Werthe des Schlipfes werden durch die Linien A S, Ax S₁, A₂ S₂ angegeben, welche proportional den wie PB in Pig. 228 erhaltenen Längen gezogen sind. Der Winkel cp ist der Yerzöge-

rungswinkel des Ständerstromes hinter der äusseren Spannung; der Leistungsfactor wird durch cos cp gegeben. Die Läuferströme für die drei Belastungen sind CP • u₂, CPX - u₂ und CP₂ • u₂, im gleichen Maassstab, wie die anderen Ströme. Wenn indess das Umsetzungs-verhältniss des Motors nicht 1 ist, wie wir bisher angenommen hatten, so müssen die nach obigem erhaltenen Werthe des Läuferstromes mit dem Yerhältniss der Leiterzahlen auf Ständer und Leiter (vgl. S. 250) multiplicirt werden.

Massstab für das Drehmoment des Motors

Grösster Drehmoment

f/

'/

//

Drehmoment bei ¹³ voller Last

II

/,

o¹

Ol

Massstab für den Schlipf

Schlipf beim Anlauf

Si

Schlipf bei voller Last

IC„

IS

CO¹*

''Schlipf bd grösster Last

Fig. 229.

Wir haben CD so gezogen, dass

CD =

OC

uxu₂ — 1’

bezeichnen wir

24/2

CD= OC- U.

— durch U, so wird

Die Constante U mag „Coefficient der Ausnutzung“ genannt werden, weil von ihr das Yerhältniss zwischen den Kraftlinien im Ständer und den im Läufer nützlich verwandten Kraftlinien abhängt. Dieser Coefficient ist in der That ein Maass der Güte des Motors. Wenn ux und u₂ beide gleich 1,04 sind, so wird U = 12,3. Im Allgemeinen schwankt U bei verschiedenen Motortypen zwischen 30 bis herab zu 5. Die höchsten Werthe werden bei Motoren mit Schlitzen, nicht Löchern erhalten. Der schmale Luftspalt, den man bei Motoren mit Löchern hersteilen kann, ermöglicht indess, U viel grösser zu machen, als es sonst sein würde; vgl. weiter S. 259.

Man kann nun leicht Ausdrücke für verschiedene Grössen, wie Ständer- und Läuferströme bei voller Last, costjp u. dgl., ausgedrückt durch C7, bilden. Einige davon werden unten gegeben.

Man sieht aus Eig. 229, dass es einen Werth der Ständer- und Läuferströme gibt, für den der Leistungsfactor cos (p ein Maximum wird, nämlich wenn die Linie des Ständerstromes OP eine Tangente des Kreises wird. In der neueren Praxis wird ein Motor, der ununterbrochen laufen soll, so gebaut, dass die Belastung, bei der cosqo ein Maximum wird, die volle Last ist. Das ist der in der Eigur dargestellte Eall, wobei AP die Zugkraft bei Yolllast ist. Im Ealle der Kranmotoren, welche mit Unterbrechungen benutzt werden, und bei denen ein hoher Wirkungsgrad weniger wichtig ist, dagegen die Anlaufs-Zugkraft die grösste Bedeutung hat, stimmt der Entwurf nicht mit der obigen Begel überein.

Es ist leicht zu zeigen, dass die Linie OP, welche den Ständerstrom darstellt, den Halbkreis tangirt, wenn

U+ 2

cos cp für Yollast =

was also ein Ausdruck für den grössten Werth des Leistungsfactors des Motors ist, ausgedrückt durch jene magnetische Streuung. Es gibt noch andere einfache Ausdrücke, welche aus den geometrischen Eigenschaften der Eignr abgeleitet werden können, z. B. wenn der Leistungsfactor seinen höchsten Werth erreicht, so haben wir

Ständerstrom bei Y ollast = Magnetisirungsstrom • \ U + ¹/i

und

U • u₂ Zl

yu+2

Läuferstrom bei Yollast = Magnetisirungsstrom-

Bezeichnen wir ferner das Drehmoment des Motors, welches dem Ständerstrom J₁ virtuelle Ampere entspricht, mit D, das grösste Drehmoment des Motors mit Dw, so erhalten wir:

Dm = D-

4' U

2 • 4 cos (p

worin JM den Magnetisirungsstrom bedeutet. Jt cos <p ist hier einfach die Arbeitscomponente des Ständerstromes.

Der Ständerstrom bei der höchsten Zugkraft wird ferner gegeben durch:

U²

Y+ü+l.

Im Vorhergehenden haben wir die Stromwärme-Verluste im Motor nicht in Betracht gezogen. Ihre Wirkung auf die Gestalt des Diagramms ist nur klein und darf im Allgemeinen bei der Construction vernachlässigt werden. Man kann sie aber leicht in folgender Weise in Rechnung setzen.

Wenn wir J\, den Ständerstrom, angenähert kennen, so lässt sich die in der Ständerwickelung durch den Widerstand verzehrte Spannung berechnen; zieht man dies von der Speisespannung <St ab, so erhalten wir <§, die Spannung, welche von aussen wirken muss, um die Gegenspannung des Ständers zu überwinden. Beim Anwachsen des Stromes Jx besteht die ganze Wirkung auf das Diagramm in einer Verkleinerung des Verhältnisses &/&L.

Ehe wir dazu übergehen, unsere Construction auf einen ausgeführten Motor anzuwenden, wollen wir einige Formeln ableiten, aus denen die Werth e von ©₁,    , J₂ u. s. w. berechnet werden

können. Hierzu wird es zunächst zweckmässig sein, ein vollständiges Verzeichniss der in diesem Kapitel verwendeten Zeichen zu geben.

(§! = Spannung in virtuellen Volt an den Klemmen einer Phase der Ständerwickelung.

Et = Spannung in virtuellen Volt, welche in einer Ständerphase durch den umlaufenden Haupt-Kraftlinienzug inducirt wird.

E₂ — Spannung in virtuellen Volt, welche in einer Läuferphase durch den umlaufenden Haupt - Kraftlinienzug inducirt wird.

Jx = Strom im Ständer für eine Phase (virtuelle Ampere).

J₂ = Strom im Läufer für eine Phase (DreiphasenWickelung).

J₀ — Leerlaufstrom des Ständers für eine Phase.

Jll = Kernverlust-Strom für eine Ständerphase.

Jm = Magnetisirungsstrom für eine Ständerphase.

(p — Verzögerungswinkel (in Eadianten) des Ständerstromes hinter öL.

J = Verzögerungswinkel des Ständerstromes hinter E₂. nx = Frequenz des Ständerstromes. n₂ — Frequenz des Läuferstromes.

Rt = Widerstand einer Ständerphase hei 60 ⁰ C.

Ä, —- Widerstand einer Läuferphase bei 60 ⁰ C.

Rs — Widerstand des Anlassers.

p = Zahl der Polpaare.

Zl = Zahl der Ständerleiter für eine Phase.

Z.₂ — Zahl der Läuferleiter für eine Phase.

W = Leistung des Motors in Watt.

w — Verlust im Läufer in Watt.

w₀ = Verlust im Ständereisen bei Leerlauf.

© = Scheitelwerth der wirklichen Kraftlinienmenge (d. i. nützliche Kraftlinien und Streuung zusammen) für einen Pol des Ständers.

@₀ = Scheitelwerth der nützlichen Kraftlinienmenge für einen Pol des Ständers.

©j = Scheitelwerth der hypothetischen Kraftlinienmenge für einen Pol des Ständers (vgl. S. 232).

©₂ = Scheitelwerth der hypothetischen Kraftlinienmenge für einen Pol des Läufers.

= Coefficient der Ständerstreuung (vgl. S. 232).

u₂ = Coefficient der Läuferstreuung.

U = Coefficient der Ausnutzung = 1 /(ut u₂— 1).

D = Drehmoment des Motors in kgm.

Wir leiten nun folgende Formeln ab.

Klemmenspannung an einer Ständerphase Q>v Da <2> der Scheitelwerth der Kraftlinienmenge ist, so beträgt die EMK in einer Windung, welche einen Pol umschliesst, 27r?z₁©sin2zrw₁1 • 10~⁸. Der Scheitelwerth der Klemmenspannung ist demnach 2/rw₁<3- IO⁻⁸ Yolt.

Der virtuelle Werth wird durch Multiplication mit 0,707 erhalten. Um die Spannung für eine Phase zu bekommen, multipli-ciren wir mit der Zahl der Windungen in einer Phase, welche gleich der halben Zahl der Leiter ist, und mit dem Breitencoëffi-cienten (vgl. S. 81). So wird schliesslich

. . (1)

êi - 4,45 qn^ZJ2 • 10⁸ Yolt . .

Dies mag als allgemeine Gleichung für den virtuellen Werth der Klemmenspannung einer Phase eines dreiphasigen Motors gelten, wobei wir die Yerluste im Widerstand vernachlässigen.

Für die Zwecke unseres Entwurfes hängt @ von zwei Factoren ab: 1. dem zulässigen Scheitelwertli von 33 und 2. dem Inhalt der Polfläche. In Wirklichkeit hängt @, während der Motor läuft, von der äusseren Speisespannung ab, genau wie in einem Transformator der Scheitelwerth der Kraftlinienmenge von der Speisespannung bestimmt wird; aber der Motor ist so gebaut, dass der Werth von 33 die Wertlie, die von der Praxis für wirthschaftlich anerkannt werden, nicht überschreitet, so lange er mit der Spannung läuft, für die er bestimmt ist; vgl. S. 173 und 219. Sind also i^, nx und Zx gegeben, so können wir © bestimmen.

Der Werth von 33. Dieser lässt sich aus ©> in folgender Weise bestimmen. 1. Im Luftspalt, für den wir Sinusvertheilung der Kraftlinien annehmen, ist der Scheitelwerth von 33 bei Leerlauf so gross, dass sein Product mit 0,637 (dem Mittelwerth des Sinus) und mit der Grösse der Polfläche in cm² ©/% ergibt. Indessen ist in der Praxis der Mittelwerth von 33 näher 0,7 als 0,637 des Scheitelwerthes von 33, so dass der

• (2)

Polfläclie •    • 0,7

Scheitelwerth 33₄ bei Leerlauf =

2. In den Ständerzähnen ist der

Scheitelwerth 33₂ ==

• • (3)

Querschnitt des Zahnes -0,7

3.    Für die anderen Theile des Ständereisens wechseln die Werthe von 33 sehr stark, und der einzige Weg, einen Mittelwerth zu erhalten, ist, ihn nach der Zeichnung der Ständerbleche abzuschätzen, indem man die Grösse der Polflächen und die Dicke des Ständereisens berücksichtigt.

4.    Mit den Läuferzähnen verfahren wir wie mit den Ständerzähnen, nur nehmen wir ©>/% statt @.

Der Magnetisirungsstrom. Dieser wird gefunden, indem man zuerst die erforderliche Gesammt-Strommenge bestimmt, welche die Drähte zwischen den Mitten zweier Pole durchfHessen muss, damit eine magnetomotorische Kraft entsteht, welche gross genug ist, um den Scheitelwerth 33 zu erzeugen. Wir ziehen eine Linie durch den magnetischen Kreis, welche die Orte verbindet, wo 33 seinen grössten Werth hat, bilden für alle Stücke des Kreises den Ausdruck 33 IjfJL und addiren. Dann erhalten wir die magnetomotorische Kraft

M ⁼ 2 33t + 2 33₂ 1₂ /[*■> + 2    1₃1[i₃ + 33₄ 1±/+ 33₅ 1₅ /^₅    (4)

Darin sind lL bis l₅ der Reihe nach die in cm gemessenen Längen des Luftspaltes, der Ständer-, der Läuferzähne, des Ständer- und des Läufereisens, und die Indices an 33 und fx beziehen sich auf magnetische Dichte und Permeabilität in denselben Stücken. Die ganze Strommenge in den Leitern zwischen den Mitten zweier benachbarter Pole ist gleich M/1,257. Die Hälfte dieser Strommenge wird geliefert von dem Strom in den Leitern einer Phase im Scheitelwerth und die andere Hälfte von den Leitern der anliegenden Phasen, in den der Strom die Hälfte des Scheitelwerthes erreicht hat. Der magnetisiren.de Strom für die Phase ist

2p

Jm =

• 0,707 virt. Amp.....(5)

1,257 2Zi

Der Kernverlust-Strom Jh wird gefunden aus den Gewichten der verschiedenen Eisentheile und den Yerlusten w₀, die bei den verschiedenen magnetischen Dichten darin stattfinden (siehe S. 173). Da jede Phase ein Drittel dieses Verlustes trifft, so ist

(6)

w₀

3<g

Ausdrücke für die Zugkraft (Drehmoment). Um die Zugkraft durch den Läuferstrom J₂ und die magnetische Dichte auszudrücken, ist das einfachste, den Strom im Läuferleiter umzurechnen auf Strom für 1 cm Umfang, wrie es auf S. 204 beschrieben worden ist. Kennen wir den Scheitelwerth des Stromes für 1 cm Umfang i₂, so ist

1,41 • J₂ ■ SZ₂

2 7t q

worin q den Halbmesser des Läufers in cm bedeutet. Wenn der Strom und die magnetische Dichte 23 beide sich wie eine Sinusfunction ändern, so ist die Kraft für 1 cm auf die Leiter von der Länge l

Vio ® • i₂1 sin J²,

worin d- der Phasenwinkel eines beliebigen Theils des Umfanges ist. Um den Mittelwerth zu erhalten, müssen wir von 0 bis 7t

integriren und durch 7t dividiren:

7t • 10

■ /23 «₂ s^n dd- =

23 LI

~2<rcss-

Die ganze Kraft für den Pol ist 2 7t q Z 23 Ą q

2p • 20    ’

worin q ein Breitencoëfficient ist.

Kun sahen wir in Pig. 228, dass die magnetischen Kraftlinien,

die mit dem Strom phasengleich waren, gleich ©cosa/% sind, und dies ist gleich

2 7t Q

2p

• 23 • 0,637,

so dass das Drehmoment in kg für alle Pole ist:

<3 • *2 • cos a • 2p ■ q ■ q

20 • 0,637- 981-IO⁵ • ux'

Setzt man liier den oben gefundenen Werth von i₂ ein, so erhält man

D = 1,08 • 10~⁹ • © • p ■ q ■ Z₂ • J₂ • cos a/ux.

Nun ist in Fig. 228 die Linie PA = CP cos «; die Länge von CP in mm gibt die virtuellen Ampere für einen Läuferleiter, divi-dirt durch u₂ ■ Zxj Z₂ (vgl. S. 233). Setzen wir noch ux = u₂ , so wird

(7)

D = 1,08 • 10~⁹ q Zx ■ PA worin PA in Millimetern zu messen ist .    .

Dies ergibt den auf S. 238 erwähnten Werth der Constanten Kv Es ist von Interesse, die Dichtigkeit dieses Ergebnisses zu prüfen, indem man es auf eine vollständig andere Weise ableitet. Statt das Product des Läuferstromes mit der magnetischen Dichte zu integriren, können wir auch das Product aus der EMK ê in die mit ihr phasengleiche Componente des Ständerstromes bilden und durch die Winkelgeschwindigkeit dividiren, um das Drehmoment zu erhalten:

2 7t nA _ _    -

—■ oßjL    cos cp»

Setzen wir hier den Werth von aus Gleichung (1) S. 243 ein und bedenken, dass Jxcoscp = PA (vgl. Fig. 228), so erhalten wir — die Watt sind in kgm/sec umzurechnen —

Z>= 1,08- 10 s&pqZi-PA wie oben.

Wir haben bisher die Verluste in Ständer und Läufer vernachlässigt. Das Ergebniss stimmt ebenso gut, wenn diese in Kücksicht gezogen werden, aber die Rechnung ist verwickelter. Wir schreiben Wx für die Watt, welche vom Ständer-Drehfeld auf den Läufer übertragen werden, und W, für die Watt, die vom Läufer als äussere Leistung abgegeben werden, so dass Wx — W₂ — w den Verlust im Läufer angibt. Dann ist

nx

Wx W₂ + w n., W₂ W₂ '

2?r"-2 _ Jf

V

oder

2 7t nx

—t = IF -f iv. V

Wenn wir die Leistung des Motors vorschreiben, und demnach auch w (welches nahe gleich 3J₂²R₂) ist, so können wir das Drehmoment ausrechnen:

I) =

0,0163 jo

• {W₂ -f- 3J₂² R₂)

• • (8)

Hieraus ergibt sich, dass der Schlipf ist: nx — n₂

3 J, ² R₂

3 J₂² R.j, -f- W₂

(9)

Wir sind nun in der Lage, die Construction der Fig. 228 auf einen wirklichen Motor anzuwenden. Der Motor, den wir der Prüfung unterziehen, ist auf Tafel XIII dargestellt. Aus den Zeichnungen und Angaben, wrelche die Firma giftigst zur Verfügung gestellt hat, erhalten wir folgende Zusammenstellung der Einzelheiten.

Modell...........

Leistung, mechan. gebremst .    .    .

Drehzahl hei Leerlauf.....

Frequenz ..........

EMK für die Phase......

Zahl der Pole........

Polstand..........

Magnetfläche für 1 Pol.....

Aeusserer Durchmesser des Ständers Innerer Durchmesser des Ständers .

Kolben M 20

16 P

840 i. d. Min. 42 i. d. Sec. 110 virt. Yolt

205 mm 460 mm2 590 mm

391,5 mm

Ganze Eisenlänge des Ständers parallel zur Achse .    225 mm

Zahl der Ständerlöcher

36

Löcher für 1 Pol.............

Zahl der Drähte in einem Loch........

Leiter in 1 Phase des Ständers........

"Widerstand des Ständers für 1 Pol, hei 60 ⁰ C . . .

Zahl der Drähte in 1 Loch......

Widerstand des Läufers für 1 Phase, bei 60°C . .

Ständer und Läufer besitzen Sternschaltung (Fig. 212).

Die Spannung zwischen den Klemmen des Ständers beträgt etwas über 180 virt. Yolt, was 110 virt. Yolt für einen Zwreig des Sternes ergibt. Die Wickelung des Ständers ist liemitropisch (vgl. S. 84), indem jeder der drei gleichen Pole von zwei Spulen in besonderen Löchern umgeben wird (vgl. Tafel XIII). Der Breitencoëffi-cient dieser Art Wickelung (vgl. S. 81) ist q = 0,96.

84

0,043 Ohm . . 390 mm . . 240 „

90

60

10

0,033 Ohm

Ans Formel (1) S. 243 erhalten wir 100 • 2 • 10⁸

= 1,46 • 10⁶.

4,45 • 0,96 -42-84

4300

Nehmen wir für ux den Werth 1,04, so ergibt Formel (2):

1,46 - 10⁶

av=

= 9500.

460 • 1,04 • 0,7

1,46 - 10ö 22,5-1,8 • 6 • 0,9 • 0,7 Der Factor 0,9 ist eingesetzt worden, um die Papierisolation zwischen den Eisenblechen zu berücksichtigen.

Aehnlich erhalten wir Q3S = 10500, 23₄ = 5000 und 93₅ = 6000. Die magnetomotorischen Kräfte für verschiedene Theile ergeben sich folgend ermaass en :

33 Länge

Für den Luftspalt .    .    .

Für die Ständerzähne . . Für die Läuferzähne . . Für das Ständereisen . . Für das Läufereisen . .

. . 5000 • 28    /2800 = 50

. . 6000 • 20    /2800 = 43

zusammen 771

Hierzu sind etwa 610 A zwischen den Mitten zweier Pole (vgl.

S. 244) erforderlich, d. i. 305 A in dem Löcherpaar, das den Scheitelwerth des Stromes führt, und da in diesen Löchern 14 Leiter liegen, 21,8 A Scheitelwerth für den Leiter oder der magnetisirende Strom beträgt 15,4 virt. Ampere. Diese Berechnung stimmt sehr nahe überein mit dem, was beim praktischen Betrieb gefunden wird. Motoren der gleichen Type, wie der betrachtete, mit wenig verschiedenem Luftspalt erforderten einen magnetisirenden Strom von 12 bis 16 A. Der Scheitelwerth der magnetischen Dichte in den Zähnen des Ständers und des Läufers' ist manchmal höher, wenn die Dichte nicht nach einer Sinusformel vertheilt ist; sie steigt that-sächlich oft bis 12000 in denjenigen Zähnen, welche im Augenblick sowohl den Haupt- als auch den Streuzug der Kraftlinien führen.

Nachdem wir den magnetisirenden Strom zu 15,4 virt. A erhalten haben, errichten wir die Linie OG in Fig. 230 in solchem Maassstab, dass sie diesen Strom darstellt, und verlängern sie bis D, wobei CD = U • OC. Für den vorliegenden Motor mag U zu 12,3 angenommen werden (vgl. S. 241). Ueber CD schlagen wir einen Halbkreis. Demnächst fügen wir zu OC den Kernverlust-Strom. Dieser wird, wie folgt, berechnet. Das Ständereisen wiegt 183 kg;

bei 53 = 5000 lind einer Frequenz von 42 beträgt der Verlust etwa 2 Watt für 1kg.⁵)

Die Ständerzähne wiegen 24 kg und erfordern 4 Watt für 1kg, alles zusammen demnach 462 Watt. Durch Division mit 3 und mit der Spannung erhalten wir 1,4 virt. A. als Kern-Verluststrom in einer Phase. Dies wird als OCh rechtwinklig zu OC aufgetragen.

Hätten wir einen Motor zu entwerfen, so würden wir von Ch aus eine Tangente ChP an den Halbkreis legen und ihre Länge

¹

   Der Factor 0,97 auf der rechten Seite der vorigen Gleichung rührt von der Zurückführung der Umfangskraft auf den mittleren Halbmesser der "Windungen her: 49/50,8 = 0,97.

²

La Lumière Electrique. Bd. 40. S. 421. 1891. Bull. Soc. Internat. Electric. Bd. 14. S. 595. 1897.

³

Ygl. Heyland, ETZ. 1894. Electrician Bd. 36 (1896) S. 505, 578, 651,

⁴

Ein einfacher Weg, um PB zu erhalten, ist, DP zu verlängern bis zum Schnitt mit einem Lotli, das in C auf DG errichtet wird. Der Schlipf kann auf dem Lot abgegriffen werden.

⁵

vgl. Dynamo - elektrische Maschinen, 6. Aufl.

sj

,P

\ro

A,

b ^

Fig. 230.

im Maassstab als Strom bei voller Last bezeichnen. Die Leiter müssten stark genug gewählt werden, um diesen Strom leicht zu führen, und für das Drehmoment müsste sich der richtige Werth ergeben. Wenn dies nicht annähernd zuträfe, müssten wir den Entwurf verbessern (siehe S. 210) und wiederholt versuchen. Zuletzt würden wir den Strom bei voller Last als eine Linie erhalten, die nahe mit der Tangente ChP übereinstimmt, so dass der cos cp klein wird.

Indess, wenn wir die Methode auf einen bereits fertigen Motor anwenden, ist es nicht erlaubt, anzunehmen, dass der Strom bei voller Last mit C#P zusammenfällt Die Linie CP gibt uns angenähert den Läuferstrom für die Rechnung nach Formel (8) S. 247. Wir messen sie aus und multipliciren mit u₂ Zx jZ₂ ; dies ergibt 60 A, was wir in Formel (8) einsetzen. Der Motor leistet 16 P, fügen wir noch 2 °/₀ für Reibung und Luftwiderstand hinzu, so wird

7) =

Q,Q1₄⁶₉² ’ ³ • (12000 + 320) = 14,3.

Dies wird nun in Formel (7) S. 246 eingesetzt, und es ergibt sich PA = 38 mm. Wir suchen nun im Halbkreise die Stelle, für welche das Lot auf den Durchmesser die berechnete Länge hat, und finden den Punkt P für die Belastung mit 16 P. Dann können wir CP ziehen, für welches sich 39 mm ergibt; durch Multiplication mit Z₂/ulZl erhalten wir 56,5 virt. A. als den wirklichen Läuferstrom.

Die Linie ChP misst 45,5 mm und gibt uns den Werth von Jx in virt. A. cp ergibt sich durch Messung, cos cp = 0,87.

ir

Der Schlipf wird = ^

= 0,025.

300 12300

Die Drehzahl ist demnach 818 in der Minute.

Folgendes sind die verschiedenen Verluste:

. 462 Watt . 200 „

. 310    „

. 260 „

Ständereisen..............

Reibung und Luftwiderstand........

Strom wärme-Verlust im Läufer 3 • 56² • 0,033 .    .

Stromwärme-Verlust im Ständer 3 • 46² • 0,043

1232 Watt.

Demnach ist der Wirkungsgrad = 11800/(11800 + 1232) = 90 °/₀.

Das grösste Drehmoment, welches der Läufer ausübt, wird durch den Halbmesser At PL angegeben. Dieses ist 91 mm lang und demnach gleich 34 kgm. Die Geschwindigkeit ergibt sich aus Formel (9) zu etwa 90 °/₀ der des Feldes, und daraus die höchste Leistung zu 34 P.

Anlasswiderstand für Dreiphasenmotoren. Das Motordiagramm zeigt, dass für grossen Schlipf (wie z. B. beim Anlaufen, wenn nx — n₂) die Ströme im Motor mehrmals stärker sind als bei gewöhnlicher Belastung, und dass sie ausserdem beträchtliche Phasenverschiebungen haben, ln Folge der starken Rückwirkung solcher verzögerter Ströme wird nicht nur der Stromkreis erheblich gestört, sondern die Anlass-Zugkraft ist auch klein. Daher wird bei Motoren von einiger Grösse stets ein Anlasswiderstand, im Läuferkreis angewandt. Die diesem Widerstand am zweckmässigsten zu gebende Grösse ist demnach von einer gewissen Bedeutung und einer besonderen Untersuchung werth.

n₂) ■ F, worin F von der Kraft-

Wir nehmen an, der Motor soll bei A'oller Last angelassen werden. Wenn wir den ganzen Widerstand im Läuferkreis R₀ so bemessen können, dass der Läuferstrom beim Anlassen und seine Phasenverschiebung ebenso gross sind, wie bei voller Last, so wird auch die Kraftlinienmenge dieselbe sein, wie bei voller Last, denn die inducirte Gegenspannung des Ständers muss auch die gleiche sein. Nun lässt sich die EMK in den Leitern des Läufers bei voller Last ausdrücken durch (n linienmenge abhängt, während sie beim Anlauf nl F ist. So erhalten wir :

und

J, • VAb² + 4zr² (nx — n.,) - L.,² = (nt — n₂) F

J₂ ■ yJi₀² + 47c- nx - L₂² = nx F, woraus sich ergibt:

7l₀ — H., •

nL — n₂

Dieser einfache Ausdruck lehrt uns: wenn der Strom beim Anlassen des Motors nicht höher sein soll als bei voller Last, so wird die Summe des Anlass- und des Läuferwiderstandes durch Multiplication des letzteren mit nx /(nx — n₂) gefunden. Unter diesen Umständen, und wenn der Anlasswiderstand inductionsfrei ist, läuft der Motor mit der gleichen Zugkraft wie bei voller Last an.

Dem Leser mögen die nachstehenden Literaturangaben von Nutzen sein.

Bücher und Aufsätze über die Theorie der Inductions-

motoren.

Dune an, L, „ Al termite Current Motors“, El. World (N. Y.), Bd. 17, S. 341, 357.

Hutin und Leblanc, La Lumière Electrique, Bd. 40, S. 373.

Sahulka, Dr. J., „Ueber Wechselstrom-Motoren mit magnetischem Drehfelde“. Leipzig 1892.

Pic ou, R.-V., „Les Moteurs Électriques à champ magnétique tournant“. Paris 1892.

Arnold, E., „Theorie und Berechnung der asynchronen Wechselstrom-Motoren“; Aufsätze in El. World (N. Y.), 1893 — 94.

Ferraris, Gr., „A Method for the Treatment of Rotating or Alter-nating Yectors &c.“, Electrician, 1894, Bd. 33, S. 110, 129, 152, 184.

Reber, „Theory of Two- and Three-phase Motors“, Amer. Inst. Elec. Engineers, Oct. 1894.

Lori, L’Elettricista, July 1, 1895.

Danielson (Graphische Theorie), El. Zeitschr., 1895, S. 601, 674, 758.

Goerges, El. Zeitschr., 1895, S. 750, 768, 789, 804.

Hey land (Graphische Theorie), El. Zeitschr., 1895, S. 649, 697, 823.

Behrend, El. Zeitschr., 1896, S. 63.

Blondel, Lum. Elec., 1893, Bd. 50, S. 351, 473, 516, 605. El. Zeitschr., 1895, S. 625 und 1896, S. 116, 366; auch LTn-dustrie Électrique, 1896.

Behn-Eschenburg, El. Zeitschr., 1896, S. 10.

Kübler, El. Zeitschr., 1896, S. 788; El. World, Bd. 29, S. 99.

Arno, Bull. Soc. Inter, des El., Bd. 14, S. 595, 1897; Electrician, Bd. 40, S. 254; Ecl. él., Bd. 13, S. 390.

Steinmetz, American Inst. Elec. Engineers, December 1894, S. 803, 1897, S. 185 und 1898, S. 35.

Atkinson, Proc. Inst. Civil Eng., Bd. 133, Th. III; Engineer, Bd. 80, S. 218, 1898.

Wilson, E., J. Inst. Elec. Eng., Bd. 28, S. 321; Electrician, Bd.42, S. 729, 801, 824, 861; Bd. 37, S. 565.

Hawkins, C. C., Electrician, Bd. 42, S. 467, 528, 610, 866.

Field, M. B., Elec. Rev., Bd. 44, S. 194, 271, 439, 492, 579.

Wiener, A. E., Amer. Electrician, Bd. 10, S. 317.

Siehe auch S. 200 und die Fussnote im Anfang des Kap. XIII.

Kapitel IX.

Analytische Theorie der mehrphasigen Motoren.

Die folgende Methode, die Theorie mehrphasiger Motoren zu behandeln, ist eine Abänderung der von Potier¹) angegebenen. Statt das sich drehende Feld als ein Kraftlinienbündel von veränderlicher Zahl anzusehen, welches die Drähte des Ankers schneidet, während der letztere sich dreht, wollen wir es auf lösen in zwei Bündel von Wechselkraftlinien, welche unveränderlich nach den beiden auf einander senkrechten Achsen W und T (Fig. 231) gerichtet sind. Dann können wir alle Bewegungen des Ankers, seine Ą Magnetisirung    und    seinen    Strom auf    L

diese gemeinsamen    Achsen beziehen.    "T*⁻

Die Linie OB stellt Richtung und Betrag    der    sich    drehenden

Magnetisirung    dar    (d. h.    die Resul-

tirende der vom Strom im Ständer-

Yl

JL

,r

9i

Fig. 23L Läufer im Drehfeld.

magnet und vom Strom im Läufer

erzeugten Magnetisirungen). Dann geben x und y Richtung und Stärke ihrer wagerechten und senkrechten Componenten in einem beliebigen Zeitpunkte an.

Wenn das Feld sich mit der gleichförmigen Geschwindigkeit von Q Radianten²) in der Secunde dreht und in seiner Stärke gleich bleibt, so ist

x = xm sin ilt und y = ym cos

1) A. Potier, Sur les moteurs à induit fermé sur lui-même. Bull. Société internat, des Electr. Mai 1894. Seite 248.

360°

2) 1 Radiant

-⁵⁷'³'

worin xm und ym die Sckeitelwerthe der wagerechten und der senkrechten Componenten sind und die Stärke des sich drehenden Kraftlinienbündels darstellen.

Wollen wir indess ganz allgemein bleiben, und auch Felder mit elliptischer Drehung, wie sie bei einphasigen Motoren Vorkommen, berücksichtigen, so müssen wir schreiben:

x = icwsinß# und y — ymsm(Qt + q>),.    .    .    .    (1)

worin xm und ym nicht nothwendig gleich sind.

Betrachten wir den allgemeinen Fall zuerst. Der Anker mag N Leiter enthalten, welche man immer als xj₂ N Windungen ansehen kann, die als Trommelwickelung den Anker umgeben; jede Windung soll den Widerstand r besitzen.

Dreht sich der Anker mit einer Geschwindigkeit von 10 Radianten in der Secunde, so lässt sich der Winkel, den die Ebene einer Windung mit der Senkrechten einschliesst, durch tot darstellen (vgl. Fig. 231).

Die Menge der Kraftlinien, welche diese Windung durchsetzen beträgt

x cos tot — y sin co t.

Die elektromotorische Kraft der Windung rührt sowohl davon her, dass sie ihre Neigung gegen die Felder x und y ändert, als auch davon, dass x und y sich in ihrer Grösse ändern.

Wir schreiben x und ?/, um die Geschwindigkeit anzugeben, mit der x und y sich ändern; dann ergibt sich für den Augenblickswerth der elektromotorischen Kraft:

oder

e = — xto sin cot — y 10 cos tot + x cos tot — ÿ sin cot

e = cos cot{x — yto) — siniot(y + xto) — ir, .    ...    (2)

worin i der Strom in der Windung und r ihr Widerstand ist.

Um einen Ausdruck für das Drehmoment aller Windungen zu erhalten, hat man den Ausdruck für das Drehmoment einer Windung über eine halbe Umdrehung des Ankers zu integriren; für diesen Zweck ist es bequemer, den Winkel, den eine Windung mit der Y-Achse einschliesst, mit a zu bezeichnen. Das Drehmoment¹) einer Windung ist dann

i (y cos a -j- x sin a).

1) Es wird vielleicht eine Schwierigkeit in den Gedanken des Lesers beseitigen, wenn erklärt wird, dass das Drehmoment unabhängig vom Halbmesser des Läufers ist, weil x und y die ganze Menge der Kraftlinien bedeuten, welche

Durch Einsetzen des Werthes für i aus (2) und Integriren zwischen a = 0 und « = zr, und indem man berücksichtigt, dass der Winkel rc ¹/₂ N Windungen umfasst, so dass

A sin a² = 2 cos a² = x/₄ W und 3sin a cos a = 0, erhalten wir für das Drehmoment den Ausdruck

4r

D (Augenblickswerth) =

[y{x — yio)—x(ÿ + xtu)].

Im allgemeinen Falle war

x — xm sin £2t und y = ym sin (S21 + cp).

Setzen wir nun die Werthe für æ, «/, x, ÿ ein, so erhalten wir nach Integration zwischen den Grenzen £2t = 0 und £2t — 2/r, und Division durch 2 tc

D (Mittelwerth) =

[2xmym £2 sin — w (x-m + y²m)\■    ■ (3)

Dieser allgemeine Ausdruck für das Drehmoment lässt sich auf jede Form eines mehrphasigen Motors mit elliptisch rotirendem Felde anwenden. Wenn das Feld bei gleichbleibender Geschwindigkeit und gleichbleibender Stärke sich dreht, so ist cp = 90 ⁰ und ym — xm\ hierdurch wird der Ausdruck für das Drehmoment vereinfacht auf

: • X²m [ii — W].

Wenn der Anker von der gewöhnlichen Art ist, z. B. wie ihn Fig. 161 u. 162 zeigt, so dass der magnetische Widerstand des Kreises praktisch von der Richtung des Feldes unabhängig ist, so wird der Ausdruck für die den Achsen X und Y parallelen Componenten der vom Läuferstrom erzeugten Quermagnetisirung sehr einfach, denn wenn 2 die Menge der Kraftlinien bedeutet, die senkrecht zur Ebene einer Win-dung erzeugt werden, wenn der Strom 1 in dieser Windung ßiesst, so sind die Componenten xx und yx des Querfeldes

xx — — S • 2 i cos a und yx == 2 • 2i sin a.

Setzt man für i seinen Werth

- - [(i; — yio) cos a — (y + xco) sin a\

und integrirt man zwischen den Grenzen a = 0 und a = 7t, so dass alle Windungen inbegriffen sind, so erhält man durch den Läufer wagrecht und senkrecht verlaufen. Denn eine Yergrösserung des Halbmessers würde die magnetische Dichte verringern (x und y bleiben gleich), während sie zugleich den Hebelarm der Kraft vergrössert.

uxx = — (æ — «/cd) und uy} = — (ij + xco).

Um einen Ausdruck für die Componenten des vom äusseren Strome herrührenden (ursprünglichen) Feldes zu erhalten, haben wir nur das Querfeld vom resultirenden Felde abzuziehen; wenn und die beiden Componenten des ursprünglichen Feldes nach den Richtungen der X- und Y-Achse bedeuten, so ist

©a, = x — xx und = y — yx

oder

(5)

u •    = ux + x — y cd)

u ■ <&y = uy -f- ÿ + xco j

Aus den Componenten des ursprünglichen Feldes können wir hiernach x und y finden, und umgekehrt.

Wir wollen nunmehr diese Formeln auf den Fall eines einfachen

Motors anwenden, dessen Drehfeld die wagrechte und die senkrechte Componente

æwsin £2t und xmcos £2t besitzt. Nach den Gleichungen (5) ist

u xm sin Qt + xm Q cos Qt — iDxm cos Qt = u • <BX,

wonach sich die Componente des ursprünglichen Feldes nach der X-Achse ergibt zu

— Xm

sin (ß t -f ß),

Statt

N-2

i\r- s

• (x— y cd) und yx = schreiben wir —

4r

N- 2

-4— • (y + xc°)- • • (⁴)

so dass

yV²-F (ß — toy

worin

Die Componente nach der Y-Achse hat denselben Werth, nur dass der sin durch den cos ersetzt wird.

Das Drehmoment ist, wie wir (S. 255) gesehen haben

x-m (ß — cd).

Um die Leistung des Läufers zu erhalten, multipliciren wir mit der Winkelgeschwindigkeit cd

P = — X²m CD (ß — CD).

4 r

Nun wollen Avir zunächst die im Läufer erzeugte Wärme betrachten. In einer Windung wird in jeder Secunde die Menge r i² Joule erzeugt; setzen wir den Werth von i ein und integriren Avie ATorher über alle Windungen, so erhalten Avir

[(x — y w)² -f («/ + x w)²]

als den Augenblickswerth.

Der Mittehverth hiervon Avährend einer vollen Periode gibt die Avährend der Secunde erzeugte Wärmemenge zu

W => y • ~ \(x\n + y-m) {il- + (o²) — 4xmym£2io sin <:p\.

Handelt es sich um ein gleichmässiges Drehfeld xm = ym und sin (f = 1, so ist

.Y

X²m (f- — Oj'j²

x²m 1(12 — w)² + io (£2 — schliesslich der Wirkungsgrad des Läufers

und P + W—

w)] =

4r

X²m £2 (Q-(O),

io

P + W £2 ’

dieses Ergebniss haben Avir schon aus anderen Betrachtungen erhalten (vgl. S. 233).

z. B. an

Um den Verlust in einem ZAveipoligen Ständer zu berechnen, bezeichnen Avir die ganze Zahl der magnetisirenden Windungen, die er trägt, mit (also in jeder Spule ¹/i N±) und den ganzen Widerstand der hinter einander geschalteten Windungen mit R. Die Klemmenspannung an einem der beiden Stromkreise demjenigen, der die Avagrechten Kraftlinien erzeugt, wenn der Ständer nach Fig. 49 geschaltet ist — kann auf folgende Art gefunden Averden:

Wir haben gesehen, dass das Avagrechte ursprüngliche Kraftlinienfeld gleich

xm sin (£2t + ß)

\ii² + (£2 — io)²

ist, und dies muss sein gleich

2 .

~T~h'

Avorin it der Strom in der Magnetisirungsspule des Ständers ist; demnach ist

4    V'"² + ß — <'>) ’

awsin (Lit + ß)

und der Augenblickswerth der Klemmenspannung an einem der Stromkreise gleich

R . , Nx .

ei ⁼ Yh + ~TX'

4 Ri

so erhalten wir

v statt

Setzen wir hierin die Werthe von it und x ein und schreiben R N

Nx - r

Ą7"    7/    f    O (r)\

—hxm Ü 2v ■ Y)-sin ßt + ( 1 + -v ■ ——J cos t . Wenn wir dies in der Form

= em sin [LH — y)

schreiben, so finden wir, dass

ist.

LI

2 v u

Die Verzögerung des Stromes ist ß, wo

demnach wird die Phasendifferenz cp₁ zwischen Strom und elektromotorischer Kraft berechnet aus der Gleichung

tg^i =

u Li

Li (Li — oj) + 2 v u² + 2 v (Li — to)²

Diese Ausdrücke sind nur dann richtig, wenn der Schlipf klein ist. Um eine vollständige Theorie zu geben, müssten wir Rücksicht nehmen auf die Selbstinduction der Streuung, auf die Aenderungen im Magnetisirungsstrom und den Kernverlust-Strom. Die Ausdrücke, welche alle diese Grössen enthalten, werden aber so unübersichtlich, dass sie keinen praktischen Nutzen haben. Der Verfasser hat deshalb gedacht, dass die graphische Theorie, wie sie in den Kapiteln VII und VIII enthalten sind, die symbolische Methode im Anhang I und die in diesem Kapitel gegebene Darstellung einer Methode, den Gegenstand analytisch zu behandeln, dem Leser willkommener sein möchte, als die Durcharbeitung der vollkommeneren Theorie, die in einigen der auf S. 251 u. 252 erwähnten Abhandlungen enthalten ist.

Die symbolische Methode.

C. P. Steinmetz hat in seinem Buch über Wechselstromerscheinungen¹) und. in den auf S. 251 u. 252 erwähnten Aufsätzen eine sehr vollständige Theorie des Inductionsmotors mit Hülfe der Vector-Algebra entwickelt. Eine kurze Darlegung dieser Methode und ein Rechnungsbeispiel enthält der Anhang I. Unter Benutzung derselben Zeichen sollen hier einige interessante Verallgemeinerungen mit-getheilt werden, welche Steinmetz abgeleitet hat.

Man sieht, dass die Ausdrücke für Strom, elektromotorische Gegenkraft, Drehmoment, Leistung, Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und überhaupt alle wichtigen Grössen des Motors die Constanten h, m, rx, r₂, x₁ und x₂ enthalten. Die Aussenspannung geht einfach als ein Faktor in die Ausdrücke für den Strom, die Gegenkraft, Drehmoment und Leistung ein, so dass die charakteristischen Grössen des Motors von den obigen sechs Constanten abhängen. In ausgeführten Motoren sind i\ und r₂ nahezu gleich, und ebenso xx und x₂. Wir dürfen ohne merklichen Fehler an ihrer Stelle mittlere Werthe r und x benutzen. Dann wird der Admitfanzoperafor 1= h -f jm, und der Impedanzoperator Z sowohl für den Ständer als für den Läufer gleich r—j x. Schreiben wir für den absoluten Werth der Admittanz y = y A² + m², ebenso £ = \r- + æ², für den Leistungsfaktor der Admittanz ß = hjy, für den Leistungsfaktor der Impedanz y = r/& und setzen 2«/^ = d, so lässt sich zeigen, dass die charakteristischen Grössen des Motors vollständig bestimmt werden durch die drei Constanten ß, y, ö. Der Grund, weshalb das Product 2yx gebildet wird, ist der folgende. Man sieht aus den Ausdrücken für die Hauptgrössen des Motors, dass die charakteristischen Grössen nicht geändert werden, wenn y % constant gehalten wird. Dies wird man leichter verstehen, wenn man bedenkt, dass

Erregungsstrom y Aussenspannung

und

Aussenspannung

2

Stillstandstrom

Denn wenn der Motor in Ruhe gehalten wird, so wird die Hälfte der Aussenspannung dazu verwendet, die Impedanz % des Ständers zu überwinden, während die andere Hälfte auf e (vgl. Anhang I)

Erregungsstrom ^

entfällt, auf die EMK, welche die Impedanz % des Läufers überwindet — der Widerstand des letzteren als unverändert angenommen. Hieraus ergibt sich

2yz =

Stillstandstrom

Nun ist bei festgehaltenem Läufer die gesammte Kraftlinienstreuung annähernd gleich dem Haupt-Kraltlinienzug bei Synchronismus, weil beide die Aussenspannung nahezu vollständig in Anspruch nehmen. Daher

magn. Widerstand des Haupt-Kraftlinienzuges magn. Widerstand der Streuzüge

2yz = nahezu

Nimmt man nun den magnetischen Widerstand des Haupt-Kraftlinienzuges als Einheit, so ist (nach S. 282) der Widerstand der Streuzüge des Läufers und Ständers zusammen = 1/2 (u—1), was sehr nahe = 1 j(u²—1) ist; dies aber haben wir Coefficient der Ausnutzung U genannt. Thatsächlich ist die Constante 2yz oder ô das Reciproke unseres Z7, nachdem es wie in Fig. 229 wegen der kleineren Verluste berichtigt ist. Die Constante ß ist der Cosinus des Winkels B₀ ONin Fig. 214 und y der Cosinus des Winkels POBv Steinmetz gibt ein Verzeichniss der Werthe dieser Constanten, mit 100 mul-tiplicirt, welche von wirklichen Motoren entnommen sind, und zeigt an einer Zahl sehr lehrreicher Diagramme den Einfluss ihrer Werthe auf die charakteristischen Eigenschaften der Maschine.

Kapitel X.

Einige Beispiele neuerer mehrphasiger Motoren.

Durch die Güte von Firmen, die hauptsächlich zur Entwicklung der mehrphasigen Motoren beigetragen haben, ist der Verfasser in den Stand gesetzt worden, einige in neuerer Zeit ausgeführte Beispiele dieser Maschinengattung zu beschreiben.

Motoren der Maschinenfabrik Oerlikon.

Seit Herbst 1891 war die Maschinenfabrik Oerlikon unablässig bemüht, den Drehfeldmotor zu vervollkommnen und hat mehrere hunderte davon in verschiedene Grössen gebaut. In allen kleineren Motoren, ein-, zwei- oder dreiphasig, besitzt der Läufer die einfache Trillerkäfiggestalt, während für die grösseren Motoren bewickelte Läufer benutzt werden, so dass man beim Anlassen Widerstand einschalten kann. Schon im Juli 1892 war es den Ingenieuren dieser Firma durch viele ins Einzelne gehende Verbesserungen gelungen, einen dreiphasigen Motor herzustellen, der vierpolig und dreiphasig war und einen Wirkungsgrad von 0,71 besass. Die Firma hat zuerst der Construction ihrer Maschinen eine Wechselgeschwindigkeit von 50 Perioden in der Secunde zu Grunde gelegt, bei grösseren Kraftanlagen verwendet sie Wechselgeschwindigkeiten von 42, 40 und 38 Perioden. Der Regel nach beträgt der Schlipf bei voller Belastung nicht mehr als 3 vom Hundert. Für Krahne, Aufzüge u. ä. werden dagegen besondere Motoren gebaut (gleichfalls ohne Schleifringe oder Bürsten), deren Läufer bei voller Last um 12 °/0 hinter dem Feld zurückbleibt. Ihr Leistungsfactor ist infolge dessen niedrig, aber sie gehen mit einer Zugkraft an, die zwei- oder dreimal so gross wie bei normaler Belastung ist. Einige Zahlen für einen Kranmotor werden später auf S. 297 mitgetheilt werden.

Auf die einphasigen Motoren dieser Firma und die dazu gehörige Anlassvorrichtung wird weiter unten hingewiesen werden.

Eine Ansicht eines grösseren Motors (von 100 P) desselben Modells ist in Fig. 232 dargestellt. Die Anordnung der 3 Schleifringe, des Anlassers und des Handhebels zum Ausschalten der Widerstände ist besser aus der Fig. 195 S. 187 zu erkennen.

Häufig werden diese Motoren mit einer Losscheibe versehen, damit sie leichter anlaufen können, ohne dass ein zu grosser Strom

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Fig. 232. Hochspannungsmotor (5000Volt) von Oerlikon.

aus den Leitungen entnommen wird, Fig. 233. Die Gesellschaft baut auch kleine Motoren für die mannigfaltigsten Zwecke, z. B. für den Antrieb von Webstühlen, Förderwerken u. dergl.

Die eigenen Werke der Maschinenfabrik Oerlikon werden elektrisch betrieben; die Kraft wird von einem etwa 23 km weit entfernten Wasserfall bei Hochfelden in der Nähe von Bülach entnommen und elektrisch übertragen. Die Dreiphasenmaschinen, mit denen dies ausgeführt wurde, sind die ersten ihrer Art gewesen. Es sind drei dreiphasige Stromerzeuger, jeder von 200 P. Sie wurden im Herbst 1890 von C. E. L. Brown entworfen, zugleich mit der Maschine, die bei dem berühmten Frankfurter Versuch aus dem Jahre 1891 benutzt wurde.

Ein ganz neuer für besondere Verhältnisse entworfener Motor ist in Fig. 234 und auf Tafel XIV dargestellt.

Der Motor dient zum direkten Antrieb einer Wasserförderpumpe in einem Bergwerk Deutschlands und wurde bestellt für eine Leistung von normal 570 P bei 75 Umdrehungen mit einer maximalen Anlaufs-

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Fig. 233. Normaler Drehstrommotor von Oerlikon.

kraft von 20 °/₀ über der normalen. Die Pumpe soll in der Minute 5 m3 etwa 400 m hoch fördern. Eine besondere Bedingung für die Construction des Motors bildete die Nothwendigkeit, den Motor durch einen Schacht von 1950x2050mm Weite zu befördern, wobei das maximale transportirbare Gewicht 10 000 kg nicht übersteigen durfte. Ferner sollte dem röhrenden Theil des Motors ein ansehnliches Trägheitsmoment gegeben werden, um die grossen Ungleichförmigkeiten in dem Kraftdiagramm der Pumpe zum Theil durch die Wirkung der lebendigen Energie auszugleichen. Diese Bedingung führte auch dazu, die Schlüpfung in der Geschwindigkeit des Motors grösser als 2 °/₀ anzunehmen.

Vom Standpunkt des Elektrikers aus liegt die Schwierigkeit in der Construction von asynchronen Motoren mit so kleiner Umdrehungszahl in der Vermeidung übermässiger magnetischer Streuung, welche mit der Anordnung von grossen Polzalilen auf verhältnissmässig kleinem Umfang und dem grösseren Luftraum zusammenhängt, der aus mechanischen Gründen bei grösseren Durchmessern zwischen inducirendem und inducirtem System erforderlich ist. Es darf angenähert der

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Fig. 234. Asynchroner Drehstrommotor von 600 P.

Streuungscoöfficient eines solchen Motors, d. h. der Procentsatz der von den Amperewindungen des einen Systems erzeugten magnetischen Kraftlinien, der die Windungen des andern Systems nicht schneidet, proportional angesetzt werden der Dicke des Luftzwischenraums zwischen festem und rotirendem Theil und umgekehrt proportional der Länge des Polbogens, d. h. dem Radumfang getheilt durch die Polzahl. Von diesem Streuungscoëfficienten hängt bekanntlich in erster Linie die maximale Zugkraft und die günstigste Phasenverschiebung des Motorstroms ab.

Zugleich mit diesem Motor war der Stromerzeuger zu liefern, ein Drehstromgenerator für 840 P, der direkt gekuppelt wird mit einer Dampfmaschine mit 90 Umdrehungen, und dessen Rad zugleich als Schwungrad der Dampfmaschine wirken soll. Die Hauptbelastung des Generators bildet der grosse Motor. Es konnte also die Periodenzahl der Anlage so gewählt werden, dass einerseits die Polzahl des Motors nicht übermässig gross und anderseits die Polzahl des Generators nicht übermässig klein wurden. Für den Generator war die Wahl eines grösseren Durchmessers empfehlenswerth, um das vorgeschriebene sehr grosse Schwungmoment zu erreichen. Würde nun die Polzahl des Generators zu klein gewählt, so müssten den Polkernen und Magnetspulen sehr unrationelle Dimensionen gegeben werden. Auf Grund dieser Ueberlegungen wurde die Periodenzahl zu 22,5 festgesetzt, welche für den Generator 30, für den Motor 36 Pole ergibt. Die Klemmenspannung beträgt 1900 Yolt. Der Durchmesser des Generatorrades erreicht 4800 mm, der Luftzwischenraum soll 10 mm betragen. Das Rad besitzt eine Schwungmasse von 17 000 kg mit einem Schwungradius von 2,2 m.

Der Durchmesser des Motorrades beträgt 2996 mm, der Luftzwischenraum zwischen feststehendem und rotirendem Theil 2 mm. Das fertige Rad besitzt ein Schwunggewicht von 8000 kg bei einem Schwungradius von 1,5 m. Die Wickelung des feststehenden Systems besteht aus 162 Spulen, die mit Kupferdraht in 324 geschlossene, mit Mikanitröhren ausgefütterte Nuten gewickelt sind; das rotirende System trägt 216 Spulen in 432 halbgeöffneten, ebenfalls mit Mikanitröhren ausgefütterten Nuten. Jede Spule ist aus 19 nackten parallel geschaffenen Kupferdrähten von 3,6 mm Durchmesser hergestellt, nach dem besonderen Wickelungssystem der Maschinenfabrik Oerlikon, und besitzt im Ganzen nur 54 gelötete Verbindungsstellen der Wickelung, da je vier Spulen aus einer zusammen hängenden Drahtlänge gewickelt sind. Die drei Enden der Wickelung des Rotors führen einerseits zu drei Kurzschlusscontacten und anderseits zu drei gusseisernen Schleifringen, auf welchen drei Bürsten schleifen, die den inducirten Strom zu einem grossen regulirbaren Rheostaten aus Con-stantanblech führen. Mittelst dieses Rheostates kann, bei normaler Umdrehungszahl des Generators, der Motor mit voller Zugkraft bei normaler Stromstärke anlaufen. Sobald der Motor die normale Geschwindigkeit erreicht hat, wird mittelst eines Handrades und Zahngetriebes eine mit dem Rad rotirende Kurzschlussvorrichtung vorgetrieben, bis die Wickelung des Ankers in sich selbst kurzgeschlossen

ist; die Schleifbürsten werden dann von den Schleifringen abgehoben. Da der Generator ausser dem grossen Motor noch kleinere Motoren zu speisen hat, konnte das Anlassen des Motors nicht mit kurzgeschlossener Wickelung gleichzeitig mit dem Anlassen des Generators ausgeführt werden, wie dies von der Maschinenfabrik Oerlikon bei einem ähnlichen Pumpenantrieb in einer französischen Bergwerksanlage ausgeführt wurde.

Die Kurzschlussvorrichtung besteht aus einem kleinen auf der Spindel des Handrades sitzenden Zahnkolben, welcher in ein centrisch um die Welle angeordnetes grosses Zahnrad ein greift. Mit diesem arbeiten drei weitere Zahnräder zusammen, welche gegen einander um 120 ⁰ versetzt, um das grosse Zahnrad angeordnet sind. Die Naben dieser drei Räder sind als Spindelmuttern ausgebildet, die darin geführten Spindeln greifen an einem Ringe an, welcher die drei Kurzschlusscontacte trägt. Durch Drehen des Handrades werden die Spindeln in axialer Richtung verschoben und damit der Kurzschluss bewirkt.

Um ein Durchbiegen der langen das Feldeisen zusammenhaltenden Bolzen und damit ein Durchsenken des Eisens gegen den röhrenden Theil zu verhüten, sind die Bolzen in ihrer Mitte durch Bügel gegen das Gehäuse hin angezogen.

Die Bürsten sind von den gusseisernen Schleifringen abhebbar.

Um den Motor durch den engen Schacht von 2000 mm Seitenlange bis zu seinem Aufstellungsort zu transportiren, mussten der feststehende und der röhrende Ring in zwei Halbkreisbogen zerlegt werden. Zu diesem Zweck ist die Wickelung in beiden Theilen nach besonderem Schema ausgeführt, so dass eine Trennung der Wickelung ohne Oeffnung der gewickelten Spulen möglich ist durch Lösen von wenigen Löthstellen. Die Spulenseiten, welche ausserhalb des Eisens liegen, sind für die drei Wickelungsphasen abwechselnd in drei Wickelungsebenen abgebogen, so dass die ganze Windungslänge für jede Phase genau gleich wird.

Die mechanische Bauart des Motors ist aus der Tafel XY ersichtlich. Es wurde ganz besonders Sicherheit in der Festigkeit des stehenden und rohrenden Systems gesucht gegenüber den magnetischen Zugkräften, welche bei einer gewissen unvermeidlichen excentrischen Lagerung des Läufers auftreten müssen. Diese Festigkeit musste erreicht werden innerhalb der durch die Weite des Schachtesbeschränkten äussern Dimensionen.

Das Gehäuse ist durch zwei Gusssterne mit sechs Armen versteift, welche auf den beiden Lagergestellen aufsitzen und nach Lösen von drei Schrauben um diese Gestelle mit dem Gehäuse gedreht Averden können. Jeder Blechkörper ist durch 54 Bolzen von 20 mm Durchmesser mit den Gussringen fest verschraubt. Die Bolzen sind ausserdem in dem Ventilationsschlitz durch Haken an das Gehäuse angezogen. Thatsächlich konnte bei einer absichtlich excentrisch eingestellten Lagerung des Läufers mit einer Differenz des Luftzwischenraumes von 1 mm bei den grössten magnetischen Sättigungen keine Deformation des Luftzwischenraumes beobachtet werden. Die Schmie

rung der Lager wird von einer kleinen Sulzer’schen Oelpumpe besorgt. Das ablaufende Oel wird in einer Rinne unterhalb des Lagerrandes aufgefangen und von der Pumpe in den Tropfbecher über das Lager gefördert.

Der äussere Durchmesser des fertigen Gehäuses beträgt 4000 mm, die Breite 900 mm, der äusserste Abstand der beiden Lagerfüssu 3000 mm, das totale Gewicht des Motors beläuft sich auf 28000 kg; davon 9000 kg Eisenblech und 1400 kg Kupfer. Der Läufer wiegt 11000 kg.

An diesem Motor konnten im Versuchsraum der Maschinenfabrik Oerlikon folgende Messungen ausgeführt werden:

Widerstand der Wickelung einer Phase des Ständers: 0,4 Ohm (die Ständerwickelung ist in Dreieckschaltung angeordnet); Widerstand der Wickelung einer Phase des Läufers: 0,016 Ohm. Bei leerlaufendem Motor mit 75 Umdr. : 1900 Volt, 62 Amp., 22,5 Perioden, 16000 Watt.

Bei ruhendem Motor und kurzgeschlossenem Läuferstromkreise (Kurzschlussstrom) 390 Volt, 110 Amp., 22,5 Perioden, 600 Volt, 200 Amp.

Daraus ergibt sich ein Streuungscoöfficient für 190 Amp. Belastungsstrom: o = 0,1; für höhere Stromstärken wird o kleiner. Die Verluste für Reibung und Ventilation konnten zu etwa 3500 Watt eliminirt Averden. Die Envärmung des Eisens bei Leerlauf betrug 18° über die Temperatur der Umgebung.

Aus diesen Daten Avurde das Diagramm der Stromstärke, der Umdrehungszahl, des cos (p und des Wirkungsgrades des Motors bei verschiedenem Drehmoment unter Annahme eines abnehmenden

Streuungscoöfficienten aufgezeichnet (Eig. 235). Bei normaler Belastung Avird der Motor etAva 170 Amp. aufnehmen mit einem Leistungsfactor von 0,82 und einem Wirkungsgrad von 92 °/₀ bei einem Schlipf von 2,7 °/₀. Das maximale Drehmoment beträgt 11500 kg, gleich dem doppelten des normalen.

Diese Werte dürfen in Anbetracht der sehr kleinen Umdrehungszahl und der beschränkten Raumverhältnisse als sehr günstig bezeichnet werden.

Für einen normalen Motor der Maschinenfabrik Oerlikon Typ 3072, für gleiche Leistung bei 370 Umdr. und 50 Perioden

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Fig. 235. Leistungscurven des 600 P Drehstrommotors mit 75 Umdrehungen.

wurden am gleichen Orte die entsprechenden Werte durch direkte Beobachtung erhalten:

cos cp = 0,92, Wirkungsgrad = 95 °/₀, Schlipf = 1,5 °/₀.

Das maximale Drehmoment beträgt hier das 2,5fache des nor

malen.

Motoren von Brown, Boveri & Co.

Auf S. 178 haben wir die älteren Arbeiten von Brown erwähnt.

Seine Firma hat seit 1892 eine grosse Zahl mehrphasiger Anlagen gebaut.

Eine neuere Form, die je nach dem Zwecke mit verschiedenen Wickelungen versehen werden kann, ist auf Tafel XI und in Fig. 236 dargestellt. Der auf Tafel XI dargestellte Motor ist dreiphasig gewickelt, er empfangt seinen Strom von Hauptleitungen mit 5000 Yolt, seine Wechselgeschwindigkeit beträgt 40 Perioden in der Secunde und seine Drehgeschwindigkeit 600 Umläufe in der Minute. Seine Leistung

ist dann 100 P. Die Höhe misst 120 cm und die Länge zwischen den äusseren Enden der Achslager etwas weniger. Der Durchmesser des Läufers ist 75 cm und die Länge parallel zur Achse, weniger als 45 cm. Der Läufer besitzt 96 Bohrungen zur Aufnahme isolirter Kupferleiter, die dann zu einer Wellenwickelung verbunden werden; letztere hat die Gestalt eines dreistrahligen Sternes, dessen drei äussere Enden durch eine die Achse durchsetzende centrale Bohrung zu drei Schleifringen geführt sind, so dass man einen äusseren Anlasswiderstand einschalten kann. In den Kernringen des Eeldmagnetes befinden sich 48 Löcher, und durch diese werden die Spulen ge-

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Fig. 236. Zweiphasiger Motor für 120 P von C. E. L. Brown.

wickelt; zum Schutze der letzteren dienen starke Röhren aus besonders zubereitetem Papier. Die Anordnung dieser Spulen zur Erzeugung eines vierpoligen Beides ist in Fig. 93 dargestellt. Dieser Motor geht mit voller Last an, wobei er einen stärkeren Strom verbraucht, als wenn er mit voller Last im Gange ist.

Dasselbe Eisengerüst, jedoch als zweiphasiger Motor für 2000 Yolt gewickelt, zeigt Fig. 236. Er leistet 120 P. Der Anlasswiderstand wird hier im Läufer untergebracht; ein einfacher, aus dem Ende der Achse rechts in der Figur hervorragender Mechanismus dient dazu, den Widerstand kurz zu schliessen, wenn der Motor in Gang gekommen ist.

Einer der grössten Inductionsmotoren, welche bis jetzt gebaut wurden, ist von Brown, Boveri & Co. für die städtische Pumpstation in Genf gebaut. Dieser auf Tafel XII und Fig. 237 dargestellte Motor ist zweiphasig und leistet 1000 P; er treibt eine Sulzer Pumpe an, welche das Wasser 140 m hoch hebt. Der Ständer hat die übliche Form, 10 Pole und 6 Löcher für jede Phase und jeden Pol. Der Läufer hat 180 Löcher mit je 2 Leitern, die unter einander verbunden sind wie bei einem cylindrischen Trommelanker mit einer für 3 Stromkreise bestimmten Wellen Wickelung. Der vom Kraftwerk in Chèvres gelieferte Strom hat eine Spannung von 2500 Yolt und eine Wechselgeschwindigkeit von 46 Perioden in der Secunde. Der Motor läuft mit 544 Umdrehungen in der Minute, sein Gesammtgewicht beträgt 27 Tonnen.

Bei den kleineren Motoren ist das Gehäuse cylindrisch als ein einziges Stück gegossen, welches die Ständer - Kernringe aufnimmt und an welches zwei gewölbte die Lager tragenden Endwangen angeschraubt sind, welche zur Vermeidung von Streuverlusten so gekrümmt sind, dass sie von den Kernscheiben möglichst weit abstehen. Bei grösseren Motoren über 20 P ist der Mantel aus 2 Cylindern zusammengeschraubt, wie Fig. 236 erkennen lässt Bei ganz grossen Motoren werden die Lager nicht von den Endwangen getragen, sondern sind entweder ein Theil des Fundamentrahmens, oder sie sind als besonderes sternförmig gestaltetes Stück mit dem Kähmen und dem Gehäuse gleichzeitig verschraubt. Bei dem eben erwähnten lOOOpferdigen Motor ist das Gehäuse aus 4 Gusscylindern zusammen-gescürauöt und uke Lagur befinden sieh an den sch&lenförmigen Endwangen.

Von dieser Grundform unterscheiden sich auch die bei den Locomotiven der Gornergrat- und der Jungfraubahn verwendeten Motoren nur wenig; die Form des Gehäuses ist dem besonderen Verwendungsgebiet entsprechend ausgebildet, ferner sind mit Rücksicht auf Raumersparniss die Ständerwickelungen in 3 statt wie gewöhnlich in 2 Reihen angeordnet.

Die Motoren von Kolben & Co. sind nach ihrer Bauart sehr ähnlich den eben beschriebenen, Tafel XIII zeigt einen solchen Motor, man erkennt wie die Ständer-Kernringe tief bis fast an den äusseren Umfang in den Ständer versenkt sind, damit sie sicher im Gehäuse befestigt werden können. Einzelheiten eines 20pferdigen Motors derselben Firma und die Berechnung des Entwurfs finden sich S. 198 und 247.

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Fig. 237. Zweiphasen - Inductionsmotor von 1000 P (Brown, Boveri & Co. ).

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Fig. 238 zeigt einen Motor neuester Bauart der Firma Helios. Hie Befestigung des die Ständerbleche zusammenpressenden Ringes wird in der Weise bewirkt, dass in das Gehäuse und den Ring vor

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Fig. 240. Drehstrommotor von Schlickert, Modell Nd 200.

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dem Zusammensetzen eine Rille gedreht wird, die nach dem Einbringen und Zusammenpressen der Kernbleche mit Weissinetall ausgegossen wird. Die Blechringe des Läufers werden gegen Verdrehen durch Keile gesichert, welche zur Hälfte im Läuferkern und zur andern Hälfte in den Blechringen sitzen. Das Diagramm Fig. 239 stellt die Ergebnisse von Messungen dar, welche mit diesem Motor vorgenommen wurden.

Fig. 240 zeigt einen Drehstrommotor der Elektricitäts-Actien-gesellschaft vorm. Schlickert & Co., der bei 480 Volt und 366 Um-

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Fig. 241. Gehäusemotor von Schuckort.

drehungen in der Minute 200 P leistet bei einem cos cp 0,9. Die Wickelung des Ständers besteht aus 576 Stäben, die in 288 Nuten untergebracht sind, die des Läufers aus 366 Stäben in 366 Nuten.

Ein kleinerer Motor derselben Firma ist in Fig. 241 dargestellt, das Gehäuse ist allseitig geschlossen, so dass der Motor in staubigen Räumen aufgestellt werden kann.

Die Fig. 242 — 244 stellen die neueste Motorenform der Firma Ganz & Co. dar. Diese Maschinen bestehen aus einem feststehenden inducirenden und einem drehbaren inducirten Theile. Der Kern des ersteren besteht aus schmiedeeisernen 0,5 mm starken und mit Seiden-

papier von einander isolirten Lamellen, die von einem ringförmigen Gehäuse aus Gusseisen zusammengehalten werden.

Dieser Kern ist an dem inneren Umfange mit Nuten versehen, in welche die auf besonderen Maschinen vorher angefertigten Spulen eingesetzt sind. Der Primärtheil (Ständer) bildet also ein unabhängiges Ganzes, das von einem zweitheiligen gusseisernen Korb umgeben ist.

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Steinmetz, Theorie und Berechnung der Wechselstromerscheinungen.

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Berlin 1900.

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Fig. 242. Drehstrommotor von Ganz & Co., neueste Form, Modell FF 160.

Im Inneren dieses Korbes sind zwei ringförmige Ausdrehungen zur Aufnahme des Ständers angeordnet.

Bei Hochspannungsmotoren, welche normal bis zu 5000 Volt und zwar von 30 P an gebaut werden, werden die Spulen durch Micanitröhren, welche in die Nuten eingetrieben werden, mit der Hand hineingewickelt. Bei den grösseren Motoren für Mittelspannung und bei den kleineren für niedrige Spannung werden blanke Kupfer-

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stangen durch die in den Ständernuten befindlichen Carton- oder Mikanitröhren gezogen. Die Verbindung derselben wird durch hart angelöthete Gabeln gebildet. Bei diesen Motoren sind die Nuten auf der Peripherie aufgeschlitzt. Es wird ausschliesslich Trommelwickelung angewendet.

Die Lager sind in den runden Löchern der beiden Seiten des Korbes drehbar befestigt, so dass der Motor nach Belieben stehend, hängend oder an senkrechten Wänden befestigt werden kann, ohne

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Fig. 243. Drehstrommotor von Ganz & Co., Modell FF 20, auseinander genommen.

dass eine Veränderung am Motorgehäuse erforderlich wäre; es müssen nur die Lager um einen entsprechenden Winkel verdreht werden.

Der secundäre Theil (Läufer) besteht aus dem auf einem Broncerad befestigten und aus Blechen zusammen gesetzten ringförmigen Eisenkern, in dessen Nuten die secundäre Bewickelung eingesetzt ist, deren drei Phasen bei den kleineren Motoren — bis 8 P — unter einander kurzgeschlossen sind, während sie bei den grösseren Formen zu drei ausserhalb der Lager auf Wellenstummeln aufgebrachten Bronceschleifringen führen. Diese sind durch Kohlenbürsten und isolirte biegsame Kabel mit den drei Blechen eines Wasserrheostaten verbunden, wie er in der Fig. 207 dargestellt ist.

Die kleineren Motoren werden so angelassen, dass die drei Klemmen des Ständers durch einen dreipoligen Hebelumschalter mit der Stromquelle verbunden werden, während bei den grösseren Formen noch der Wasserrheostat langsam kurzgeschlossen wird.

Die Fig. 242 zeigt einen Motor, welcher bei einer verketteten Spannung von 300 Volt bei 42 Perioden und 350 Umdrehungen in der Minute für eine Leistung von 160 P gebaut ist. Der Motor ist 14polig; der Durchmesser des Läufers beträgt 1150 mm, die Breite des Eisenkernes 270 mm, der Luftzwischenraum 2 mm. Die Stabwickelung des Ständers ist aus 294 rechteckigen Stäben von

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Fig. 244. Fahrbarer Drehstrommotor von Ganz & Co.

16 x 6,5 mm² gebildet, deren Kanten nach einem Radius von 3,25 mm abgerundet sind. Der Querschnitt der Verbinder ist 4 x 25 mm². Die Isolation zwischen Nuten und Stäben ist aus 2,4 mm starkem Carton gebildet. Die Schaltung ist Y-Schaltung.

Die Bewickelung des Läufers besteht aus 210 Stäben von 9x17 mm² Querschnitt, die Kanten sind nach einem Radius von 4,5 mm abgerundet. Der Querschnitt der Verbinder ist 5x25 mm². Der Wirkungsgrad des Motors beträgt bei normaler Belastung 92 % bei einem Leistungsfactor von 0,9.

Die Fig. 243 zeigt einen kleineren Motor dieser Art auseinander genommen, man sieht, dass die Bauart gestattet, den Motor in kürzester Zeit zu zerlegen und wieder zusammen zu bauen. Dieser Motor ist ist Gpolig, er leistet bei 300 Volt 42 Perioden in der Secunde und 810 Umdrehungen in der Minute 20 P. Die Wickelung des Ständers besteht aus 72 Spulen von je 24 Windungen, die in 72 Nuten gelagert sind. Der Draht hat einen Querschnitt von 3,9 mm², er ist zweimal mit Band isolirt, und die fertige Spule noch einmal mit Bandisolation versehen. Der Läufer von 350 mm Durchmesser hat ebenfalls 72 Nuten, in denselben liegen 288 Stäbe von 3,5 x 7 mm², die mit Carton isolirt sind.

In Pig. 244 ist ein ¹/₂pferdiger Motor dieser Art mit einer transportabelen Bohrmaschine dargestellt. Der Läufer ist mittelst einfacher Zahnradübersetzung 1 : 5 und biegsamer Welle mit dem

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Fig. 245. Diagramm zum Drehstrommotor cDM 20 von Siemens & Halste.

Bohrkopf verbunden. Das kleinere Rad ist aus Rohhaut, sämmtliche Zähne sind gefräst. Die Stromzuführung geschieht durch ein Dreileiterkabel, welches auf einem am Motor selbst angebrachten Haspel aufgewickelt ist. Letzterer ist derartig gebaut, dass das Ende des Kabels durch die Haspelachse stets mit dem Motor verbunden ist unabhängig von der abgewickelten Kabellänge.

Die Motoren der Firma Siemens & Halske sind bereits auf S. 190 u. f. erwähnt worden.

Das Diagramm Fig. 245 zeigt das Resultat von Versuchen, welche mit einem neueren Motor Modell cDM20, dessen Bauart aus Fig. 200 zu erkennen ist, angestellt wurden. Derselbe leistet bei 210 Volt 50 Perioden in der Secunde und ca. 975 Umdrehungen in der Minute

40 P bei einem Leistlingsfactor von 0,9. Der Ständer enthält 54 Nuten, der Läufer 126 Nuten, deren Isolation 1mm stark ist. Die Ständerwickelung besteht aus Kupferdraht von 3 mm blank,

3,5 mm isolirt, jede Nut enthält 14 Windungen, die zweifach parallel geschaltet sind. Der Widerstand jedes g Zweiges beträgt kalt 0,0215 Ohm.

Die Isolation der Läufernuten ist 0,8 mm dick, in jeder Nut liegen 2 Kupferstäbe von 10 x 3,5 mm blank, der Widerstand jedes Zweiges (kalt) beträgt 0,02 Ohm. Die Abmessungen der Nuten ergeben sich aus Fig. 246.

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Fig. 246.

Ein neuerer Motor der Elektricitäts-Actien-Gesellschaft vorm. W. Lahm ey er & Co. in Frankfurt a. M. ist in den Fig. 247 — 251 dargestellt. Er dient zum Betriebe einer elektrischen Wasserhaltungsmaschine für Bergwerke und war auf der Pariser Weltausstellung aufgestellt. Die Pumpe ist eine schnellaufende Drillingspumpe und vermag bei einer Umdrehungszahl von 214 in der Minute eine Wassermenge von 1 — 1,2 m² in der Minute auf etwa 250 — 300 m Höhe zu fördern. Mit der Pumpe direkt gekuppelt ist ein asynchroner Drehstrommotor von 75—100 P bei 214 Umdrehungen in der Minute, 500 Volt und 100 Polwechsel in der Secunde. Ursprünglich für 1000 Volt gebaut, ist der Motor in Rücksicht auf die in der Ausstellung zur Verfügung stehende Spannung auf 500 Volt umgeschaltet worden. Fig. 247 zeigt die Gesammtanordnung des Maschinensatzes. Motor und Pumpe sind durch eine elastische Kupplung mit einander verbunden. Fig. 248 gibt einen Schnitt durch den Motor, während Fig. 249 u. 250 Einzelheiten zur Darstellung bringen. Der inducirende Theil ist feststehend angeordnet und in ein gusseisernes Gehäuse eingebaut, an welches seitlich die Lagerschilder angeschraubt sind. Bei einem Durchmesser von 1900 mm besitzt der Ständer eine Breite von 170 mm. Der Läufer ist vermittelst zweier Schrumpfringe auf der Welle befestigt und hat einen äussern Durchmesser von ca. 1700 und eine Bohrung von 1500mm. Entsprechend der Tourenzahl von 214 in der Minute ist der Ständer 28polig gewickelt. Derselbe ist in offener Verkettung geschaltet und trägt eine in geschlossenem Micanitrohr untergebrachte Drahtwickelung, bestehend aus 13 Drähten von 4,8 x 5,3 mm² Querschnitt in jeder Nut. Die Nuten haben einen Querschnitt von 20 x 34 mm². Der Läufer ist als Schleifringanker mit Stabwickelung ausgebildet. Seine Wickelung liegt in halbgeschlossenen Nuten von 11,5 x 27,5 mm² Querschnitt

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Fig. ‘247. Asynchroner Drehstrommotor von Lahm o y er (Frankfurt).

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und besteht aus drei parallelen Flachkupferstäben von 3x9 mm². Die freien Enden der in Stern geschalteten Wickelung führen zu 3 Schleifringen, die ihrerseits durch Vermittelung von Schleifbürsten mit dem Anlasswiderstand verbunden sind.

Die Gefahr der Funkenbildung an diesen Schleifringen, welche beim Vorhandensein explosibler Gase in einem Bergwerke von verhängnisvollem Einfluss sein könnte, ist zwar eine sehr ge-

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Fig. 248. Schnitt durch den Motor der Fig. 247.

ringe; um jedoch auch bei eventuellem unbeabsichtigten Aufheben einer Bürste Stromunterbrechung und damit Funkenbildung zu vermeiden, ist der Motor mit Kurzschluss- und Bürstenabhebevorrichtung versehen.

Wie die Fig. 249 u. 250 zeigen, sind an der Büchse i?, welche die Schleifringe $1, *82 und S3 trägt, federnde Contactstücke Gl, G 2 u. s. w. isolirt befestigt und mit den Schleifringen paarweise durch die Verbindungsstücke F leitend verbunden. Gegenüber den Contact-federn Gl, G2 u. s. w. sind an einem über einer Feder geführten

Körper messerförmige Schlusstücke M befestigt, die durch axiale Verschiebung des Körpers mit den Contacten CI und C2 in Eingriff gebracht werden können. Die Schlusstücke sind, durch den Ring E leitend mit einander verbunden, so dass durch den Eingriff die Wickelung des Läufers kurzgeschlossen wird.

Nachdem der Motor angelassen und der Anlass widerstand vollständig kurzgeschlossen ist, wird zunächst vermittelst eines Hand-

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Fig. 249/250. Einzelheiten zum Motor Fig. 247.

liebels die Wickelung durch axiale Verschiebung des Körpers kurzgeschlossen, wonach die Bürsten mit Hilfe eines zweiten in Fig. 250 sichtbaren Hebels gleichzeitig aufgehoben werden können. Eine besondere Sicherheitsvorrichtung macht es unmöglich, etwa die Bürsten vor dem Kurzschliessen der Wickelung aufzuheben.

Da von dem guten Functioniren der Wasserhaltung unter Umständen die ganze Existenz einer Grube abhängt, ist bei dem Bau des Motors besonders auf eine hohe Betriebssicherheit Rücksicht

genommen worden. Demgemäss ist zur Isolation der Wickelung lediglich Glimmer und Mikanit zur Anwendung gekommen, alle der Abnutzung unterworfenen Theile sind reichlich gehalten und die Erwärmung des Motors gering bemessen worden. Nach siebenstün-digem Betriebe mit etwa 75 P beträgt die Temperaturerhöhung in keinem Theile mehr als etwa 20 ⁰ C.

Bei 500 Yolt beträgt der Leerlaufstrom ca. 34 Ampere, die Leerlaufsarbeit 3,5 KW, cos cp bei einer Belastung von 75 P = 0,8.

Die Gewichte des Motors sind folgende:

2670 kg 2345 „ 1652 „ 343 „ 7250 „

Ständer . . .

Läufer ....

Zwei Schildlager

Welle ....

Gesammtgewicht

Fig. 251.

Vs P Inductionsmotor, Modell Kl der Union.

Der in Eig. 251 dargestellte Motor ist ein von der Union Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin für Hebezeuge gebauter Motor und besonders zum Anziehen von Bremsgewichten bestimmt. Er leistet ¹/₈ P und ist mit Kurzschlussanker versehen. Wenn diese Motoren im eigentlichen Kranbetriebe Verwendung finden sollen, werden sie mit Schleifringanker versehen, da nur auf diese Weise durch Einschalten von Widerstand der Schlipf vergrössert und die Umdrehungszahl am Ende jeder Bewegung wie erforderlich, herabgemindert werden kann.

In Amerika hat besonders die General Electric Co. sich mit dein Bau von Inductionsmotoren beschäftigt. Auf S. 212 — 221 waren Angaben über einen als J — 8—150 — 600 bezeichneten Motor gemacht. Hierunter ist zu verstehen, dass es sich um einen Inductionsmotor handelt, der achtpolig ist und bei 600 Umdrehungen in der Minute 150 P leistet. Ein Diagramm über Versuche mit diesem Motor ist in Fig. 255 dargestellt. Obwohl der Motor sich ausgezeichnet bewährte und bei voller Belastung einen Wirkungsgrad von 91 °/0 auf wies, ist diese Bauart in neuerer Zeit doch verlassen worden.

Ueber einen neueren als J — 8 — 30 — 900 — 550 bezeichneten Motor, also einen Inductionsmotor mit 8 Polen, der bei 900 Umdrehungen in der Minute, 550 Volt Netzspannung und 60 Perioden in der Secunde 30 P leistet, werden folgende Angaben gemacht: der Ständer hat einen Durchmesser von 660 mm, der Läufer einen solchen aussen von 483, innen von 356 mm. Die Länge des Läufers beträgt 254 mm, er ist mit 2 Ventilationscanälen von je 12,7 mm versehen. Die Zahl der Schlitze beträgt 71, ihre Abmessungen sind 12,7 mm in der Tiefe und 13,5 mm in der Breite; die Zähne sind mit Köpfen versehen, zwischen denen 1,2 mm freier Raum ist. Der Läufer ist als Käfiganker gewickelt, die Messingstäbe der Wickelung haben einen Querschnitt von 12,7 x 10,2 mm². Die in Stern geschaltete Wickelung des Ständers ist in 96 graden Schlitzen untergebracht, jeder Schlitz enthält 8 Doppelleiter aus je 2 Kupferdrähten von 25,4 mm Durchmesser. Der Polstand der Ständerwickelung ist ein Bruch, jede Spule umgreift 83 vom Hundert des Polbogens; in anderen Worten: während auf den Pol 12 Zähne entfallen, ist die Wickelung nur um 10 herumgeführt. Diese Maschine wurde, obwohl sie nur für eine Leistung von 30 P gebaut war, bis zu einer Maximalleistung von 95 P geprüft. Bei normaler Geschwindigkeit, aber unbelastet betrugen die Reibungsverluste 400 Watt, die Kernverluste 1070 Watt, der Leerlaufstrom war hierbei 11 Ampere. Der Wirkungsgrad bei voller Belastung wurde zu 89,5 °/₀, bei halber Belastung zu 85 °/0 ermittelt. Der Leistungsfactor war bei voller Belastung 0,895, bei halber Belastung 0,77. Die Temperatur stieg bei voller Belastung bis zu 29 ⁰ C.

Andere Mehrphasenmotoren der General Electric Company findet man in der Electrical World Bd. 27 S. 429 beschrieben.

Der grösste Inductionsmotor in Amerika und wahrscheinlich der grösste der Welt mit Käfigläufer ist ein 500 P Motor der Westinghouse Gesellschaft.¹) Er hat 36 Pole und ist für 60 Perioden und 400 Volt Spannung des Speisestromes gebaut. Seine Maximalgeschwindigkeit (bei Synchronismus) würde also 200 Umdrehungen in der Minute betragen; bei voller Belastung fällt aber die Umdrehungszahl auf 192, der Schlipf beträgt also in diesem Falle 4 vom Hundert. Die Anlassmethode ist die allgemein von der Westinghouse Gesellschaft bevorzugte; es wird nämlich in die Primärwickelung ein regelbarer Drehstromtransformator eingeschaltet, welcher den Ständer zunächst mit einer niedrigeren Spannung speist, welche allmählich mit zunehmender Geschwindigkeit selbstthätig erhöht wird, bis die Wickelungen unmittelbar an die Speiseleitungen angelegt werden können. Er ist so gebaut, dass das Anfangsdrehmoment 2¹/₄ mal so gross ist wie bei voller Belastung.

Seine Hauptabmessungen sind folgende:

2134 mm 3127 „ 1067 „ 19500 kg.

Durchmesser des Läufers ....

Gesammthöhe........

Länge, gemessen parallel zur Achse Gesammtgewicht.......

Wegen kleinerer Inductionsmotoren der Westinghouse Gesellschaft wird auf Electrical World Bd. 26 S. 14 und Engineering, April und Mai 1899 verwiesen.

Kapitel XL

Winke für das Entwerfen von Mehrphasenmotoren.

Will man einen Motor entwerfen, der irgend welchen gegebenen Anforderungen entsprechen soll, so muss man zunächst versuchen, sich ein Bild von den Hauptabmessungen zu machen, die er wahrscheinlich erhalten wird. Dies lässt sich ziemlich leicht erreichen, wenn man folgende Erwägungen anstellt. Erfahrungsgemäss ist für 1 Watt Wärmeverlust eine Anker- oder Läuferoberfläche von 6,45 cm-erforderlich, wofern die Erhitzung in angemessenen Grenzen bleiben soll. Nehmen wir nun an, dass durchschnittlich 2 vom Hundert der Bruttoleistung in Wärme verloren gehen, so würden wir auf 1 KW Leistung 20 Watt als Wärmeverlust für den Läufer zu rechnen haben, dieser müsste also etwa 130 cm² Oberfläche für 1 KW Leistung haben oder etwa 95 cm² auf jede Pferdestärke. Der angegebene Werth passt für Motoren von 10 — 20 P, bei grösseren Motoren kann man etwas günstigere, bei kleineren etwas ungünstigere Verhältnisse annehmen. Nun beträgt die Oberfläche des Läufers rtdl in cm², wenn d der Durchmesser, l in cm die Länge parallel der Achse gemessen ist. Hieraus ergibt sich die Regel:

= 100.

7Cdl

Leistung in P dl = 32 P.

Um die relativen Werthe von d und l festzustellen, müssen wir zunächst die Geschwindigkeit berücksichtigen. Ist die Umdrehungszahl des Motors nicht vorgeschrieben, so haben wir für die Wahl von d ziemlich weite Grenzen.

d = 400

Die Formel

wo v in cm in der Seeunde gemessen ist, liefert einen mittleren Werth. Die Formel ist durch Vergleichen der Abmessungen einer grossen Zahl guter Motoren von verschiedener Leistung ermittelt worden. Wenn es sich um Motoren von irgendwie ungewöhnlichen Verhältnissen handelt, ist die Formel naturgemäss nicht so zutreffend, so ist bei dem S. 270 beschriebenen, auf Tafel XII dargestellten lOOOpferdigen Brown’schen Motor, der für eine ungewöhnlich hohe Geschwindigkeit bestimmt ist, der Durchmesser etwas kleiner als er nach obiger Formel erhalten wird. Die Umfangsgeschwindigkeit bemessen wir für Motoren bis zu 50 P auf etwa 15 — 20 m in der Secunde; dieser Werth kann für Läufer von sehr grossem Durchmesser bis auf etwa 40 m gesteigert werden.

Beispiel. Es soll ein Drehstrommotor für eine Leistung von 40 P entworfen werden.

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56 cm.

2000

d = 400 }

Nehmen wir an, dass die Umdrehungszahl durch den Zweck, welchem der Motor dienen soll, oder durch sonstige Umstände wie Polzahl und Wechselzahl des Speisestromes bedingt, also gegeben ist, so bestimmt sich der Durchmesser aus der Peripheriegeschwindigkeit. Dividiren wir Letztere durch die Zahl der Umdrehungen in der Minute, so erhalten wir die Länge des Umfangs und durch Division mit n den Durchmesser.

Beispiel. Es soll ein 40pferdiger Motor mit 600 Umdrehungen in der Minute entworfen werden, die Frequenz des Speisestromes ist 30 Perioden in der Secunde. Zunächst ergibt sich aus dem Umstande, dass 10 Umdrehungen und 30 Perioden gegeben sind, also 3 Perioden auf jede Umdrehung entfallen, der Motor 6polig sein muss. Die gegebene Umdrehungszahl 600 in der Minute bezieht sich auf synchronen Lauf; die wirkliche Geschwindigkeit ist wegen des Schlipfes, den wir zu 4 vom Hundert annehmen können, etwas geringer, etwa 576 Umdrehungen. Da die Polzahl eine grade Zahl sein muss (wenn nicht 6, so gleich 8, 10 oder eine andere grade Zahl), so muss die synchrone Geschwindigkeit gleich 600 oder 450 oder 360 sein, wenn die Frequenz genau gleich 30 sein soll. Nach der oben gegebenen Regel wird dl — 32 P = 1280 cm sein. Setzen wir die Umfangsgeschwindigkeit auf 20 m in der Secunde fest, so ist

600 nd — 2000 x 60, woraus nd — 200 und d^2 63,8 cm.

Da dl — 1280, wird l

20 cm.

1280 63,8

Hätten wir die Umfangsgeschwindigkeit zu 15m angenommen, so wäre d = 48 cm und l — 25,7 cm geworden. Für zwischenliegende Grössen dieser Werthe hätte sich die Umfangsgeschwindigkeit entsprechend ergeben. Hätte man Kemscheiben von 50, 60 oder 70 cm Durchmesser in genügender Anzahl im Vorrath, so würde man diese wählen und die Länge dementsprechend berechnen. Bei Kernscheiben von 60 cm Durchmesser würde man so viele brauchen, dass die Kernlänge 21,3 cm beträgt. Dieser Werth würde gegebenenfalls nachträglich noch geändert werden müssen, wenn die Zahl der Windungen festgestellt ist.

Die Bestimmung des inneren Durchmessers des Ständers ergibt sich aus der Nothwendigkeit den Luftzwischenraum möglichst klein zu halten. Ein Millimeter Zwischenraum ist genügend, wenn man auf sorgfältige Arbeit rechnen kann, als Höchstmaass für einen Motor von 40 P wäre 1,6 mm zulässig.

In nachstehender Tabelle sind die betreffenden Abmessungen von einigen der im vorigen Kapitel beschriebenen Motoren zusammengestellt:

Brown’s Motor.    .

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d = 155 d— 39 d= 48,26 „ d = 101,6 „

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Nunmehr wollen wir die Zahl der Schlitze im Ständer ermitteln. Der oben betrachtete Motor soll 6 Pole haben. Eine für diese Motorgrösse passende Dreiphasenwickelung würde eine über 4 Löcher für jeden Pol und jede Phase vertheilte Wickelung sein, hieraus würden sich also 4x3x6 = 72 Schlitze für den Ständer ergeben. Die Abmessungen der Wickelungen sind unter Berücksichtigung der Spannung zu ermitteln. Hierzu kann man zwei Wege einschlagen. Der eine Weg besteht darin, dass man eine Berechnung wie bei einem Transformator anstellt, und nach einer annähernd aus der Polfläche und der passenden Kraftliniendichte im Luftzwischenraum ermittelten Kraftlinienmenge für jeden Pol die Zahl der primären Windungen berechnet, die eine Spannung zu erzeugen vermag, die der der Speisestromes gleich ist.

Der andere Weg besteht darin, dass man die Zahl der hintereinander geschalteten Leiter mit Kücksicht auf ihre Länge, ihre Geschwindigkeit und die Stärke des von ihnen geschnittenen Feldes festzustellen. Wir wollen nach einander beide Wege einschlagen.

Bei einer Drehstromwickelung in Dreieckschaltung ist die Spannung der Spulen jeder Phase gleich der Spannung zwischen den Leitungen; bei der Sternschaltung ist die Spannung einer Phase nur = 0,58 derjenigen zwischen den Leitungen. Diese Verhältnisse und die bei Zweiphasenwickelungen bestehenden sind im Kapitel III behandelt worden. Wir wollen die Spannung des zu entwerfenden Motors zu 1000 Yolt annehmen, so dass also zwischen den Leitungen die Spannung 1732 Yolt beträgt. Es ist nun aus bestimmten Gründen vortheilhaft, dem Motor Sternschaltung zu geben, diese Gründe sind aber verschieden bei Ständer und Läufer. Beim Ständer können wir bei Sternschaltung einen stärkeren Leiter und weniger Wickelungen verwenden als bei Dreieckschaltung, wodurch der Kaum für die Isolation und die Kosten der Einbringung der Wickelung vermindert werden.

Ist die Spannung V des Speisestromes und die Schaltungsweise bestimmt, so ist auch die Spannung jeder der 3 Wickelungen festgelegt. Hieraus und aus der Kenntniss der Gesammtzahl W der gelieferten Watt können wir unter Annahme eines mittleren Leistungsfactors cos cp eine erste Annäherung der Stromstärke jedes Zweiges

ergibt.

3 Fcostjp

Nun entsprechen 40 P der Zahl von 40 • 746 = 29840 Watt.

ermitteln, da IU=3FJcos<p ist, woraus sich J =

Unter der Annahme eines Wirkungsgrades von 88 vom Hundert bei

29840 • 100

33909 Watt zugeführt werden

88

voller Belastung würden

müssen. Setzen wir diesen Werth in die Gleichung ein und cos cp = 0,87, V = 1000, so erhalten wir </ = 13 Ampere als Maximalwerth des Stromes in einer Phase bei voller Belastung.

Nun muss der Ständer (soweit der Entwurf in Erage kommt)

1. die so ermittelte Stromstärke aufnehmen und 2. damit in jeder der 3 Phasen eine gegenelektromotorische Kraft gleich der des Speisestromes erzeugen können.

Nach den für Transformatoren ermittelten Grundsätzen ist die EMK, die in einer Spule von Nx Windungen durch den Wechsel einer Kraftlinienmenge (maximal) mit der Frequenz nx erzeugt wird,

Ex = 4,45 q nx Nx : 10⁸.

Diese Formel wurde auf S. 243 entwickelt; Nx schliesst alle hinter einander geschalteten Windungen in einer Phase ein und ist gleich Zxj2;    ist die gesammte Kraftlinienmenge für jeden Pol.

Kennen wir demnach w, q und E, so können wir N bestimmen.

Bei dem zu berechnenden Motor sind 6 Pole vorhanden, jeder nimmt also ¹/₆ der ganzen Umfangsfläche des Läufers ein, das ist also ¹/₆ft dl — ¹/₆ 3,14 • 70 • 21 = 770 cm². Die Kraftlinien werden aber über diese Fläche nicht gleichmässig vertheilt sein. Nicht nur die Zähne werden stellenweise die Dichte ungleich machen, es wird

19

Thompson, Mehrphasenströme.

auch Letztere von einem Maximum in der Mitte beiderseits allmählich abnehmen. Bei dieser überschläglichen Berechnung genügt es zu wissen, dass bei den üblichen Motoren die Kraftliniendichte im Durchschnitt zu 3000 Linien auf das Quadratcentimeter der Polfläche anzunehmen ist. Haben wir also eine Fläche von 770 cm², so beträgt die gesammte Kraftlinienzahl für den Pol = 770 x 3000 = 2300000. Setzen wir diesen Werth von in die Gleichung ein und nehmen Et = 970, q = 0,96 (s. Tabelle S. 81), nt = 30, so erhalten wir für den Werth

= 375.

970 x 10⁸

4,45 • 0,96 • 30 • 230000

Der nächstliegende vielfache Werth von 24 ist 384. Wenn nun die Wickelung 384 Windungen enthält, geht sie 384mal durch die

768

24 Schlitze hin und 384 mal wieder zurück, also entfallen ^,

24

32 Leiter auf jeden Schlitz. Da die Windungszahl 384 etwas grösser ist als die berechnete 375, so ist dementsprechend die Kraftlinienmenge etwas kleiner als 2300000.

Der zweite Weg zur Berechnung der erforderlichen Zahl der Ständerleiter besteht darin, die Gesammtiänge der wirksamen Leiter in einer Phase festzustellen. Dieselbe kann berechnet werden aus der Gleichung

(V — Pi) x 10⁸ = q%>lvv

Hierin bedeutet V die maximale Spannung einer Phase,

V± die Spannung, welche im Widerstand der Ständerleiter verloren geht, q der Breitencoëfficient (vergl. S. 47 und 81),

l die Gesammtiänge der erforderlichen wirksamen Leiter einer Phase in cm,

t\ die lineare (synchrone) Umfangsgeschwindigkeit in cm in der Se-cunde.

Die Verlustspannung kann zwischen 5 vom Hundert der Spannung V bei kleinen Motoren und 3 vom Hundert bei grossen Motoren von 100 P aufwärts angenommen werden.

Wenden wir diese Formel an und setzen 93max = 3300 (= 23miti. Werth x 0,707 : 0,637); V—V₁ = 970; q = 0,96;    = 7td • 10 = 1885 cm

in der Secunde, so wird

= 16200 cm.

970 xlO⁸

0,96 x 3300 x 1885

Da die Länge des Kernes = 21,3 cm betrug, so wird die Zahl der wirksamen Leiter gleich 760. Hieraus ergibt sich die Zahl der Windungen jeder Phase zu 380, ein Werth, der praktisch mit dem auf dem ersten Wege ermittelten Werth 375 übereinstimmt.

Die Zahl der Windungen ist also auf 32 Leiter für jeden Schlitz festgestellt. Die Wickelung wird nach Fig. 91 oder nach Fig. V Tafel IY oder wie auf Tafel XI ausgeführt.

Oben haben wir l bestimmt mit Rücksicht auf die erforderliche Ständeroberfläche und den Durchmesser des Läufers. Es empfiehlt sich, diesen Werth noch daraufhin zu prüfen, ob hierbei genügend Raum zum Unterbringen der Leiter vorhanden ist.

Wir hatten Ä, die Gesammtlänge der wirksamen Leiter für jede Phase, berechnet. Diese Länge hin und zurück durch den Ständer gewickelt setzt sich aus Z Einzelleitern zusammen, deren wirksame Länge je /cm beträgt. Wir müssen nun bestimmen, wie gross die Länge l und die Zahl Z sein soll. Wir haben zunächst ZI = 1. Z hängt ab von dem zum Unterbringen der Leiter verfügbaren Raum und von «, der Fläche, die jeder Leiter einschliesslich der Isolation und der Zwischenräume einnimmt. Wir können a bestimmen aus der uns schon bekannten Stromstärke, die auf jeden Leiter entfällt. Den Querschnitt wählen wir so, dass etwa 200 Ampere²) auf 1cm³ Kupfer entfallen. Der zum Unterbringen der Leiter verfügbare Raum hängt ab von dem Radius r des Läufers, der radialen Tiefe y der Wickelung und endlich von dem Verhältniss der Schlitzbreite zur Schlitztheilung. Ueber den vortheilhaftesten Werth dieses Verhältnisses sind die Ansichten verschieden. Vor einigen Jahren wurden die Schlitze grade so breit gemacht als das zwischen ihnen stehenbleibende Eisen, also gleich der halben Schlitztheilung. Die spätere Praxis hat sie verbreitert, so dass sie in einzelnen Fällen doppelt so breit als die Zahnstärke gemacht wurden. Wenn der Luftzwischenraum sehr klein und die Kraftliniendichte sehr gross ist, sollte die Eisenstärke nicht zu sehr vermindert werden; geht die Kraftlinienzahl nicht über 3500 hinaus, so braucht die Zahnstärke beim Ständer nicht mehr als die Hälfte der Schlitzbreite zu sein. Bezeichnen wir das Verhältniss der Schlitzbreite zur Theilung mit so nehmen wir für gewöhnliche Fälle b = 0,6. Dann wird der gesammte für das

gedrückt, wo f die Zahl der Phasen bezeichnet.

Wir haben nun y und l festzusetzen. Machen wir l klein, so muss die Zahl der Leiter, also auch y vermehrt werden, und mit ihr steigt die magnetische Streuung (vergl. S. 168). Ist y sehr klein, so muss l gross sein und es ist viel Eisen erforderlich, um die noth-wendige Länge des Ständers zu bekommen. Wir können zwischen diesen äussersten Annahmen vermitteln, indem wir y durch l aus-drücken. Wir haben

Ta

27tr;yb = za = i

laf

ai'so

Unterbringen der Leiter verfügbare Querschnitt durch

2 nr y b

aus-

2 nr b V

Hierin können wir für l den oben S. 287 abgeleiteten Werth einsetzen und sehen, was wir dabei für einen Werth von y erhalten. Bei kleinen Motoren kann l so gross wie r sein; bei Motoren von 200 P ist l meist nicht grösser als rj2. Wir machen y so klein als möglich, wobei jedoch l innerhalb passender Grenzen bleiben muss. Die schliessliche Berechnung von l ergibt sich aus der Gleichung ZI = X, denn Z muss ein Yielfaches der Polzahl sein. Ist die Zahl der Leiter in einem Schlitz klein, so ist es zweckmässig, Z so zu wählen, dass die Zahl der auf einen Schlitz entfallenden Leiter grade ist. Wir können y jederzeit dadurch verkleinern, dass wir den Badius r, auf den wir den Entwurf aufgebaut haben, vergrössern. Bei ausgeführten Motoren liegt y zwischen 0,2r (bei kleinen Motoren) und 0,07r (bei Motoren über 200 P).

Bei der Bestimmung der Zahl der Schlitze müssen wir noch Folgendes berücksichtigen. Wo die Pole gering an Zahl sind und sich je über einen beträchtlichen Theil des Umfangs erstrecken, wird die Zahl der auf jeden Pol entfallenden Schlitze grösser sein als bei vergleichsweise schmalen Polen. Sie wird natürlich ein Yielfaches der Zahl der Phasen sein; wird die in Fig. 91 dargestellte Wickelungsart verwendet, so muss sie durch 4 theilbar sein. Haben wir auf dem oben angegebenen Wege einen angenäherten Werth für y ermittelt, so schreiten wir nun dazu, die für jeden Pol und jede Phase erforderliche Zahl der Schlitze festzustellen, indem wir die Breite jedes Schlitzes ungefähr gleich ¹/₂ y machen und dabei das oben bestimmte Yerhältniss zwischen der Breite des Eisens und der des Schlitzes festhalten. Wir können dann endlich y so berichtigen, dass genügend Raum für die auf jeden Schlitz entfallende Zahl der Leiter und deren Isolation vorhanden ist.

Haben wir Z, die wirksame Länge jedes Leiters, ermittelt, so kennen wir auch die Länge des geblätterten Ständereisens, parallel der Achse gemessen. Dieses Maass kann in seiner Beziehung zu r beträchtlich geändert werden, ohne dass die Kosten der Maschine für jede Pferdestärke und der Wirkungsgrad sich ändern. Es wird indessen bei grossen Maschinen stets kleiner im Verhältnis zu r sein als bei kleinen Maschinen. Da die Bleche, aus denen der Ständer zusammengesetzt ist, fest mit einander verbunden werden müssen, ist es aus Gründen der mechanischen Festigkeit erwünscht, dass seine Breite im Vergleich zu seiner radialen Abmessung gering bleibt. Zum Theil aus diesem Grunde findet man bei ausgeführten Maschinen, dass der Radius des Läufers sich näher mit der Quadratwurzel als mit der 3. Wurzel aus der Zahl der Pferdestärken ändert. Die radiale Tiefe des Ständereisens kann berechnet werden, wenn die Breite eines Pôles gegeben ist. Der Querschnitt, welcher sich bei einem durch die Achse geführten Schnitt ergibt, muss gross genug sein, dass er die Hälfte der gesammten auf einen Pol entfallenden Kraftlinien aufnehmen kann, ohne dass 33 über 6500 hinausgeht. Die Thatsache, dass die radiale Tiefe y der Ständerlöcher in dem Maasse abnimmt, als der Radius zunimmt, ist die Veranlassung, dass die Ständerlänge um einen entsprechenden Betrag sich vergrössert, wenn die Grösse der Maschine zunimmt; denn die Maschinenkraft ist angenähert proportional dem Kupfergewicht des Ständers.

Sind die Abmessungen des Ständers endgültig festgelegt, so ergeben sich hieraus auch sofort diejenigen des Läufereisens. Die Eisenbreite gemessen parallel der Achse ist die gleiche wie beim Ständer. Der Zwischenraum zwischen beiden ist möglichst gering zu nehmen, wie schon oben erwähnt. Bei dem in Fig. 162 dargestellten Motor beträgt der Luftzwischenraum nur 0,5 mm, d. h. der äussere Durchmesser des Läufers ist nur um 1 mm geringer als die innere lichte Weite des Ständers. Bei kleinen Motoren mit 4 oder 6 Polen wird der Läufer aus Scheiben aufgebaut, wie sie die Fig. 161 zeigt. Ist die Polzahl grösser, so würde der mittlere (Kern) Theil dieser Scheiben unthätig sein. In diesem Falle wird daher der geblätterte Theil des Läufers als Ring ausgeführt, der aus einzelnen Eisenblättern in der Weise aufgebaut wird, dass die Fugen jeder jeder Schicht von den Blättern der nächsten überdeckt werden; das Ganze wird dann auf einem Stern montirt.

Wie wir schon gesehen haben, ist es wünschenswert, wenn auch nicht durchaus notwendig, dass die Zahl der Läuferleiter und die der Ständerlöcher keinen gemeinschaftlichen Theiler haben, damit weder beim Anlaufen noch bei irgend einer geringeren Geschwindigkeit, als dem Synchronismus entspricht, beide das Bestreben haben einander magnetisch festzuhalten. Sind die Läuferleiter an ihren Enden einfach durch einen kräftigen Kupferring kurzgeschlossen, entsteht erfahrungsgemäss keine Schwierigkeit passende Zahlen aufzufinden. Bei dem in Fig. 161/162 dargestellten Motor hat der Ständer 40 Löcher, der Läufer 37 Leiter. Wenn man die Läuferleiter zu einer regelmässigen Wickelung mit einander verbinden will, sei es um einen Anlasswiderstand einschalten zu können oder zu dem auf S. 225 angegebenen Zwecke, so muss bei der Bestimmung ihrer Zahl einige Vorsicht beobachtet werden. Wollen wir sie z. B. in 3 Stromkreise eintheilen und diese mit Schleifringen auf der Achse verbinden, um einen Anlaufwiderstand einschalten zu können, so theilen wir den vor einem Magnetpol liegenden Raum in 3 Theile, 1, 2 und 3. Alle Leiter, die in einer vor einem Nordpol liegenden Abtheilung 1 sich befinden, können mit solchen einer vor einem Südpol liegenden Abtheilung 1 verbunden werden, und so fort, wodurch eine Wellenwickelung rund um den Läufer hergestellt wird. In gleicher Weise werden die in den Abtheilungen 2 und 3 liegenden Leiter mit einander verbunden und bilden dann zwei weitere Wellen Wickelungen. Diagramme solcher Wickelungen sind in Fig. 200 und Y Tafel IV dargestellt. Ist die Zahl der Leiter jeder Abtheilung gleich %, so ist die Gesammtzahl gleich 3zp, wenn mit p die Zahl der einzelnen Pole bezeichnet wird. Diese Zahl wird gewöhnlich einen gemeinsamen Factor mit der Zahl der Ständerschlitze haben, aber an sich wird dies noch kein Hinderniss für das Anlaufen des Motors bilden, wenn die Leiter genügend zahlreich vorhanden sind, und besonders, wenn die Zahl der innerhalb einer Polbreite liegenden Leiter auf Läufer und Ständer keiuen gemeinschaftlichen Theiler haben.

Bei der Bestimmung des Querschnitts der Läuferleiter muss man beachten, dass mit ihm der Wirkungsgrad wächst, vorausgesetzt, dass der Raum für das Eisen genügend ist. Man gewinnt nichts damit, dass man den Gesammtquerschnitt grösser macht, als den der Ständerwickelung; bei praktischen Ausführungen ist er im Allgemeinen ein wenig kleiner. Wenn die Leiter aus massiven, nur wenig isolirten Kupferstäben bestehen, ist zu ihrer Unterbringung sehr viel weniger Raum erforderlich als für die Ständerleiter, es sind daher die

Löcher im Läufer gewöhnlich nur halb so gross wie diejenigen des Ständers.

Wendet man Hey land’s Diagramme Fig. 229 für die Berechnung der Drehmomente und Schlipfe bei verschiedenen Belastungen an, so sind drei Dinge erforderlich, nämlich die Kenntniss des Leerlaufstromes, der Streuungscoöfficienten ux und u₂, und des Coöffi-cienten der Ausnutzung U. Die Coöfficienten % und n₂ können angenähert berechnet werden, wie auf S. 215 gezeigt wurde, und experimentell nach der auf S. 233 beschriebenen Methode bestimmt werden. Sie sind ziemlich constant bei bestimmten Maschinengattungen. Aus ihnen lässt sich U berechnen, wie auf S. 237 angegeben ist. Wie der Leerlaufstrom ermittelt wird, ist ebenfalls früher schon angegeben. Beispiele sind S. 220 und 248 gegeben. Er hängt wesentlich ab von der Zahl der Ampere Windungen, die erforderlich ist, um die verlangte Kraftliniendichte im Luftzwischenraum zu erzeugen, und ist daher hauptsächlich direct proportional dem wirklichen Abstand von Läufer und Ständer und umgekehrt proportional der Fläche eines Pôles. Er wird (bei neueren Maschinen) um etwra ¹/₆ vergrössert durch die magnetomotorische Kraft, die erforderlich ist, um die Kraftlinienströmung durch die Eisentheile zu treiben.

Kapitel XII.

Mechanische Ausführung mehrphasiger Motoren.

Die drei wichtigsten Erfordernisse, denen die mechanische Ausführung eines Motors genügen muss, sind:

1.    er muss beim Angehen eine genügende Zugkraft entwickeln,

2.    er muss bei allen Belastungen mit annähernd derselben Geschwindigkeit laufen, ’

3.    er muss einen möglichst grossen Theil der ihm gelieferten Energie in mechanische Arbeit Umsetzern⁴)

Angehen der mehrphasigen Motoren.

Die Bedingungen, unter denen ein mehrphasiger Motor beim Angehen eine grosse Zugkraft äussern kann, haben wir in Kapitel VII betrachtet. Die thatsächlich erhaltene Zugkraft hängt natürlich von der Stärke des durch die Ständerspulen fliessenden Stromes ab; sie kann bis zum vier- und fünffachen der Zugkraft bei voller Belastung steigen. Bei grossen Motoren ist es nicht erwünscht, einen so starken Strom zu erhalten, als er im Motor allein, ohne weiteren Widerstand, beim Angehen fliessen würde. Der in den Läuferkreis eingeschaltete Widerstand hat die Wirkung, den Strom im Ständer niederzuhalten, indem die Magnetbewickelung wie eine Drosselspule wirkt; denn ihre Selbstinduction wird nicht durch die im Läufer erzeugten Ströme vollständig ausgelöscht, wie es der Fall wäre, wenn kein Widerstand eingeschaltet wäre. Zur gleichen Zeit wird, wie in Kapitel YII gezeigt wurde, eine weit grössere Zugkraft ausgeübt, als wenn der Strom durch Widerstand im primären Kreise niedergedrückt würde.

Kleine Motoren haben gewöhnlich Käfiganker, grössere häufig Anlaufwiderstände, die im Körper des Läufers untergebracht sind und selbstthätig oder von Hand ausgescbaltet werden, wenn der Motor seine normale Geschwingkeit erreicht hat. Grosse Motoren werden meist leer angelassen, und die Belastung wird durch Riemen- oder Reibungsübertragung nach und nach aufgelegt. Für Krane, Aufzüge u. s. w. werden besondere Motoren ohne Schleifringe, Bürsten oder andere zum Einschalten des Widerstandes in den Läuferkreis dienende Vorrichtung gebaut. Diese haben einen stark veränderlichen Schlipf (bis zu 12 °/₀) und einen niedrigen Wirkungsgrad, aber sie gehen mit dem doppelten bis dreifachen der Zugkraft, die sie bei normaler Belastung besitzen, an. Die nachstehende Tabelle, welche Herr Kolben geliefert hat, gibt Strom- und Klemmenspannung eines gewöhnlichen neunpferdigen Kranmotors der Maschinenfabrik Oerlikon beim Angehen unter verschiedenen Belastungen. Der Zug zwischen Feld und Anker ist nicht bei allen Stellungen derselbe; es wfird deshalb der kleinste und der grösste Werth angegeben.

Zugkraft eines neunpferdigen Dreiphasenmotors für einen Kran beim Anlassen.

Spannung zwischen dem neutralen Punkte und jeder Endklemme

Strom in jedem Zweige beim Anlassen

Zugkraft in kg an einem Hebelarm von 13 cm in der Ruhe

48,5

60

58

83

69

100

75

105

80

115

15 — 30 30 — 60 50-90 60—100 90—140

Derselbe Motor verbrauchte 20 Ampere bei einer Spannung von 110 Volt, wenn er mit 1000 Umdrehungen in der Minute leer lief. Bei normaler Belastung betrug der Strom 39 Ampere und die Geschwindigkeit 890, wobei 8,5 P entwickelt wurden.

Gleichbleibende Geschwindigkeit.

Was die Frage der gleichbleibenden Geschwindigkeit betrifft, so haben wir gesehen, dass in einem gut entworfenen Motor der Schlipf 5 °/₀ nicht übersteigt; die Geschwindigkeit wird demnach zwischen Leerlauf und voller Belastung sich nur um 3 bis 4 °/₀ ändern. In einem Beispiel, das Louis Bell⁵) anführt, zeigte eine Anlage mit 17 Drehfeldmotoren in Columbia, S. C., bei einer Aenderung der Leistung von 75 P bis herab zum Leerlauf nur 2,2 °/₀, einzelne Motoren sogar nur 1,5 °/₀ Aenderung der Geschwindigkeit.

Wirkungsgrad.

Den hohen Wirkungsgrad mehrphasiger und einphasiger asynchroner Motoren erkennt man aus der nachfolgenden Zusammenstellung von Messungsergebnissen.

40 ⁵

cc

a>

ui.

WIRKUNGSGRAD

08^

Ampere jeder Phase

to

00

tc

CD

Ol

00

iV

s

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fei

LEISTUNG IN F.

10    20    30    40    50    60    70    80    90    100    110

Fig. 252. Diagramm des Motors Fig. 253.

Herr Kolben hat die auf S. 299 gegebene Tabelle mitgetheilt, welche sich auf einfache Dreiphasenmotoren der Maschinenfabrik Oerlikon bezieht. Sie haben keine Schleifringe und Bürsten, für den Läuferkreis wird kein Widerstand benutzt. Alle Läufer haben Trommelwickelung mit 3, 5, 7 oder 11 in sich geschlossenen Phasen.

Ein lOOpferdiger asynchroner Motor wurde von Kolben untersucht, das Ergebniss findet sich in graphischer Darstellung in Eig. 252, die Maschine selbst ist in Fig. 253 dargestellt.

Ergebnisse von Bremsversuchen an Oerlikoner Dreiphasenmotoren.

351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 ! 362 363 364 365 366 ! 367 368

100 125

600 500 596 496 588 488

190 190

50 I 50

75 90 143 180 265 330

93 94

0,91 0,91 10 12

150 220

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36

1000

990

970

190

50

27

53

100

92

0,88

100

2    3    4¹/,    6    9    12    18    24

1500 1500 1500 1000 1000 1000 1000 1000 1475 1480 1480    985    985    988    990    990

1445 1450 1450    960    960    970    970    970

190 190 190    190    190    190    190    190

50    50    50    50    50    50    50    50

03 CO    o

CM CO kO    O

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00

17.

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1500

1475

1440

190

50

1500 1500 1500 1460 1470 1470 1410 1420 1435

190 190 190

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Angelassen mit gewöhnlichem Wider- | Besondere Anlassvorrich-stand im primären Stromkreis

tung mit einspuligem Transformator

2,8

3,7

5,8

72

0,8

16

cT

cT

Bezeichnung Kr.

Leistung an der Riemenscheibe m P .    .    .

' Leerlauf .

Umdrehungen in der Minute bei halber Last

.voller Last

Klemmenspannung (Sternschaltung) .    .    .

Perioden in der Secunde.......

'Leerlauf .    .    .

Strom in jedem Zweig bei halber Last.    .

, voller Last .    .

Wirkungsgrad bei voller Last (Procent) .    .

Cosinus des Verschiebungswinkels zwischen elektromotorischer Kraft und Strom (Leistungsfactor) .    .    . •......

Zahl der Pole...........

Strom beim Anlassen bei gespanntem Riemen und ohne Last.........

Fig. 253. Dreiphasiger Hochspannungsmotor mit 18 Polen.

Der Wirkungsgrad eines einphasigen asynchronen sechspoligen Motors Brown’scher Bauart für 15 P wurde von Ricardo Arno⁶) gemessen. Der Motor war für eine Wechselgeschwindigkeit von

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40 Perioden in der Secunde gebaut, aber während der Messung war die Geschwindigkeit etwas höher, indem die Umdrehungszahlen zwischen 876 bei Leerlauf und 850 bei voller Last sich änderten.

Der Leistungsfactor (cosy) und die Leistung, wrahre und scheinbare, die dem Motor zugeführt wurden, sind ebenfalls dargestellt.

Wirkungsgrad und cos w

:>    p    p    p    p    p    p

d    X    X    X    X    'bo    'cd

ł—*    H*

O to    05    GO

Verbrauch

GO

An

4.

0,2 4

¹

Vgl. Electrical World Bd. 32 S. 258 vom 10. Sept. 1898.

²

Bei Hochspannungsmaschinen nimmt die Isolation nahezu ebensoviel Raum ein als das Kupfer, so dass dann nur etwa 100 Ampere auf 1 cm³ Kupfer zu rechnen ist.

³

19*

⁴

Der Leistungsfactor ist nicht nur für den Verbraucher, sondern auch für den Stromlieferer von Wichtigkeit, denn ein geringer Leistungsfactor verursacht in den Stromzuführungsleitungen einen ungebührlichen Verlust und eine Verzögerung der Stromphase. Der Durchschnittsverbraucher, der seine von einem Wattmesser angegebene Leistung bezahlt, kümmert sich um den Leistungsfactor nur in so weit, als dieser die Leistung seines Motors beeinflusst. Ein kleiner Leistungsfactor und grosser Stromverbrauch beim Angehen können aber einen sehr grossen Spannungsabfall in dem ganzen von demselben Transformator gespeisten Stromkreis verursachen.

⁵

Vortrag, gehalten vor dem American Institute of Eleetrical Engineers, veröffentlicht in Eleetrical World Bd. 23, S. 334-367, 400. 1894.

⁶

L'Elettricista Bd. 3, Nr. 7, S. 149.

0,1 2

0    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17

Leistung an der Bremse in P Fig. 254. Asynchroner einphasiger Motor für 6 P.

Dr. Louis Bell macht in dem oben erwähnten Vorträge folgende Angaben über die Gewichte von Inductionsmotoren :

Zahl der Pferdekräfte

Gewicht in kg für 1 P

47

10

30

15

31

20

100

33 (6 polig⁻) 30 (8 polig)

Der lOOOpferdige Motor von Brown, Boveri & Co. hatte ein Gewicht von etwa 27 Tonnen, das ist also 27 kg für 1 Pferd. Der öOOpferdige Westinghouse Motor hatte ein Gewicht von etwa 19 Tonnen, also 38 kg für 1 P. Diese Gewichte stimmen mit solchen von Gleichstrommotoren recht gut überein.

Fig. 255 zeigt das Ergebniss von Versuchen, die an dem S. 212 beschriebenen Inductionsmotor von 150 P der General Electric Co. angestellt wmrden. Der Motor wurde bei diesen Versuchen bis zum

20

40

60    80    100    120    140    160    180    *200    220    240    260    280    300    320    340    360

Fig. 255. Diagramm zum Motor J — 8—150 — 600 der General Electric Co.

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Doppelten der normalen Belastung beansprucht. Versuchsergebnisse mit kleineren Motoren derselben Firma sind in der Zeitschrift Elec-trical World Bd. 27 S. 429 veröffentlicht. Bemerkenswerth ist hierbei, wie ausserordentlich regelmässig die Geschwindigkeitscurve (die oberste im Diagramm) abfällt, der Schlipf beträgt bei 150 P weniger als 3 vom Hundert und steigt bei 300 P nur bis zu 6 vom Hundert.

Einige Versuche mit einem 40 pferdigen normalen Inductions-motor der Westinghouse Gesellschaft findet man in der Electrical

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10

20

30

40

50

60 P

Fig. 256. Diagramm eines Drehstrommotors der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft.

World Bd. 26 S. 16. Das Drehmoment beim Anlassen konnte gleich dem iy₂ fachen des Drehmoments bei voller Belastung gemacht werden, ohne dass die Stromstärke mehr als das iy₂ fache derjenigen bei voller Belastung betrug. Die Verminderung der Geschwindigkeit vom Leerlauf bis zur vollen Belastung betrug nur 2,4 vom Hundert. Der Wirkungsgrad betrug zwischen ³/₄ bis V-/L der normalen Belastung durchweg 88 vom Hundert oder noch etwas darüber; bei ¹/i der normalen Belastung betrug er noch 73 vom Hundert. Es folgt hieraus, dass der durchschnittliche Wirkungsgrad dieser Motoren im gewöhnlichen Betriebe wesentlich grösser ist als bei gleich grossen Gleichstrommotoren.

Fig. 256 zeigt die Prüfungsergebnisse eines 10 poligen Motors der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft, von 50 P, 500 Volt Betriebsspannung, und einer Dreiphasenwickelung in Hetzschaltung. Es ist dies ein Motor von normaler Bauart, mit einem Schlipf von 4 vom Hundert und einem Wirkungsgrad von über 88 vom Hundert bei voller Belastung. Der Leistungsfactor war am grössten bei voller Belastung.

Zum Vergleich mögen die in Fig. 257 gegebenen Prüfungsergebnisse eines 10 pferdigen Kranmotors¹) der Westinghouse Gesellschaft dienen, der für einen besonders grossen Schlipf entworfen

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Fig. 267. Diagramm eines Kranmotors der Westinghouse Co.

war. Bei solchen Maschinen verzichtet man gern auf einen besonders hohen Wirkungsgrad zu Gunsten einer grossen Anzugskraft. Bas maximale Drehmoment beim Anlaufen betrug hier 26 kgm oder nahezu das Dreifache des 9,6 kgm betragenden Moments bei voller Belastung. Der Wirkungsgrad betrug 77 vom Hundert bei halber Belastung und 81 vom Hundert bei voller Belastung.

Vorstehendes dürfte genügen, um die ausserordentlich wertlivollen Eigenschaften der Inductionsmotoren darzulegen, ihren hohen Wirkungsgrad und ihr ausgezeichnetes Vermögen, bei allen Belastungen eine nahezu gleichmässige Umdrehungsgeschwindigkeit zu behalten.

Aenderung der Geschwindigkeit.

Die grosse Gleichmässigkeit der Umdrehungszahl der Inductions-motoren wird in einzelnen Fällen auch als Uebelstand empfunden, denn wenn sie nicht besonders dazu entworfen sind, können sie nicht mit halber oder auch nur mit ²/s der normalen Geschwindigkeit umlaufen. Dies spielt besonders eine Rolle bei ihrer Verwendung im Eisenbahnbetrieb, wovon im Kap. XVIII noch weiter die Rede sein wird. Das Einschalten von Widerstand in den Läuferkreis vermehrt allerdings den Schlipf, und bei einer gegebenen Belastung wird dasselbe auch erreicht, wenn die Spannung an den Primärklemmen durch Einschalten entweder von Widerständen oder von Drosselspulen zwischen die Hauptleitungen und die Ständerwickelung herabgesetzt wird.

Leistung in P

Ständer

strom

Zahl der Pole

Umdrehungen in der Minute

Drohmoment in kgm

Wirkungsgrad in Procenten

1700

CO

‘2650

CO O t-H L>»

1350

1320

o::.

640

C5 O    K-‘ Ol

•<1 OS    CO co

2,4

OS co

CO io

T—(    00

Eine für viele Fälle ausreichende Methode der Veränderung der Geschwindigkeit besteht darin, dass man die Ständerwickelung in der Weise ausführt, dass mit Hilfe eines Schalters die Polzahl verändert werden kann. Wird die Polzahl verdoppelt, so wird die synchrone Geschwindigkeit auf die Hälfte vermindert; bei einer bestimmten Belastung kann hierbei der Schlipf derselbe bleiben wie vorher. Behn - Eschenburg hat derartige an einem 3pferdigen Drehstrommotor von Oerlikon vorgenommene Versuche veröffentlicht.²) Die Ständerwickelung war derartig in 12 Spulen angeordnet, dass der Motor sowohl als 8polige, wie als 4- und 2polige Maschine geschaltet werden konnte. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der vorstehenden Tabelle zusammengestellt.

Eine bessere Methode der Geschwindigkeitsveränderung liefert die später im Kapitel XVIII beschriebene Schaltung zweier Motoren in Tandem.

Versuche an einphasigen Inductionsmotoren.

Inductionsmotoren, welche in der im. nächsten Kapitel behandelten Weise gebaut und so gewickelt sind, dass sie nur mit Einphasenstrom gespeist werden, haben eine grosse Vollkommenheit erreicht. Gute Motoren dieser Art werden beim Anlaufen für ein Drehmoment gleich dem der vollen Belastung nur etwa 50 vom Hundert (oder weniger) des Vollast-Stromes gebrauchen, ihr Wirkungsgrad ist sehr hoch. In Fig. 258 sind die Ergebnisse von Ver-

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Fig. 258. Diagramm eines Einphasen - Inductionsmotors.

suchen dargestellt, welche Berg mit einem Einphasenmotor Muster J—12 —100 — 600 — 2000 der General Electric Co. ausgeführt hat. Die Bezeichnung will sagen, dass der Motor 12 Pole hat und 100 Pferd bei 600 Umdrehungen in der Minute und 2000 Volt Spannung leistet. Die Curven zeigen, wie gleichmässig die Geschwindigkeit bei allen Belastungsänderungen blieb. Der Wirkungsgrad blieb über 80 vom Hundert zwischen halber Belastung und einer Ueberlastung von nahezu 50 vom Hundert.

Kleine Einphasenmotoren haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad.

In Fig. 259 sind die Ergebnisse von Versuchen an einem 2pferdigen Motor dargestellt, der von Kolben & Co. gebaut ist. Er macht 1500 Umdrehungen in der Minute bei 110 Volt Spannung und 50 Perioden in der Secunde.

Professor E. Wilson hat eine interessante Untersuchung über die Vertheilung des Magnetismus und die Ankerreaction beim Anlaufen eines löpferdigen Einphasenmotors von Siemens Bros, London angestellt. Es wurden hierbei Drähte ausgespannt im Luftzwischenraum parallel zur Achse, so dass die Poloberfläche in Abtheilungen zerlegt wurde. Durch Beobachtung der in diesen Drähten inducirten Spannung wurde die eingeschlossene Kraftlinienmenge

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Fig. 259. Diagramm eines Emphasenmotors.

berechnet, und so das berechnete mit dem beobachteten Drehmoment verglichen. Wegen der sehr belehrenden Zusammenstellung der Ergebnisse und der daraus gezogenen Schlüsse wird auf den Bericht¹) verwiesen. Curven über das Verhalten von Einphasenmotoren sind auch von Steinmetz und von Eborall veröffentlicht worden.²)

1) Proc. Inst. Electr. Eng. Bd. 28 S. 321, 1899; Electrician Bd. 42 S. 801,

824, 861.

2) Steinmetz, Amer. Inst. Electr. Eng. Bd. 15 S. 35; Eborall, Electr. Review Bd. 42 S. 432, 500, 1898.

Kapitel XIII.

Einphasige Motoren.

Motoren für einphasigen, d. i. für den gewöhnlichen Wechselstrom, haben den in die Angen fallenden Yortheil, dass sie für den Speisestrom nur 2 Leitungen statt 3 oder 4 gebrauchen, und dass sie aus den Leitungen für Wechselstrom gespeist werden können, die in vielen Städten vorhanden sind.

Alle Wechselstrommotoren lassen sich unter eine der beiden folgenden Classen einreihen:

1.    Motoren mit constantem Felde,

2.    Motoren mit Wechselfeld.

Die Motoren der ersten Classe sind einfach Wechselstrommaschinen, die als Motoren geschaltet sind. Sie waren vor der Einführung des Mehrphasensystems die allein anwendbaren Motoren. Sie haben die Eigenschaft des synchronen Ganges, aber sie laufen nicht ohne Weiteres an, sondern müssen durch irgend welche Hilfsmittel in Gang gesetzt und ungefähr auf Synchronismus gebracht werden, ehe sie an das stromliefernde Netz angeschlossen werden, und laufen unter keinen Umständen unter Belastung an. Dies sind sehr schwerwiegende Nachtheile, so sehr, dass solche Einphasenmotoren nur in isolirten Kraftanlagen benutzt werden, wo die Motoreinheiten so gross und so gering an Zahl sind, dass die eben erwähnten Uebelstände weniger in’s Gewicht fallen. Es sind mehrere Methoden zur Anwendung gelangt um derartige synchrone Einphasenmotoren zum Anlaufen zu bringen. Der Motor und der Generator werden zusammen angelassen und der Erstere von Hand in Bewegung gesetzt, wobei seine Eeldmagnete während des Anlassens von einigen Accumulatoren erregt werden, die später von der Erregermaschine wieder aufgeladen werden. Oder man benutzt die Accumulatoren zum Antrieb der Erregermaschine, die, ihrerseits mit dem Wechselstrommotor unmittelbar gekuppelt, ihn als Gleichstrommotor antreibt

und auf normale Geschwindigkeit bringt. Man kann auch einen jener gleich zu beschreibenden kleinen, selbst anlaufenden Wechselstrommotoren zum Anlassen benutzen.

Solche selbst anlaufende Motoren sind z. B. von Eerranti & Co. für ihre Gleichrichter und von der Fort Wayne Co. gebaut. Ueber diese beiden Maschinenformen sind in des Verfassers Werk: „Die Dynamoelektrischen Maschinen. 6. Aufl. Halle a. S. W. Knapp“ einige Angaben enthalten. Der Motor der Fort Wayne Co. kann unter voller Belastung anlaufen und verträgt auch eine ziemlich hohe TJeberlastung. Der Anker dieser Maschine ist sowohl mit Commutator als auch mit Schleifringen versehen. Der geblätterte Feldmagnet ist mit zwei getrennten Wickelungen versehen, von denen eine aus nur wenigen Windungen besteht. Die Verbindungen sind derart, dass beim Anlaufen die Maschine als Reihenmotor wirkt, indem die aus wenigen Windungen bestehende Wickelung durch die Bürsten und den Commutator mit dem Anker in Reihe geschaltet ist. Hat die Maschine die normale Geschwindigkeit erreicht, so erhält der Anker nur noch durch die Schleifringe Strom aus dem Netz, während die andere Wickelung auf dem Feldmagnet einen Erregerstrom vom Commutator erhält.

Die zweite Gruppe der Wechselstrommotoren umfasst folgende drei Classen:

1.    Inductionsmotoren (einphasig),

2.    Reihenmotoren mit geblätterten Felgmagneten,

3.    Repulsionsmotoren.

Wir wollen diese Arten gesondert betrachten.

Einphasige inductionsmotoren. L)

Den Einphasenmotoren dieser Gattung gehören wahrscheinlich mehr als drei Viertel aller in Europa im Betriebe befindlichen Motoren an. Derartige Maschinen werden jetzt von allen grösseren

1) Eine Anzahl Bezugnahmen auf Artikel über die Theorie des Inductions-motors sind auf S. 251/252 angegeben. Die folgenden neueren Artikel beziehen sieh noch besonders auf einphasige Motoren.

Arno, Electrician Bd. 40 S. 254.

Wilson, Inst. Electr. Engin. Bd. 28 S. 321 und Electrician Bd. 42 S. 729, 801, 824, 861.

Leblanc, Bull. Soc. Inter. Électriciens Bd. 15 S. 488.

Steinmetz, Amer. Inst. Electr. Eng. Bd. 15 S. 35.

Maffiotti und Pescetto, Elettricista (Rom) 7, 3 S. 5.3, 1898.

Eieid, Electr. Review Bd. 44 S. 271, 439, 492, 579.

Firmen angefertigt, so von der Oerlikon-Gesellschaft, Helios, Brown, Boveri & Co., Ganz & Co., der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft, Siemens & Halske, Kolben & Co., der Langdon-Davies Motor-Gesellscliaft, ebenso auch von der General Electric Co. und der Westinghouse Co. in Amerika.

In ihrer Bauart gleichen diese Motoren sehr den normalen zweiphasigen Inductionsmotoren, da jedoch der Betriebsstrom ein einphasiger Wechselstrom ist, so geht dieser durch eine Wickelung, die geeignet sein muss, eine einfache wechselnde magnetomotorische Kraft hervorzubringen. Wenn der Motor in Bewegung ist, so ist die Gegenwirkung der Läuferströme derart, dass das resultirende Kraftlinienfeld sich dreht und ein Drehmoment erzeugt, welches fast ebenso wirksam ist als das Drehfeld eines Mehrphasenmotors. Wir wollen in diesem Kapitel diese Verhältnisse genauer behandeln und darlegen, in welcher Beziehung diese Motoren von den Mehrphasenmotoren abweichen.

Zunächst ist festzuhalten, dass bei Einphasenmotoren das Drehfeld und das Drehmoment erst dann entsteht, wenn der Motor in Bewegung gesetzt ist, so dass besondere Vorkehrungen für das Anlassen getroffen werden müssen. Die gebräuchlichste Methode zum Anlassen besteht darin, dass man einer Hilfswickelung des Motors einen Strom zuführt, dessen Phase von der des Speisestromes der Hauptwickelung abweicht. Der Phasenunterschied wird durch eine der verschiedenen Anordnungen zur Phasentheilung hervorgebracht, welche am Schlüsse des Kapitels behandelt werden.

Die Untersuchung dieser Motoren wird sehr vereinfacht durch eine von dem verstorbenen Professor Galileo Ferraris³) herrührenden Methode. Er betrachtet das durch den Ständerstrom erzeugte einfache Wechselfeld als sei es in zwei in entgegengesetzten Richtungen umlaufende magnetische Felder zerlegt worden.

Wenn wir durch den Vector bx (Fig. 260), der sich in der Richtung des Uhrzeigers gleichmässig um 0 dreht, Grösse und Richtung eines magnetischen Drehfeldes bezeichnen, und durch b.₂ Grösse und Richtung eines anderen Feldes von der gleichen Geschwindigkeit w, das sich in der entgegengesetzten Richtung dreht, so erkennt man, dass die Richtung des resultirenden Feldes stets in die Linie B hineinfällt und dass seine Grösse zwischen den Grenzen + 2 b und — 2b nach einer Sinusfunction der Zeit schwingt, so dass wir schreiben können 33 = 2 b sin 2 7t nt.

Umgekehrt, wenn wir ein Wechselfeld haben, das der Formel 33₀ = 2b sin 2nn t folgt, wie hei einem einphasigen Motor, so können wir es auflösen in zwei entgegengesetzt laufende Drehfelder derselben Drehungsgeschwindigkeit n, und können die Wirkung jedes Feldes auf den Läufer besonders betrachten.

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Fig. 260.

Wenn der Läufer sich in der Richtung des Uhrzeigers mit der Geschwindigkeit m ! dreht, so ist die Drehungsgeschwindigkeit des mit dem Uhrzeiger laufenden Feldes mit Bezug auf den Läufer gleich n — /w, die Geschwindigkeit des entgegengesetzt laufenden Feldes gleich n + m.

In der Theorie von Ferraris wird die Wirkung der beiden inducirten Felder auf das Drehmoment unter Berücksichtigung der Selbstinduction und des Widerstandes der Läuferleiter untersucht. Da wir aber nunmehr über eine so einfache Construction, wie die von Heyland in Fig.'228 S. 235 verfügen, aus der wir genau die Werthe des Läuferstromes und das Drehmoment ermitteln können, wenn wir gewisse einfache Constanten des Motors kennen, ist es am besten, diese Construction unmittelbar auch auf den einphasigen Motor anzuwenden.

Wir betrachten zunächst einen zweipoligen Motor, dessen Ständerstrom einer einfachen Sinusfunction der Zeit folgt, und wollen noch voraussetzen, dass die Wickelung so auf dem Motor vertheilt ist, dass die Kraftliniendichte im Luftzwischenraume ebenfalls nach einer Sinusfunction um den Umfang herum vertheilt ist. Diese Yoraussetzungen werden bei den im Handel käuflichen Maschinen nicht immer erfüllt sein, wir werden daher später noch zeigen, wie irgend eine Form des Feldes oder Yertheilung des Magnetismus in Rechnung gezogen werden kann. Wir betrachten am besten zunächst den einfacheren Fall.

Es wird angenommen, dass der Motor mit voller Belastung läuft. Wir haben nun zu zeigen, warum er sich dreht, wie die Ströme und Magnetfelder vertheilt sind und wie das Drehmoment berechnet werden kann. Das erste Diagramm, das wir entwerfen, dient dem Zwecke, die Yorgänge klarzustellen, die im Motor vor sich gehen. Wir müssen hierbei voraussetzen, dass der Werth des Ständerstromes, die im Kapitel VIII angegebenen Constanten und die Grösse des Schlipfes gegeben sind. Damit die im Kapitel VIII entworfenen Diagramme hier anwendbar sind, wählen wir U = 12,3 und den Schlipf bei voller Belastung gleich 2,5 vom Hundert. Die Läuferwiderstände und die magnetischen Verhältnisse wählen wir ebenso wie bei dem dort berechneten Motor.

Nun ist klar, dass es theoretisch keinen Unterschied ausmacht, ob wir das von den Ständerströmen erzeugte Feld als in zwei in entgegengesetztem Sinne sich drehende Componenten zerlegt denken, oder ob wir den Strom selbst als so getheilt ansehen. Wir wählen die letztere Vorstellung aus Gründen, die wir gleich kennen lernen werden. Wir werden sehen, dass das Stromdiagramm gleichzeitig auch als magnetisches Diagramm verwendbar ist, indem man es um einen rechten Winkel dreht und den Maassstab ändert.

Es stelle in Fig. 261 die senkrechte Linie den Ständerstrom dar, einen einfachen Wechselstrom, der stets durch dieselben Spulen des Ständers geht, so dass sein Magnetfeld an derselben Stelle bleibt. Wir wollen ein von einem solchen Strom hervorgebrachtes Magnetfeld ein einfaches Wechselfeld nennen, zum Unterschied von einem Drehfeld, das seine Richtung stetig ändert. Wenn der Ständerstrom sein positives Maximum erreicht hat, möge dies durch die senkrechte Linie 5 1 dargestellt werden; in dem Maasse, wie er harmonisch bis auf Null sinkt, wird er in aufeinander folgenden Zeitpunkten von den Punkten 2, 3, 4 und 5 in derselben Senkrechten begrenzt. Steigt dann der Strom zu seinem negativen Maximum, werden die aufeinander folgenden Werthe durch die Punkte 6, 7, 8 und 9 bestimmt. Die ganze Periode eines vollständigen Wechsels ist hier zum Zwecke der Darstellung im Diagramm in 16 Theile getheilt. Einen solchen einfachen Wechselstrom wollen wir nun als aus zwei Strömen vom halben Maximalwerth entstanden denken, die sich in entgegengesetzter Richtung drehen. Die Linien 5 P und 5 p seien zwei Vectoren jeder gleich der Hälfte der Linie 5 1. Der Vector 5 P drehe sich im Sinne des Uhrzeigers, der Vector 5 p entgegengesetzt. Sie sind dargestellt als im Zeitpunkt 2 befindlich, wo ihre Resultirende 5 2 ist. Jeder dieser beiden sich drehenden Ströme wird auf den Läufer genau so wirken, wie der Drehstrom eines dreiphasigen Motors, so dass die im Kapitel VIII gegebenen Diagramme ohne Weiteres anwendbar sind. Wir müssen nur erwägen, wie der Maassstab der Diagramme zu bestimmen ist. Wir wollen voraussetzen, dass sich der Läufer mit einer Frequenz n2 im Sinne des Uhrzeigers dreht und dass er nur um 2,5 vom Hundert sich langsamer dreht als der Yector 5 P, dessen Frequenz nt ist.

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Fig. 261.

Hie Frequenz des Yectors 5 p gegenüber der des Läufers wird ni + ^2 5 also 197,5 vom Hundert sein.

Wir können nun ein Diagramm gleich dem der Figur 228 oder Fig. 229 für jeden der beiden Yectoren zeichnen gerade so, als wenn jeder Vector den Ständerstrom eines mehrphasigen Motors bildete, dessen Schlipf in dem einen Falle gleich ?i₁— n₂, im andern n₁ Ą-n2 ist. Es ist dabei zu beachten, dass nach der Voraussetzung in diesen beiden Diagrammen der Ständerstrom derselbe sein muss. Das Diagramm für den Fall, dass der Schlipf 2,5 vom Hundert beträgt, ist dasselbe wie in Fig. 228, dessen Punkt 0 dem Punkt 5 der Fig. 261 entspricht. Der Kernverlust-Strom OCh aus Fig. 229 und einige andere Linien der Fig. 228 sind der besseren Uebersichtlichkeit halber weggelassen, die Parallelogramme über C5 und H5 sind wie in Fig. 228 vervollständigt, um die Linie 5P₂, welche den Läuferstrom darstellt, an die richtige Stelle zu bringen. Wir zeigten auf S. 239, dass die Linie PB der Fig. 228 den Maassstab des Schlipfes des Motors darstellt und gaben dort auch die Methode an, wie der Maassstab gefunden wird. Für einen bestimmten Motor hängt die Lage des Punktes P auf dem Halbkreis CPD₎ von dem Fig. 261 nur einen kleinen Theil zeigt, nur von dem Schlipf ab; um ihn zu finden, zeichnen wir eine Curve des Schlipfes wie in der Fig. 229. Für den Strom 5 P und den kleinen Schlipf nx —n₂ liegt P sehr nahe an dem Ende des Halbkreises, wo sich C befindet. Für den Strom 5p, dessen Schlipf nx + n₂ 80mal so gross wie PB ist, rückt die Lage des Punktes p auf dem Halbkreis sehr nahe an den Punkt D heran. Haben wir den Punkt p gefunden, so haben wir die wirkliche Form des Diagramms des Motors für jenen bestimmten Schlipf und es ist dann nur die ganze Figur in der Grösse so zu bemessen, dass der Ständerstrom 5 p im selben Maassstab wie der gleiche Ständerstrom 5P dargestellt ist. Dies ist in Fig. 261 geschehen, in welcher die Linie 5 d die Linie OB in den früheren Diagrammen darstellt, und sie ist so getheilt, dass der Durchmesser des gestrichelten Halbkreises sich zur ganzen Länge 5 d verhält wie U: U -j- 1. Die Lage des Punktes p ist genau bestimmt für einen Motor, der dieselben Constanten hat wie der im Kapitel YIII betrachtete Motor, wobei der Schlipf 197,5 vom Hundert ist. Man sieht, dass der Läuferstrom 5p₂ fast entgegengesetzte Phase hat wie 5p; der magnetisirende Strom, die Resultirende beider, ist ausserordentlich klein.

Wenn wir 5 P₂ und 5p₂ für den dem Punkte 2 entsprechenden Zeitpunkt zusammensetzen, wie in der Figur dargestellt ist, so erhalten wir in der Resultirenden 5 2 einen Radiusvector der gezeichneten langen Ellipse. Dieser Radiusvector der Punkte 1, 2 3 oder 4 gibt in jedem dieser Zeitpunkte die Grösse und Lage des Läufer-

Stromes an. Die Ellipse ist dadurch entworfen, dass die Vectoren 5 P₂ und 5p.₂ in 16 aufeinanderfolgenden Lagen zusammengesetzt sind, während diese Yectoren eine Umdrehung in entgegengesetzten Richtungen machen.

Wir sehen hieraus, dass die Stromvertheilung im Läufer eines einphasigen Motors sehr verschieden ist von der im Läufer eines Mehrphasenmotors. Wir sahen auf S. 209, dass sich der Strom in einem Mehrphasenläufer mit einem Bande vergleichen lässt, dessen Maximum fast constant bleibt, und welches gleichmässig umläuft, so dass es durch einen Radiusvector von gleichbleibender Länge dargestellt werden kann. Im Einphasenläufer ändert sich der Radiusvector in weiten Grenzen, so dass er also einen Strom darstellt, der fast den Charakter eines einfachen Wechselstromes hat mit nur einer kleinen Componente im Sinne einer Drehung. Die Richtung dieses Stromes ist ungeachtet der Bewegung des Motors mit Bezug auf den Ständer eine bestimmte und fällt nahezu mit der Schwingungsrichtung des Ständerstromes zusammen. So sehen wir, dass der Ständerstrom sowohl bei mehrphasigen wie bei einphasigen Motoren mehr oder weniger vollkommen im Läufer wieder erscheint. Könnten die Widerstände des magnetischen Kreises und der Läuferleiter mehr und mehr vermindert werden, so würde auch die Wiedergabe mehr und mehr vollkommen werden, bis schliesslich die die Läuferströme darstellenden Radienvectoren genau gleich denen des Ständerstromes sein würden, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Die Thatsaclie, dass der Kraftlinien weg stets einen gewissen Widerstand bietet, ist Veranlassung, dass auch ein bestimmter Magnetisirungsstrom vorhanden ist, der die Kraftlinien erzeugt, die die gegenelektromotorische Kraft hervorbringen. Wesentlich ist dieser Magnetisirungsstrom die Veranlassung, dass das Bild des Ständerstromes im Läufer verzerrt und an Stärke vermindert ist. Der Magnetisirungsstrom ist in dem im Sinne des Uhrzeigers sich drehenden Diagramm durch den Vector 5 F dargestellt, der die Resul-tirende der Ständer- und Läuferströme 5Pund 5P₂ ist, entsprechend der Untersuchung über die Wirkungen der Streuung (vgl. S. 232). Die Linie 5 P stellt auch nach dem Maassstab des Beides die Grösse des im Sinne des Uhrzeigers sich drehenden Feldes dar, dessen Richtung im rechten Winkel zu dieser Linie liegt, also fast parallel zu 5 P₂. Der im entgegengesetzten Sinne umlaufende Magnetisirungsstrom ist sehr klein; er wird durch die Resultirende von 5p und 5 p₂ dargestellt. Er bringt auch nur ein sehr geringes Feld hervor, das nur gerade genügt, den Strom 5p.₂ in den Läuferleitern zu erzeugen, während es mit der grossen Geschwindigkeit nx -f- n₂ sich dreht. Demnach wird der resultirende Magnetisirungsstrom durch den Radiusvector der kleinen Ellipse im Mittelpunkt der Eigur dargestellt, welche nur sehr wenig yon dem durch den Punkt F gehenden Kreise abweicht.

Das resultirende Feld ist demzufolge fast ein einfaches Drehfeld und wird durch den Radiusvector dargestellt, welcher eine Ellipse von sehr geringer Excentricität beschreibt, deren grosse Achse im rechten Winkel zur grossen Achse der Ellipse des Magneti-sirungsstromes steht.

So kommt es, dass der einfache Wechselstrom des Ständers combinirt mit den Strömen des sich drehenden Läufers nahezu ein einfaches Drehfeld erzeugt. Das wirkliche Vorhandensein dieses Feldes wird durch die Thatsache bewiesen, dass in Wickelungen, die auf dem Ständer in solchen Lagen aufgebracht werden, die von den Lagen der Hauptspulen des Ständers abweichen, eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, die in der Phase von der Speisespannung abweicht, und dass die auf einen Läufer entfallende Spannung sehr wenig sich unterscheidet von der Spannung jedes Leiters der Hauptspule. Diese Verhältnisse werden noch später im Anfänge des Kapitels XIV weiter behandelt.

Man sieht, dass dies Drehfeld, welches mit dem Strom 5 P₂, mit dem es nahezu in Phase bleibt, zusammen wirkt, ein sehr beträchtliches Drehmoment erzeugen wird, das auf dem S. 218 und 245 dargelegten Wege ermittelt werden kann. Der Strom 5 p₂ wirkt ebenfalls auf das Feld zurück und erzeugt ein Drehmoment, welches in seiner Richtung wechselt, je nachdem der Strom mit dem Felde in oder ausser Phase ist. Seine Wirkung während einer Umdrehung ist nahezu gleich Hüll, es bleibt nur ein kleines Drehmoment nach rückwärts übrig, das von der sehr geringen nach rückwärts sich drehenden Componente herrührt. Seine Grösse kann in genau derselben Weise berechnet werden. Das wirklich in Erscheinung tretende Drehmoment ist die Resultirende der einzelnen Momente, und ist daher nicht gleichförmig wie bei Mehrphasenmotoren, sondern pul-sirend, wie das von einer einfach wirkenden Dampfmaschine. Die Pulsationen sind aber so häufig und folgen so rasch auf einander, dass sie praktisch nicht bemerkbar sind.

Fig. 261 kann noch weiter ausgedehnt werden, indem man noch Linien hinzufügt, welche elektromotorische Kräfte darstellen, wie

OEx in Fig. 228, um die Phasenverhältnisse und Werthe der gegenelektromotorischen Kräfte, die von der Drehung des Feldes her-riihren, zu erhalten.

Es ist zu beachten, dass das Diagramm die Vertheilung und Phasenverhältnisse der Ströme und der Kraftlinienzüge nur bei einer bestimmten Belastung darstellt. Aendert sich die Belastung, so ändert sich auch der Betrag des Schlipfes, und mit ihm ändern sich die Ströme von Läufer und Ständer. Die Art und Weise, in welcher sich das Drehmoment mit dem Schlipf ändert, wird am besten dadurch erläutert, dass wir ein Diagramm der Drehmomente, wie das der Fig. 222, für das vorwärts rotirende Feld und ein zweites für das rückwärts rotirende Feld aufzeichnen, indem wir hierbei die Construction der Fig. 230 benutzen. Werden die beiden Diagramme übereinandergelegt und das nach rückwärts wirkende

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Fig. 262.

Drehmoment von dem nach vorwärts wirkenden abgezogen, so erhalten wir eine Zeichnung, wie die in Fig. 262 dargestellte; hierin stellen die Ordinaten der Curve OPQW das Drehmoment für die verschiedenen Werthe des vom vorwärts rotirenden Felde herrührenden Schlipfes dar, wenn die synchrone Geschwindigkeit n, und die Umdrehungszahl des Läufers m ist. Die Ordinaten der Curve WXQW stellen das vom rückwärts rotirenden Felde herrührende Drehmoment dar. Ziehen wir diese Ordinaten von denen der ersten Curve ab, so erhalten wir in TPXQX die Curve des wirklichen Drehmomentes. Diese Curve ist nicht nach dem Maassstab aufgezeichnet. Das nach rückwärts gerichtete Drehmoment fällt bis auf ein Achtel des vorwärts gerichteten Drehmomentes bei voller Belastung ab. Man sieht, dass das resultirende Drehmoment gleich Kuli wird bei einer Geschwindigkeit, die ein wenig kleiner als die synchrone ist; aber hierbei ist der Schlipf ein solch kleiner Bruchtheil eines Procentes, dass dies praktisch kaum einen

Unterschied zwischen dem einphasigen und dem mehrphasigen Motor erkennen lässt. Ans der Fig. 261 sieht man, dass die J²R-Verlliste bei einem Einphasenmotor zweimal so gross sind, wie bei einem Mehrphasenmotor derselben Grösse, weil der rückwärts rotirende Strom des Läufers ebenso gross oder grösser ist als der vorwärts rotirende Strom, und ein kleines negatives Drehmoment erzeugt. Der Leistungsfactor ist nicht so hoch als bei einem Mehrphasenmotor und wir werden noch sehen (S. 330), dass wir noch auf mehr Verluste aus dem Umstande zu rechnen haben, dass das Feld nicht nach einer einfachen Sinusfunction vertheilt ist.

Bei der Anwendung der Fig. 228 auf den Einphasenmotor haben wir jedoch auf zwei Punkte zu achten. Erstens wird der Magne-tisirungsstrom nicht gleich dem bei einem Mehrphasenmotor sein. Das gesammte rotirende Stromband, das durch 5 F in Fig. 261 dargestellt wird, ist, wie wir gesehen haben, gleich dem eines Mehrphasenmotors, aber es kann nicht als eine einfache Componente des Ständerstromfeldes wie in Fig. 228 und 230 betrachtet werden. Es ist in Wirklichkeit die Resultirende aus den Ständer- und Läuferströmen und besteht in einzelnen Zeitpunkten nur im Läufer. Trotzdem muss der Magnetismus in letzter Linie durch den Ständer geliefert werden. Was kann denn im Ständer Magnetisirungsstrom genannt werden? Die Thatsache, dass das Feld umläuft, während der Ständerstrom ein einfacher Wechselstrom ist, lehrt uns, dass ein wirklicher Magnetisirungsstrom im Ständer nicht vorhanden sein kann; aber wenn wir den Motor mit synchroner Geschwindigkeit laufen lassen und messen den hierbei verbrauchten Strom, so erhalten wir das, was bisweilen Magnetisirungsstrom genannt wird. Besser ist hierfür die Bezeichnung Leerlaufstrom. Aus der Construction Fig. 261 sehen wir, dass dieser Leerlaufstrom oder Ständerstrom bei synchroner Geschwindigkeit genau zweimal so gross ist wie 5 0; denn wenn 5 P so klein wird, dass es mit 5(7 übereinstimmt, so gibt es mit einem gleich grossen in entgegengesetzter Richtung umlaufenden Strom 5 p eine Resultirende im Ständer gleich zweimal 5 C. Versuche haben den Beweis geliefert, dass der Leerlaufstrom eines Einphasenmotors genau doppelt so gross ist, wie der für einen Mehrphasenmotor gleicher Grösse erforderliche Magnetisirungsstrom. Natürlich muss beim Vergleichen beider Motorarten nach dieser Richtung hin die Zahl der Leiter in beiden Ständern, und der Phasenunterschied, wenn mehrere Phasen vereinigt sind, in Rücksicht gezogen werden (vgl. S. 244 und 248).

Zweitens ist zu beachten, dass mit zunehmendem Schlipf der gestrichelte Halbkreis, auf welchem p liegt, immer grösser wird, und dass das nach rückwärts drehende Feld nicht mehr klein und vernachlässigbar ist, sondern so stark wird, dass es das vom Motor gelieferte Drehmoment wesentlich vermindert. In Wirklichkeit tritt der Zeitpunkt des grössten Drehmomentes früher ein, beim Anlaufen ist überhaupt kein Drehmoment vorhanden. In dem Maasse, wie das rückwärts drehende Feld zunimmt, vermindert sich das vorwärts drehende Feld, so dass die elektromotorische Kraft in den Ständerleitern constant bleibt. Der vorwärts drehende Strom beim Anlaufen erreicht nur die Hälfte des Werthes, den er bei einem Mehrphasenmotor erreichen würde. Gleichzeitig ist ein gleich grosser rückwärts drehender Strom vorhanden.

Alle diese einzelnen Thatsachen — der doppelt grosse Leerlaufstrom, der kleinere Leistungsfactor, die kleinere Maximalzugkraft und die kleineren entsprechenden Werthe der Ständer- und Läuferströme — sind in einer sehr einfachen Construction berücksichtigt, die'von Hey land herrührt, und, wie durch eine grosse Zahl von Yersuchen an ausgeführten Motoren erwiesen ist, sehr genaue Ergebnisse liefert.

Aus einem Diagramm gleich dem der Fig. 261 können wir genau entnehmen, wie die Ströme im Läufer und Ständer bei synchroner Geschwindigkeit vertheilt sind. Zunächst wissen wir, dass der Ständer von einem einfachen Wechselstrom gespeist wird. Wir theilen diesen Strom in zwei gleiche entgegengesetzt sich drehende Theile. Die im Sinne des Uhrzeigers sich drehende Hälfte muss gleich 5 C sein (Fig. 261), weil im Läufer kein im Sinne des Uhrzeigers sich drehender Strom vorhanden sein kann, wenn dieser synchron läuft; da CP nicht vorhanden ist, fällt der Läuferstrom 5 P mit 5 C zusammen, und dies ist der Strom, der nothwendig ist, um das vorwärts sich drehende Feld zu erzeugen. Der in entgegengesetztem Sinne sich drehende Ständerstrom muss dieselbe Stärke haben, aber seine magnetisirende Wirkung wird durch einen Läuferstrom von nahezu gleichem aber entgegengesetzten Werthe aufgehoben, wobei jedoch der Unterschied zwischen beiden genügt, um das schwache Feld zu erzeugen, das bei der Geschwindigkeit 2 n{ den Läuferstrom erzeugt. Betrachten wir den Zeitpunkt, in welchem der Leerlaufstrom des Ständers seinen Scheitelwerth erreicht, so kann der in diesem Zeitpunkte vorhandene Zustand durch die Fig. 263 dargestellt werden.

OCm stellt den sich vorwärts drehenden, Cm C₀ den entgegengesetzt gerichteten Magnetisirungsstrom dar; der letztere wird fast aufgehoben durch den Läuferstrom OCK Der ganze Leerlaufstrom ist also OCQ. Die Klemmenspannung des Speisestromes ist natürlich in der Phase um 90 ⁰ voraus und kann durch die Linie 0& dargestellt werden.

Wenn wir den Ständerstrom hei belastetem Motor durch eine Linie = OP darstellen, so ist die Lage dieser Linie insofern ge-

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Fig. 263.

geben, als sich aus Versuchen ergeben hat, dass der geometrische Ort des Punktes P bei allmählich steigender Belastung eine Curve ist, die fast einem Halbkreis gleich ist. HejHand hat die folgende Construction für die annähernde Bestimmung dieser Curve gegeben. Die Linie OCm-, Big- 264, stelle ihrer Grösse und Richtung nach den für einen Mehrphasenmotor berechneten Magnetisirungsstrom dar (vgl. S. 248). Die Linie wird nun bis D verlängert, so dass CmD = U mal OCm ist (S. 238).

Wenn wir nun den gestrichelten Halbkreis über DCm beschreiben, so stellt dieser den geometrischen Ort für P bei einem Mehrphasenmotor dar, nicht dagegen bei einem Einphasenmotor. Um diesen zu finden, schneiden wir CmC₀ — OCm ab, und beschreiben über DC₀ einen Halbkreis. Hey land hat nun durch Versuche an einer sehr grossen Zahl von Motoren nachgewiesen, dass dieser Halbkreis mit hinreichender Genauigkeit für alle praktischen Berechnungen mit dem wirklichen geometrischen Ort für P übereinstimmt. OP ist (im Maassstab der Stromstärke) die Grösse des Ständerstromes und PCm die des Läuferstromes getheilt durch u₂ und das Umsetzungsyerhältniss Zl/Z₂ (S. 240 und 250). Die beiden entgegengesetzt umlaufenden Ströme finden wir, indem wir P mit CQ verbinden und parallel hierzu die Linie CmP ziehen.

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Fig. 264.

PO wird dann in P geschnitten. Für den Zeitpunkt, in welchem der Ständerstrom seinen Höchstwerth erreicht, stellt die Linie CmR die Phasen des vorwärts umlaufenden Läuferstromes gegenüber 0<S] dar. Addiren wir hierzu OCm, so erhalten wir in OB den vorwärts umlaufenden Ständerstrom. Für den Zeitpunkt, in welchem der Ständerstrom seinen Scheitelwerth erreicht, ist der sich rückwärts drehende Ständerstrom in gleicher Phase mit ihm und wird daher durch BP dargestellt. Man sieht, dass cp, der Winkel, um welchen der Strom hinter der elektromotorischen Kraft O&y zurückbleibt, bei einem Einphasenmotor grösser ist als bei einem Mehrphasenmotor. Dies hat auch die Praxis erwiesen. Die Linie PA stellt die Zugkraft des Motors dar, jedoch in einem Maassstab, der von dem für die Zugkraft eines Mehrphasenmotors abweicht. Am leichtesten lässt sich dieser Maassstab ermitteln,

21

Thompson, Mehrphasenströme.

indem man die dem Motor bei einer bestimmten Stellung yon P zugeführte Energie bestimmt, hiervon die J²B-Verluste abzieht und die verbleibende Energie durch die Winkelgeschwindigkeit dividirt. Das Resultat ist die Zugkraft, welche der bestimmten Linie AP entspricht.

Eine andere Construction, um die Phasenbeziehungen und die Werthe der Ströme und elektromotorischen Kräfte bei einem Einphasenmotor zu erhalten, hat Eieid angegeben. Wir geben diese wieder mit einer Erläuterung und einer kleinen Abänderung der Entwickelung, die unserer Betrachtung besser angepasst ist. Es wird jedoch dem Leser gerathen, die ganz ausgezeichnete Abhandlung durchzulesen, auf welche unten verwiesen ist.⁴)

Wie in allen diese Motoren betreffenden Constructionen, muss man auch hier zunächst den Werth der elektromotorischen Kraft kennen, die durch das Streufeld erzeugt wird (siehe S. 230), wenn ein bestimmter Strom mit einer bestimmten Frequenz durch die Ständer- oder Läuferwickelungen geht. Wir beschrieben auf S. 233 eine Methode, dies experimentell zu bestimmen, und auf S. 217 eine andere Methode, ihn angenähert aus den Abmessungen der Eisentheile zu ermitteln. Koch eine andere Methode wird weiter unten (S. 329) mitgetheilt, die sich darauf gründet, dass man den Schlipf bestimmt, bei welchem der Motor seine höchste Zugkraft erreicht, wenn er sich in einem Drehfelde von constantem Werth befindet. Es ist zweckmässig, den Kraftverlust des Läufers durch die Spannung auszudrücken, die in einer Phase des Läufers von dem Streufelde erzeugt wird, das durch 1 Ampere für jede Phase hervorgebracht wird, und dessen Frequenz 1 Periode in der Secunde beträgt. Wir bezeichnen diesen Werth mit VL. Dann ist die Spannung zwischen den Enden eines Zweiges der Wickelung, wenn ein Strom J₂ mit einer Frequenz von 5 Perioden in der Secunde hindurchgeht = J,sVL. Die Phase der elektromotorischen Kraft, welche diese Reactanz überwindet, ist immer um 90 ⁰ dem Strom voraus.

Fields Construction beruht auf folgender Thatsache: wenn wir eine die Frequenz nt darstellende horizontale Linie ziehen (siehe Fig. 265) — sagen wir, in dem Maassstabe von 1 cm für 1 Periode/Secunde — und dann im Endpunkte von nx ein Loth Arx O

M

VL

errichten, dessen Länge in demselben Maassstabe = -==- ist — wobei

R den Widerstand eines Zweiges des Länferstromkreises bezeichnet —, so wird der Winkel, um welchen der Länferstrom hinter dem rotirenden

p3

Frequenz

------->!

zu--------

ni

fr

1

ÿi—*

<9

H-f-

ff

- nfThr - *k---------

Fig. 265.

\s

c₀

er

V₃

ist, dann stellt Winkel ip

magnetischen Felde zurückbleibt, ohne Weiteres gefunden, indem man die Frequenz des Läuferstromes {nx — n₂) in demselben Maassstabe vom Fusse des Lothes aus auf der Horizontalen abträgt, welche jene Frequenz darstellt, und den Endpunkt N₂ mit dem Punkt 0 verbindet. Wenn z. B. in Fig. 265 der Abstand nx—n₂ die Frequenz des Läuferstromes nach dem gewählten Maassstabe darstellt,

R

und Nx 0 in demselben Maassstabe =

VL

den Winkel dar, um welchen der Läuferstrom hinter dem wirksamen magnetischen Felde zurückbleibt. Denn im rechtwinkligen Dreieck ONx N₂ sind die Seiten ONx und Nx N₂ proportional R und (nx—n₂) VL. Wir können auch eine Linie bestimmen, welche den Werth des Stromes darstellt. Wenn wir R und Vl kennen, so können wir den Strom für irgend einen bestimmten Schlipf (nx — n₂) berechnen und ein Loth errichten, welches diesen Strom in einem passenden Maassstabe darstellt, so dass es die Stromphasenlinie ON₂ in dem Punkte G schneidet. Es ist leicht zu zeigen, dass, wenn wir um 0 mit OG als Kadius einen Kreis schlagen, welcher die Stromphasenlinien schneidet, für andere Werthe des Schlipfs das Loth auf Nx 0 in den zwischenliegenden Punkten die Werthe des Stromes für diese Schlipfe darstellen wird. Wenn demnach der Schlipf nx— % ist, so wird der Läuferstrom durch die Linien B₃ G₃ dargestellt. Denn BG ist proportional dem

sin ip und nach der Figur =

K — n₂) VL_

VA- + {nx — n₂)'² • Vj}

Nun ist der Schlipf, dividirt durch die Impedanz, proportional dem Strom, daher ist auch BG proportional dem Strom.

Wir können die Länge B G auf der Phasenlinie abtragen und erhalten den Yector 0 C₂, der den Läuferstrom darstellt. Hätten wir es mit einem Mehrphasenmotor zu thun, so müssten wir zu 0 C₂ noch den magnetisirenden Strom C₂ Cx im rechten Winkel zu ONx hinzufügen und würden in OCx den Ständerstrom erhalten.

Diese Construction können wir nun auf den Einphasenmotor anwenden, indem wir den einfachen Wechselstrom im Ständer so betrachten, als bestände er aus zwei gleichen Strömen von dem halben Werthe, welche wie in der früheren Construction Fig. 261 in entgegengesetzter Richtung sich drehen. Man sieht, dass es gleich-giltig ist, welche Werthe wir beim Ausgange für die umlaufenden Kraftlinien annehmen, da die Winkel des Dreiecks OB G einzig und allein durch die Werthe von R Vl und den Schlipf bestimmt sind.

Wir legen das Yerhältniss der beiden umlaufenden Felder durch die Bedingung fest, dass die Componenten des Ständerstromes gleich sein müssen, und wir bestimmen zugleich den wirklichen Maassstab der ganzen Figur durch den Umstand, dass die Linie, welche wir finden wollen, und die die gesammte elektromotorische Kraft im Ständer darstellen soll, gleich der Speisespannung ist. Im Folgenden sind Angaben über einen Motor gegeben, dessen Entwurf sowohl als Einphasen- als auch als Zweiphasenmotor von Field ausgearbeitet ist.

20

Leistung (geschätzt) m P .

Spannung in Yolt .    .    .    .

Zahl der Pole.....

Frequenz .......

Umdrehungen in der Minute Durchmesser des Läufers .

Länge des Läufers .    .    .

Zahl der Löcher im Läufer Zahl der Löcher im Ständer Ständerwickelung, gleichwerthig mit 3 Spulen von je 78 Windungen auf jede Phase, zweiphasig.

Läuferwickelung, gleichwerthig mit 3 Spulen von je 10 Windungen, dreiphasig in Sternschaltung.

Leerlaufstrom in jeder Phase als Zweiphasenmotor = 9 Ampere. Coefficient der Streuung des Ständers (gemessen) = 5 vom Hundert K = 1,05).

Widerstand des Ständers, jede Phase = 0,5 Ohm.

Widerstand des Läufers, jede Phase = 0,0112 Ohm.

Spannung im Läufer für 1 Ampere 1 Periode/Secunde Vl = 0,0028. Gleichhleibende Verluste (herrülirend von Reibung, Lüftung. Hystérésis u. a.) = 1,150 KW.

Wir wollen die Figur fiir einen Einphasenmotor entwerfen, der mit einem Schlipf von 3 vom Hundert läuft.

Wir ziehen die Linie ONj und machen sie so lang, dass sie die in den Ständerleitern erzeugte Spannung darstellen kann. Ein passender Maassstab ist 1 mm = 5 Yolt. Gleichzeitig entspricht diese

H

der in diesem

O CO

40

800

350 mm

200 „

45

60

Linie in einem anderen Maassstab dem Werth

Falle gleich 4 ist.

Beginnen wir mit einem angenommenen Werth für das sich vorwärts drehende Feld, sagen wir für ein Feld, das beim' Umlauf eine Spannung von 500 Yolt in den Ständerleitem hervorbringen würde, dann haben wir für die Spannung in einer Phase des Läufers

10    3

⁵⁰⁰-78-IÖÖ = 1’92Volt

VL

10

Hierin ist — das Umsetzungsverhältniss zwischen den Läufer -

78

und Ständerwickelungen.

Die Frequenz (%—n₂) ist = 1,2; die Impedanz einer Läuferphase ist demnach

= V(0,0112)² + (0,0028- 1,2)²,

welche den Werth von 31,7 Ampere im Ständerkreise ergeben. Wir errichten das Loth BG und machen es so gross, dass es diesem Werthe nach dem gewählten Maassstabe entspricht, und tragen die gleiche Länge 0 0₂ von O aus auf OK, ab. Hierzu addiren wilden magnetisirenden Strom G, Cv Um den rückwärts sich drehenden Strom zu finden, betrachten wir den Zeitpunkt, in welchem das rückwärts sich drehende Feld dem vorwärts umlaufenden gerade entgegengesetzt ist, so dass es durch die Linie Ofx dargestellt wird. Das Band oder die Welle der elektromotorischen Kraft (vgl. S. 167 und Fig. 216), welche dieses Feld im Läufer erzeugt, wird durch die entgegengesetzt gerichtete Linie Ovx dargestellt, da die Richtung der Bewegung mit Bezug auf die Leiter der Bewegung von ONx entgegengesetzt gerichtet ist. Der rückwärts sich drehende Strom wird hinter dieser Richtung Zurückbleiben. Wenn nun das rückwärts umlaufende Feld gleich wäre im Werthe dem vorwärts sich drehenden Felde, so würde man den Werth des rückwärts umlaufenden Ständerstromes erhalten, indem man einen Kreis um O mit OG als Radius schlägt, der die Stromphasenlinie für den Schlipf von 197 °/₀ in g schneidet und uns in gb den Werth des Stromes gibt. Hierzu würden wir den Magnetisirungsstrom gc zu addiren haben und in Oc den gesammten Strom erhalten. Da wir aber wissen, dass der gesammte rückwärts umlaufende Strom dem gesammten vorwärts umlaufenden gleich ist, so schneiden wir einfach Ocx = OCx ab.

Wenn ONx die durch das vorwärts umlaufende Feld erzeugte Spannung darstellt, ist Ovx die durch das rückwärts laufende Feld erzeugte Spannung. Wir haben

ONx : Ovx = Oc : Ocx

gemacht. Denn wir wissen, dass, welches auch die absoluten Werthe der beiden rotirenden Felder sein mögen, ihr Verliältniss stets gleich Oc : OCx ist. Halbiren wir den Winkel zwischen Ocx und OCx, so erhalten wir O C₀ in der Richtung ihrer Resultante. Diese Linie stellt also den Ständerstrom dar, dessen Höchstwerth natürlich gleich der Summe der Componenten, also gleich dem doppelten Werth jeder Componente ist. Wir bezeichnen den halben Winkel mit Jedes der beiden umlaufenden Felder wird sich um diesen Winkel % von seiner augenblicklichen Stellung gedreht haben, wenn der Ständerstrom seinen Höchstwerth erreicht hat, so dass die elektromotorische Kraft, die in jenem Augenblick durch jedes der beiden Felder in den Ständerleitern erzeugt wird, durch die Vectoren OV2 und Ov₂ dargestellt wird. OV₂ ist gerade so lang wie ONv Wir können nicht alle elektromotorischen Kräfte in den Ständerleitern durch ein Uhrdiagramm zu einer Yectorsumme 0&t summiren, da nicht alle Componenten in derselben Richtung umlaufen. Ov₂ dreht sich entgegengesetzt zu OF₂, aber es ist leicht einzusehen, dass, soweit der äussere Stromkreis in Betracht kommt, die Wirkung des sich gegen den Uhrzeiger drehenden Yectors Ov₂ genau dieselbe wie die eines anderen sich im Sinne des Uhrzeigers drehenden Yectors Ov₃ ist, wenn wir nur den Winkel C₍₎ Ov3l um welchen der neue Yector von OC₀ abweicht, gleich dem Winkel C₀Ov₂ machen, den Ov₂ in dem Augenblicke mit OC₀ einschliesst, wenn der Ständerstrom seinen Höchstwerth erreicht; denn wenn wir die Richtung von OC0 zur Basis unseres Uhrdiagramms machen, so ist die Wirkung des rückwärts umlaufenden Feldes auf den äusseren Stromkreis in jedem Augenblicke gleich der Projection von Ov₂ auf die Basis OCQ und diese ist gleich der Projection von Ov₃. Wir sind also nun im Stande, alle elektromotorischen Kräfte in den Ständerleitern zu summiren. Rechtwinklig zu OCQ steht die Spannung OL der Selbst-induction. Diese lässt sich aus dem Streuungscoöfficienten des Ständers berechnen. Ist der Stromkreis des Läufers offen, so finden wir, dass 25 Yolt (oder 5 vom Hundert der Betriebsspannung von 500 Yolt) durch das Streufeld erzeugt werden, wenn der Magneti-sirungsstrom 9 Ampere beträgt. Das ist also 2,78 Yolt für 1 Ampere. Nun gilt OCq gleich 71 Ampere (aus Fig. 265 abzugreifen), also bedeutet OL 71-2,78 = 197 Yolt. Hierzu addiren wir den Ohmischen Yerlust 71 x 0,5 = 31,5. Die Linie LR stellt dies dar. Wir fügen noch die durch OV₂ oder OV₃ dargestellten 500 Yolt und die 150 Yolt geltende Linie Ov₃ hinzu, und erhalten schliesslich OQ>x als ge-sammte elektromotorische Kraft, die der Ständerwickelung zugeführt werden muss. Diese Linie gilt nach dem Spannungsmaassstab 769 Yolt. Das Diagramm würde im richtigen Maassstab hergestellt sein, wenn die Betriebsspannung auch 769 Yolt betrüge, sie ist aber nur 500 Yolt, also müssen wir alle Yectoren im Diagramm in dem Yerhältniss 769 : 500 kürzen. Dann erhalten wir folgende Werthe:

500 Volt 46,3 Ampere 0,615 14,26 KW 1,07 „

107.5    Ampere

108.5

0,785 KW 1,150 „

8,0 KW 15,1 P 79 v. H.

Zugeführte elektromotorische Kraft .    .

Ständerstrom..........

Leistungsfactor (cos </>).......

Zugeführte Energie........

J²R Ständerverluste.......

Läuferstrom (vorwärts laufende Welle) .

Läuferstrom (rückwärts laufende Welle) .

Gesammte J²R-Verluste im Läufer .    .

Gleichbleibende Verluste, angenommen zu

Gesammtverluste.........

Leistung............

Wirkungsgrad......... .

nx — n₂

(vgl. S. 247).

nx

Die Leistung ist leicht zu berechnen aus folgender Betrachtung. Für das vorwärts umlaufende Feld ist verlorene Energie im Läufer gesammte der Läufer zugeführte Energie Nun ist der von dem vorwärts umlaufenden Feld herrührende Verlust im Läufer = 0,385 KW.

Daher ist die dem Läufer mitgetheilte Energie

0,385 .-i?5- = 13,0 KW.

O

Der vom rückwärts umlaufenden Felde herrührende Verlust

im Läufer ist gleich 0,395 KW. Die dem Läufer durch dieses Feld mitgetheilte Energie (die vollständig in den Leitern in Wärme umgesetzt wird) ist

0,395 •

100

197

= 0,2 KW.

Der J²R-Verlust im Ständer ist = 1,07 KW.

Hiernach beträgt die gesammte dem Ständer zugeführte Energie 13,0 + 0,2 + 1,07 = 14,27 KW.

Von den 13 KW, die dem Läufer durch das vorwärts umlaufende Feld mitgetheilt werden, gehen 3 vom Hundert in J-R-Verlusten verloren, die von dem vorwärts gerichteten Läuferstrom herrühren. Ferner sind dann noch J²R-Verluste, die davon herrühren, dass das vorwärts umlaufende Feld den Läufer gegen das rückwärts laufende Feld dreht. Die Geschwindigkeit des Motors ist 97 °/₀ des Synchronismus, der gesammte Schlipf 197 °/₀, so dass der auf den Läufer entfallende Theil von den 0,395 KW gleich ist 97

197

. 0,395 = 0,195 KW.

Mit andern Worten: der J-iü-Verlust, der von dem rückwärts umlaufenden Strom herrührt, beträgt im Ganzen 0,395 KW, und zwar setzt sich dieser Verlust aus zwei getrennten Quellen zusammen. Zunächst liefert das rückwärts rotirende Feld mit einer Geschwindigkeit von 100 einen Verlust von 0,2 KW und der Läufer mit einer Geschwindigkeit von 97 einen Verlust von 0,195 KW. Aber diese vom Läufer gelieferte Energie muss in Wirklichkeit von dem vorwärts drehenden Feld geleistet und daher von den 13 KW abgezogen werden. Demnach beträgt die nutzbare Leistung des Läufers 13,0 — (0,385 + 0,195 + 1,15) = 11,27 KW oder 15,1 Brems-Pferdestärken.

Field gibt eine Methode zur Bestimmung des Werthes der Grösse Vl an, welche leicht dort angewendet werden kann, wo ein mehrphasiger Ständer von derselben Grösse wie der des besprochenen Einphasenmotors erhältlich ist. Der Läufer wird in dem Mehrphasenständer montirt, der mit Mehrphasenströmen gespeist wird von einer Spannung, welche ein Feld von derselben Grösse erzeugt wie bei dem Einphasenmotor. Der Läufer wird belastet und gleichzeitig die Spannung so vermehrt, dass das Feld constant bleibt. Die Belastung wird vergrössert, bis die Zugkraft ihr Maximum erreicht und abzunehmen beginnt. Hierbei wird der Schlipf des Läufers und der Strom, der von dem Ständer bei diesem Maximum aufgenommen wird, beobachtet.

Nun ist die Zugkraft des Läufers proportional

(vgl.

R'²+s²VL*

R

S. 227), und dies wird ein Maximum, wenn der Schlipf s = —

y l

Wir wissen daher, dass in dem Zeitpunkt, wenn die Zugkraft ihr Maximum erreicht, der Schlipf so gross ist, dass sVl = R ist, so dass wir durch Messen vorR den Werth VL finden. Die Construction Fig. 265 ist ebenfalls sehr vereinfacht, weil wir nur den Schlipf nx—n₃ für die Maximalzugkraft abzutragen haben, dann N₃0 unter 45 ⁰ ziehen, um O zu finden. Der Strom B₃ G₃ ist der bei der Maximalzugkraft gemessene Strom, reducirt auf seinen, durch die besondere Einphasen Wickelung bestimmten Werth.

Bei diesen Betrachtungen haben wir aus Gründen der Einfachheit einen zweipoligen Motor vorausgesetzt mit einem Feld, das nach einer einfachen Sinusfunction rund um den Zwischenraum herum vertheilt ist. Nun wollen wir den Fall eines unregelmässig geformten Feldes betrachten, d. h. also anstatt B = B₀ • sin# nehmen wir B = f(&), wobei f(&) irgend eine beliebige Function von d- ist. Nach Fouriers Theorie kann eine beliebige Function von G ausgedrückt werden durch die Summe einer Anzahl von Ausdrücken wie

• sin(# + cpx) + B.₂ ■ sin(2 # + <p₂) + B.s • sin(3 & + q>₈) + ....

Der erste Ausdruck gibt uns ein zweipoliges Feld, der zweite ein vierpoliges, und der mte ein Feld von 2m Polen. Es sei nun p die Zahl der Polpaare eines Einphasenmotors und n die Frequenz des Speisestromes. Dann kann das Feld, wie es auch zusammengesetzt sein mag, betrachtet werden als aus den folgenden Compo-nenten bestehend:

Tl

Ein sinusoïdales Feld von p Polpaaren, das sich vorwärts dreht mit — Umdreh. „ gleichmässiges „

„ sinusoïdales    „    „2p

„ gleichmässiges „    „2p

ll. s. w.

„    „ rückwärts

„    „ vorwärts „

„    „ rückwärts „

7)

in der Secunde

Diese harmonisch gebildeten Glieder, welche Feldern höherer Ordnung entsprechen, sind mehr oder weniger stets vorhanden,

Sie alle laufen nach rückwärts

sie spielen eine wichtige Rolle in der Theorie der Einphasenmotoren. Ihnen ist es zuzuschreiben, dass bei solchen Motoren die Neigung besteht, zuweilen mit einem Bruchtlieil ihrer eigentlichen Geschwindigkeit umzulaufen. Wir werden sehen, dass die Felder höherer Ordnung mit einer geringeren Geschwindigkeit sich drehen wie die Grundfelder.

des vom Grundglied der

i/

um gegenüber einem mit voller Geschwindigkeit sich drehenden Läufer und sind also schädlich, insofern sie J²R-Verluste und rückwärts gerichtete Drehmomente hervorrufen. Ihre Wirkung ist aber gering, selbst für Felder, deren Form beträchtliche Abweichungen von dem sinnsoidalen Feld aufweist. Field behandelt in seiner oben erwähnten Abhandlung den Fall, dass das Feld eine stumpfeckige Form hat, und zeigt, dass das zweite Glied der Reihe, welches das bei weitem wichtigste ist, nur einen J²R-Yerlust hervorruft, der gleich Reihe verursachten ist, und bei einem Schlipf von 6 vom Hundert nur ein Drehmoment von ¹/₉₀ des Drehmomentes des Hauptfeldes verursacht.

Analytische Theorie.

Interessant ist die Beobachtung, dass bei der analytischen Behandlung des Einphasenmotors der Begriff der zwei in entgegengesetzter Richtung umlaufenden Felder nicht wie vorher durch blosse theoretische Erwägungen, sondern auch durch die gewöhnliche trigonometrische Behandlung eingeführt wird.

Die folgende von De Bast⁵) herrührende analytische Theorie wird für Manchen Interesse haben, obwohl die quantitative Berechnung eines Motors einfacher durch die eben beschriebenen graphischen Darstellungen auszuführen ist.

Es möge zuerst angenommen werden, dass ein zweipoliger Motor angelassen wird, und dass er mit einer constanten Geschwindigkeit von m Umdrehungen in der Secunde läuft; er werde gespeist von einem Wechselströme von gleichbleibender Stärke, der einer einfachen Sinusformel folgt und eine Wechselgeschwindigkeit von n Perioden in der Secunde besitzt. Dann ist die Dichte 33 des Eeldes, das vom Ständer erzeugt wird, in irgend einem Augenblicke

93 = 93₀ sin 27tnt,

worin 33₀ den höchsten Werth der Eelddichte während jeder Periode darstellt, während /x (die magnetische Permeabilität oder Durchlässigkeit) als constant angesehen wird. Ein Draht möge den Läufer in einem Durchmesser umfassen, welcher mit der zur Richtung des ursprünglichen Eeldes senkrechten Ebene den Winkel a einschliesst; dieser Draht umschliesst die Eläche S. Die ganze Kraftlinienmenge ist dann © = S cos a • 33₀ sin 2 7t n t,

wobei die Dichte des Eeldes als gleichmässig angenommen wird.

Da der Läufer sich mit m Umläufen in der Secunde dreht, so ist a = 2 rcmt.

Die elektromotorische Kraft im Leiter ist

d© dt

= — $33₀ [— 271 m sin 2jcnt sin 2jtmt + 27in cos 27tmt cos 27tnt\ $33

=--- [2 7t (n + m) cos 2 7t (n + m) t

u

+ 2 7t (n — m) cos 2 7t (n — m) tf].

So ergibt sich, dass die elektromotorische Kraft die Summe zweier einfacher harmonischer elektromotorischer Kräfte ist, deren Wechselgeschwindigkeiten (w + m) und (n — m) sind.

Wenn wir den Widerstand des Leiters mit r bezeichnen und seinen Selbstinductionscoëfficienten mit L, so erhalten wir für die Impedanzen R\ und R‘₂ gegen die zwei elektromotorischen Kräfte

R\ = Vr² + {n^myrTĄ R‘₂ = y r² + 4 7t² (n — m)² L².

Der Augenblickswerth des Stromes im Leiter ist $©₀ [2 7t(n-\- m)

2 7t (n — m)

R‘₂

cos 12 Tr (n + ni) t — (px | cos 12 7t (n — m) t — cp₂ jj.

Die Yerzögerungswinkel (pi und cp₂ genügen den Gleichungen:

cos =

R\

COS (p₂ =

R‘₂

Die potentielle Energie des Leiters ist

V= —    = IS$ß₀ cos a sin 27tnt

und während der Bewegung durch den kleinen Winkel da wird die Arbeit (ohne Rücksicht auf das Yorzeichen) geleistet:

d V == IS 23₀ sin 2 tz n t sin a da.

Indem wir hierin den oben gegebenen Werth von I einsetzen und 2nmdt statt da schreiben, erhalten wir

S² 23₀² [2 7t (n + m)

dV=

R\

cos ! 2 7t (n + m) t — cp₁ j

2 71 {n — m)

R‘ ₂

cos |2tt (n — m)t — cp₂ JJ

• 2Tr wsin w/sin 27imt ■ dt.

Durch Integration dieses Ausdruckes zwischen den Grenzen t = 1 und t = 0 erhalten wir die Arbeit in 1 Secunde oder in anderen Worten die mittlere Leistung für einen Leiter:

2TtmS²^d₀² ["2 7t (n — m)

R‘₂

cos cp₂

2 n (n + m )

R‘ 1

COS (p!

2rcmrS²^^ [27t (n — m)

2 71 (n + m)

R‘ 2²

R\²

Die ganze mittlere Leistung wird gefunden, indem man mit der Zahl N der Leiter multiplicirt, und das Drehmoment erhält man durch Division der ganzen mittleren Leistung mit der Zahl der in der Secunde zurückgelegten Radianten 2 rem

¹

Vgl. auch Electrical Review Bd. 42 S. 489, April 1898, wegen einiger Versuche mit Kranmotoren, von T. Hawkins.

²

Elektrotechnische Zeitschrift, Januar 1876, S. 12; vgl. auch Heidt, American Electrician, Juni 1896 und September 1896.

Thompson, Mehrphasenströme.

³

Ferraris, A Method for the Treatment of Rotating or Alternatin g Vectors. with an Application to Alternate - current Motors. The Electrician Bd. 33 S. 110. 129, 152, 184. 1894, übersetzt aus Mem. Reale Acad. d. Sei. Torino, serie II. Bd. 44, 3. Dec. 1893.

⁴

Field, On Oscillatory and Kotatory Magnetic Fields and the Theory of the Single-Phase Motor, Elec. Rev. Bd. 44 S. 194, 271, 439, 492, 579 (1899).

⁵

De Bast, Bull, de l’Assoc. des Ingénieurs Électriciens, Aug. 1893.

Drehmoment =

NP

2 7t 771 ’

wir bekommen demnach als endgültigen Ausdruck¹) die Formel: Drehmoment

rN S²

(71 — 77l)

r² -f- 47t² (7i — tu)² L²

(71 + m)

7’² + 4:7t² (71 + 77l)² L²

Wir fanden oben (S. 227), dass ein Feld, das sich mit der Geschwindigkeit g gegen den Läufer bewegt, ein Drehmoment

D = Q-

rs

r² -f- 4 7t²L²s²

hervorbringt. Das Drehmoment, welches von den beiden entgegengesetzt sich drehenden Feldern erzeugt wird, ist

U-771

Drehmoment = Qr

71 -j- 771

7'² + 4:7t²L² (n — m)² r² + 4rt²L² (n — m)2 und dies ist dasselbe wie der oben abgeleitete Ausdruck, worin

NSm²7t

Es ist nicht nöthig, das Drehmoment zu betrachten, welches dadurch entsteht, dass die Ströme, die von dem einen Drehfeld herrühren, in Leitern fliessen, die sich in dem entgegengesetzt laufenden Drehfeld befinden ; denn die Wechselgeschwindigkeit dieser Ströme unterscheidet sich um 2m von der des entgegengesetzten Feldes, und demnach ändert dieses Drehmoment sehr rasch seine Richtung.

Das Anlaufen von einphasigen Inductionsmotoren.

Dass ein einphasiger Inductionsmotor nicht von selbst anlaufen kann, ist leicht einzusehen, wemi man sich die Yerhältnisse klar macht, die obwalten, wenn der Läufer feststeht und die Ständerwicklung mit der Speiseleitung verbunden ist. Wir sahen, dass das einfache Wechselstromfeld gleichwerthig mit zwei sich mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung drehenden

Feldern ist. Die im feststehenden Läufer inducirten Ströme werden mit den beiden gleichen umlaufenden Feldern zwei gleiche und entgegengesetzte Drehmomente erzeugen. Es kann daher keine Anzugskraft vorhanden sein. Sobald aber der Läufer in Bewegung gesetzt wird und sich seine Geschwindigkeit allmählich von Full bis zu einer Geschwindigkeit nahe dem Synchronismus steigert, wird das nach rückwärts wirkende Drehmoment schwächer und schwächer, und sobald das resultirende vorwärts gerichtete Drehmoment stark genug ist die Reibungswiderstände zu überwinden, wird der Motor seine volle Geschwindigkeit zu erreichen streben, wenn nicht die Felder höherer Ordnung so gross sind, dass er mit der Hälfte oder dem Drittel seiner eigentlichen Mormalgesclrsvin-digkeit umläuft. Man muss also den Läufer durch künstliche Mittel auf eine gewisse Geschwindigkeit bringen, die der Regel nach über der Hälfte des Synchronismus liegt. Das stets hierzu verwendete Mittel besteht in der Anordnung eines beliebigen Phasentlieilers, d. h. der Ständer wird mit zwei Wickelungen versehen, einer Arbeits- und einer Anlaufwickelung, die um 90 ⁰ gegen einander versetzt sind, wie die beiden Phasen eines Zweiphasenmotors. Beim Anlassen wird die eine Wickelung unmittelbar an die Speiseleitung gelegt, die andere mit ihr unter Zwischenschaltung einer Drosselspule oder einer Capacität verbunden. Hierdurch wird in beiden Wickelungen ein Phasenunterschied erzeugt, dessen Grösse von der Art der Anlassvorrichtung und von der Anordnung der Wickelungen abhängt, und der stets wesentlich kleiner als 90 ⁰ ist. natürlich wird hierdurch ein mehr oder weniger unregelmässiges Feld erzeugt, welches auf den Läufer in genau der gleichen Weise wirkt, wie das Feld eines Zweiphasenmotors, nur nicht gleich günstig, und das den Läufer in Bewegung setzt und auf seine normale Geschwindigkeit bringt. Wie bei allen Motoren mit umlaufendem Feld wird die Anzugskraft durch Einschalten von Widerstand in den Läuferstromkreis erheblich vermehrt, da hierdurch die Phase des Läuferstromes mehr in Uebereinstimmung mit dem vorwärts umlaufenden Felde gebracht wird. Zur Ermittelung des vortheilhaftesten Wertlies des Widerstandes haben Maffiotti und Pescetto x) eine Formel aufgestellt nach Versuchen, die sie mit vielen Einphasenmotoren angestellt haben (vgl. S. 228); sie lautet: _ r = 0,4 • 2 7i n L.

1) Maffiotti und Pescetto, Circa il motore asincrono monofase del Brown. Rivista d’Artiglieria e Genio, 1897. Bd. 55.

Die Anlaufwickelung nimmt etwa ein Drittel des Ständerumfangs ein. Die Wickelungen sind stets von Eisen umgeben in Löchern oder Schlitzen eingebettet, wie bei den Mehrphasenmotoren, und immer als Trommelwickelung ausgeführt, um Streu-yerluste zu vermeiden. Jede Spule der ArbeitsWickelung wird also in der praktischen Ausführung ganz grade gewickelt, so dass ihre Form ein Rechteck darstellt, während die Spulen der Anlaufwickelung aufgebogen und über die andern weggeführt sind. Da die Anlaufwickelung nur kurze Zeit in Benutzung ist, kann die Stromdichte in ihr sehr hoch sein und dadurch die Kleinheit des verfügbaren Wickelungsraumes ausgeglichen werden.

Die Läufer der Einphasenmotoren werden in genau der gleichen Art aufgebaut wie die der Mehrphasenmotoren. Aber während bei diesen die Käfig- oder eine dieser ähnliche Form bei allen Grössen bis zu 8—10 P gleich gut ist, muss diese Form bei Einphasenmotoren schon bei Grössen von 5 P verlassen werden; und wenn die Frequenz über 60 Perioden in der Secunde hinausgeht, muss selbst bei Motoren von noch kleinerer Leistung der Läufer gewickelt werden. Dies liegt daran, dass durch die Methode der Phasen-theilung nur ein sehr unvollkommenes Drehfeld erzeugt wird, wodurch es unmöglich ist, einen Einphasenmotor beliebiger Grösse mit genügend grossem Anlaufstrom zu versehen, wenn nicht vorübergehend ein inductionsfreier Widerstand in die Läuferwickelung eingeschaltet wird.

Die Figuren 266 — 269 zeigen vier verschiedene Schaltungen für die Phasentheilung beim Anlaufen. Die erste ist nur brauchbar für kleine Motoren der Brown’sehen Art. Beim Anlaufen werden beide Wickelungen hinter einander an die Speiseleitungen gelegt, die Anlaufwickelung ist aber durch einen inductionsfreien Widerstand kurzgeschlossen. Der Strom wird daher in der einen Wickelung mehr verzögert wie in der anderen, und dieser Phasenunterschied genügt, um ein unregelmässiges Drehfeld zu erzeugen. Hat der Motor nahezu seine volle Geschwindigkeit erreicht, so werden Anlauf Wickelung und Widerstand ausgeschaltet und die Arbeitswickelung unmittelbar an die Leitung gelegt. Die in den drei übrigen Figuren dargestellten Anordnungen stammen ebenfalls von der Firma Brown, Boveri & Co. Fig. 267 unterscheidet sich von der vorhergehenden nur dadurch, dass an Stelle des inductionsfreien Widerstandes ein Condensator tritt. Die Verzögerung des Stromes in der Anlaufwickelung wirkt genau so wie im vorigen Fall und veranlasst ein rasches Anlaufen des Läufers. Diese Anordnung ist recht geeignet, Motoren bis zu 5 P zum Anlaufen zu bringen, bei grösseren ist die Schaltung nach Fig. 268 mit einem inductions-freien Widerstand im Läufer geeigneter. Der Läuferwiderstand wird eingeschaltet und der Speisestrom in die Arb eits Wickelung gelassen, zu welcher die Anlaufwickelung in Hintereinanderschaltung mit dem Condensator parallel liegt. Wenn der Läufer sich dreht, wird der Läuferwiderstand allmählich ausgeschaltet, und wenn etwa zwei Drittel der normalen Geschwindigkeit erreicht ist, die Anlauf-

Fig. 267.

Fig. 266.

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Fig. 268.

Fig. 269.

Wickelung und der Condensator abgeschaltet. In Fig. 269 ist die Anordnung dargestellt, welche Brown zum Anlassen der 70pfer-digen einphasigen Hochspannungsmotoren in Frankfurt verwendete. Die ArbeitsWickelung ist unmittelbar an die Speisespannung von 2800 Yolt gelegt, die mit der Anlaufwickelung und dem Condensator durch einen kleinen Transformator in Verbindung steht, der die Hochspannung auf einen geringeren, für den Condensator geeigneteren Werth herabsetzt. Bei etwa ²/₃ der normalen Geschwindigkeit wird die primäre Wickelung des Transformators abgeschaltet und der Läuferwiderstand kurzgeschlossen.

Die von Brown zum Anlassen der Einphasenmotoren benutzten Condensatoren waren sämmtlich Fliissigkeitscondensatoren und daher von sehr einfacher Eorm. Jeder Condensator bestand aus einer Anzahl dünner durch dünne Eiberstreifen von einander isolirter Eisenplatten, die in ein emaillirtes, mit Sodalösung gefülltes Eisen-gefäss eingetaucht waren. Es ist nothwendig jeden einzelnen Fall für sich zu behandeln, da gar nicht zu vermeidende ganz geringe Unterschiede im Luftzwischenraum und in den zur Hervorbringung der verschiedenen Spannungen und Frequenzen dienenden Wickelungen es hindern, dass die Condensatoreinrichtungen für alle Fälle genau gleich gemacht werden können.

In Fig. 270 ist ein Diagramm einer älteren Methode zum Anlassen eines Motors durch einen elektrolytischen Condensator dargestellt, der in der Figur mit K bezeichnet ist. Die dünne punktirte

Transformator.

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Fig. 270.

Linie zeigt die Verbindungen des Schalters beim Anlassen, die dickere ausgezogene die Schaltung bei voller Belastung. Wenn der Motor nicht läuft, steht der Hebel senkrecht. Die Spule a bezeichnet die gewöhnliche Arbeitswickelung und b die Hilfswickelung, welche in diesem Falle ganz ausgeschaltet wird, wenn der Motor angelassen ist. Die Figur zeigt einen einspuligen Transformator (vgl. S. 371).

Im britischen Patente 24098 vom Jahre 1892 beschreibt Brown eine Anzahl Methoden zum Anlassen einphasiger Motoren, unter anderen auch solche, welche Hilfswickelungen mit Selbstinduction und Kapacität benutzen und ferner noch einige Methoden, in welchen die Leiter des Läufers derart verbunden sind (wie durch Bürsten und Commutator), dass die in ihnen kreisenden Ströme eine Polarität hervorbringen, die zur Polarität des Ständers geneigt ist. In diesem ist der Läufer wie ein Gramme- oder Siemensanker gewickelt mit Verbindungen nach einem Commutator, wie ihn Gleichstrommaschinen

22

Thompson, Mehrphasenströme.

besitzen. Ferner sind noch zwei entgegengesetzt liegende Punkte der Wickelung an zwei Schleifringe geführt. Soll der Motor an-laufen, so wird ein Widerstand zwischen die Bürsten auf den Schleifring geschaltet, und die Bürsten auf dem Commutator werden so gestellt, dass sie einige Wickelungen des Läufers kurz schliessen, welche schräg zur Richtung des Wechselfeldes liegen, das vom Ständer hervorgebracht wird. Der starke Strom in der kurz geschlossenen Spule ruft in ihr das Bestreben hervor, sich so zu drehen, dass sie dem Wechselfelde parallel wird, und da die Bürsten in ihrer schrägen Lage ziun Wechselfelde verbleiben, wird ein gleichmässiges Drehmoment hervorgebracht. Wenn der Motor all-

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Fig. 271. Anlassschaltung für Einphasenmotoren.

mählich seine Geschwindigkeit erreicht, werden die Bürsten weiter von einander entfernt, bis sie endlich einander diametral entgegengesetzt stehen. Die Bürsten auf den Schleifringen werden dann ebenfalls kurz geschlossen. Brown beschreibt noch einige Methoden, in welchen der Wechselstrom von der Speiseleitung dem Läufer beim Anlassen durch einen Commutator zugeführt wird.

Der Phasenunterschied der Ströme in beiden Wickelungen des Ständers kann durch die Wickelungen selbst auch hervorgebracht werden, indem man ihnen ungleiche Coëfficienten der Selbstinduction gibt, oder indem man mit der einen Widerstand oder Capacität und mit der andern Inductanz in Reihe schaltet. Es kann auch irgend eine Combination dieser Methoden angewandt werden, wie auf S. 335 beschrieben ist.

Fig. 271 zeigt eine Schaltung, die yon der Oerlikon-Gesell-schaft zum Anlassen ihrer Einphasenmotoren entworfen ist. Der Hebel des Schalters ist in der Lage gezeichnet, die er einnimmt, wenn der Motor seine volle Geschwindigkeit erreicht hat. In der Anlassstellung verbinden die Schneiden des Schalters die Stücke d, e und f mit einander, und ebenso g mit h. Die Punkte Li und L., erhalten die volle Spannung des Transformators, während Ls an einen mittleren Punkt des Transformators gelegt ist, so dass zwischen Lx und Ld eine geringere Spannung als zwischen Lx und L.₂ herrscht und mehr Strom entnommen werden kann, ohne dass die Zuleitungen zu sehr beansprucht werden. Betrachten wir nun den Schalter in der Anlaufstellung, so geht der Strom von Lx nach d, von dort zum Theil durch e nach den Hauptspulen, zum anderen Theil durch /', den Widerstand und die Anlaufspulen, und sodann beide Tlieile durch die Stücke g und h nach L₃. Wenn der Motor seine Geschwindigkeit erreicht hat, wird der Schalter umgelegt, so dass a mit d und c mit b verbunden ist. Wie man sieht, sind dann beide Wickelungen in Reihe und erhalten die volle Speisespannung.

Die von Kolben in Prag benutzte Anlaufvorrichtung für Einphasenmotoren ist derjenigen der Fig. 268 ähnlich. Sie weicht nur insofern ab, als ein inductionsfreier Widerstand statt des Conden-sators benutzt wird. Die besondere Einrichtung des Widerstandes lässt ein Regeln für verschiedene Anlaufströme und auch (innerhalb gewisser kleiner Grenzen) für verschiedene Anlaufdrehmomente zu.

Die in Fig. 259 dargestellten Curven zeigen die Charakteristiken kleiner Motoren dieser Firma. Das dargestellte Diagramm bezieht sich auf einen zweipferdigen Motor, der bei 1500 Umdrehungen in der Minute und 50 Perioden in der Secunde einen llOvoltigen Lichtstromkreis betreibt. Kolbens Anlaufvorrichtung ist in Fig. 272 dargestellt.

Die General Electric Company in Shenectady benutzt²) eine Widerstandsspule, die in Reihe mit einer Drosselspule in Brücke zu den Hauptleitungen liegt. Yon dem Vereinigungspunkt beider Spulen wird durch einen dritten Draht eine Verbindung an einem passenden Punkt der Ständerwickelungen hergestellt. Der Motor läuft an wie eine unsymmetrische Dreiphasenmaschine und verbraucht zunächst durch diese dritte Verbindung nutzlos einige

Energie, läuft aber, wenn die Geschwindigkeit erreicht ist, als Einphasenmotor weiter und gibt dann an diese dritte Leitung etwas Energie wieder zurück.

Eig. 273 zeigt ein Schema der von der British Thomson-Houston Company angewandten Verbindungen und lässt die Art und Weise erkennen, wie ein gewöhnlicher Drehstrommotor von einem einfachen Wechselstrom gespeist und angelassen werden kann. Zwei Klemmen des Motors werden direkt mit den Hauptzuleitungen verbunden. Die dritte Klemme ist mit der einen oder anderen Hauptleitung durch einen einspuligen Transformator verbunden,

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Fig. 272.

dessen Hochspannungsklemmen an einen trockenen Condensator geführt sind. Bei einem neuerlichen Versuch mit dieser Methode fand man es vortheilhaft, den Transformator und den Condensator immer im Kreise zu belassen, da der grössere Leistungsfactor und Wirkungsgrad, wenn der Motor unter diesen Bedingungen leicht belastet lief, den geringen Verlust im Tranformator reichlich aufwog.

Einen Wechselstrommotor mit Hilfsphase der Firma Siemens & Halske zeigt Fig. 274. Der feststehende Theil hat eine Arbeitsund eine Hilfswickelung, beide sind als Einphasenwickelungen ausgeführt, doch räumlich nach Art der Zweiphasenmotoren angeordnet. Die Hilfsphase wird durch eine mit einer Inductionsspule versehene Abzweigung von den Hauptleitungen erzeugt. Von den 4 Klemmen

des Ständers sind 2 mit der Arbeitswickelung und 2 mit der Hilfs-Wickelung verbunden. Letztere wird nur beim Anlassen zur Herstellung eines Drehfeldes benutzt. Der Läufer (Fig. 275) ist mit normaler Drehstromwickelung versehen, welche durch 3 Schleifringe mit den 3 Anlasswiderständen verbunden ist. Das Ausschalten der Hilfsspule wird durch den Anlasser bewirkt.

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Fig. 273.

Yon Zeit zu Zeit hat man auch den Versuch gemacht, Einphasenmotoren herzustellen, die ohne Condensator oder besondere Anlassvorrichtungen unter Belastung anlaufen. Hey land hat einen sehr erfolgreichen Motor dieser Art ersonnen, dessen Princip aus Fig. 276 zu ersehen ist. Die Hauptwickelung ist in den kleineren Löchern untergebracht, die Selbstinduction ist soweit wie möglich verringert, indem besondere Zähne, die über eine beträchtliche Länge des Umfangs vertheilt sind, vorgesehen sind. In diesen Zähnen ist je eine grössere Nut von quadratischem Querschnitt ß vorgesehen, in welchen die kurz geschlossene Anlaufwickelung untergebracht ist. Sie besteht nur aus wenigen Windungen, trotzdem tritt hier die grössere Phasenverschiebung auf, weil die magnetische Yerkettung dieser Wickelung mit den Windungen des Kurzschlussankers bei ihrer Anordnung in nur einer einzigen Nute unvollkommen ist und deshalb grosse magnetische Streuung verursacht. In diesen geschlossenen Windungen werden Ströme inducirt, welche sehr bedeutend in der Phase Zurückbleiben und ein ebenso kräftiges Querfeld hervorbringen, wie es eine zweite Phasenwickelung thun würde. Das Anlaufdrehmoment ist selbst grösser als der maximalen Leistungsfähigkeit im Betriebe überhaupt entspricht und der Stromverbrauch hierbei nur 1,7 mal der Stromstärke bei voller Belastung. Eine weitere Beschrei-

bung dieses Motors ist in der unten angegebenen Veröffentlichung zu finden.³)

Eine sehr einfache Methode, Einphasenmotoren anzulassen, wird von Arno⁴) verwendet. Der Motor ist nur mit einem einzigen Satz von Wickelungen versehen und keine Phasentheilung vorgesehen. In den Stromkreis des Läufers wird während des Anlaufens ein Widerstand eingeschaltet, der gross genug ist, dass die Stromstärke beim Anlaufen nicht über das doppelte Maass der

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Fig. 274. Drehstrommotor mit Hilfsphase und Schloifriugen von Siemens & Halske.

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Stromstärke bei voller Belastung hinausgeht.

Läufer von Hand eine kleine Anfangsgeschwindigkeit gegeben, so läuft er in der Richtung, in welcher er bewegt ist, vorwärts, wobei sich seine Zugkraft in dem Maasse vermehrt, als die Geschwindigkeit steigt. Der eingeschaltete Widerstand wird allmählich in dem Maasse ausgeschaltet, wie der Motor seine Geschwindigkeit vermehrt.

Bemerkenswerth sind noch die Einphasenmotoren einer englischen Firma, der Langdon-Davies Motor Company. Langdon-Davies hat sehr eingehende Versuche angestellt über die Verthei-lung des magnetischen Feldes hei Motoren, die in verschiedener

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Fig. 275. Anker des Drehstrommotors Fig. 274.

Weise mit Spulen gewickelt waren und mit Strömen von verschiedenen Phasen gespeist wurden, um die beste Wickelungsmethode ausfindig zu machen, durch die ein grosses Anlaufdrehmoment, ein

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Fig. 2<6. Ständer des selbstanlaufenden Heylandmotors.

gleichförmiges Feld und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Auf Grund seiner Versuche hat er einen äusserst wirksamen selbstanlaufenden Motor auf den Markt gebracht, der jetzt in grossem Umfange in Einphasenstromkreisen Verwendung findet. Eine Veröffent-

lichung über diese Motoren findet man in der Zeitschrift „Electrician“ vom 19. Juni 1896 und ebenso im „Engineering“ von demselben Datum. Es sind indessen in neuerer Zeit noch Verbesserungen an diesem Motor angebracht, welche sich auf besondere Methoden der Wickelung des Läufers beziehen, wodurch das Anlaufdrehmoment noch weiter vermehrt wird. Einige Angaben über diese wie auch über ähnliche Motoren von der Wagner Electric Company und andere einphasige Inductionsmotoren findet man in des Verfassers Buch: „Dynamoelektrische Maschinen“.

.    Geblätterte Reihenmotoren.

Ausgehend von der Thatsache, dass die Drehrichtung irgend eines unmittelbar eingeschalteten Motors unabhängig ist von der Richtung des in ihn hineingesandten Stromes, wurden schon früh Versuche gemacht, diese Motoren für den Betrieb mit Wechselströmen geeignet zu machen, indem man die Feldmagnete blätterte. Die hauptsächlichsten Schwierigkeiten bot diese Art von Motoren insofern, als erstens ein grosser Anlaufstrom und sehr kleiner Leistungsfactor damit verbunden waren, herrührend von der Art der Wickelungen, und von dem grossen Luftzwischenraum, der wegen der Ankerreaktion nöthig ist, und der sehr beträchtlichen magnetischen Streuung, und zweitens eine starke Funkenbildung stattfindet, welche hier besonders beim Anlauf und bei Ueber-lastungen eintritt und welche davon herrührt, dass, da jede Ankerspule abwechselnd durch eine Bürste kurzgeschlossen wird, in ihr sehr bedeutende Ströme inducirt werden, welche auf die Magnete zurückwirken und starke Erhitzung und Funkenbildung verursachen. Zu diesen Mängeln kommt noch, dass in dieser Weise construirte Nebenschlussmotoren, abgesehen von Ausführungen für kleine Leistung, wegen ihres übermässig grossen Gewichts sehr unpraktisch sind. Dies rührt hauptsächlich von dem grossen Phasenunterschied zwischen Feld und Ankerströmen her, welcher veranlasst, dass die grösste magnetische Wirkung beider zu verschiedenen Zeitpunkten eintritt, wodurch die Zugkraft bedeutend vermindert wird.

Es sind viele Versuche gemacht worden, den Reihenmotor mit geblätterten Feldmagneten zu verbessern, aber es hat sich herausgestellt, dass diese Art Motoren praktisch nicht über 5 Pferd stark und über 50 Perioden in der Secunde gebaut werden können. Um den scheinbaren Widerstand der Windungen zu vermindern, werden Condensatoren eingeschaltet oder es sind kurzgeschlossene, ent-magnetisirende Spulen in die Polstücke eingelassen (Stanley und Kelly). Um die Funkenbildung zu verringern, sind Anker mit doppelter Wickelung benutzt worden, die so angeordnet waren, dass niemals eine Spule durch eine Bürste vollständig kurzgeschlossen wurde, sondern dass die letztere bloss den Widerstand des Ankers während der Drehung vermindert in dem Maasse, als eine Spule oder zwei parallel geschaltete von ihr berührt werden (Hutin und Leblanc). Am meisten haben sich die Motoren mit geblätterten Motoren von Ganz eingeführt, der sie bis zu 5 P baute. Sie liefen durchaus funkenfrei und verhielten sich, was Zugkraft und Geschwindigkeit anbelangt, genau wie Gleichstrommotoren mit Reihenwickelung. Sie haben in beträchtlichem Maasse auf dem Continent Anwendung gefunden für Pumpen, Ventilatoren, Aufzüge und ähnliche Betriebe, wo es auf gleichmässige Geschwindigkeit nicht so sehr ankommt, dagegen grosse Zugkraft beim Anlaufen und beim Betriebe von der grössten Bedeutung sind. Der Wirkungsgrad eines dreipferdigen Motors dieser Art bei voller Belastung ist ungefähr 77 vom Hundert. Für grössere Leistungen als 5 P baut diese Firma ihre Einphasenmotoren nur nach der unten beschriebenen Inductionstype.

Repulsionsmotoren.

Lassen wir durch ein Solenoid (Fig. 277) mit einem Bündel Eisendraht als Kern einen Wechselstrom gehen, so wird ein einfaches Wechselfeld erzeugt. Hängen wir in diesem Felde einen kupfernen Ring auf, wie es die Figur zeigt, so sehen wir⁵), dass

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Fig. 277. Solenoid mit Kupferring.

Fig. 278. Kupferring im Wechselfeld.

der Ring bestrebt ist, sich zu drehen, bis seine Ebene parallel zu den Kraftlinien steht, so dass er keine magnetischen Kraftlinien mehr einschliesst. Kur wenn der Ring in einer schrägen Lage aufgehängt wird, ist er bestrebt, sich zu drehen. Wenn er mit seiner Ebene genau im rechten Winkel zu den Kraftlinien steht, so bleibt

er stehen; aber die kleinste Verschiebung nach links oder rechts verursacht eine weitere Drehung, bis er parallel zu den Kraftlinien steht. Ist ß der Winkel zwischen der Ebene der Spule und der Richtung des magnetischen Feldes (Fig. 278), so ist die elektromotorische Kraft, und also auch der Strom, der durch die Aenderung in der Feldstärke im Ring erzeugt wird, proportional mit sin ß. Nun ist das Drehmoment, welches auf die Spule wirkt, proportional ihrem Strom, der Feldstärke und dem Cosinus von ß. Demnach ist es proportional dem Product sinß cos/?. Das Bestreben, sich zu diehen, ist = 0 sowohl hei 0 Grad und bei 90 Grad; im ersteren Falle, weil kein Strom da ist, im zweiten, weil er keinen Hebelarm hat. Sein grösster Werth entspricht dem Winkel ß = 45 Grad.

Auch in dieser Lage würden wir keine Drehung erhalten, wenn nicht die Ströme der Spule und des Ringes in der Phase gegen einander verschoben wären ; denn die inducirte elektromotorische Kraft steht in Quadratur mit dem Felde. Wenn das Feld seinen höchsten Werth erlangt, so ist keine elektromotorische Kraft vorhanden, und wenn die elektromotorische Kraft ihren höchsten Werth besitzt, so ist kein Feld da. Aber wenn der Ring Selbstinduction besitzt, welche den Strom verzögert, so wird ein Drehmoment entstehen, welches ß zu verkleinern strebt. Die grösste Zugkraft erhält man, wenn die Selbstinduction und der Widerstand des Ringes gegenüber der Wechselgeschwindigkeit des Stromes so abgeglichen sind, dass 27tnL = r ist, oder wenn die Verzögerung des Stromes im Ringe 45 Grad beträgt.

Diese Erscheinung lässt sich dadurch erklären, dass man sagt, der im Ringe inducirte Strom erzeuge ein Querfeld, welches gegen das vom primären Wechselstrom herrührende, ursprüngliche Feld einen Phasenunterschied und eine Drehung besitzt, und deshalb ein Drehfeld erzeugt; da dieses nun seinerseits auf den Leiter wirkt, so entsteht ein Drehmoment.

Ein genauerer Weg, die Vorgänge darzustellen, ist der folgende *) : Wir nehmen an, der Ring schliesse mit der Richtung des vom Solenoid erzeugten ursprünglichen Feldes den Winkel ß ein. Das den Ring thatsächlich durchsetzende Kraftlinienbündel ist die Resul-

1) Eine vollständige analytische Behandlung des Gegenstandes findet man bei G. T. Walker, Repulsion and Rotation produced by Alternating Electric Cur-rents, Phil. Trans. Royal Society. 1892. A. S. 279. Ygl. auch J. A. Fleming, Electromagnetic repulsion, Proc. Royal Institution. Bd. 13, S. 296 (6. März 1891) und Journal of the Society of Arts. 14. Mai 1890.

tirencle aus (1) der Componente des ursprünglichen Feldes, die zur Ebene des Ringes senkrecht steht, und (2) dem Querfeld, das die Ströme im Ring erzeugen. Das resultirende Feld gehorcht dem Sinusgesetz und kann durch die Curve RR (Fig. 279) dargestellt werden. Der Strom im Ring steht zu diesem der Phase nach im rechten

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Fi-, 279.

Winkel und kann durch die punktirte Curve II angegeben werden, wobei der positive Sinn in der Richtung der Pfeile der Füg. 278 genommen wird. Das Querfeld lässt sich dann darstellen durch die Curve 11, und die zur Ringebene normale Componente des ursprünglichen Feldes wird von der Wellenlinie UU beschrieben, welche durch Subtraction der Curve 11 von denen der Curve RR erhalten wird. Man sieht, dass das ursprüngliche Feld, welches natürlich seiner normalen

Componente proportional ist, zu einem Theil mit dem Strom nahezu gleiche Phase hat, so dass ihr Product im Ganzen positiv ist; wendet man Fleming’s Regel auf Fig. 278 an, so sieht man, dass die Zugkraft solche Richtung hat, dass sie ß zu verkleinern bestrebt ist.

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El ihn Thomson’s Motor. Während seiner Untersuchung über die Wirkungen der Wechselströme⁶) beobachtete Elihu Thomson (1886-—1887), dass ein kupferner Ring, der in ein magnetisches Wechselfeld gebracht wird, entweder das Bestreben zeigt, aus dem Felde zu gelangen, oder sich in gleiche Richtung mit den magnetischen Linien zu stellen. Es folgt hieraus, dass ein gewöhnlicher (z. B. ein Trommel-)

Fig. 280.

Elihu Thomson’s Motor.

Anker, der in ein Wechselfeld gebracht wird, und dessen Bürsten im Sinne der Voreilung in eine schräge Stellung gebracht und kurz geschlossen werden, sich drehen und eine bedeutende Kraft äussern wird. Einmal in Drehung versetzt, wird der Anker darin verbleiben, selbst wenn die Bürsten getrennt oder weggenommen werden, vorausgesetzt, dass die Wickelung in sich

kurzgeschlossen ist. Indem er diese Anordnung weiter verfolgte, haute er Motoren (Fig. 280), bei denen Bürsten und Commutatoren nur zum Zwecke des Anlaufens benutzt und abgeschaltet wurden, wenn der Motor seine Geschwindigkeit erreicht hatte, wobei dann der Anker vollständig in sich kurzgeschlossen und vom übrigen Stromkreise abgetrennt war. Die Maschine arbeitete dann als reiner einphasiger Inductionsmotor. Ein Motor dieser Bauart war in Paris 1889 ausgestellt. 1892 wurde Elihu Thomson ein Wechselstrommotor für einphasigen Strom patentirt, in dem die drehende Wirkung durch Condensatoren zu Stande gebracht wurde, die im Nebenschluss zu den Spulen auf entgegengesetzten Magnetpolen geschaltet waren.

Motoren mit abgedeckten Polen. Durch eine weitere Untersuchung wies Elihu Thomson nach, dass, wenn die Hälfte des

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Fig. 281. Fächermotor mit abgedeckten Polen.

Pôles eines Wechselstrommagnetes von einem Kupferblatt abgedeckt oder umgeben ist, in welchem Wirbelströme kreisen können, die Polarität dieses Theiles des Feldes in der Phase verzögert wird, und dass ein in der Nähe befindlicher Leiter das Bestreben erhält, sich von dem nicht abgedeckten Theile nach dem abgedeckten hin zu bewegen. Eine geeignete Einrichtung für kleine Motoren, wie sie zum Betriebe von Fächern oder für andere leichte Arbeit Verwendung finden, ist in Fig. 281 dargestellt. Eine Nut wird in die geblätterten Polkerne eingeschnitten und die Hälfte des Pôles mit einem kräftigen Kupferband umgeben, das als Abdeckungsspule dient. In diesen Spulen werden Wirbelströme inducirt, welche fast genau um 90 Grad hinter der Phase des resultirenden Magnetfeldes, das sie durchdringt, Zurückbleiben. Augenscheinlich muss daher dies resultirende Feld selbst hinter dem inducirten Felde Zurückbleiben. Das letztere wird in zwei offenbar in Quadratur befindliche Componenten zerlegt, nämlich in das resultirende Feld und in das von der Gegenwirkung dieser Ströme herrührende Querfeld.

Es besteht also die Wirkung dieser Schutzspulen darin, dass sie um etwa 30 Grad oder mehr die Phase des Feldes verzögern. Die Wirkung ist demnach so, als wie wenn der Pol von dem ungeschützten zu dem geschützten Theile in regelmässiger Folge bei jedem Wechsel hingedrängt würde; der Läufer, der von einfacher Käfigform ist, wird daher fortwährend in Drehung gehalten.

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Fig. 282. Ferranti und Wright’s Motor.

Ferranti und Wright’s Motor. Wenn das eine Ende eines zertheilten Eisenstabes in eine mit Wechselstrom gespeiste Magne-tisirungsrolle gesteckt wird, so erfährt der Stab eine wechselnde Magnetisirung. Wenn aber der Stab an einem Punkte in einiger Entfernung von der Spule von einem dicken Kupferring oder einer kupfernen Fassung umgeben wird, so wirken die in letzterem erzeugten Wirbelströme, welche andere Phase als der primäre Strom haben, in ihrer nächsten Umgebung auf die wechselnde Magnetisirung und verzögern die Phase der magnetischen Polarität an allen Punkten jenseits des Ringes. Wenn also zwei oder drei solcher geschlossenen Ringe oder Bänder aus Kupfer den Eisenkern an verschiedenen Punkten umgeben, so wird die Wirkung dieselbe sein, als wenn die Pole längs des Eisens mit einer begrenzten Geschwindigkeit wandern, als wenn auf einen Kordpol ein Südpol und wieder ein Kordpol folgte, jeder nach dem Ende wanderte und dort verschwände. Auf dieser Erscheinung ist der Ferranti-Wright’sche Motor gegründet; er wird benutzt in Ferranti’s Wechselstromzählern. Eine drehbar gelagerte eiserne Scheibe befindet sich zwischen zwei gebogenen Polschuhen aus zertheiltem Eisen, von denen jeder von Yerzöge-rungsringen aus Kupfer umgeben ist, wie Fig. 282 zeigt.

Shallenberger’s Motor. Dieser Motor, der gleichfalls in einem Wechselstromzähler verwendet wird, versetzt eine eiserne Scheibe in Drehung durch eine sehr hübsche Methode, einen Wechselstrom unter Phasenverschiebung zu theilen.

Die Scheibe wird zwischen zwei Spulen mit rechteckiger Oeff-nung gebracht, innerhalb deren sich eine geschlossene Spule befindet, die gleichfalls über und unter der Scheibe herumgreift; diese geschlossene Spule besteht aus gestanzten kupfernen Spangen und wird unter etwa 45 Grad schräg gegen die Hauptspulen gesetzt, von denen sie inducirte Ströme empfängt. Läge sie parallel zur

Hauptspule, so würde sie stärkere inducirte Ströme erhalten, aber keine drehende Wirkung hervorbringen ; läge sie senkrecht zur Hauptspule, so würden keine Ströme in ihr inducirt werden und sie würde demnach auch keine drehende Wirkung haben. Da ihre Ströme ein wenig hinter der vollständig entgegengesetzten Phase verzögert sind, so gibt ihre schräge Stellung eine Componente zu dem Felde, welche Drehung hervorruft; das resultirende Drehfeld ist aber in Wirklichkeit ein elliptisches (vgl. S. 312).

Bei einer neueren Form dieser Zähler besteht der Motor aus einer Kupferscheibe, die zwischen Spulen liegt, die versetzt gegen einander sind und von Strömen verschiedener Phase gespeist werden {vgl. Patentbeschreibung).

Atkinson’s Motoren. Llewellyn B. Atkinson (von der Firma Doolden & Co.) erfand 1888⁷) einige Wechselstrommotoren, deren Eigenthümlichkeit in zwei Läufern (oder Ankern) bestand, wrelche neben einander auf der Achse befestigt waren ; ihre geschlossenen Wickelungen waren unter einander über Kreuz verbunden, während die beiden feststehenden Feldmagnete von einander getrennt mit Windungen versehen waren, durch die der Wechselstrom geleitet wurde.

Die beiden Anker dienten abwechselnd als Transformatoren, wreiche Ströme in die Windungen des Nachbarankers sendeten und auf diese Weise eine Drehung erzeugten, ohne dass ein Drehfeld vorhanden war. Später hat Atkinson diese und einige andere Formen in einem Yortrag⁸) vor der Institution of Civil Engineers beschrieben.

T. Duncan’s Motor. Dies ist eine zwischen Sliallenberger’s und Ferranti’s Motor liegende Form, indem die schräge Spule des ersteren durch einen schrägen Eisenkern ersetzt wird, dessen Enden mit drosselnden Kupferringen umgeben sind. Er lässt sich in dreiphasigen Stromkreisen verwenden und ist zum Gebrauche in Elektricitätsmessem bestimmt.

Kapitel XIV.

Mehrphasige Transformatoren.

Die Gesetze, nach denen mehrphasige Ströme in solche höherer oder niederer Spannung umgewandelt werden, unterscheiden sich wenig von denen, die für einphasige Ströme gelten. Die Regel,

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Fig. 284.

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Fig. 283.

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Fig. 284.

wonach das Verhältniss Et/E₂ zwischen den elektromotorischen Kräften im primären und secundären Kreise gleich dem Verhältniss der Windungszahlen NtfN₂ ist, lässt sich natürlich auf jeden Fall anwenden, wo Spulen auf denselben magnetischen Kreis aufgewickelt

sind, und die Kegeln über die Verluste im Kupfer und Eisen gelten ebenso für mehr- wie für einphasige Ströme. Thatsächlich liesse sich (und es geschieht auch sehr oft) die Umwandlung mehrphasiger Ströme gänzlich mit gewöhnlichen einphasigen Transformatoren ausführen; es wäre nur nöthig, in jeden der mehrphasigen Stromkreise einen Transformator zur Erhöhung oder Erniedrigung der Spannung bis zum gewünschten Betrage einzuschalten. Eine derartige Anord-

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nung mit drei getrennten Transformatoren (in Sternschaltung) wird jetzt sehr oft angewendet. Es ist indessen häufig bequemer, einen einzigen Transformator für alle Kreise zu benutzen, und zugleich wird hierdurch eine Ersparniss an Material erzielt. Wie beim dreiphasigen Betriebe drei von den sechs zu Anfang gebrauchten Drähten weggelassen werden können und eine Ersparniss an Kupfer erzielt wird, indem man die drei Drähte in einem Punkte verbindet, so wird beim Transformator dadurch eine entsprechende Ersparniss an Eisen erzielt, dass die Kerne, um die die verschiedenen Stromkreise

herumführen, an jedem Ende eine gemeinsame Verbindung haben. Fig. 283 zeigt schematisch einen Transformator, in dem die Kerne ABC in dieser Weise an jedem Ende mit einer gemeinsamen Verbindung versehen sind. Um die Kerne in geeigneter Weise zer-theilen zu können, ist es üblich, sie aus gestanzten Eisenblechen der in Fig. 284 und 285 gezeichneten Form aufzubauen. Wenn die Spulen um A, B und C gewickelt werden, so werden die Kraftlinien in diesen Kernen einer Formel folgen, die derjenigen der erzeugenden Ströme ähnlich ist; d. h. es wird ein dreiphasiges Kraftlinienbündel entstehen, dessen drei Zweige einen Phasenunterschied von 120 Grad auf weisen.

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Fig. 288/89. Transformator im Gehäuse, von Siemens & Halske.

Man sieht, dass die Theile TV D“ und D“‘ in Fig. 285 eine Netzschaltung für die Wege A, B und C bilden; es wird also ein Unterschied von 120 Grad in den Phasen der Kraftlinien eines jeden von ihnen sein; und allgemein kann man sagen, dass Fig. 55 (S. 54), welche die Beziehungen der Grösse und der Phase der Ströme in einem Netzstromkreise darstellt, sich auch anwenden lässt auf die Kraftlinienbündel in den verschiedenen Theilen des Kernes, den Fig. 285 zeigt, wo 4, B und C die Stelle der Leitungen und D\ D“ und D“‘ die Verbindungsmaschen einnehmen. Wir können IP, I)“ und D“‘ als Kerne des Transformators statt A, B und C nehmen, oder wir können beide Sätze oder nur einen mit primären oder secundären Spulen bewickeln, diese Spulen können in Stern-oder Netzschaltung vereinigt werden, und so ist eine grosse Zahl verschiedener Zusammenstellungen möglich.

23

Thompson, Mehrphasenströme.

Die wirklich im Dreiphasensystem gebrauchten Transformatoren bestehen gewöhnlich aus drei senkrechten Säulen von zertheiltem Eisen, deren Enden durch gemeinsame Jochstücke verbunden sind; die primären und secundären Spulen sind in der üblichen Art auf die senkrechten Theile des Kernes aufgewickelt. Die Transformatoren, welche 1891 für die berühmte Kraftübertragung von Lauffen

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Fig. 290. Kerntiansformator von Schuckert.

nach Frankfurt benutzt wurden, und die noch jetzt der Stromversorgung von Heilbronn dienen, sind auf S. 386 des Amtlichen Berichtes abgebildet, auf den später im Kap. XX Bezug genommen wird. Sie waren bestimmt, von 15000 auf 100 Volt oder umgekehrt zu transformiren, erlaubten aber verschiedene Schaltungen. Die Anordnung der Stromkreise wird in Kap. XX gezeigt. Die gemeinsame Verbindung der Hochspanmmgs- und der Xiederspannungs-spule war in jedem Falle an Erde gelegt.

Einige neuere Formen von Dreiphasen-Transformatoren sind in den Fig. 286—293 dargestellt.

Fig. 286 und 287 ist ein Transformator liegender Bauart der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin. Derselbe ist für eine Leistung von 100 KW bei 50 Perioden in der Secunde gebaut. Die Wickelungen sind auf einzelnen Spulen in cylindrischer Form hergestellt und werden sorgfältig von einander isolirt auf die langen Kerne geschoben; erst dann werden die mit bearbeiteten

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Fig. 291. Manteltransformator von Schuckert.

Flächen versehenen Jochstücke eingesetzt und dadurch der magnetische Kreis geschlossen.

Die Fig. 288 und 289 zeigen im Aufriss und Grundriss theil-weise geschnitten einen Drehstrom-Transformator von Siemens & Halske in Berlin, der für eine Aufstellung im Freien bestimmt und daher in ein verschliessbares Gehäuse eingesetzt ist. Er ist für eine Leistung von 20 KW bei 50 Perioden in der Secunde bestimmt.

Fig. 290 zeigt einen Kerntransformator der Elektricitäts-Aktiengesellschaft vorm. Schuckert & Co. für mittlere Leistung. Für kleinere und für ganz grosse Leistungen bevorzugt diese Firma

28*

die] Mantelform, und zwar werden die grösseren Transformatoren normal als Oeltransformatoren gebaut. In besonderen Fällen werden diese grösseren Transformatoren mit Wasserkühlung versehen. Die Fig. 291 zeigt einen solchen Manteltransformator in Ansicht, Fig. 292 in zerlegtem Zustande. In dieser letzteren Figur ist die Anordnung der Wickelung ersichtlich. Die Kammer im oberen Theile dient zur Aufnahme der Verbindungen der einzelnen Spulen.

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Fig. 292. Manteltransformator von Schuck ort, zerlegt.

Fig. 293 zeigt einen Drehstrom-Transformator der Elektrici-täts-Aktiengesellschaft vorm. Lahmeyer & Co. in Frankfurt a. M. Die drei Kerne haben einen nahezu kreisförmigen Querschnitt, sie sind ans dünnen Eisenblechen mit isolirenden Zwischenlagen aufgebaut und werden in senkrechter Anordnung zwischen zwei horizontal liegenden Platten von gleicher Zusammensetzung eingepresst. Die Kerne sind von je einer primären und secundären Wickelung umgeben.

Die Mederspannungswickelung besteht bei den Transformatoren für hohe Stromstärke aus einer Flachkupferspirale, welche auf eine starke Hülse aus einem Glimmerpräparat gewickelt ist. Ueber die Niederspannungswindungen ist wiederum ein Hohlcylinder aus einem vorzüglich isolirenden Glimmerpräparat geschoben, wodurch die Hoch-

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Fig. 293. Transformator von Lahmeyer.

spannungsspulen von den Mederspannungswindungen getrennt sind und ein Ueberschlagen des Hochspannnngs - zum Mederspannungs-Stromkreise ausgeschlossen ist. Die Hochspannungswindungen sind auf mehrere hinter einander geschaltete Spulen aufgewickelt, deren jede für sich abnehmbar ist. Die Anzahl der Spulen ist derart gewählt, dass an den Enden jeder Spule eine Spannung von nicht

mehr als 300 — 400 Yolt herrscht, also ein Durchschlagen der Spule in sich kaum Vorkommen kann. Die Spulen sind von einander gut isolirt, wodurch eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ermöglicht es, den Transformator ohne Schwierigkeit auseinander zu nehmen, wodurch etwaige Beparaturen wesentlich erleichtert werden ; sie bietet ferner bei geringstem Raumbedarf und hohem Wirkungsgrad die grösste Betriebssicherheit bis zu den höchsten technisch verwendbaren Spannungen.

Die Transformatoren werden im Allgemeinen für 100 Polwechsel in der Secunde gebaut und sind derart berechnet, dass nur geringe Verluste durch die Magnetisirungsarbeit entstehen.

Die unten angegebene Leistung wird nur bei inductionsfreier Belastung erreicht. Ebenso gilt der Wirkungsgrad nur für volle inductionsfreie Belastung; setzt sich diese aus inductiver und inductionsfreier zusammen, so erleidet der Wirkungsgrad eine geringe Abnahme, welche mit dem Antheile der inductiven Belastung grösser wird.

Bei rein inductionsfreiem Betriebe stellen sich die Wirkungsgrade der Transformatoren bei voller Belastung

für 1—2 KW zwischen 91 und 92 °/₀

während sie beim Betriebe asynchroner Motoren für 1 — 2 KW

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sinken.

Für zweiphasige Stromumformung können zwei besondere Transformatoren verwendet werden, einer in jedem Stromkreise. Aber wie in den Stromkreisen Kupfer gespart wird, indem man sie so zusammenlegt, dass drei Drähte statt vier genügen (wovon einer als gemeinsame Rückleitung für die beiden anderen etwas grösseren Querschnitt hat), so wird auch Material gespart, indem man die beiden eisernen Kreise vereinigt, so dass sie einen Theil gemeinsam haben. Die richtige Anordnung und Schaltung der Spulen zeigt schematisch Fig. 294.

Der geeignete Querschnitt für den gemeinsamen Theil des Eisens ist y 2 mal so gross wie derjenige der getrennten Theile, wenn

dieselbe höchste Kraftliniendichte im Eisen erreicht werden soll; bei dreiphasiger Anordnung würde der Querschnitt V| — 1,23 mal so gross sein müssen.    _

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Fig-. 294.

In solchen Fällen, wo in — einem zweiphasigen Stromer- M zeuger die Netzschaltung verwendet wird, kann man keine gemeinsame Rückleitung benutzen; für jeden der beiden Stromkreise müssen zwei Leitungen hergestellt werden. Aber wenn an beiden Enden der Leitung Transformatoren eingeschaltet werden, so braucht man nur drei Drähte. Diese Anordnung, welche Fig. 295 darstellt, ist von Schlickert & Co. 1891 in Frankfurt bei einer Kraftübertragungsanlage ausgeführt worden.

Neuere Erfahrungen scheinen indessen darauf hinzuweisen, dass man am besten beide Phasen völlig von einander getrennt hält und für jede Phase einen besonderen Transformator verwendet,

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Fig. 295. Zweiphasen - Uebertragung mit drei Drähten.

da sonst die Spannungsregelung Schwierigkeiten bietet. Nur wenn die Stromstärke sehr klein ist, wenn also z. B. ein einzelner Motor seine eigenen Transformatoren erhält und die Länge der secundären Leitung bedeutend ist, können die Rückleitungen mit einander vereinigt und dem Motor der Strom durch drei Drähte zugeführt werden.

Phasentransformation.

Bisher hat es sich um die Umwandlung der Spannung eines gegebenen Systems von Strömen gehandelt. Aber wir haben noch einen anderen Gegenstand zu behandeln, nämlich die zweiphasigen Ströme in dreiphasige und umgekehrt zu verwandeln.

Wie einfach diese Aufgabe zu lösen ist, werden wir leicht verstehen, wenn wir die oben begonnenen Gedanken weiter führen.

Es gibt mehrere Methoden, durch die man das gewünschte Resultat erhalten kann.

1. Methode von S. P. Thompson. Wenn ein Transformator der in Pig. 285 ahgebildeten Art in Thätigkeit ist, so besitzt sein magnetisches Feld die Natur eines Drehfeldes. Der Kern hat die Gestalt eines Rades mit drei Speichen. Wenn wir die Zahl der Speichen vermehren, wie Fig. 296 zeigt, so erhalten wir ein gleich-massiges sich drehendes magnetisches Feld.

Fig. 296. Phasentransformator in Sternform.

Wir können so viel Speichen haben, als wir mit primären Spulen bewickeln wollen und wir können den Radreifen in so viele Theile zerlegen, als wir secundäre Spulen aufbringen wollen, und so können wir von einem Stromsystem mit irgend einer Zahl verschiedener Phasen auf ein anderes System mit einer anderen Phasenzahl übergehen, vorausgesetzt, dass wir mit mehr als einer Phase anfangen, damit wir ein Drehfeld und nicht nur ein Wechselfeld erhalten.

Denselben Erfolg können wir auch erzielen, indem wir den Radreifen in eine bestimmte Zahl Theile zerlegen, die mit primären Spulen, und eine andere Zahl Theile, die mit secundären Spulen bewickelt werden. Statt der Speichen enthält in solchem Falle der Innenraum eine grosse Eisenmasse, die nur für die Windungen den erforderlichen Raum lässt. Es ist nicht einmal nöthig, primäre und secundäre Spulen zu verwenden; wenn auf dem Radreifen sich eine geschlossene Wickelung, wie die eines Gramme’ sehen Ringes befindet, und Drähte des einen Stromsystemes in gleichen Abständen rings um diese Wickelung angelegt werden, so kann man ein Stromsystem von einer anderen Phasenzahl abnehmen, indem man nur die entsprechende Zahl Drähte in der gleichen Weise an die Wickelung legt. Nach dieser Methode wurde zuerst vom Verfasser die Umwandlung vom dreiphasigen auf zweiphasigen Strom in einem vor der Royal Institution am 23. Februar 1894 gehaltenen Vortrage über die Umwandlung elektrischer Ströme gezeigt. Bei jener Gelegenheit wurde ein Ringtransformator (Fig. 297) mit zwölf zu einem geschlossenen Kreise in Reihe geschalteten Spulen mit einer dreiphasigen Speiseleitung an drei gleichweit von einander entfernten Punkten P, Q und R verbunden. Ein Wechselstrom konnte von den beiden Enden jedes beliebigen Durchmessers abgenommen werden, z. B. von AA, während zur gleichen Zeit ein anderer, an Spannung gleicher Wechselstrom an den Enden eines zweiten, zum ersten senkrechten Durchmesser BB weggeleitet wurde. Da hier die zweiphasigen Spulen 180 Grad überspannen, die dreiphasigen nur 120 Grad, so stehen die Spannungen im Yerhältniss 1:0,75; sie sind (wenn die Yertheilung der Kraftlinien um den Rand einer Sinusformel folgt) proportional mit 1 — cos ß, worin ß die Winkelbreite bedeutet.

Durch einen derartigen Apparat kann jede beliebige Phasentransformation ausgeführt werden. Der magnetische Kreis wird be-

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Fig. 297. Phasen transformation nach S. P. Thompson.

deutend verbessert, wenn man dem Ring ein eisernes, gehörig zer-theiltes Mittelstück einsetzt, das entweder umläuft oder feststeht.⁹)

Wenn ein zweiphasiger Motor mit einem dreiphasigen Läufer versehen ist, der zur Einschaltung von Widerständen beim Anlaufen mit Schleifringen ausgerüstet ist, so bietet eine solche Anordnung ein praktisches Beispiel für die Umwandlung von Zweiphasenstrom in Drehstrom. Ein solcher Apparat kann als Stromumwandler dienen, und an den Schleifringen dreiphasige Ströme abgeben.

2. Methode von Scott. Wenige Tage später, am 1. März 1894, schlug C. F. Scott, Elektriker der Westinghouse Company, auf der amerikanischen National Electric Light Association zu Washington eine andere Lösung für dieselbe Aufgabe vor, wobei zwei Transformatoren gebraucht wurden. Die Anordnung, welche nöthig ist, um vom Zweiphasen- auf Dreiphasenstrom überzugehen, wird, wie folgt, beschrieben: Die primären Spulen zweier Transformatoren werden mit einem Stromerzeuger verbunden, der Zweiphasenstrom gibt. Die elektromotorischen Kräfte haben demnach 90 Grad Phasenunterschied. Eine secundäre Spule bekommt 100 Windungen, und in der Mitte wird eine Abzweigung angelegt, so dass von da nach jeder Seite 50 Windungen liegen. Die andere secundäre Spule hat 87 Windungen, was ungefähr = 50 • j/3 ist. Ein Ende dieser secundären Spule wird mit der Mitte der anderen secundären Spule ver-

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Fig. 298. Phasentransformation nach Scott.

bunden {ABC in Fig. 298), und die drei freien Enden liefern dann elektromotorische Kräfte von 120 Grad Phasenunterschied. Wenn die elektromotorische Kraft in jeder Primärspule 1000 Volt ist, in der einen Secundärspule 100, in der anderen 87 Volt, so ist die elektromotorische Kraft zwischen irgend zwei Enden der secundären Spulen 100 Volt. Von dieser Methode ist bei der Niagara-Buffalo und der Chambly-Montreal Kraftübertragung (vgl. Kap. XVII) Gebrauch gemacht worden. Der am Niagara erzeugte zweiphasige Strom wird in einen dreiphasigen umgewandelt und auf drei Drähten nach Buffalo geleitet, wodurch eine beträchtliche Ersparniss an den Kosten der Leitung erzielt wurde.

3. Methode von Ferraris und Arno. Diese Methode der Phasenumwandlung schliesst sich an die unter 1. erwähnte an. Wenn ein einphasiger Motor oder ein zweiphasiger, bei welchem nur einer von den zwei Stromkreisen benutzt wird, von einem einphasigen Wechselstromkreise gespeist wird, ist sein Läufer (von Käfigform) gleichwertig’ einem umlaufenden Magnete und drängt das magnetische Feld im gleichen Maasse seitwärts, wie er sich selbst dreht. Wenn dann, wie in Fig. 299 dargestellt ist, die zu einem Stromkreis einer solchen Anordnung gehörigen Spulen A A mit den Hauptleitungen eines Wechselstromkreises verbunden werden und der Läufer in Bewegung gesetzt wird, so werden in den Spulen BB des zweiten Kreises elektromotorische Kräfte erzeugt, welche praktisch gegen die des Stromkreises A A in Quadratur stehen, so dass, während die Maschine als Einphasenmotor läuft, sie gleichzeitig als Erzeuger eines zweiten Stromes wirkt, der mit dem ersten ausser Phase ist. Eine solche Maschine kann daher als Phasentheilertransformator benutzt werden. Sie könnte auch ganz allgemein dazu dienen, irgend einen gegebenen Wechselstrom in andere Wechselströme mit beliebiger anderer Phase umzuwandeln oder mit einer gegebenen einphasigen Wechselstromquelle eine Mehrphasenleitung zu speisen. Fig. 300 zeigt, wie die

Fig. 299. Phasentranstormation nach Ferraris & Arno.

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Fig. 300.

Zweiphasenmotoren aus einem ein-

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Anordnung zu treffen ist phasigen Stromkreise zu speisen.

Methoden zur Umformung gewöhnlicher einphasiger Wechselströme in zwei- oder dreiphasige. Wenn der Läufer eines einphasigen Motors so gebaut ist, dass seine in Stern geschaltete Wickelung an drei Schleifringe geführt ist, wie es oft zum Zwecke des Einschaltens von Anlauf widerständen geschieht, werden die Ströme im Läufer Dreiphasenströme sein. Wenn aber der Läufer synchron liefe, so würde die elektromotorische Kraft in seinen Leitern gleich Null sein. Die beste Anordnung besteht darin, eine zweite Wickelung auf dem Ständer anzubringen.

Die folgende Methode, dreiphasige Ströme aus einphasigen zu erhalten, rührt von Désiré Korda her. Sie beruht im Wesentlichen auf einem Transformator mit drei Kernen und einer beweglichen Selbstinductionsspule. Der Stromkreis, der den einphasigen Strom i = Isin wt führt, wird in zwei Zweige I und II getheilt, welche den gleichen Ohm’schen Widerstand haben. Eine Selbstinductionsspule wird in den Zweig II eingeschaltet, so dass

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Der Strom im Zweige I lässt sich ausdrücken durch

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der Strom in II durch

sin (w t — cp)

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so lange Gleichung (1) erfüllt ist.

d. h. /₂ ist die Hälfte von i Wenn der Zweig II NWindungen auf dem einen Kerne des Transformators enthält, so muss der Zweig I ¹⁰/₂NWindungen auf dem anderen Kerne haben, und die Windungen müssen einander entgegengesetzt sein, so dass in den Kernen Kraftlinienbündel entstehen, die um 120 Grad in der Phase von einander abstehen. Der dritte

Kern des Transformators wird mit beiden Zweigen bewickelt, und zwar in solcher Richtung, dass ein drittes, von den beiden anderen abermals um 120 Grad abstehendes Kraftlinienbündel entsteht. Dann erhält man Dreiphasenstrom aus den Secundärspulen, die auf die drei Kerne aufgewickelt sind.

Br adle y 4 hat ebenfalls verschiedene Methoden ersonnen, um mehrphasige Ströme aus einphasigen zu erhalten. Wir wollen eine dieser Methoden genauer beschreiben. Sie besteht darin, dass man zwei Transformatoren anwendet, von denen wir den einen den einfachen, den anderen den zusammengesetzten Transformator nennen wollen. Diese werden in Fig. 301 als S bezw. C bezeichnet. A ist der Wechselstromerzeuger, D ein Condensator und M ein Drehstrom-

motor. Der Strom der Wechselstrommaschine durchläuft zunächst die Primärwickelung r von S und geht dann durch den einen Theil l der Primärwickelung von (7, und in Parallelschaltung hierzu über den Theil n und den Condensator D zur Maschine A zurück. Die Capacität des Condensators D wird so bemessen, dass das Feld im Kern von C um annähernd 90 Grad in der Phase von demjenigen in S abweicht. Dies wird wie folgt erreicht. Der Strom von r theilt sich in zwei Theile. Der Theil in l wird wegen der Inductanz verzögert, der Theil in I) läuft voraus wegen der Capacität (beide zusammen ergeben natürlich den Strom in r). Wenn nun der Strom in n in umgekehrter Richtung verläuft, wie es in der That der Fall sein muss, wenn man ihn als einen durch die Gleichstromspule nl verlaufenden Strom betrachtet, so haben wir einen Strom in der Primärwickelung nl, der um 90 Grad gegen den in r zurückbleibt. Um Dreiphasenströme aus den beiden Trans-

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Fig. 302.

Fig. 301.

formatoren zu erhalten, sind verschiedene secundäre Spulen, die mit <7, i, j und k bezeichnet sind, auf diese Transformatoren aufgebracht und in der Weise, wie es die Figur zeigt, geschaltet. Diese besondere Methode, die secundären Spulen auf Kernen zu wickeln und zu schalten, deren Felder um 90 Grad in der Phase von einander verschieden ist, rührt von Hunting her. Die Spule i liefert eine von den drei Wechselstromspannungen. Die Spule k liefert eine elektromotorische Kraft, die um 90 Grad voraus ist und die mit der elektromotorischen Kraft von g vereint eine Gesammt-phasenverschiebung von 120 Grad gibt. In ähnlicher Weise ist die Spule j, welche eine um 90 Grad hinter i zurückbleibende elektromotorische Kraft liefert, in Reihe mit der Spule h geschaltet, welche gerade so viele Windungen hat, dass die gesammte elektromotorische Kraft um 120 Grad nach rückwärts verschoben ist.

Die Schaltung der secundären Wickelungen von Scott, auf Bradley’s Schaltung der Primärspulen angewendet, ist in Fig. 302 dargestellt. Der Condensator erfüllt bei dieser Anordnung zwei

sehr wichtige Aufgaben. Er unterstützt zunächst die Phasenverschiebung und verhindert zweitens eine Verzögerung im Stromkreise. Boi einem Motor von | P, den Br adle j nach dieser Methode betrieb, war der Leistungsfactor sehr gross. Der Strom in der den Transformator speisenden Hauptleitung war bei voller Belastung um 90 Grad voraus, bei Leerlauf um 35 Grad zurück. Hierbei war die Leistung des Motors beim Anlaufen dieselbe wie bei voller Belastung. Die Phasenverhältnisse waren also in beiden Fällen gleich gut. Die Capacität des Condensators für einen ] P-Motor war bei 1000 Volt Speisespannung des Transformators ungefähr 2,4 Mikrofarad.

Fig. 303.

Der Condensator erforderte ohne die Verbindungen einen Raum von 11 cm Seite und konnte 3000 Volt aushalten.

Wenn ein Condensator in dieser Weise in einem Hochspannungsstromkreis verwendet werden kann, braucht seine Capacität nicht so gross zu sein, wie wenn er bei einem Motorstromkreis von geringerer Spannung gebraucht wird, weil die Leistung des Condensators bei gegebener Capacität proportional dem Quadrate der Spannung ist.

Eine andere sinnreiche Methode, Einphasen- in Mehrphasenstrom umzuwandeln, ist der Union - Elektricitätsgesellschaft in Berlin patentirt. Der Gedanke ist aber schon ziemlich alt. Die Methode besteht darin, dass ein Vielphasenmotor aus einem Einphasenstromkreis gespeist wird, indem der Druck der gleichen Phase nach rückwärts benutzt wird.

In Eig. 303 ist M ein Drehstrommotor, dessen Läufer gewöhnliche Dreiphasenwickelung trägt, T ein Einphasentransformator, dessen Primärwickelung in Brücke zu den Zuleitungen liegt und deren Mitte durch einen Schalter S.₂ mit dem inductionsfreien Widerstand R und der Drosselspule L verbünd en werden kann, welche durch den Schalter S ebenfalls in Brücke zu den Zuleitungen gelegt werden können. Die secundäre Wickelung besteht ebenfalls aus zwei Hälften und ist mit der netzgeschalteten Ständer-. Wickelung verbunden, wie die Pigur zeigt. Beim Anlaufen wird der Mittelpunkt der Primärwickelung an den Verbindungspunkt von L und R gelegt, indem die Schalter Sx und S₂ geschlossen werden. Dadurch entsteht eine Phasenverschiebung, welche den Motor an-zulaufen befähigt, worauf die Schalter geöffnet werden. Die Gegenwirkung des Läufers auf den Ständer des Motors bei dessen Umlauf inducirt eine elektromotorische Kraft in dem Theile der Wickelung, der mit BC bezeichnet ist, so dass der Motor nun als Dreiphasenmaschine weiterläuft, obwohl er mit Einphasenstrom gespeist wird. So kann entweder von den Punkten A, B und C Drehstrom abgenommen werden, oder es kann die Einrichtung benutzt werden, um Drehstrommotoren mit Einphasenströmen zu speisen.

Benutzung von Drehstrom in einphasigen Stromkreisen. Eine sinnreiche Methode, für Beleuchtungszwecke Einphasenstrom einem Drehstromnetz zu entnehmen, ist von Ulbricht in Dresden angegeben. Es ist natürlich ohne Weiteres möglich, einen oder zwei der Stromkreise eines Drehstromtransformators hierfür zu be-

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Fig. 305.

Fig. 304.

nutzen. Aber hierbei findet eine ungleiche Erwärmung statt, und es besteht die Neigung, die Regelmässigkeit der Spannungen zu stören. Die gestellte Aufgabe besteht darin, alle drei Wickelungen zu benutzen und doch Einphasenstrom zu erhalten. Diese Aufgabe wurde auf folgende einfache Weise gelöst. Nehmen wir an, die drei seeundären Wickelungen eines Drehstromtransformators geben

jede 100 Volt; wenn sie so wie in Pig. 304 in Sternschaltung vereinigt sind, beträgt die Spannung zwischen zwei Klemmen, z. B. zwischen A und £», 173 Volt. Wenn wir nun einen von drei Stromkreisen, z. B. (7, von dem Mittelpunkte Jab trennen und ihn in Reihe mit einem der beiden andern, z. B. i?, schalten, dann wird wegen der Phasenbeziehungen zwischen ihnen die Spannung von A bis C = 200 Volt sein, und da die drei Stromkreise alle in Reihe sind, so wird auch die Erwärmung gleichmässig sein und wird genau die gleichen Wirkungen hervorrufen.

Drehstrommotoren als Phasentheiler. Wenn ein Drehstrommotor angelassen und einer seiner drei Stromkreise dann geöffnet wird, so wird er als Einphasenmotor weiterlaufen, indem er für dieselbe Leistung doppelt so viel Strom verbraucht in jedem der beiden verbleibenden Stromkreise, wie er früher bei drei Strom-

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Fig. 306. Drehstrommotoren von Einphasenstrom gespeist.

kreisen beanspruchte, aber die Spannung an seiner dritten Klemme wird ihre eigene Phase in Beziehung zu den Spannungen der beiden anderen Klemmen behalten. Daher kann diese Einrichtung als ein Phasentheiler benutzt werden, um andere angeschlossene Drehstrommotoren zum Anlaufen zu bringen. Je mehr Motoren im Stromkreise sind, um so mehr werden sie ihre Ströme gegenseitig aus-gleichen.

Phasenverschiebung in einem Dreileitersystem. In den Pallen, wo (wie in der City von London) einphasiger Strom ein Dreileitersystem speist, ist es sehr einfach, in dem Mittelleiter eine wechselnde elektromotorische Kraft hervorzubringen, die eine Phasenverschiebung gegenüber jedem der beiden Aussenleiter aufweist. Wenn ein Drehstrommotor mit den Aussenleitern verbunden und seine dritte Klemme an den Mittelleiter gelegt ist, werden in diesem Ströme mit Phasenverschiebung entstehen, welche die beiden Spannungen auf jeder Seite zu steigern streben, so dass deren Summe etwas grösser sein wird, als zwischen den beiden Aussenleitern. Solche phasenverschobene Ströme können sehr gut dazu benutzt werden, andere Motoren dieses Systems zum Anlaufen zu bringen. Diese Schaltung nähert sich ihrer Natur nach dem monocyclischen System von Steinmetz (ygl. S. 147).

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Fig. 307.

Atkinson hat vor einiger Zeit eine sinnreiche Methode beschrieben, einen phasenverschiebenden Transformator als Stromerzeuger zu verwenden. Wenn ein gewöhnlicher Wechselstrom-generator (Fig. 308) dazu benutzt wird, um einen einzelnen Stromkreis A A eines oder mehrerer Zweiphasen-In ductionsmotoren mit Erregerstrom zu versehen, bei denen ein zweiter Stromkreis BB abgetrennt

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Fig. 308. Schaltung von Atkinson.

ist, so wird der Läufer des Motors, wenn man ihn frei laufen lässt, im Stromkreis BB Ströme erzeugen auf Kosten der dem Kreise A A zugeführten Energie. Wird aber der Läufer mechanisch angetrieben, so wird er diese mechanische Energie im Stromkreise BB in elektrische Energie umsetzen, und wenn er mit synchroner Geschwindigkeit umgetrieben wird, so wird dem A M-Kreise keine Energie mehr entnommen; die Erregermaschine dient dann nur dazu die Wechselgeschwindigkeit gleichmässig zu halten. Eine mit solchen Generatoren ausgerüstete Centrale würde den Yortheil bieten, dass,

24

Thompson, Mehrphasenströme.

da alle Stromerzeuger von einem einzigen Generator erregt werden, der die Wechselgeschwindigkeit gleichmässig hält, jede Maschine beliebig parallel geschaltet werden kann, ohne dass es nöthig ist, erst das Eintreten des Synchronismus abzuwarten. Indem man jede einzelne Maschine vor dem Ein- und Ausschalten etwas langsamer laufen lässt, kann man den Strom auf Null bringen, bevor der Schalthebel umgelegt wird, gerade so wie es gewöhnlich bei Gleichstrommaschinen gemacht wird. Zwei derartige Maschinen (wie Nr. 1 und 2 in Eig. 308) können auch zur Kraftübertragung benutzt werden, indem die eine mit dem von ihr gelieferten Strome die andere als Motor treibt.

Transformatoren zurAenderung der Wechselzahl. Um einen ein- oder mehrphasigen Strom von gegebener Periodenzahl in einen Strom von einer anderen Periodenzahl umzuwandeln, sind umlaufende Vorrichtungen erforderlich. Rowland hat sich eine

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¹

Ygl. Hutin u. Leblanc, La Lumière Electrique. Bd. 40, S. 418. 1891.

²

Vgl. Fig. 303, S. 366; und Berg, American Electrician Bd. 9, S. 204. 1897.

22*

³

   Elektrot. Zeitschr. 1897, S. 523.

⁴

   Bulletin de la Société Internationale des Electriciens. 1. Dec. 1897.

⁵

Elihu Thomson, Novel Phenomena of alternating Currents, Electrical World (N. Y.). 28. Mai 1887.

⁶

Eliliu Thomson, Novel Phenomena of Alternating Currents. Electrical World (New York). 28. Mai 1887.

⁷

   Englische Patente Nr. 16852 von 1888 und Nr. 7895 von 1889.

⁸

   Atkinson, Proc. Inst. Civil Eng. Bd. 133, Th. III; Engineer Bd. 80, S. 218, 1898.

⁹

Ygl. des Verfassers brit. Pat. 10565 von 1894, und eine ähnliche Anordnung von Potier in L’Industrie Electrique vom 10. Mai 1896, S. 197.

¹⁰

Amer. Inst. Electr. Eng. Sept. 1895; Electr. World, Bd. 26, S. 372. 1895.

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Fig. 309. Rowland ’ s Vorrichtung zur Aenderung der Wechselzahl.

Methode patentiren lassen, bei welcher (wie bei dem weiter unten beschriebenen Apparat von Hutin und Leblanc) eine Anzahl Ströme von aufeinanderfolgenden Phasen einer gleichen Anzahl von Schleifringen zugeführt wird, die auf einer Welle angeordnet sind; jeder Schleifring ist mit einem entsprechenden Segment eines auf der Welle befestigten Commutators verbunden (Eig. 309). Auf dem Commutator schleift eine entsprechende Zahl von Bürsten, deren jede wiederum mit einem Schleifring und einer Bürste auf einer zweiten Achse in Verbindung steht. Drehen sich beide Achsen mit gleicher Geschwindigkeit, so ist die Frequenz die gleiche; drehen sich aber beide in derselben Richtung mit verschiedener Geschwindigkeit, so ändert sich die Frequenz proportional dem Unterschied der Geschwindigkeiten.

Eine von Steinmetz¹) angegebene Methode besteht darin, dass der mit Drehstromwickelung versehene Läufer eines Inductions-motors elektrisch und mechanisch mit einem Synchronmotor verbunden wird, welcher von ersterem mit Strom versehen und mit welchem er mechanisch zusammengekuppelt ist. Wenn die Zahl der Pole beim Synchronmotor und dem Läufer gleich ist, werden beide mit der halben Geschwindigkeit des Drehfeldes umlaufen, und die in ihnen kreisenden Ströme werden genau die halbe Frequenz des Speisestromes haben. Die Anordnung kann daher dazu benutzt werden, einen Drehstrom mit geringerer Frequenz zu liefern. In Fig. 310 wird die Primärwickelung eines Inductionsmotors von den Hauptleitungen a, b, c gespeist, dessen Läufer durch den Kiemen B mechanisch den Synchronmotor G antreibt. Die Transformirung ist eine doppelte, denn der Läufer überträgt die halbe Energie mechanisch an (x, der dann als Stromerzeuger arbeitet und die andere Hälfte der Energie elektrisch als Transformator aufnimmt.

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Fig. 310. Schaltung von Steinmetz zur Aenderung der Wechselzahl.

So wird die ganze dem Stromkreis abc mit einer bestimmten Frequenz entnommene Energie (abzüglich der Uebertragungsverluste) auf den Kreis a'b'c¹ mit einer geringeren Frequenz übertragen. Selbstverständlich kann die Anordnung auch umgekehrt dazu dienen, die gegebene Frequenz zu erhöhen.

Einspulige Transformatoren. Die Betrachtung der Transformatoren würde nicht auf Yollständigkeit Anspruch machen können, ohne die Erwähnung der einspuligen Transformatoren, die zuweilen Verwendung finden, wenn man für kurze Zeit eine kleinere elektromotorische Kraft braucht wie beim Anlassen eines Motors. Der einspulige Transformator besteht aus nur einer Drahtspule auf einem Eisenkern, die in Brücke zu den Hauptleitungen geschaltet ist. An irgend einem Punkte der Spule, näher oder ferner dem einen Ende, je nach der benöthigten Spannung, wird ein Abzweigedraht angelegt, und es wird Strom abgenommen zwischen dieser Abzweigung

24*

und dem einen Ende. Man sieht, dass auf diese Weise ein weit stärkerer Strom den Hauptleitungen entnommen wird, als thatsächlich die Hauptleitungen liefern, da das Stück zwischen der Abzweigung und dem benutzten Ende wie die secundäre Spule eines Transformators wirkt. Eig. 311 zeigt drei solcher einspuliger Transformatoren, die zum Anlassen eines Drehstrommotors benutzt werden. Sie sind in Sternschaltung mit den drei Hauptleitungen verbunden, der Motor erhält hierbei eine Spannung von ²/₅ der Hauptspannung bei entsprechend grösserer Stromstärke. Der den Motor speisende Theil des Transformators kann mit Draht von entsprechend stärkerem Querschnitt bewickelt werden, je nach der Grösse des Motors und der zum Anlassen erforderlichen Zeit. Derartige Vorrichtungen können

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311

⁶m,

Fig. 311. Anlasser aus einspuligen Transformatoren.

nur bei Motoren mit Losscheibe angewendet werden, da natur-gemäss die Anzugskraft hierbei nur gering ist.

Mehrphasige Drosselspulen. Mehrphasige Drosselspulen können nach Art der mehrphasigen Transformatoren gebaut werden, indem man einen Satz Spulen (in zwei oder in drei Phasen) auf den Kernen anbringt an Stelle der primären und secundären Spulensätze. Die gewöhnlichen Regeln für die Wickelung von Drosselspulen gelten auch hier, wobei auf die Anordnung der Phasen gehörig Rücksicht zu nehmen ist.

Ein

Umformer. Diese Maschinen dienen zum Umwandeln von Zwei- oder Dreiphasenstrom in Gleichstrom oder umgekehrt. Sie werden in elektrischen Betrieben vielfach gebraucht. Kraftübertragung auf weite Entfernungen bedingt die Verwendung hoher Spannungen, für welche Wechselstrom die geeignetste Form ist. Nun hat die Entwicklung der mit Gleichstrommotoren betriebenen elek-

trischen Bahnen die No th wendigkeit gezeitigt, das Netz an verschiedenen Punkten durch besondere Leitungen unmittelbar von der Centrale aus mit Strom zu versorgen. Haben diese Leitungen eine grössere Länge, so empfiehlt sich die Kraftübertragung mittels Wechselstromes, und dieser ist dann an Ort und Stelle durch Umformer in Gleichstrom passender Spannung umzuwandeln. Derartige Maschinen sind auch erforderlich zum Laden von Accumu-latoren, die an Wechselstromnetze angeschlossen sind. Umgekehrt wird vielfach zum elektrischen Betriebe von Fabriken Drehstrom bevorzugt, und wenn die Anlage nur Anschluss an ein Gleichstromnetz haben kann, sind Gleichstrom-Drehstrom-Umformer nothwendig. In allen diesen Fällen könnte natürlich auch ein mit einem Stromerzeuger gekuppelter Motor benutzt werden, und thatsächlich ist dies auch in älteren Anlagen, z. B. in Cassel, geschehen. Dort wurde hochgespannter Wechselstrom von der entfernten Kraftstation zur Stadt geleitet und vermittelst Synchronmotoren, die mit Gleichstromdynamomaschinen gekuppelt waren, in Gleichstrom niedriger Spannung umgewandelt, der das Stadtnetz speiste. Auch heute noch empfehlen manche Ingenieuere bei Drehstromübertragung und Gleich-stromvertheilung Gleichstrommaschinen mit nicht synchronen Drehstrommotoren zu kuppeln. Es ist jedoch der Wirkungsgrad eines solchen Aggregats naturgemäss kleiner wie der jedes einzelnen Theiles; denn wenn der Motor und die mit ihm gekuppelte Maschine je einen Wirkungsgrad von 90 v. H. haben, so kann der Wirkungsgrad des Aggregats eben nicht höher als 81 v. H. sein.

Für die Lösung des allgemeinen Problems der Stromumwandlung stehen noch zwei andere Wege offen. Der eine besteht darin, dass man den umlaufenden Anker mit zwei Wickelungssätzen versieht, von denen der eine den Primärstrom empfängt, der andere den Secundärstrom erzeugt. Da hierbei nur ein Feldmagnet und zwei Lager erforderlich sind, so lässt sich auf diesem Wege schon eine Ersparniss an Material erreichen, aber der Wirkungsgrad ist nicht wesentlich besser. Eine andere Lösung, die allerdings sich nicht in allen Fällen anwenden lässt, aber neben einer Ersparniss an Material noch den grossen Yortheil eines höheren Wirkungsgrades bietet, besteht darin, dass man den Anker mit nur einem Spulensatz versieht und an der einen Seite einen Commutator, an der anderen passende Schleifringe anordnet, wobei dieselbe Wickelung den Primärstrom aufnimmt und den Secundärstrom erzeugt. Es ist dies die besondere Maschinenform, die den Hauptgegenstand dieses Kapitels ausmacht und die speciell als Umformer oder als rotirende Umformer bezeichnet werden.

In ganz einfacher Form sind solche Umformer schon seit Jahren bekannt. Eine derartige Maschine ist im Technical College in Finsbury seit 1885 im Gebrauch; sie besteht aus einer gewöhnlichen Gramme’schen zweipoligen Maschine, welche am anderen Ende der Achse zwei isolirte Schleifringe trägt, die mit zwei entgegengesetzt liegenden Punkten der Ankerwickelung verbunden sind. Wenn man drei Schleifringe aufsetzte und diese mit drei um 120 Grad von einander abstehenden Punkten der Wickelung verbinden, so würde man einen Gleichstrom-Drehstrom-Umformer erhalten.

Die Grundsätze für die Umwandlung von Mehrphasenströmen in Gleichströme und umgekehrt sind allgemein bekannt. Die Beziehungen zwischen den Spannungen auf der Wechselstromseite und denen der Gleichstromseite sind seit langer Zeit¹) bekannt, es sind auch Ausdrücke für ihre Werthe in den verschiedenen vorkommenden Beispielen aufgestellt unter der Voraussetzung, dass 1. die Wechselströme einfache Functionen der Zeit sind, und dass 2. das Feld nach einer Sinusfunction in dem Raum um den Umfang des Ankers herum vertheilt ist. Werden Gleichströme von der con-stanten Spannung 100 Volt in den Umformer hineingeleitet, so werden die Ablesungen des Spannungsmessers auf der Wechselstromseite die in nachstehender Tabelle enthaltenen Werthe ergeben:

Zahl der Schleifringe

Winkel zwischen den Anschlusspunkten der Ringe

Erzeugte Stromart

Spannungs-

verhältniss

Spannung (virtuelle Yolt)

180°

Einphasiger

Wechselstrom

70.71

120°

Drehstrom

V3

2/2

61,23

90°

90ü

Zweiphasiger

Wechselstrom

Yierphasiger

Wechselstrom

/2

70,71

50,00

60°

Drehstrom

V3

2/2

61,23

60°

Sechsphasenstrom

35,35

2/2

1) Ygl. Ayrton im Journal of the Instit. of Electr. Engineers, Bd. 22, S. 340. 1893.

Auf theoretischem Wege lassen sich die einander entsprechenden Werthe der Ströme im Anker und dem Netz ebenfalls leicht berechnen.²) Nehmen wir die obigen Werthe für die Spannungen als gegeben an, und berechnen wir die Ströme für eine Leistung von 10 KW, so ergeben sich folgende Werthe für die erzeugten Ströme unter der Annahme, dass die Leitungen keine Selbstinduction erhalten. Es sind sowohl die maximalen als auch die virtuellen Werthe gegeben. Die Spalten 4 und 5 enthalten die Werthe der Ankerströme, Spalte 6 und 7 die Linienströme. Sternschaltung ist hier nicht berücksichtigt, da sie bei den Ankern von Umformern nicht anwendbar ist. Der einzige mögliche Fall der Zweiphasenwickelung ist in Wirklichkeit vierphasig.

Arbeitsströme in Wechselstromankern.

Winkel

Zahl der zwischen den Schleifringe V erhin düngen der Ringe

Zahl der Phasen

Ankerstrom

Linienstrom

Virtuell Maximal Virtuell Maximal

180°

120°

90°

(4 Drähte)

60°

0_

©    tjT    ©    r-''

C—    »O    iO

100,0

77,0

70,7

06,7

141,4    200,0

94,3    133,3

70,7    100,0

47,2    66,7

Enthalten die Stromkreise inductiven Widerstand, so tritt eine Phasenverzögerung bei den Strömen ein, und zwar sowohl bei den wattlosen als bei den Arbeitsströmen. Für eine gleiche Leistung müssen hier die Zahlen der Spalten 4 bis 7 der obigen Tabelle ver-grössert werden, indem man sie durch den Cosinus des Yerzöge-rungswinkels dividirt.

Betrachten wir den allgemeinen Fall, dass ein sich drehender Anker gleichzeitig von Gleichströmen, die ihn als Motor treiben, und von Wechselströmen, die er als Generator erzeugt, durchflossen

wird. Es ist klar, dass die Ströme, die der Anker als Motor empfängt, im Allgemeinen entgegengesetzt verlaufen, wie die elektromotorischen Kräfte, die in ihm durch die Drehung erzeugt werden, während die von ihm als Generator hervorgebrachten Ströme mit diesen elektromotorischen Kräften gleich laufen. Da ferner in jedem Augenblick (unter constanten Betriebsbedingungen) der Werth des Gleichstromes als unveränderlich anzunehmen ist, dagegen der Augenblickswerth des Wechselstromes sich stetig ändert, so ist klar, dass in einzelnen Zeitpunkten der Motorstrom grösser ist als der Generatorstrom, während in anderen Zeitpunkten das Umgekehrte stattfindet. Da die Durchschnittsgeschwindigkeit der Ankerdrehung gleichmässig bleibt, wird während jeder Umdrehung eine positive und eine negative Beschleunigung vorhanden sein. Im Ganzen genommen muss der Motorstrom wegen der nicht vermeidlichen

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Fig. 312.

Gleichstrom - Wechselstrom - Umformer.

Fig. 313.

Energieverluste durch Reibung, Hystérésis und Wirbelströme grösser sein als sonst nothwendig wäre, und demgemäss die dem Anker als Motor zugeführte Energie grösser als die Leistung als Generator sein, und zwar um die Summe aller in der Maschine entstandenen Verluste.

Betrachten wir einen zweipoligen Ringanker von 10 KW, an dessen Umfang 96 Leiter liegen, die symmetrisch an die 48 Stäbe eines Commutators herangeführt sind. Die Drehungszahl betrage 1200 Umdrehungen in der Minute, also 20 in der Secunde. Zwischen jedem Commutatorstab und dem benachbarten liegen also 2 Windungen (bei einem Trommelanker mit Schleifenwickelung würden zwei Leiter ein Wickelungselement bilden). Damit der Anker als 100 voltige Gleichstrommaschine wirkt, muss die Zahl der Kraftlinien, die den Anker durchsetzen, etwas über 5-IO⁶ sein. Eig. 312 zeigt schematisch diesen Anker, der mit 100 Ampere Strom von 100 Volt Spannung als Motor läuft. In jeder Windung jeder Ankerhälfte fliesst demnach ein Strom von 50 Ampere.

Nehmen wir nun an, dass in dem gleichen Felde ein ganz gleicher Anker gedreht wird, dessen Wickelung an zwei entgegengesetzt liegenden Punkten an 2 Schleifringe geführt ist, so wird dieser Anker einen Wechselstrom erzeugen, dessen Stärke, da die Maximalspannung zwischen den mit den Ringen verbundenen Punkten 100 Yolt und die durch ein Voltmeter gemessene virtuelle Spannung zwischen den Schleifringen 70,7 Voit beträgt, bei 10 KW zugeführter Energie gleich 10000 : 70,7 = 141,4 virtuelle Ampere ist, vorausgesetzt, dass der Stromkreis inductionsfrei ist. Wenn der Widerstand jedes Ankers vernachlässigbar klein ist und keine Reibungsoder sonstige Verluste vorhanden sind, so wird die Leistung des als Motor dienenden Ankers gerade genügen, die Drehung des als Generator dienenden Ankers zu bewirken. Setzen wir nun beide

Fig. 314. Schema eines Umformers.

Anker so auf dieselbe Welle (Fig. 314), dass sich beide in einem gleichartigen und gleichstarken zweipoligen Felde drehen, so haben wir die bekannte Anordnung des Motorgenerators. In Wirklichkeit sind nun stets Verluste 1. durch Reibung, Hystérésis, Wirbelströme und 2. durch Erwärmung infolge der Widerstände in den Ankern vorhanden. Den Ersteren ist Rechnung zu tragen durch entsprechende Vergrösserung des Motorstromes. Nehmen wir an, dass sie im vorliegenden Falle 4 vom Hundert betragen für jeden Anker, so müssen 108 statt 100 Ampere zugeführt werden. Die Wärmeverluste zeigen sich elektrisch durch einen Spannungsabfall an den Klemmen des Generators an, und durch eine Verminderung der Geschwindigkeit des Motors, wenn die Primärspannung nicht entsprechend erhöht wird. Setzen wir voraus, dass die Primärspannung um den geringen Betrag erhöht wird, der erforderlich ist, um die secundäre Spannung auf der Generatorseite auf 70,7 Yolt zu erhalten, so wird der Generator 10 KW liefern, während dem Motor 10 KW + den für die verschiedenen Verluste erforderlichen Watt zugeführt werden müssen. Obwohl hier beide Anker von gleichem Widerstand sind und (annähernd) die gleiche elektrische Energie aufnehmen bezw. abgeben, so wird sich doch der Anker der Wechselstromseite (ganz gleich, ob er als Motor oder als Generator dient) mehr erwärmen, als der der Gleichstromseite, denn er führt y 2 mal so viel Strom als der Letztere, und da die ohmische Erwärmung proportional dem Quadrate der Stromstärke ist, so wird die Erwärmung das Doppelte von derjenigen des Gleichstromankers sein. Die Wärme wird in beiden Ankern gleichmässig in allen Windungen des Ringes erzeugt. Da die Anker gleich sind und gleichliegende Theile der Wickelung durch gleich starke Felder laufen, so ist kein Grund vorhanden, warum nicht eine einzige Wickelung für beide Zwecke dienen sollte. Fig. 315 zeigt eine solche Anordnung. Es ist nur ein Anker vorhanden; die Wickelung ist an einer Seite mit einem Commutator, an der anderen mit 2 Schleifringen verbunden. Die gesammten Hystérésis- und Wirbelstromveriuste werden hierbei natürlich auf die Hälfte des früheren Betrages vermindert. Die gesammte Erwärmung wird ebenfalls vermindert, denn nun hat die einzelne Windung nur die Differenz der beiden Ströme zu führen und die ohmischen Verluste sind entsprechend kleiner. Im Ganzen genommen ist der Energieverlust auf etwa die Hälfte des vorigen Falles zurückgeführt. Wie weit diese Kraftersparniss getrieben werden kann, hängt von der Zahl der Phasen des Wechselstromes ab. Hierbei ist noch die Frage der Ankerrückwirkung und der funkenlosen Stromcommutirung zu betrachten. Bei zwei als Motordynamo mit einander verbundenen Maschinen müssen die Bürsten auf der Gleichstromseite genau wie bei jeder Gleichstrommaschine mit einer negativen oder positiven Verschiebung eingestellt werden, je nachdem der Anker als Motor oder Generator arbeitet. Bei den Umformern braucht den Bürsten keine Verschiebung gegeben zu werden, denn die Ankerrückwirkung des Motortheiles ist entgegengesetzt der des Generatortheiles, beide gleichen sich zu einem grossen Theile aus. Diese Eigenschaft ist übrigens allen Motorgeneratoren eigen, auch denen mit zwei Wickelungen, bei welchen ein gemeinsamer Kern in seinem gemeinsamen Felde umläuft. Die Beziehungen zwischen Geschwindigkeit und Feld müssen besonders untersucht werden. Bei den gekuppelten Maschinen oder Motorgeneratoren (Fig. 314), bei welchen jeder Anker sich in seinem besonderen Felde dreht, sind diese Beziehungen andere als bei den Umformern (Fig. 315), wo nur ein Feld vorhanden ist. Wenn die Gleichstromseite die primäre (d. h. die Motorseite) ist, hängt die Umlaufgeschwindigkeit vom Feldmagnet ab, dessen Schwächung die Geschwindigkeit vergrössert. Die Frequenz des secundären Wechselstromes wird demgemäss ebenfalls sich ändern. Das Yerhältniss zwischen primärer und secundärer Spannung wird jedoch unabhängig von der Geschwindigkeit seip, wenn die Felder gleich sind oder nur ein Feld vorhanden ist. Die secundäre Spannung kann nicht geändert werden, so lange die Primärspannung constant bleibt, wofern nicht getrennte Felder und Wickelungen verwendet werden.

Wird dagegen die Wechselstromseite als primäre verwendet, so läuft die Maschine, ganz gleich, ob es sich um eine Motordynamo

Fig. 315. Einanker-Umformer.

oder einen Umformer handelt, als Synchronmotor mit einer bestimmten gleichbleibenden Geschwindigkeit. In diesem Falle bleibt das Yerhältniss der Spannungen ebenfalls nahezu gleich, selbst wenn die Felderregung vermehrt oder vermindert wird.³) Dies rührt von den besonderen Phasenbeziehungen her, welche bekanntlich bei den Strömen der Synchronmotoren eintreten, wenn diese über- oder untererregt werden.

Wenn eine derartige Maschine dazu benutzt wird, einen Einphasenstrom in einen Gleichstrom umzuwandeln, sind die Form der Spannungscurve und die Vertheilung des Feldes um die Peripherie herum von grösserer Wichtigkeit. Der gelieferte Strom, obwohl Gleichstrom, ist doch nicht gleichmässig, sondern wechselt in Bezug auf seine Stärke wegen seiner Abhängigkeit vom Sinusgesetz. Die Gegenwirkungen des Ankers bewirken Schwellungen des Stromes, deren Frequenz doppelt so gross ist wie die des zugeführten Primärstromes.

In der That ist der einphasige Umformer in jedem Falle eine weniger befriedigende Vorrichtung als der zwei- oder dreiphasige. Er besitzt eine viel grössere Veränderlichkeit der Ankergegenwirkung, eine grössere und ungleiche Erwärmung und erfordert ein genaueres Einstellen der Com mutatorbürsten als die Mehrphasenumformer. Dazu kommt, dass er nicht von der Wechselstromseite ohne Weiteres anläuft. Trotz dieser Nachtheile arbeiten in besonderen Fällen auch einphasige Umformer in zufriedenstellender Weise.

Beim zweiphasigen Umformer ist die Ungleichheit der Erhitzung viel geringer als im Einphasenanker; ferner sind die Ankergegenwirkungen fast gänzlich ausgeglichen, auch ist weniger Neigung vorhanden, einen Gleichstrom von periodischer Veränderlichkeit der Stärke zu erzeugen. Diese Maschinen laufen von selbst an und geben wenig Funken am Commutator. Wenn ein solcher Umformer mechanisch angetrieben wird, so dass er sowohl einen Gleichstrom als auch einen Zweiphasenstrom gleichzeitig erzeugt, so wird die Erwärmung des Ankers geringer sein, als wenn er bei gleicher Leistung entweder nur als Gleichstromgenerator oder nur als Zweiphasengenerator benutzt wird.

Ein grosser 100 KW-Umformer, der von Alioth für Genf gebaut wurde, ist im Electrician vom 8. Januar 1897 in mehreren Schnittzeichnungen dargestellt. Es ist eine 14polige Ringankermaschine, deren Anker 1 m Durchmesser hat und mit 388 Umdrehungen in der Minute umläuft. Da er einem Dreileiternetze Gleichstrom zuführen soll, ist er mit zwei von einander unabhängigen Umformerwickelungen versehen, deren jede 450 Ampere bei 110 Volt zu liefern im Stande ist. Sie hat dementsprechend vier Schleifringe und an jedem Ende einen Commutator. Der Wirkungsgrad beträgt 90 v. H.

Das Problem, die zum Theil ungeschickten Prozentzahlen der Spannungen, welche auf beiden Seiten eines Umformers bestehen, in einfache und passende Verhältnisse umzuwandeln, ist von mehreren Ingenieuren bearbeitet worden. Heidt⁴) hat eine geistreiche Methode beschrieben, jedes gewünschte Verhältniss durch Einschalten von Wickelungen zwischen die Schleifringe und deren Anschlusspunkte an die eigentliche Ankerwickelung zu erzielen.

Eine andere Lösung dieses Problems von allerdings begrenzter Anwendbarkeit besteht darin, die Yertheilung oder die Dichte des Magnetfeldes derart zu verändern, dass die unregelmässigen Verhältnisse in regelmässigere umgeändert werden. Jede Zusammendrängung des Magnetfeldes ändert das Umsetzungsverhältniss. Ist zum Beispiel dieses Verhältniss bei einem Dreiphasenumformer mit Sinusvertheilung 61,23 v. H., so kann es, wenn die Pole ein wenig enger gestellt werden, auf 66,6 v. H. gebracht werden, so dass eine Maschine, welche auf der Gleichstromseite 300 voltig ist, auf der Drehstromseite eine 200-Voltmaschine ist. Ein solcher 4 poliger Umformer mit einer Leistung von 55 KW wurde von der Oerlikongesellschaft gebaut. Nach dem Entwurf sollte er mit Gleichstrom von 300 Volt gespeist werden und mit 600 Umdrehungen in der Minute laufen. Der Anker war ein vielpoliger mit zwei Stromkreisen bewickelter Trommelanker von 522 mm Durchmesser, 630 mm Länge, mit 117 Schlitzen und zwei Leitern in jedem Schlitz. Er hatte vier Sätze von Kohlenbürsten, die ohne Verschiebung eingestellt waren, und lief bei allen Belastungen vollständig funkenlos. Zuerst waren die Pole mit Polstücken versehen, die ungefähr 72 Grad umspannten und demnach etwa 80 v. H. der Breite des Polfeldes besassen. Die Sehne zwischen den Spitzen eines Pols betrug 417 mm. In dieser Gestalt wurde das Umsetzungsverhältniss zu 57,7 v. H. gefunden gegen 61,23 v. H., wenn Sinusvertheilung stattfand. Wurden auf der Gleichstromseite 300 Volt zugeführt, so betrug die Spannung des offenen Drehstromkreises nur 173 Volt. Die Polspitzen wurden dann weggeschnitten, so dass der Bogen der Polspannung auf etwas unter 50 Grad herabgemindert wurde. Die Sehne zwischen den Spitzen betrug nun 228 mm und die Polbreite 54 v. H. des Polstandes. Dies hatte die gewünschte Wirkung, indem das Umsetzungsverhältniss auf 66,6 gebracht wurde, so dass die Spannung im offenen Drehstromkreise nunmehr 200 Volt betrug. Das Umsetzungsverhältniss blieb bei allen Leistungen constant innerhalb der Grenzen von 2 v. H. Eig. 316 gibt eine Darstellung des Verhaltens der Maschine bei verschiedenen Erregungen. Man sieht, dass das Verhältniss der Ordi-naten annähernd wie 3:2 ist. Zwei andere Curven zeigen die ent-magnetisirenden Wirkungen der wattlosen Ströme. Sie beeinflussen natürlich die Geschwindigkeit und die Erwärmung der Maschine, haben aber praktisch keine Einwirkung auf das Umsetzungsverhältniss, wenn die Erregung der Feldmagnete normal ist. Bei der ersten Polform lief die Maschine, wenn sie als Gleichstrommotor mit 300 Volt betrieben wurde, mit einer Erregung von 2,1 Ampere, ohne Belastung auf der Drehstromseite, mit ungefähr 470 Umdrehungen in der Minute. Wurde sie so durch einen inductionsfreien Stromkreis belastet, dass sie 153 Ampere in jeder Phase lieferte, so fiel die Geschwindigkeit infolge der Gegenwirkungen auf 440 Umdrehungen in der Minute. Bei dieser Geschwindigkeit ergaben die Messungen auf der Gleichstrom-

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Fig. 316. Diagramm über das Verhalten eines Umformers bei verschiedener Erregung.

Seite 295 Volt und 160 Ampere, auf der Drehstromseite 165 Volt und 3 x 153 Ampere. Dann wurde die Leistung verändert auf 235 Ampere in jeder Phase unter Verzögerung des Stromes durch eine Belastung von leerlaufenden Inductionsmotoren. Die Geschwindigkeit stieg auf 640 Umdrehungen in der Minute (wobei das Feld geschwächt war), und die Messungen ergaben: Gleichstromseite 298 Yolt, 32 Ampere; Drehstromseite 157 Yolt, 3 x 235 Ampere. Um die Geschwindigkeit und daher auch die Frequenz unter solchen Bedingungen constant zu erhalten, brauchte die Nebenschlusserregung nur entsprechend der Belastung und ihrer Verzögerung geregelt zu werden.

Die Pole, die Kerne und das Joch dieser Maschine bestanden aus Stahlguss; jeder Pol war mit 3200 Windungen eines Kupferdrahtes von 2 mm² Querschnitt umwickelt. Der gesammte Widerstand der Nebenschlusswickelung betrug 80 Ohm. Der Ankerwiderstand von Bürste zu Bürste 0,028 Ohm. Die Maschine lief funkenfrei ohne Verstellung der Bürsten. Sie konnte auch als synchroner Motor laufen und Gleichstrom funkenfrei abgeben mit oder ohne Erregung des Feldmagnets und ohne oder mit sehr grosser Vorwärts- oder Rückwärtseinstellung der Bürsten. Mit sehr grosser Rückwärtseinstellung lieferte sie synchron laufend ohne Erregung bei 627 Umdrehungen in der Minute einen Strom von 46 Ampere und 100 Volt. Sie verbrauchte dabei auf der Drehstromseite drei Ströme von 155 virtuellen Ampere (grösstentheils wattlos) zu ungefähr 100 virtuellen Volt. Die Gegenwirkungen waren in diesem ungewöhnlichen Falle ausserordentlich verwickelt.

Später hat Kapp⁵) die Frage untersucht, welchen Einfluss auf das Umsetzungsverhältniss und auf den Wirkungsgrad eine Veränderung in der Vertheilung des Feldes ausübt. Mit dem theoretischen Falle einer Vertheilung nach dem Sinusgesetz vergleicht er analytisch andere Fälle, die alle in der Wirklichkeit nicht Vorkommen, nämlich diejenigen einer Vertheilung, bei welcher eine gleichmässige Dichte über eine begrenzte Polspannung vorausgesetzt ist. Aus seinen Berechnungen leitet er ab, dass das Umsetzungsverhältniss das gleiche sein wird wie bei einer Vertheilung nach dem Sinusgesetz, wenn die Pole derartig bemessen sind, dass die Breite ihrer Oberfläche ungefähr 70 v. H. des Polstandes beträgt. Werden die Oberflächen breiter, so wird das Spannungsverhältniss für eine Einphasenmaschine niedriger als 70,7 v. H. und das Stromverbältniss höher als 141,4 v. H. Wenn die Polbreite auf zwei Drittel oder die Hälfte des Polstandes vermindert wird, so werden die entsprechenden Spannungsbeträge wie folgt:

Spannung für

Sinusgesetz

Polverkältniss

7e

V,

t-    np    o_    co_

o    d    o    h    o"    ro

O    r-    c-    co    io    co

t—H

O IO IO Kl M N

o t> i> o o m

rH

Gleichströme .    .

Einphasige Ströme Zweiphasige „ Dreiphasige „ Vierphasige „ Sechsphasige „

Kapp hat ferner die Frage untersucht, in welchen Grenzen sich die Leistling bei gleicher Erwärmung für verschiedene Polbreiten und verschiedene Winkel der Phasenverschiebung in den Strömen bewegt. Wenn die Phasenverschiebung gleich Null war, so wurde die Grenze der Leistung eines einphasigen Umformerankers zu 85 v. H. derjenigen gefunden, die der Anker als einfacher Gleichstromanker leistete unter der Annahme einer sinusförmigen Yertheilung. Für Polbreiten von ²/₃ und ¹/₂ findet Kapp die Leistung vermehrt auf 88 und 95 v. H. Dies ist gleichbedeutend mit der Behauptung, dass, wenn man durch Zusammendrängung des Feldes die in der Mitte liegenden Spulen verhältnissmässig thätiger macht, für gleiche Leistung eine geringere Erwärmung der Spulen, die den Yerbindern am nächsten liegen, und also auch eine geringere Gesammterwärmung stattfindet. Bei einer Phasenverschiebung von cos cp = 0,8 (cp = 35 °) ist die Leistung für sinusförmige Yertheilung 69 v. H. und für Polbreiten von ²/₃ und ¹/₂ gleich 73 bezw. 80 v. H. In der Praxis werden sich diese letzteren Werthe etwas vermindern. Günstiger sind die Fälle bei zwei- und dreiphasigen Umformern. Die Leistungen für gleiche Erwärmung des Ankers sind bedeutend höher. Ein Drehstromumformer hat unter Annahme einer sinusförmigen Yertheilung und keiner Phasenverschiebung eine Maximalleistling von 134 v. H. derjenigen eines einfachen Drehstromankers. Bei Polbreiten von ²/₃ und ¹/2 steigert sich die Leistung auf 138 bezw. 144 v. H., und wenn eine Phasenverschiebung von cos<p = 0,8 stattfindet, wird sie gleich 117 bezw. 126. Für einen Zweiphasenumformer wird die Maximalleistung 164 v. H. für den Fall der sinusförmigen Yertheilung und cos cp = 1. Sie wird 167 bezw. 170 v. H. für Polbreiten von ²/₃ bezw. y₂, während, wenn cos cp = 0,8, diese Zahlen auf 144 bezw. 153 v. H. fallen.

Bei den Umformern von Siemens & Halske besteht das Joch aus Gusseisen mit angesetzten untertheilten schmiedeeisernen Polen, welche mit einer Einrichtung für eventuell nachträglich anzubringende Dämpfungswickelung versehen sind; es ist dies zur Verhinderung des Pendelns unter Umständen nöthig. Der Anker besitzt auf dem wie üblich untertheilten Eisenkörper eine Gleichstromwickelung, die wegen der hohen Umfangsgeschwindigkeit der Umformer in den Nuten durch Keile festgehalten wird, und die ausserdem noch sehr sorgfältig bandagirt ist.

Kleinere Uniformer besitzen nur einen einzigen Commutator, auf dem die positiven und negativen Bürsten schleifen; bei Um-

formern für grössere Leistungen sind dagegen 2 Commutatoren vorgesehen (Fig. 317), die auf beiden Seiten des Ankers angeordnet sind, so dass die + Bürsten auf der einen Seite des Ankers und die — Bürsten auf der anderen Seite liegen. Es hat diese Einrichtung den Vortheil, dass trotz der hohen Periodenzahl und der dadurch bedingten grossen Polzahl ungleichnamige Bürsten sich wegen des verhältnissmässig grossen Abstandes nicht berühren können und ein Ueberspringen der Spannung und somit Kurzschlüsse von + Bürste zur — Bürste unmöglich werden. Gleichfalls ist die Bedienung hierdurch wesentlich erleichtert. Symmetrisch zu den beiden Commutatoren sind zweimal 3 Schleifringe angeordnet, über welche der Drehstrom als aufgelöster Dreiphasenstrom mittelst 6 Leitungen dem Anker zugeführt wird.

Bei dieser Anordnung der unverketteten Phasen treten gegenüber dem verketteten Drehstrom geringere Kupferverluste auf und wird der Umformer hiedurch bei grosser Leistungsfähigkeit und gutem Wirkungsgrad verhältnissmässig klein.

Für den Anker des Umformers Fig. 317, der für die Beleuchtung des Personenbahnhofes in Mannheim dient, gelten folgende Daten. Er hat 12 parallele Stromkreise, so dass sechsmal dasselbe Potential wiederkehrt. Deshalb ist jeder Schleifring an 6 äquipotentialen Punkten der Wickelung an geschlossen. Zur Erzielung des Sechsphasenstromes wird der Nullpunkt des Transformators eines gewöhnlichen Dreiphasennetzes in 3 Punkte aufgelöst, die mit den 3 Endpunkten durch je eine Leitung an die 6 Schleifringe geführt sind. Im Ganzen sind 378 Ankerwindungen vorhanden. Nummerirt man die oberen Stäbe fortlaufend, so ergeben sich folgende Verbindungen:

Schleifring I mit Anfang von

55

55

55

55

55

55

55

55

55

Ende

55

55

55

55

55

co

55

er

CT CC H rfi CO CO DO H CÖ GO H

Es liegen zwischen je zwei auf einander folgpnden Anschlüssen je 10 YgWindungen. Jeder Commutator erhält 378 Segmente, d. h. jede Windung ist an beide Commutatoren angeschlossen. Die 12 Magnetspulen haben je 550 Windungen von 11mm² Draht und sind sämmtlich hinter einander geschaltet.

25

Thompson, Mehrphasenströme.

Pi

h-

Fig. 317. Drehstrom - Gleichstrom - Umformer von Siemens & Halske. Die positiven und negativen Bürsten auf getrennten Commutatoren.

ivjb

MÜ

Zweckmässig benutzt man den Umformer nur zur Umwandlung von Drehstrom in Gleichstrom. Bei Umformung von Gleichstrom in Drehstrom müssen Yorkehrungen getroffen werden, z. B. durch Centri-fugalausschalter, die das Durchgehen der Maschine verhindern. Infolge der Ankerrückwirkung kann nämlich besonders bei Entnahme von Drehstrom von grosser nacheilender Phasenverschiebung (Anlassen von Motoren) eine starke Schwächung des Schenkelfelds hervorgerufen werden, wodurch der von der Gleichstromseite betriebene Umformer die Tendenz hat, durchzugehen.

Bezüglich der Behandlung des Umformers gilt im Allgemeinen das gleiche, wie für Gleichstrommaschinen. Da die Commutatoren mit Kohlenbürsten besetzt sind, müssen sie sehr gut sauber und glatt gehalten, dürfen aber nicht geschmiert werden. Hingegen ist es sehr zweckmässig, die Schleifringe, auf denen Kupferbürsten schleifen, öfter einzufetten, damit die Kupferbürsten nicht fressen und die Wickelung sich nicht voll Kupferstaub setzt, wodurch die Isolation leidet.

Das Anlassen des Umformers geschieht am besten von der Gleichstromseite aus in der üblichen Art des Anlassens eines Gleichstrommotors. Ist der Umformer auf die richtige Geschwindigkeit gebracht, so ist er mit dem Drehstromnetz parallel zu schalten. Es gelten hierbei die gleichen Bestimmungen, wie für das Parallelschalten von Drehstrommaschinen. Es ist erforderlich, dass die Phasenfolge im Umformer der des Drehstromnetzes entspricht. Ferner müssen vor dem Einschalten des Umformers an das Drehstromnetz Spannung und Phase übereinstimmen, was am Spannungszeiger und Phasenzeiger in der üblichen Weise festgestellt werden kann. Für das erstmalige Bestimmen des Drehsinns der Felder benutzt man vortheilhaft einen kleinen asynchronen Motor, den man etwa das eine Mal an das Drehstromnetz, das andere Mal an den Umformer an einander entsprechende Klemmen des Ausschalters anschliesst. Der Motor muss in beiden Fällen in gleicher Richtung laufen.

Eine zweite Art des Anlassens ist die mittelst eines kleinen mit dem Umformer gekuppelten Asynchronmotors.

Yon der Drehstromseite den Umformer anzulassen, ist nicht empfehlenswerth, weil beim Anlassen des Umformers als asynchroner Drehstrommotor nur geringe Anzugskräfte zu erreichen sind, während ein grosser Stromverbrauch auftritt, der zu starken Spannungsschwankungen im Netz Veranlassung geben kann und weil ausserdem hohe Spannungen in den Schenkeln auftreten können, wenn nicht besondere Vorsichtsmaassregeln getroffen sind.

25*

In grossem Maassstabe haben die Umformer in Amerika Anwendung gefunden, um die aus entfernten Kraftstationen durch hochgespannte Mehrphasenströme hergeleitete Energie zum Betriebe von Bahnen, elektrischen Lichtanlagen und für elektrolytische Zwecke in Gleichstrom umzuwandeln. Diese hochgespannten Ströme werden im Verwendungsgebiete zunächst durch Transformatoren auf eine passende niedrigere Spannung gebracht und dann in Umformern umgewandelt. Die ersten grösseren Umformer der General Electric Co. waren von Parshall nach dem Muster der gewöhnlichen vielpoligen Gleich-strommaschinen entworfen, sie waren mit besonders kräftigen Feld-magneten versehen und entsprachen ihrem Zwecke ganz gut. Später wurden Entwürfe mit schwächeren Eeldmagneten versucht in der Annahme, dass wegen der geringeren Ankerrückwirkung die Commu-tirung auch bei einer leichteren Bauart genügend von Statten ging. Es zeigte sich aber, dass, obwohl ein dreiphasiger Umformer auch ohne eine Wickelung auf dem Feldmagnet durch die dem Synchronmotor eigenen Ankergegenwirkungen arbeitet, doch die Regelung dieser Maschinen viel zu wünschen liess, und die späteren Entwürfe gingen daher wieder auf die für vielpolige Gleichstromgeneratoren übliche Bauart zurück.

Am Niagara werden Umformer zur Umwandlung der von der Cataract Co. gelieferten zweiphasigen Wechselströme von 5000 Volt in Gleichstrom für elektrolytische Processe verwendet, z. B. zur Herstellung von Soda und Aluminium. Auch für die Aluminiumwerke der Pittsburg Réduction Co. lieferte die General Electric Co. mehrere grosse Umformer. Der zweiphasige Wechselstrom wird zunächst durch Transformatoren auf 115 Volt gebracht und mit dieser Spannung den Umformern zugeführt, welche ihn in Gleichstrom von 160 Volt umwandeln. Die Anlage hat eine Leistungsfähigkeit von über 10000 Ampere, was einer Kraft von 2000 P entspricht. In Schenectadv wurden auch die sechs grossen dreiphasigen Umformer von je 200 KW gebaut, welche in der Centrale in Brooklyn aufgestellt sind. Da diese Maschinen ein gutes Bild amerikanischer Bauart geben, mögen einige Angaben von Interesse sein. Die Maschinen sind Spolig, laufen mit 375 Umdrehungen in der Minute, die Frequenz beträgt 25. Die Spannung auf der Drehstromseite beträgt 82,8 Volt, auf der Gleichstromseite 125 Volt mit einer Leistung von 1600 Ampere. Der Anker hat 1220 mm Durchmesser, seine Kernlänge zwischen den Endplatten beträgt 178 mm; dies ergibt etwa 32 cm² Umfangsfläche für jedes Kilowatt. Die Kernscheiben haben 240 Schlitze, in jedem

Schlitz liegen 2 Leiter. Jede Schleife der Trommelwickelung reicht über 30 Zähne. Der Luftzwischenraura ist 6,35 mm von Eisen zu Eisen. Der Commutator von 914 mm Durchmesser hat 240 Stäbe. Die 3 Schleifringe haben einen Durchmesser von je 457 mm, sie sind 89 mm breit und 25,4 mm stark. Es sind 8 Sätze von je 9 Kohlenbürsten vorhanden, jede Bürste hat eine Contactfläche von 8 cm². Die Bürsten auf der Drehstromseite sind aus Kupfer. Die Kraftlinienzahl ist für jede Poloberfläche auf 4380000 Linien bei voller Belastung berechnet, dabei würde die Kraftliniendichte in den gussstählernen Polkernen 12400 auf das cm² betragen. Im Luftzwischenraum ist die Dichte an den Poloberflächen bei voller Belastung nicht weniger als 8000 auf jedes cm², in den Zähnen erreicht sie 21000, und im Kernkörper 9500. Läuft die Maschine als Umformer, so haben die Bürsten keine Voreilung. Wurde sie versuchsweise als Gleichstromerzeuger betrieben, so mussten die Bürsten um 4 Commutatorstäbe verstellt werden. Die Polbreite ist 64,7 v. H. des Polstandes und das Uebersetzungsverhältniss 63,3 v. H. Der Wärmeverlust im Umformeranker beträgt bei voller Belastung 3500 AVatt; er würde 6250 betragen, wenn die Maschine als Gleichstromgenerator benutzt würde. Der gesammte Ankerverlust beträgt beim Umformer 6005 Watt, beim Generator 9130 Watt. Die Erwärmung des Ankers bei voller Belastung ist bei Umformerbetrieb 27 Grad, bei Generatorbetrieb 47 Grad; die Erwärmung des Commutators ist bei voller Last 36 Grad bezw. 52 Grad.

Ein anderer ebenfalls in den Scheneetady-Werken gebauter dreiphasiger Umformer ist eine löpolige Maschine von 600 KW, die mit 188 Umdrehungen in der Minute umläuft. Bei dieser Maschine beträgt die Polbreite 72 v. H. des Polstandes, das Umsetzungsverhältniss ist 71,8, die Spannung an beiden Seiten 115 bezw. 160. Der Ankerdurchmesser ist 254 cm, die Kernlänge 21cm, also die Oberfläche gleich 27,7 cm² für jedes Kilowatt. Die Temperatur stieg nach 17 stündigem Betrieb um 15 Grad im Anker und 23 Grad in den Feldmagneten bei einer Leistung von 575 KW. Die durchschnittliche Kraftliniendichte im Luftzwischenraum betrug 10 750 Linien auf 1cm². In Amerika werden diese Umformer fast nur mit 25, höchstens mit 30 Perioden in der Secunde gebaut.

Zu derselben Maschinengattung zählen die 4 dreiphasigen Umformer, die neuerdings für die Central London Eisenbahn gebaut sind, deren eine in Eig. 318/319 dargestellt ist. Es sind 12polige Maschinen von 900 KW und 250 Umdrehungen in der Minute; jede

wiegt etwa 30000 kg und soll bedingungsgemäss bei voller Last einen Wirkungsgrad von 95 v. H., bei halber Last einen solchen von 93 v. H.

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Fig. 318/319. Drehstromumformer von ParghaLl.

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besitzen. Die Maschinen sollen 3 Wechselströme von je 1800 Ampere virtuell bei 310 Volt virtuell aufnehmen und einen Gleichstrom'von 550 Volt liefern. Der Anker ist eine vielpolige Trommel mit 432 Schlitzen, in jedem Schlitz liegen 2 Leiter. Die Wickelung ist eine Schleifenwickelung mit 24 parallelen Stromkreisen; sie ist an 18 symmetrisch liegenden Punkten mit den 3 Schleifringen verbunden, also liegen an jedem Ring 6 Verbinder.

In Dublin wird eine elektrische Strassenbalin mit 500 Volt Gleichstrom betrieben, der von Unterstationen einer Drehstromcentrale mit 3500 Volt geliefert wird. Diese Unterstationen sind mit Motordynamos zur Stromumwandlung ausgerüstet, die aus einem dreiphasigen Synchronmotor bestehen, der mit einem Gleichstromgenerator mechanisch gekuppelt ist.

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Fig. 320.

Permutatoren. Es gibt noch eine andere Art umlaufender Maschinen, die denselben Zweck verfolgen, und die wir zur Unterscheidung von den eben beschriebenen Umformern als Permutatoren bezeichnen wollen. Hierunter sind Maschinen zu verstehen, welche in einem feststehenden Theile, einer Art Transformator, den zugeführten ein-, zwei- oder dreiphasigen Wechselstrom vermittelst einer in sich geschlossenen Wickelung in eine Reihe von Wechselströmen auflösen, die von einander in der Phase um einen kleinen Winkel abweichen. Diese Ströme werden dann einem Commutator zugeführt und durch letzteren abtheilungsweise in Gleichstrom umgewandelt. Fig. 320 zeigt schematisch das Princip. Der untere Theii der Zeichnung stellt den feststehenden Transformator dar, der in diesem Falle 3 Polpaare hat, die mit 3 Leitungen AA', BB’ und CC bewickelt sind, denen die primären dreiphasigen Ströme zugeführt werden. Diese Ströme erzeugen in der Polreihe ein Wanderfeld und induciren elektromotorische Kräfte in der Spule, die auf dem oberen Kern sich befindet. Diese Spule ist elektrisch offenbar gleichwerthig mit einem Gramm e-schen Ring. Bei einer gewöhnlichen Gramme’schen Maschine dreht sich der Ring zwischen zwei Polen, hier bewegen sich die Pole an der geschlossenen Wickelung entlang. Da nun der Commutator feststeht, müssen sich die Bürsten synchron drehen, damit Gleichstrom von ihnen abgenommen werden kann. Eine auf diesem Princip beruhende Anordnung wurde Zipernowsky & Deri schon 1888 patentât⁶), hierbei wurden die Bürsten von einem synchron laufenden unbewickelten Peldmagnet gedreht. Eine weitere Ausbildung erfuhren diese Maschinen durch Hutin & Leblanc, welche die umlaufenden Bürsten durch folgende Anordnung ersetzten: Auf der Achse des Synchronmotors wurde der Commutator und eine Reihe von Schleifringen befestigt, deren Zahl gleich der der Commutatorstäbe war, wodurch jedes Segment, obwohl sich der Commutator drehte, stets in Verbindung mit seinem zugehörigen Punkte der feststehenden in sich geschlossenen Wickelung blieb. Die Bürsten konnten somit wie bei gewöhnlichen Maschinen feststehen. Im vorliegenden Falle wmren also 18 Schleifringe erforderlich. Der Yortheil dieser Anordnung besteht darin, dass dreiphasige Ströme hoher Spannung ohne Vermittelung irgend eines anderen Transformators in Gleichstrom umgewandelt werden können.

Wenn die Läufer von ein- oder zweiphasigen Motoren mit 3 Wickelungen versehen werden, so sind die Läuferströme selbstverständlich dreiphasig. Solche Maschinen können, wenn sie ohne mechanische Belastung laufen, als Umformer benutzt werden und die in einer oder zwei Phasen zugeführten Wechselströme in Drehstrom um wandeln.

Kapitel XV.

Messung mehrphasiger Leistung.

Bekanntlich lässt sich die Leistung, welche ein Wechselstrom irgend einem Theile eines Stromkreises liefert, auf verschiedene Art messen, durch ein Wattmeter (Arbeitsmesser), nach der Methode der drei Spannungsmesser, oder nach anderen ähnlichen Methoden.⁷)

Bei zwei- oder dreiphasigen Strömen entsteht eine Schwierigkeit. Wenn die zwei oder drei Stromkreise getrennt gehalten werden, genügt es, einen passenden Arbeitsmesser in jedem Stromkreise einzuschalten, die ganze Leistung ist dann die Summe der getrennt

n-

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Fig. 321.

Fig. 322.

gemessenen Beträge. Fig. 321 zeigt die Art und Weise, wie zwei Wattmesser, W und W', verbunden werden, um die einem Stromkreise in Sternschaltung zugeführte Arbeit zu messen. Die dünnen Linien stellen Nebenschlüsse dar, in welche ein inductionsfreier Widerstand einzuschalten ist, wenn der Stromkreis Hochspannung führt. Wenn der zweiphasige Stromkreis mit nur drei Leitungen betrieben wird (vgl. S. 52), so können die Wattmesser wie in Fig. 322 geschaltet werden.⁸) Ist die Belastung gleichmässig, so kann derselbe

Wattmesser nacheinander in die beiden Kreise eingeschaltet werden. *) Bei einem dreiphasigen System, sei es Stern- oder Netzschaltung, kann jeder Zweig für sich gemessen werden.

Es ist klar, dass bei dreiphasigen Motoren diese Messmethode äusserst unbequem wäre, und es lässt sich leicht zeigen, dass sie sich vereinfachen lässt.⁹ 10)

Wo in den drei Kreisen vollkommene Symmetrie herrscht, genügt es offenbar, mit einem Arbeitsmesser die in einem der drei Kreise verbrauchte Leistung zu bestimmen und mit drei zu multipli-ciren, um die ganze Leistung zu erhalten. Aber in einer Anlage kann man im Allgemeinen solche Gleichheit des Verbrauches nicht voraussetzen.

Messung dreiphasiger Leistung.

Wenn wir drei Ströme in drei Leitern haben, von denen der eine die Resultirende der beiden anderen ist, und wir haben eine

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+ Ipq

iPp

-tEr

dementsprechende Beziehung für die Spannungen, die zwischen den drei Leitern herrschen, so leuchtet ein, dass diese sechs Grössen nicht von einander unabhängig sind, und es müsste demnach möglich sein, die Leistung zu bestimmen, ohne sie alte sechs gemessen zu haben.

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Fig. 323. Schema einer dreiphasigen Netzschaltung.

Nehmen wir den einfachen Fall eines dreiphasigen Stromes, welcher Glühlampen in Netzschaltung wie in Fig. 323 zu speisen hat, wo Ipq, Iqr, Irp die Lampenstromkreise sind. Wir bezeichnen mit Ivq, Iqr, Irp die Ströme in diesen Kreisen, mit Em, Eqr, Erp die Spannungen zwischen deren Enden und erhalten als ganze Leistung

P — Ipq Epq -p Iqr Eqr -j- Irp Erp.

Der positive Sinn möge derjenige sein, der von den Pfeilen in der Figur angegeben wird; dann haben wir in irgend einem Augenblicke :

Ipq -p Eqr -p Erp — 0 oder Epq — -Eqr-Erp,

dies setzen wir oben ein:

1    Ipq Eqr Ipq Erp -f- Iqr Eqr -f- Irp Erp

— Eqr (Iqr    Ipq) “F Erp (Ep Ipq)'

Wenn p, <7, r die Ströme in den Hanptzuleitungen des Netzes sind, so ist

Iqr Ipq — (/i Irp Ipq — Pi

also

P= q Eqr-p Erp.

Dieser Ausdruck sieht aus wie die Differenz zweier Leistungswerthe; dies rührt her von der Wahl der positiven Richtung in der Figur; wir wollen den Sinn der Spannung zwischen r und p umkehren und schreiben

wonach

Erp — Epri P — q • Eqr + p • Epr.

D. h. wir schicken den Strom q durch die Hauptstromspule des Arbeitsmessers und verbinden die Nebenschlussspule mit den Leitungen q und r; den Strom p> senden wir durch die Hauptstromspule eines zweiten Arbeitsmessers und legen dessen Nebenschlussspule zwischen p und r an; dann ist die Summe der von beiden Instrumenten angegebenen Leistungen die ganze in den Zweigen I verbrauchte Leistung.

Wenn die Stromkreise in Sternschaltung verbunden sind, so lässt sich eine ähnliche Formel ableiten. Unter Benutzung der Bezeichnungen der Fig. 53 (S. 52) erhalten wir für die ganze Leistung ! P = Ejm et -f- Ejn b -j- Ej₀ c.

Nunmehr nehmen wir die Ströme statt der Spannungen im Falle der Netzschaltung:

mo

a b Ą- c = o\ a = — b — c. Indem wir wie vorher einsetzen und beachten, dass Ejn Ejm = Emn und Ej₀ Ejm = Ey

ist, erhalten wir:

P — b Emn “F C Emo.

Zwei Arbeitsmesser geeigneter Bauart genügen demnach, um die Leistung zu messen, wie verschieden auch die Phasen und Belastungen der Stromkreise sein mögen.¹¹)

Ist der Stromkreis ausgeglichen und die Belastung gleichmässig, genügt auch ein einziger Wattmesser, indem man die Hauptstromspule in die eine Leitung schaltet und das freie Ende der Nebenschlussspule abwechselnd an die anderen beiden Leitungen legt (Fig. 324), die

Summe der beiden Ablesungen ergibt die Arbeit. Denn die Ablesung des Wattmessers ist in der ersten Stellung gleich V3 JV cos (cp + 30 °), in der anderen V3 JV cos (cp — 30°), die Summe beider ergibt 3 JV cos cp, wo J, V und cp Strom, Spannung und Verzögerung in einer der Zweige des Netzes bedeuten. Da die Arbeit in einem Zweige gleich JVcoscp ist, ist die ganze Arbeit bei einem ausgeglichenen System gleich 3 JVcoscp, wenn cp den gleichen Werth in allen Zweigen des Netzes hat.

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Fig. 324.

Wenn zwei im Verhältniss zu dem Widerstand der Nebenschlussspule sehr grosse Widerstände r und rx mit dem Wattmesser wie in Fig. 325 verbunden sind, können auch mit einem einzigen Wattmesser direkte Ablesungen gemacht werden.¹²) Aron ¹³) hat einen Verbrauchsmesser angegeben, dessen Ausführung eine Abänderung seines bekannten uhrförmigen Elektricitätsmessers mit Differential werk darstellt.

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VV

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Fig. 325.

Das Pendel des dreiphasigen Verbrauchsmessers wird beschleunigt durch die beiden beweglichen Spulen der beiden Arbeitsmesser, wobei jede bewegliche Spule innerhalb der zugehörigen festen Spule schwingt.

Andere Formen mehrphasiger Verbrauchsmesser sind von T. Duncan¹⁴) und von Shallenberger¹⁵) vorgeschlagen worden.

Bei dem Intégrations-Mehrphasen-Wattmesser bildet eine dünne Aluminiumscheibe, die am Rand durch einen Kranz oder Flansch versteift ist, das bewegliche Element, in welchem Wirbelströme durch die Ströme erzeugt werden, welche die über und unter der Scheibe angebrachten Spulen durchlaufen. Bei den Zweiphasenmessern sind die oberen Spulen wie in Fig. 326 geschaltet. A und B sind zwei-phasige Stromkreise. Die Hauptspulen sind in den Kreis A geschaltet und die Nebenspulen durch einen inductionsfreien Widerstand in Brücke zu B. Die Ströme in den beiden Spulensätzen sind daher in Quadratur, wenn keine Verzögerung im Arbeitskreis vorhanden ist, und würden genau miteinander in Phase sein bei einer Verzögerung von 90 Grad im Arbeitsstrom. Die Phasendifferenz zwischen

Shallenberger hat eine Anzahl von Mehrphasenmessern construit mit besonderer Rücksicht auf die Bedürfnisse der Niagara -Anlage.¹⁶)

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Fig. 326. Schaltung des Zweiphasenmessers von Shallenberger.

den Strömen in den Messerspulen ist daher complementär zum Verzögerungswinkel des Arbeitsstromes. Die Einrichtung des Messers ist nun derart, dass der auf die Scheibe ausgeübte Zug proportional dem Sinus des Winkels ist, der die Phasendifferenz zwischen den Nebenschluss- und Hauptströmen darstellt, und demnach auch proportional dem Cosinus des Verzögerungswinkeis des Stromes im Arbeitskreise, d. h. gleich dem Leistungsfactor.

Die Zugkraft ist also direkt proportional dem Produkt aus Nebenschluss- und Reihenströmen, so dass sie sich genau wie die übertragene Kraft ändert.

U-förmige Dauermagnete umgeben die Scheiben mit ihren Polen und üben eine verzögernde Kraft aus, die der Anzahl der Umdrehungen direkt proportional ist, so dass die Geschwindigkeit der Kraft proportional ist. Das der Anordnung zu Grunde liegende Princip ist das gleiche wie bei dem Sie mens’sehen Dynamometer, kann jedoch in diesem Instrument mit grösserer Genauigkeit ausgeführt werden, da bewegliche Contacte fehlen. Die Genauigkeit der Messung ist in weiten Grenzen sehr gross wegen der Leichtigkeit der beweglichen Theile und der im Verhältnis zu den arbeitenden Kräften geringen Reibung, so dass noch ein Betrag von 1 v. H. oder weniger der maximalen Leistung genau abgelesen werden kann. Die Geschwindigkeit bei voller Belastung ist niedrig und geht nicht über 40 — 50 Umdrehungen in der Minute hinaus.

Das geringe Gewicht der Scheibe, die kleine Geschwindigkeit und die Verwendung besonderer Lager, die von Shallenberger für seinen vorerwähnten Messer erfunden sind, all das trägt dazu bei, die Reibung sehr klein zu machen.

Dieser Messer kann ebensowohl bei Drei- wie bei Zweiphasenströmen verwandt werden. Fig. 327 zeigt die einfachste Form einer Verbindung bei Dreiphasenstrom. Die Nebenschlussspule ist in Brücke zu zwei Zweigen des Stromkreises und die Hauptstromspule in den

Fig. 327. Schaltung des Dreiphasenmessers von Shallenberger.

dritten Zweig geschaltet, so dass wie im vorigen Falle der Strom in den Nebenschlussspulen in Quadratur mit den elektromotorischen Kräften des Hauptstromes ist, obwohl die Ströme in den drei Zweigen um 120 Grad voneinander abweichen.

Da die Widerstände im Nebenschlusskreise entsprechend den neuen Bedingungen und einer Correctionsconstante bemessen sind, so geschieht die Messung genau wie im vorigen Falle. Zur grösseren Genauigkeit sind zwei oder mehr Zweige eines mehrphasigen Stromkreises an die entsprechenden Hauptspulen des Messers angeschlossen und die Nebenschlussspulen besonders mit jeder verbunden. Jedoch ist für Betriebszwecke die einfache Form vollständig genau genug, wenn sie in gleichmässig belasteten Stromkreisen wie bei einem mehrphasigen Motor gebraucht wird.

Shallenberger hat nach ähnlichen Grundsätzen auch einen einphasigen Messer construirt, wegen dessen Einzelheiten der Leser auf The Electrician, Bd. 34, S. 369 vom 25. Januar 1895 verwiesen wird.

Kapitel XVI.

Mehrphasiger Betrieb von industriellen Anlagen.

Auf dem ganzen Continent von Europa werden neue Fabriken, welche früher mit langen Wellen- und Riemenleitungen zur Verkeilung der Kraft ausgerüstet waren, jetzt wegen der grösseren Oekonomie vielfach mit elektrischer Kraft eingerichtet, selbst wenn die Kraft durch Dampfanlagen erzeugt wird. Nicht ebenso häufig, aber doch auch in sehr vielen Fällen sind ältere Anlagen, die früher mit Dampfmaschinen ausgerüstet waren, umgebaut worden ; die langen, kraftverzehrenden Wellenleitungen sind entfernt und an deren Stelle ist elektrische Verkeilung eingerichtet worden. In England, wo die Fabrikanten sich sehr viel schwerer zu Neuerungen entschliessen, ist bis jetzt nur in wenigen Fabriken diese Einrichtung getroffen. Die Werke der Electric Construction Company in Wolverhampton waren die ersten, welche elektrisch eingerichtet wurden. Dann wurden auch die Fabriken von Siemens Brothers, deren Betriebskraft früher aus zwölf kleinen Dampfmaschinen bestand, die in verschiedenen Theilen des Werkes aufgestellt waren, so umgebaut, dass jetzt das ganze Werk von einer grossen centralen Dampfanlage elektrisch mit Kraft versorgt wird, wodurch eine grosse Ersparniss im wöchentlichen Kohlenverbrauch erzielt wurde. Die jährliche Ge-sammtersparniss betrug über 2000 t Kohlen. In diesen beiden Fällen wurde die Einrichtung jedoch getroffen, bevor mehrphasige Systeme in Aufnahme gekommen waren; die grosse Umwandlung, welche im continentalen Fabrikbetriebe stattgefunden hat, ist aber in der Hauptsache eine direkte Folge der besonderen Ausbildung der mehrphasigen Methoden für diesen Zweck.

Es ist unnöthig, hier im Einzelnen auf die grossen Vortheile einzugehen, welche die elektrische Kraftvertheilung in Fabriken bietet. Die Ursache der dadurch bewirkten grösseren Ersparniss kann unter folgende zwei Rubriken gebracht werden:

1. Ursachen, welche unmittelbar eine Ersparniss an Ausgaben

bewirken,

2. Ursachen, die eine vermehrte Arbeitsleistung einer gegebenen Anlage bewirken und somit indirekte Yortheile bieten.

1. Direkte Ersparnisse:

a)    Die Vereinigung der Dampferzeugung in eine oder zwei grosse Einheiten von hohem Wirkungsgrad anstatt einer Anzahl kleiner verstreuter Einheiten vermeidet die sonst grossen Verluste für Dampfleitungen und lange Wellen und gestattet die Verwendung grösserer und besserer Maschinen. Daraus entsteht eine direkte Ersparniss an Kohlen, Wasser, Oel und Arbeit. Bei den meisten Fabriken beträgt die in den langen Wellenleitungen verbrauchte Kraft bis zu 40 v. H. der ganzen Leistung und geht manchmal über 50 v. H. hinaus.

b)    Bei allen Belastungen und ganz besonders bei halben und noch kleineren Belastungen hat die elektrische Anlage einen viel höheren Wirkungsgrad.

c)    Die Kosten der Erneuerung und Wiederherstellung der elektrischen Kabel und Motoren sind sehr viel geringer, als die der Wellen und Riemen.

d)    Die Erweiterung einer solchen neuen Anlage ist viel weniger kostspielig, als bei Verwendung von Wellenleitungen und Riemen.

e)    Da der elektrische Betrieb viel gleichförmiger ist, leidet auch die Betriebsmaschine weniger.

f)    Man spart an Raum bei der Vertheilung der Arbeitsmaschinen, da man nicht nöthig hat, sie nach den langen geraden Wellenleitungen zu gruppiren.

2. Indirekte Ersparnisse:

a)    Selbst bei grossen Schwankungen in der Belastung kann die Geschwindigkeit sehr gleichmässig gehalten werden, so dass Störungen, Brüche und Kraft Verluste vermieden werden.

b)    Maschinen mit sehr grosser und solche mit kleiner Geschwindigkeit können, wenn gewünscht, in unmittelbarer Nähe von einander aufgestellt und betrieben werden, da die Motoren von einander unabhängig sind.

c)    Da der Raum über den Arbeitsmaschinen durch keinerlei Antriebsvorrichtungen in Anspruch genommen wird, so können die Werkstücke leicht von einem Theil der Werkstatt zum andern transportât werden, wodurch in vielen Fabriken die Leistungsfähigkeit ganz ausserordentlich vermehrt wird.

d)    Die hervorragende Schmiegsamkeit der elektrischen Kraftübertragung vermeidet die Schwierigkeiten, welche bei Riemen- und Wellenleitungen eintreten, wenn die Werkstätten in mehreren Stockwerken über einander liegen.

e)    Der Betrieb ist ausserordentlich reinlich und nimmt weniger Licht weg.

Als Beispiel für die Kraftvergeudung bei gewöhnlichem Fabrikbetriebe mag die folgende Tabelle dienen, die von Richardson in Hartlepool aufgestellt ist und die im Einzelnen die Reibungsverluste für verschiedene Maschinen und Wellenleitungen seines eigenen Werkes an gibt.

Nr.

der

Länge

Zahl

der

Wellenleitung in m

Riemen in m

der

Riemen

scheiben

Indicirte

Pferdestärken

Verlust

v. H.

Belastet

Leerlaufend

112,7

238,4

1308

690

153

113

157

1092

283

174

1472

335

210,6

427

79

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142

22

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17,4

23,7

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7,9

Der durchschnittliche Kraftverlust ist über 40 v. H. Wo nur zeitweise Kraft gebraucht wird, ist im Allgemeinen elektrische Ueber-tragung vortheilhafter als mechanische. Die elektrische Kraft ist stets bereit und der Kraftverlust während der Ruhepausen praktisch gleich Null. Eine der wichtigsten Anwendungen elektrischer Kraft ist die bei Laufkränen, für welche besondere Vortheile darin liegen, dass die ungeschickten vier- oder sechseckigen Wellen und Seil Übertragungen wegfallen. In den Vereinigten Staaten von Amerika werden jetzt kaum noch Laufkräne anders als mit elektrischem Antrieb ausgerüstet. Der elektrische Laufkran bietet auch noch den Vortheil einer grösseren Geschwindigkeit und grösseren Gleichmässigkeit beim Anlaufen und Anhalten, wodurch die Schnelligkeit des Kranbetriebes ganz wesentlich vermehrt wird.

Bis jetzt haben wir nur die Vortheile des elektrischen Betriebes von Fabriken allgemein beschrieben, ohne Rücksicht auf die besondere Art des zugeführten elektrischen Stromes zu nehmen.

26

Thompson, Mehrphasenströme.

Unter den verschiedenen für diesen Zweck in Betracht kommenden Stromarten bieten die mehrphasigen Ströme im Vergleich zu Gleichstrom und auch Einphasenstrom wesentliche Vortheile. Wie im Kapitel III beschrieben wurde, ist in den Fällen, in denen eine bestimmte Spannungsgrenze vorgeschrieben ist, die Verwendung einer dreiphasigen Vertheilung zur Uebertragung einer bestimmten Kraft mit einem gegebenen Wirkungsgrade schon in Bezug auf die Kosten der Kupferleiter von grossem Vortheil. Ferner sind Drei- und Zweiphasenmotoren für gleiche Leistung weniger massig und schwer als Einphasen- oder Gleichstrommotoren. Ihre Anlaufvorrichtung ist ebenso einfach oder noch einfacher als die der letzteren. Gegenüber Gleichstrommotoren bieten sie noch ausserdem einige bemerkenswerte Vortheile. Beim Gleichstrommotor muss der sich drehende Anker für die volle Spannung gebaut sein, und ist diese hoch, so muss er mit feinem Draht bewickelt -und sehr sorgfältig isolirt werden. Beim In-ductionsmotor ist im Gegentheil der Läufer stets niedrigvoltig, so dass er wenig oder gar keiner Isolation benöthigt und weit mehr Festigkeit in mechanischer Hinsicht besitzt. Der Gleichstrommotor erfordert zudem noch einen Commutator, welcher den Gleichstrom während der Umdrehung in einen Wechselstrom verwandelt. Ferner müssen die Bürsten des Commutators sehr sauber gehalten und von Zeit zu Zeit richtig eingestellt werden. Das Fehlen des Commutators beim In-ductionsmotor bietet noch den Vortheil, dass eine Funkenbildung gänzlich ausgeschlossen ist, und dies ist sehr wesentlich für alle Anlagen, in denen Staubexplosionen Vorkommen oder entflammbare Gase erzeugt werden können, ln Mühlen, Baumwollfabriken, Trockenräumen u. dgl. ist ein Motor mit Commutator nicht am Platze. Es werden zwar auch für solche Anlagen und sogar auch für Kohlengruben Gleichstrommotoren gebaut, doch werden sie dann gänzlich in ein Gehäuse ein geschlossen, was nicht nur wegen der schlechteren Zugänglichkeit aller Theile, sondern auch wegen der mangelhafteren Lüftung unvorteilhaft ist. Bei Inductionsmotoren, besonders solchen mit Käfigläufern, ist jede Möglichkeit der Funkenbildung vermieden, ausgenommen beim Ausschalter, der aber (wie auch jeder Blitzableiter) abseits oder ausserhalb des gefährlichen Baumes angebracht oder mit einer geeigneten Schutzhülle umkleidet werden kann. Inductionsmotoren brauchen also in solchen Bäumen nicht eingekapselt zu werden. Die Gleichstromanker brennen leichter durch wie die Läufer von Mehrphasenmotoren. Der diesen Motoren zugeführte, unter Umständen hochgespannte Strom durchläuft die Ständerwickehingen unmittelbar, ohne Vermittelung von Bürsten und Commu-tatoren. Ferner sind die feststehenden Ständerwickelungen sicherer vor mechanischen Beschädigungen, es ist daher ihre Isolation ebenso zuverlässig wie die eines gewöhnlichen Transformators, der bekanntlich eine viel höhere Spannung aushält, als bei einem Gleichstrommotor zulässig wräre. Diese grössere Betriebssicherheit in elektrischer und mechanischer Hinsicht ist ein grosser Vorzug des Inductions-motors. Die Sicherheit, welche er in Bezug auf Feuersgefahr bietet, sollte die Feuerversicherungsgesellschaften veranlassen, die Prämie bei Verwendung von Inductionsmotoren niedriger zu bemessen als bei Gleichstrommotoren. Der Inductionsmotor ist einfacher im Bau und kann daher leichter den Händen gewöhnlicher Arbeiter überlassen werden. In der That wird jeder Arbeiter, der im Stande ist, einen Riemen von der festen zur losen Rolle zu bringen, die Handhabung der Steuerung eines Drehstrommotors ebenso einfach finden.

Bei diesen mannigfachen Vorzügen ist es nicht zu verwundern, dass Fabriken, die früher mit langen Wellen- und Riemenleitungen betrieben wurden, jetzt mit elektrischer Ausrüstung versehen werden, und dass in einzelnen Fällen sogar mit Gleichstrom betriebene Anlagen nach wenigen Jahren für Drehstrom umgeändert wurden.

Nachstehend sollen einige für Mehrphasenbetrieb eingerichtete Anlagen genannt werden. Die mit Drehstrom versehenen Werke der Oerlikon Gesellschaft wurden schon S. 262 erwähnt. Die Fabrik von Brown, Boveri & Co. ist mit Zweiphasenmotoren ausgerüstet. Die Schuhfabrik von Bally & Sohn in Schönenwert (Canton Aargau) wird mit Drehstrommotoren betrieben, die mit der niedrigen Frequenz von 20 Perioden in der Secunde arbeiten. Diese für Beleuchtungszwecke zu niedrige Frequenz wurde wegen der geringen Geschwindigkeit des Stromerzeugers gew’ählt, die ihrerseits wieder die Folge des sehr kleinen Gefälles für die Jonvalturbine war. Der Generator ist in Fig. 99 und 100 dargestellt. Erst die Einführung des elektrischen Betriebes ermöglichte es der Firma, mit den Schuhfabriken in Leicester und Bristol in erfolgreichen Wettbewerb zu treten. In Grossbritannien ist die Anlage von Ricliardson&Son in Hartlepool die bedeutendste. Sie wurde von Brown, Boveri & Co. eingerichtet. Es sind zwei Schwungradgeneratoren von je 300 KW vorhanden, die von zwei horizontalen Compound-Dampfmaschinen direkt angetrieben werden, die durch einen Seiltrieb auch noch einen kleineren Generator von 80 KW drehen. Die grösseren Generatoren haben eine Geschwindigkeit von 125 Umdrehungen in der Minute und erzeugen

26*

einen Drehstrom von 200 Volt mit einer Frequenz von 41 Perioden in der Seconde. Die umlaufenden Feldmagnete haben die gewöhnliche vielpolige Schwungradform. Die feststehenden Anker werden derart von Schildzapfenlagern getragen, dass sie nach Entfernen eines kleinen Stückes der Fundamentplatte langsam lim eine mit der Maschinenachse zusammenfallende Achse gedreht werden können, so dass jede einzelne Spule zwecks Besichtigung und Reinigung leicht zugänglich ist. In der Fabrik sind im Ganzen 13 Motoren vorhanden, die zusammen über 500 P leisten. 5 von ihnen haben je 65 P, die Leistung der übrigen geht herab bis auf 10 P. Wie gross hierbei die Raumersparniss ist, sieht man daraus, dass 2 Marinekessel von 13 Atmosphären für diese Anlage genügen, während früher, wo nicht weniger als 31 einzelne Dampfmaschinen von 94 P abwärts vorhanden waren, 8 Haupt- und 23 Hilfskessel erforderlich waren. Der Dampfverbrauch allein für diese Maschinen, abgesehen von den Verlusten in den langen Dampfleitungen betrug etwa 25 kg Dampf für jede indicirte Pferdekraftstunde. Die Kohlenersparniss belief sich auf 100 Tonnen in der Woche.

Die General Electric Co.l) von Manchester hat ihre Werke theilweise mit Drehstrom ausgerüstet; der von Oerlikon gelieferte Stromerzeuger von 115 P läuft mit 400 Umdrehungen in der Minute und hat 45 Perioden in der Secunde.

ln Liverpool wurde die erste Licht- und Kraftanlage durch die eben erwähnte General Electric Co. für die Liverpool Grain Storage and Transit Co.²) eingerichtet. Der Drehstromgenerator ist von der General Electric Co. nach dem Muster der Oerlikon’schen Inductormaschinen gebaut, bei welchen sowohl der Anker als auch die Erregerspulen feststehen. Er ist direkt mit einer Bellis’sehen Compound-Dampfmaschine gekuppelt, welche 180 indicirte P bei 375 Umdrehungen in der Minute liefert.

Die Speicher der Gesellschaft bedecken ein Areal von 10000 m2 und bestehen aus parallelen Shedbauten, an deren Stirnwänden zwei von einem Ende des Speichers bis zum andern laufende, 760 mm breite Förderbänder das aufzuspeichernde Getreide zuführen. Von diesen Förderbändern, von je einem ISpferdigen Motor getrieben, wird das Getreide auf kleine bewegliche Hilfsbänder abgeworfen, welche innerhalb der Shedbauten angeordnet sind, und durch welche das Getreide an jeden beliebigen Punkt des Gebäudes befördert wird.

1)    Electrician, Bd. 41, S. 677, vom 16. September 1898.

2)    Electrical Review, Bd. 41, S. 117, 23. Juli 1897.

Es wird hierbei ein Kraftvertheilungssystem erforderlich, das sich über einen grossen Raum erstreckt, und hierfür ist die elektrische Kraftvertheilung besonders geeignet. Da bei der Verkeilung des Getreides viel Staub entsteht, sind hier besonders Inductionsmotoren am Platze. Die Hauptvertheilungsleiter sind dreifache concentrische Kabel. Licht und Kraft wird von denselben Stromkreisen entnommen, und es haben sich dabei keinerlei Schwierigkeiten bemerkbar gemacht. Die Motoren sind praktisch selbstregelnd in Bezug auf Geschwindigkeit, der Unterschied zwischen Leerlauf und voller Belastung beträgt nur 3 v. H. Eine genaue Beschreibung der Anlage findet man in der Electrical Review vom 23. Juli 1897.

Die Wagenfabrik in Bristol hatte früher an verschiedenen Stellen des Werkes 5 horizontale Dampfmaschinen von 10 bis zu 100 P, welche von 5 Lancashire-Kesseln gespeist wurden, wobei die Länge der Dampfleitungen 222,5 m betrug. Der durchschnittliche Dampfverbrauch für jede indicirte Pferdekraftstunde schwankte zwischen 20 und 26 kg. Der Kraft Verlust in den Maschinen und den Wellenleitungen betrug 0,592 der ganzen Leistung. Der Verlust durch Condensation des Dampfes wurde auf 1300 Tonnen Dampf, also etwa 400 Tonnen Kohle, im Jahre geschätzt. Die Maschinen- und Wellenleitungsverluste stellen weitere 1350 Tonnen Kohle dar, so dass im Ganzen jährlich etwa 1750 Tonnen Kohle zuviel verbraucht wurden. Der jährliche Speisewasserverbrauch betrug früher 18900 m³, während die Kessel der neuen Anlage nur 2140 m³ verdampften, so dass 16100 m³ Wasser weniger verdampft wurde. Die Gesammtersparniss an Brennmaterial und Wasser wurde auf jährlich 20000 Mark geschätzt. Die neue Anlage hat nur eine horizontale Compound -Dampfmaschine, von einer Maximalleistung von 400 P indicirt, und einen Lancashire-Kessel mit automatischer Feuerung und Economiser. Der von dem Schwungrad der Maschine durch ein Seil angetriebene Generator von Brown, Boveri & Co. erfordert 275 P. Es sind ausser 8 Stromkreisen für die Beleuchtung noch 7 getrennte Stromkreise für Kraft vorhanden, einer für jeden Speicher, und zunächst 10 Motoren aufgestellt von 65 P bis zu 2 P herab. Soweit angängig, sind Tlieile der alten Wellenleitung mitbenutzt. Der Strom für die Motoren wird durch 3 Drähte den Zweigleitungen unmittelbar entnommen. Die Beleuchtungs-Stromkreise sind nach dem Zweileitersystem angeordnet, indem sie zwischen eine der 3 Phasenleitungen und eine vierte neutrale Leitung geschaltet sind, die an den Nullpunkt der zu diesem Zweck in Stern geschalteten Ankerwickelung geführt ist. Die Spannung der Motoren ist etwas kleiner als 200 Yolt, die der Lichtstromkreise 110 Yolt. Es sind 750 Glühlampen und 32 Bogenlampen vorhanden.

Fig. 328 stellt das von Geipel& Lange für die Anlage gelieferte Schaltbrett dar. Yom Generator zum Schaltbrett führen 3 Phasen-

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Fig. 328. Schaltbrett einer Drehstromanlage.

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¹

Vgl. American Electrician, Bd. 11, S. 177. April 1899.

²

Eine sehr eingehende Erörterung über die Spannungsbeziehungen mit brauchbaren Formeln für offene und geschlossene Wickelungen hat Friese in der Elektrotechnischen Zeitschrift vom 15. Februar 1894 veröffentlicht. Er geht immer von der Voraussetzung aus, dass die Vertheilung des Feldes um den Anker herum nach einer Sinusfunction stattfindet. Später hat Steinmetz in derselben Zeitschrift 3. und 10. März 1898 eine Abhandlung über denselben Gegenstand veröffentlicht.

³

Diese Frage und die Mittel, das Feld der Gleichstromseite in Reihe oder im Nebenschluss zu erregen, oder die Maschine ohne Erregung laufen zu lassen, sind von Berg in der Zeitschrift Amer. Electrician vom Februar 1897 behandelt.

⁴

Vgl. Electrical World, Bd. 28. S. 68. 18. Juli 1896.

⁵

Elektrotechnische Zeitschrift, Bd. 19, S. 621, vom 15., 22. und 29. Sept. 1898.

⁶

Brit. Pat. 12856/88, D. R. P. 51596.

⁷

   Wegen der letzteren wird auf Werke wie Fleming’s Alternate Current Transformer, oder Blakesley’s Alternating Currents of Electricity verwiesen.

⁸

   Wegen Abänderungen dieser Methode und über den Gegenstand allgemein vgl. Jackson, Electr. World, Bd. 28, S. 351.

⁹

   Ygl. Mc Kissick, Americ. Eleetrician, Bd. 9, S. 261.

¹⁰

   Ueber die Theorie der Messung der Arbeit bei beliebiger Phasenzahl vgl. Blondei, Proc. Elec. Congress in Chicago. 1893. S. 112.

¹¹

Wegen vollständiger Theorie nnd praktischer. Diagramme vgl. Lunt, Electr. World, Bd. 23, S. 804, 832. 1894; Blondel, Lumière Electr.. 21. Januar 1893. S. 139; Görges, Elektrot. Zeitschr. 1891. S. 212.

¹²

   Behn-Eschenburg, Elektrot. Zeitschr. 19. März 1896; Dobrowolsky und Bauch, ebenda, 2. April 1896.

¹³

   Elektrot. Zeitschr. Bd. 13, S. 193. April 1892.

¹⁴

   Englisches Patent Nr. 6241 von 1893.

¹⁵

   Englisches Patent Nr. 148 von 1895.

¹⁶

Vgl. Electrician, Bd. 34, S. 368. 1895.

-n ii

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leitungen von je 3,87 cm² Querschnitt und 1 Hilfsleitung von 1,29 cm². Mit der letzteren ist ein Pol jeder Lichtleitung verbunden, die anderen Pole sind auf die Phasenleitungen so vertheilt, dass die Belastung möglichst gleiehmässig ist. Die Querschnitte der Kabel für die Motorstromkreise liegen zwischen 129 und 22 mm² je nach der Motorleistung. Die Schalttafel enthält noch einen Spannungsniesser, der zwischen die neutrale Leitung und jede der Phasenleitungen eingeschaltet werden kann, und einen Widerstand zum Regeln des Erregerstromes und damit der Spannung des Generators.

Nachstehend mögen noch einige Angaben über die Drehstromanlage der Anglo-Swiss Condensed Milk Co. in Aylesbury folgen. Der Stromerzeuger ist 8polig, mit umlaufendem Anker und feststehenden Magneten, und besteht grösstentheils aus Stahlguss. Die Erregermaschine sitzt fliegend auf der Welle der Hauptmaschine. Die Motoren sind von Brown, Boveri & Co., es sind 2 zu je 10 P,

1    zu 8 P, 4 zu I¹/, P und 1 zu 6 P vorhanden. Die beiden lOpfer-digen Motoren sind an der Decke befestigt und treiben mittels kleiner Vorgelegewellen Gruppen von Maschinen. Auch der 8pferdige und der G pferdige Motor treiben kleine Wellen zum Gruppenantrieb. Mit dem Anker der ersteren ist während der Anlaufperiode eine Drosselspule hinter einander geschaltet, die nach erreichter Geschwindigkeit ausgeschaltet wird. Auf dem Schaltbrett ist ein Strommesser in eine der 3 Hauptleitungen und ein Spannungsmesser zwischen eine der Phasenleitungen und die neutrale Leitung geschaltet. Die Spannung in jeder Phase ist 112 Volt. Um die scheinbaren Watt zu erhalten, braucht man nur die Phasenspannung mit der gemessenen Stromstärke und mit 3 zu multipliciren.

Ein anderes Beispiel liefert die zweiphasige Vertheilungsanlage in den ausgedehnten Maschinen werken von Weyher und Richemond in Pantin bei Paris. Dort waren früher drei getrennte Dampfmaschinen von 120, 80 und 50 P in Gebrauch; diese sind jetzt durch eine einzige liegende Dampfmaschine von 200 P (die bis zu 400 P belastet werden kann) und 60 Umdrehungen in der Minute ersetzt worden. Die neue Maschine treibt drei zweiphasige Stromerzeuger, jeden von 88 Kilowatt Leistung, mit drehbarem Trommelanker und feststehendem achtpoligen Eeldmagnet. Die Wechselgeschwindigkeit beträgt 40 Perioden in der Secunde. Gewöhnlich laufen nur zwei dieser Stromerzeuger, während der dritte als Reserve dient. Bis jetzt sind in den verschiedenen Räumen der Fabrik 17 Motoren aufgestellt worden, die zusammen 119 Kilowatt verbrauchen und etwa 150 P leisten; die Vertheilung im Einzelnen ist die folgende: ein Motor von 33 Kilowatt dient zur Kohlenförderung; zwei Motoren verbrauchen 22 Kilowatt, je einer 14,5 — 9,5 — 5,8 Kilowatt, die übrigen

2    Kilowatt oder weniger. Nach Boucherot, der eine genaue Beschreibung der Anlage mit Abbildungen der Fabrikräume und der

Motoren geliefert hat¹), beträgt der Wirkungsgrad der grösseren Motoren 0,94, der des kleinsten (1,1 Kilowatt) 0,74; der mittlere Wirkungsgrad der Motoren ist im Durchschnitt über 0,89. Boucherot meint, dass diese Maschinen äusserst vortheilhaft gegen Gleichstrommaschinen derselben Leistung abstechen. Die Zweiphasenmotoren (einschliesslich Anlassvorrichtung) kosten nicht mehr als Gleichstrommotoren gleichen Wirkungsgrades und laufen mit geringerer Geschwindigkeit. Die Stromerzeuger kosten bei gleichem Wirkungsgrad etwa 15 Procent weniger als Gleichstromerzeuger derselben Leistung.

In Berlin hat die Allgemeine Elektricitätsgesellschaft den Dreiphasenmotor für mancherlei Zwecke vervollkommnet, besonders zum Betriebe von Werkzeugmaschinen, Centrifugen und Aufzügen; sie hat den Bau der Centrifugen im Grossen von 1 bis 7 P zu ihrer Specialität gemacht. Sie werden in grossem Umfänge in Zuckerraffinerien verwendet. So ist z. B. die Zuckerraffinerie von P. Schwenger’s Söhne in Uerdingen am Rhein durchaus mit elektrischen Motoren ausgerüstet; ihre Zahl beträgt 91, und sie leisten im Ganzen etwa 490 P. In den Breitenburger Cementwerken in Lägerdorf stehen zwei dreiphasige Stromerzeuger in Betrieb, jeder von 110 P, um Kraft für Aufzüge, Pumpen, Stampfen u. dergl. zu erzeugen. Die Maschinenwerke von Colomna in Russland besitzen eine dreiphasige Anlage von 600 P, um Werkzeugmaschinen und Krane in ihren Werkstätten zu betreiben.

Die neuen Anlagen der Westinghouse Gesellschaft in East Pittsburg sind durchweg mit elektrischem Betrieb versehen. Ein Theil ist einschliesslich der Laufkrane für Gleichstrombetrieb eingerichtet, der grössere Theil wird jedoch durch Tesla’sche Zweiphasenmotoren angetrieben. Einzelne Motoren dienen zum Gruppenantrieb mittels Transmissionswellen, andere zum Einzelantrieb von Arbeitsmaschinen, Aufzügen, Bogenlichtmaschinen u. dergl. Drei 500 pferdige zwmiphasige Generatoren mit Dampfantrieb liefern die erforderlichen Ströme (vgl. Fig. 144). Sie haben ein äusseres feststehendes Feld mit 14 geblätterten Polen und eine auf 92 Schlitze vertheilte Ankerwickelung. Sie laufen mit 215 Umdrehungen in der Minute und liefern hierbei 2 Wechselströme von 400 Ampere bei 240 Yolt; die Frequenz beträgt 25 Perioden in der Secunde. Die folgende Tabelle zeigt die Yertheilung der Motoren innerhalb des Werkes. Es sind 17 elektrische Aufzüge vorhanden, die zuerst durch

Gleichstrom betrieben wurden, nun aber fast durchweg für Zweiphasenmotoren von 20 — 30 P umgeändert sind. Eine ausführliche

Abtheilung

Leistung der Motoren in P

Zahl

der

10    15    20    25    30    40    60    75 Motoren

Ge-

sannnt-leistung in P"

Messinggiesserei Holzbearbeitung Anstreicherei .

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U) H to IO

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PO

Cl Cl W Ci *4 Oï O

790

100

140

90

40

155

75

Insgesammt 12

4    18    1    11    9    1    1

57

1390

Beschreibung der elektrischen Ausrüstung ist in der Electrical World, Bd. 25, S. 745, vom 29. Juli 1895 veröffentlicht.

In den Vereinigten Staaten von Amerika benutzen jetzt zahlreiche Anlagen Drehstrom als Betriebskraft. Die Pelzer Manufacturing Co., South Carolina, haben in ihrer Spinnerei und Weberei 3000 P installirt; drei horizontale Victoria-Turbinen treiben drei lOOOpferdige Drehstromerzeuger. Der erzeugte Drehstrom wird mit einem Wirkungsgrad von 80 v. H. 4,2 km weit durch eine oberirdische Leitung den Werken zugeführt. Die Motoren geben durchweg ihre Kraft an Transmissionsleitungen ab; Einzelantrieb findet, abgesehen von einzelnen Pumpen und Fächern, nicht statt.

Die Columbia Cotton Co. hat zwei direkt mit Turbinen von 680 P gekuppelte Drehstrommaschinen, welche bei 108 Umdrehungen in der Minute 20 Transmissionsmotoren von je 65 P mit Strom von 575 Volt und 36 Perioden versehen und ausserdem noch Kraft für Beleuchtung abgeben. Der Wirkungsgrad für die Uebertragung von der Maschinenwelle zur Motorwelle beträgt 82 v. H.

An der Pacifischen Küste sind seit der Vollendung der grossen Drehstrom Übertragungen viele Fabriken elektrisch eingerichtet worden, besonders fast alle grösseren Mühlen, wo neben der grösseren Feuersicherheit noch der Vortheil gefunden wurde, dass an Ausgaben für Löhne bedeutend gespart wurde, weil die Bedienung der einfachen Drehstrommotoren durch ungelernte Arbeiter erfolgen konnte.

Die Frage nach der günstigsten Frequenz der Wechselströme steht in innigster Beziehung zu der Frage, ob der Strom für die Beleuchtung unmittelbar den Kraftleitungen entnommen werden soll oder nicht. Bei Bogenlampen darf die Frequenz nicht unter 40 — 42 sinken und selbst bei dieser Zahl flackert das Licht leicht und die Lampen brummen. Umgekehrt ist diese Frequenz wieder zu hoch für den Betrieb kleiner Motoren, bei denen sonst die Polzahl sehr gross genommen werden muss, um die Geschwindigkeit auf ein brauchbares Maass zu bringen; dieses Mittel ist immer noch besser als Riemen oder Rädervorgelege zu verwenden. Aus diesem Grunde verwenden viele der grössten Anlagen Strom von niedriger Wechselzahl für den Kraftbetrieb und legen eine besondere Leistung für die Beleuchtung an. Die ebenerwähnte Westinghouse Co. in Pittsburg hat die Frequenz zu 25 gewählt und betreibt mehr als 1000 Werkzeugmaschinen durch zweiphasige Motoren von 200 Volt. Zur Beleuchtung dient eine besondere Anlage mit einer Frequenz von 60 Perioden. Die Kraftanlage am Niagara hat ebenfalls 25 Perioden in der Secunde.

Die Columbia Cotton Co. verwendet Strom von 36 Perioden, da sie nur Gruppenantrieb hat, was auch offenbar in dem Falle, wenn eine Anzahl gleicher Maschinen fast beständig läuft, am vorthei 1-haftesten ist.

Auf dem Continent von Europa ist die Frequenz fast ausnahmslos 50 Perioden, nur in besonderen Fällen werden 40 — 42 Perioden verwendet.

In Stromkreisen, die für Kraft und Licht gleichzeitig Strom liefern, ist als äusserste Grenze eine Periodenzahl von 80 in der Secunde zulässig; bei ausschliesslichem Kraftbetrieb sollte sie wesentlich niedriger gewählt werden. Die im Einzelfalle zu wählende Periodenzahl hängt natürlich auch von der Art des Betriebes ab, für welchen die Anlage bestimmt ist. Es ist jedoch auch nicht räthlich, mit der Periodenzahl allzusehr herunterzugehen, da dadurch in Bezug auf die Regelung der Generatoren Schwierigkeiten entstehen, welche leicht die Vortheile auf wiegen, die mit der vergleichsweise geringeren Polzahl und im Allgemeinen einfacheren Bauart bei kleiner Wechselzahl verbunden sind.

Kapitel XYII.

Vertheilung mehrphasiger Ströme aus Centralstationen.

Für die Zwecke elektrischer Beleuchtung allein ist kein grosser Yortheil in der Verwendung mehrphasiger Ströme gegenüber dem gewöhnlichen einphasigen Wechselstrom zu finden. Aber wo auch andere Zwecke vorliegen, besonders die elektrische Kraft vertheilung, oder wo die Entfernung der Kraftstation von der Verbrauchsstelle bedeutend ist, da überwiegen die Vortheile der mehrphasigen Systeme.

Die Entwicklung ist in den letzten Jahren ganz bedeutend vorgeschritten, mit kaum einer einzigen Ausnahme sind alle grösseren elektrischen Kraftwerke in der ganzen Welt für Mehrphasenströme eingerichtet, und ihre Zahl vermehrt sich noch von Jahr zu Jahr.

150 7

Bei derartigen grösseren Anlagen pflegt man mehrere Generatoren aufzustellen, die je nach Bedürfniss in Betrieb genommen und parallel geschaltet werden. Dazu ist erforderlich, dass ihre Geschwindigkeit möglichst gleichförmig ist. Der Ungleichförmigkeitsgrad der Antriebsmaschine sollte, abgesehen von dem z. Th. nicht unerheblichen Trägheitsmoment der Läufer, möglichst unter jedenfalls nicht mehr als ¹/l20 betragen. Die Empfindlichkeit der Regulatoren dagegen darf nicht zu gross sein, da sonst die Gefahr vorliegt, dass die Geschwindigkeit der einzelnen Maschinen beständig wechselt und dadurch die Belastung bald von der einen, bald von der anderen Maschine übernommen wird. Man lässt daher zwischen Leerlauf und Vollbelastung zweckmässig einen Tourenunterschied von etwa 5 v. H. zu, und richtet die Regulirung so ein, dass die Umdrehungszahl bei voller Belastung etwas über und bei Leerlauf etwas unter die normale Grösse gebracht werden kann. Unter diesen Bedingungen werden die Maschinen, einmal

parallel geschaltet, im Tritt bleiben, dauernd mit genau gleicher Periodenzahl umlaufen und jede den ihr zugewiesenen bestimmten Betrag der Gesammtleistung übernehmen. Um nun zwei Maschinen parallel schalten zu können, müssen sie auf annähernd gleiche Klemmenspannung gebracht, und auf genau gleiche Periodenzahlen und gleiche Phasen eingestellt werden. Hierzu dienen verschiedene Vorrichtungen, von denen der von der Pirma Schlickert verwendete sog. Synchronismusanzeiger nachstehend beschrieben werden soll. Her Synchronismusanzeiger besteht aus einer Anzahl von Glühlampen, welche im Kreise angeordnet und an die secundären

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Fig. 329. SynchronismuBanzeiger zum Parallelschalten von Wechselstromquellen.

Wickelungen eines Dreiphasentransformators angeschlossen sind. Jede der primären Spulen des letzteren ist mit einer Sammelschiene und einer Klemme der neu anzuschliessenden Maschine in Verbindung. Die Schaltung der primären Spulen sowie der Anschluss der Glühlampen an die in Sternschaltung mit einander verbundenen Secundärspnlen ist aus Fig. 329 ersichtlich. Der besseren Ueber-sicht halber ist nur die Hälfte der Lampenanschlüsse gezeichnet; die übrigen Lampen sind je einer der ersteren parallel geschaltet. Durch die Anschlüsse der Glühlampen wird jede Secundärspule in zwei Theile getheilt. Der Anschlusspunkt ist nun so gewählt, dass die Windungszahl des zwischen diesem Punkte und dem Verbindungspunkte der drei Spulen liegenden Theiles sich zur Windungszahl

. Die Spannung in den

der ganzen Spule verhält wie

sin 30°

V“3

sIuMO⁵

primären Transformatorspulen ist die geometrische Differenz der von den Sammelschienen und Maschinenklemmen gelieferten Spannungscomponenten. Die Spannung in den secundären Spulen ist der primären Spannung proportional und wird ihr gleich, wenn die Windungszahlen der primären und secundären Spulen dieselben sind, was im Folgenden, um die Darstellung zu vereinfachen, angenommen werden soll.

Ist zwischen den bereits im Betriebe befindlichen Maschinen und der neu hinzuzuschaltenden Synchronismus vorhanden, womit noch keine Phasengleichheit verbunden zu sein braucht, so ist die Spannungsvertheilung über alle drei Spulen stets dieselbe, und

C/

eV3

Kl

CJ

eV5

Fig. 330.

infolgedessen stehen auch die an die Spulen angeschlossenen Lampen stets unter derselben Spannung. Die Vertheilung der Spannung auf die einzelnen Lampen ist jedoch verschieden. Gewisse Lampen erhalten ein Maximum von Spannung und leuchten hell, während andere Lampen unter geringerer Spannung dunkler brennen und an einzelnen die Spannung Null ist. Die Yertheilung der Spannung auf die Lampen hängt von der Phasenverschiebung der primären Spannungscomponenten ab. Ist Phasengleichheit vorhanden, so werden die Spannungscomponenten der drei Spulen und deren geometrische Subtraktion durch die Diagramme Fig. 330 dargestellt. Die Spannung an einer der Sammelschienen bezw. Maschinenklemmen gegen den neutralen Punkt werde mit e bezeichnet; dann ergibt sich für die Spannung in Spule I der Werth Null, während die Spannung der Spulen II und III beträgt. Daraus ergeben sich für die einzelnen Lampen folgende Spannungen:

Lampe 1 Lampe 2 lind 6 . . ey 3

Lampe 3 und 5 . . Lampe 4

sin 30°

sin 60°

e -f e = 2e.

Nun ist

0 = 2 e • sin 0 °,

e = 2e ■ ¹/₂ = 2e ■ sin 30°,

e • V3 = 2e ■ x/₂ y 3 = 2e • sin 60°,

2e = 2e • sin 90°.

Die Spannung an jeder Lampe ist also dem Sinus ihres Winkelabstandes von der Linie 1 1 proportional. Dementsprechend brennt Lampe 4 mit der grössten Lichtstärke, während Lampe 1 überhaupt nicht brennt.

Beträgt die Phasenverschiebung zwischen der Sammelschienenspannung und der Spannung der anzuschliessenden Maschine 160°,

e'

e'

2e_

JJ

'C

Fig. 331.

so stellt Pig. 331 die Spannungscomponenten und deren geometrische Subtraction dar. Die Letztere ergibt für Spule I den Werth 2c, für Spule II und III e. Es herrschen daher jetzt an den Lampen folgende Spannungen:

an Lampe 1.....

an Lampe 2 und 6 .

2e

2e

?= = eV3

an Lampe 3 und 5 . . e

an Lampe 4

e — e = 0.

Die Spannungen an den Lampen stehen also in demselben Verhältnisse wie vorher, nur hat sich die Spannungsvertheilung so geändert, dass das aus der ersteren Vertheilung resultirende Lichtbild um 90° gedreht erscheint.

Für Phasenverschiebungen zwischen 0° und 180° hat das Lichtbild eine entsprechende mittlere Lage.

Nun lassen sich zwei Wechselströme, zwischen denen kein Synchronismus besteht, deren Periode also von verschiedener Dauer ist, auffassen als Ströme, deren Phasenverschiebung in jedem Augenblicke wechselt. Dementsprechend wird also, so lange die anzu-schliessende Maschine noch nicht synchron läuft, das Lichtbild des Synchronismusanzeigers rotiren. Je nachdem die Periodenzahl der neu zuzuschaltenden Maschine zu hoch oder zu niedrig ist, rotirt das Lichtbild in verschiedenem Sinne, und nach der Geschwindigkeit der Drehung lässt sich der jeweilige Unterschied der Periodenzahlen beurtheilen.

Um den Apparat zur Parallelschaltung von Maschinen zu benutzen, hat man also zu warten, bis das rotirende Lichtbild dem Stillstände nahe kommt. Sobald dann das Lichtbild mit bestimmten Lampen, den Phasenlampen, zusammenfällt, ist der Moment für das Einschalten der Maschine gekommen.

Die Yorrichtung kann auch zum Parallelschalten von Einphasenmaschinen Anwendung finden, und zwar unter Verwendung von Hilfsphasen, welche in üblicher Weise mittels Wickelungen verschiedener Selbstinduction oder mittels Condensatoren erzeugt werden.²)

Das erste Beispiel einer Centrale zur Kraftübertragung in grösserem Style und einer Vertheilung mehrphasiger Ströme zur Versorgung eines Industriegebietes mit Kraft und Licht ist die Anlage, welche in Lauffen am Neckar errichtet wurde, und die die 14km entfernte Stadt Heilbronn mit Drehstrom versorgt. Zwar waren schon früher in kleineren Anlagen einzelne Versuche der Kraftübertragung angestellt worden, wovon der bekannteste der von Marcel Deprez ist, der 1886 zwischen Creil und Paris 116 P auf 15 km übertrug, jedoch betrug hier das Güteverhältniss nur ca. 45 v. H., ein wenig ermuthigendes Ergebniss. In diese Zeit (1891) fällt aber die genauere Erforschung des Wechselstromgebietes und im Besonderen der Mehrphasenströme, durch die die Energievertheilung erst praktisch ausführbar erschien. Die Lauffener Anlage sollte den Beweis für die Ausführbarkeit erbringen. Der Erbauer dieser Anlage ist Herr Oscar von Miller in München, dessen Güte wir die nachfolgenden Mittheilungen verdanken.

Die Stromerzeuger in Lauffen, dieselben, die bei der berühmten Kraftübertragung nach Frankfurt benutzt worden sind (Fig. 381 bis 386), geben jeder 4000 Ampere bei 50 Volt. Durch einen Transformator wird der Strom in einen solchen von 40 Ampere und 5000 Volt verwandelt und nun auf drei 6 mm starken Kupferdrähten oberirdisch auf Oelisolatoren an hohen Pfosten fortgeleitet. In Heilbronn wird der Strom von einem zweiten Transformator aufgenommen, der ihn auf etwa 133 Ampere und 1500 Volt umwandelt; mit dieser Zwischenspannung wird dann der Strom auf die verschiedenen Stadtviertel vertheilt. Es werden hierzu im Ganzen verwendet: drei Turbinen (eine zur Keserve), zwei Stromerzeuger, zwei Transformatoren zur Erhöhung und zwei zur Erniedrigung der Spannung. Die letzte Umwandlung in Heilbronn von 1500 auf 100 Volt wird mittels kleiner Transformatoren von 5 und 10 KW ausgeführt, welche an etwa 25 geeigneten Stellen in besonderen Transformatorenhäuschen untergebracht sind; diese speisen das Mederspannungsnetz, welches den Strom den Lampen und Motoren der Abnehmer zuführt. Dreifach concentrische bewehrte Kabel vertheilen den Strom über etwa 8 km Strassen. Bogenlampen, Glühlampen und Motoren werden in allen drei Kreisen verwendet. Bis Ende 1894 war der Stromwerth von 11000 achtkerzigen Glühlampen nebst 25 Motoren für zusammen 53 P angeschlossen. Seitdem ist der Bedarf derart gestiegen, dass noch eine Dampfcentrale in der Stadt Heilbronn errichtet werden musste. Die kleinen Motoren bis herauf zu 3 P sind so eingerichtet, dass sie ohne besondere Anlassvorrichtung unmittelbar eingeschaltet Averden können. Sie sind von der gewöhnlichen dreiphasigen Art mit Trillerkäfigläufer. Die grösseren Motoren bis zu 8 P sind mit einer Anlassvorrichtung versehen, welche Flüssigkeitswiderstände enthält, so dass der volle Strom erst nach Verlauf von etwa 15 bis 20 Secunden aufgenommen wird; in dieser Zeit erlangt der Motor seine volle Geschwindigkeit und wird nun unmittelbar an die Hauptleitungen gelegt. Etwa in der Mitte zwischen Lauffen und Heilbronn, bei Sontheim, werden einige Lampen zur Strassenbeleuchtung aus einem Transformator gespeist, der die Hochspannung von 5000 Volt sogleich auf 100 Volt umwandelt. Die Spannung konnte bisher ohne Störung in allen drei Kreisen auf der vorgeschriebenen Höhe gehalten werden. Die Motoren sind bestrebt, die Spannungen und Ströme in den drei Kreisen gleich zu machen, auch wenn die Zahl der Lampen ungleich ist.

Die nächsten mehrphasigen Centralstationen, die in Betrieb genommen wurden, sind die der Dresdener Bahnhofsanlage, von Chemnitz, Budapest, Strassburg und Bockenkeim.

In Chemnitz ist 1894 von Siemens & Halske eine städtische Anlage errichtet worden, bei der ein dreiphasiges System verwendet wurde. Die Stromerzeuger (Modell R, Tafel I) besitzen eine Leistung von 52 Ampere bei 2000 Yolt. Sie haben einen äusseren feststehenden Anker, dessen Kern aus Blechringen aufgebaut ist, und einen inneren, drehbaren, sternförmigen Feldmagnet mit 40 Polen abwechselnder Polarität. Bei 150 Umdrehungen in der Minute beträgt die Wechselgeschwindigkeit 50 Perioden in der Secunde. Am inneren Umfang des Ankerringes sind 120 Schlitze zur Aufnahme der Wickelung angebracht, also drei Schlitze auf jeden Pol. Die Schlitze verengen sich an ihrer Oeffnung, um hölzerne Keile zur Befestigung der Windungen aufzunehmen. Die letzteren sind nach Fig. 90 (S. 92) angeordnet, wobei die gebogenen äusseren Theile in zwei Ebenen liegen, und alle Spulen derselben Phase in Reihe geschaltet sind. Ein Ende jeder der drei Reihen ist zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt geführt und die anderen drei freien Enden sind mit den drei Klemmen der Maschine verbunden; dies ist also eine Sternschaltung (Fig. Y, Tafel IY). Eine Hilfsspule auf jedem Stromerzeuger liefert Strom mit 25 Yolt Spannung für den Apparat, der den Synchronismus erhält. Die drei Stromerzeuger werden jeder von einer Dreifach-Expansionsmaschine mit Condensation in direkter Kuppelung getrieben. Wenn die Erregung der Feldmagnete constant erhalten wird, so ist der Spannungsabfall bei voller, inductionsfreier Last etwa 7 Procent; wenn aber Motoren an die Leitungen angeschaltet werden, so kann ein weit grösserer Spannungsabfall eintreten, so dass man zum Ausgleich den Erregungsstrom um 20 bis 30 Procent erhöhen muss. Yon den Stromerzeugern werden die Ströme durch Schmelzsicherungen, Schalter und Messapparate zu drei Sammelschienen am Schaltbrett geführt, von wo die Hochspannungsleitungen zu den Vertheilungsleitungen gehen. Dreifach concentrische Kabel, mit Blei umpresst und bewehrt, leiten den Strom mit 2000 Yolt zu Transformatoren, die an 24 Punkten über die Stadt vertheilt sind, und die den auf 120 Yolt umgeformten Strom d§m Mederspann ungs-netz zuführen. Es sind etwa 10 km Hochspannungskabel, 19 km dreifach concentrisches Mederspannungskabel und etwa 6,5 km nackte Leitung verwendet worden. Der äusserste Punkt des Netzes ist etwa 3 km von der Stromerzeugungsanlage entfernt, die selbst etwa

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Thompson, Mehrphasenströme.

1,5 km ausserhalb des Mittelpunktes der Stadt liegt. Ende 1894 war der Stromwerth von etwa 11000 achtkerzigen Glühlampen, 160 Bogenlampen und 30 Motoren von durchschnittlich 2 P angeschlossen. Die Motoren haben als Ständer einen Ring, der mit Spulen in Schlitzen bewickelt ist, ähnlich wie die Stromerzeuger. Der Läufer ist aus eisernen Blechringen, die am äusseren Umfange geschlitzt sind, zusammengesetzt und mit Spulen bewickelt, die gleichfalls in Sternschaltung verbunden sind und in drei Schleifringen endigen. Die letzteren erlauben beim Anlassen Widerstände einzuschalten, welche allmählich ausgeschaltet werden, wenn die Geschwindigkeit des Motors wächst. Bei voller Geschwindigkeit wird der Läufer kurz geschlossen. Eine ausführliche mit Abbildungen ausgestattete Beschreibung gibt die Elektrotechnische Zeitschrift vom Februar 1895.

Für die Stadt Strassburg wurde auf Empfehlung von v. Miller ein dreiphasiges System angenommen. Die Stromerzeuger mit eisernem unbewickelten Anker wurden von der Allgemeinen Elektri-citätsgesellschaft in Berlin erbaut und brauchen jeder 400 P. Diese Maschinen hat v. Dobrowolsky in der Elektrotechnischen Zeitschrift vom 7. Februar 1895 beschrieben.

In Bockenheim (Frankfurt a. M.) ist eine Dreiphasenanlage von W. Lahmeyer & Co. errichtet worden. Es stehen dort mehrere Dreiphasen-Stromerzeuger für direkten Antrieb, jeder von etwa 150 KW, von derselben Bauart wie die in Lauffen gebrauchten (Fig. 381), mit feststehendem Anker und drehbarem Feldmagnet, aber mit nur acht Polen. Sie arbeiten mit 80 Volt und ihre Ströme werden unmittelbar in dreiphasige Transformatoren geleitet, in denen sie auf 660 Volt umgeformt werden; mit dieser Spannung werden sie durch Kabel zu den verschiedenen Vertheilungspunkten fortgeleitet. Die Dreiphasenmotoren werden zum Betriebe unmittelbar an die Hochspannungsleitungen angeschlossen. Für die Beleuchtung werden Transformatoren dazwischen geschaltet, welche die Spannung erniedrigen und ein Vertheilungsnetz speisen. Dreifach concentrische Kabel liefern den Strom in die Häuser. Die an die Hochspannungsleitung angeschlossenen Motoren sind bis zu einer Grösse von 20 P asynchron. Sie gehen unter Last an, ja sogar bei Ueberlastung. Die Motoren über 8 P werden indessen mit Leerscheiben ausgerüstet, so dass sie nur mit leichter Last anzugehen haben. Zu den Anlassvorrichtungen werden Wasserwiderstände benutzt. Als Verbrauchsmesser dient der Aron’sche Apparat für Mehrphasenstrom. Eine unabhängige Gleichstromvertheilung für Beleuchtung allein besteht neben der beschriebenen Anlage. Der ganze Verbrauch an Strom für Motoren übersteigt 200 P.

Die Regulirung der Spannung in den drei Kreisen hat keinerlei Schwierigkeiten dargeboten. Wenn eine Sternschaltung (wie Fig. 328) in einer Dreiphasenanlage verwendet wird, so dient der vierte Draht, der zu dem gemeinsamen Verbindungspunkt der drei Stromkreise des Stromerzeugers zurückführt, dazu, die Spannungen auszugleichen, wenn die Zahl der Lampen in den drei Zweigen ungleich ist. Aber Görges hat bei einer Besprechung der Chemnitzer Vertheilungsanlage gezeigt, dass dies nicht nöthig ist. Ein dreiphasiger Ausgleicher kann in Gestalt eines dreiphasigen Transformators an irgend einem bequem gelegenen Punkte des Netzes eingefügt werden; jeder Schenkel des Transformators ist mit nur einer Spule bewickelt. Dies ist eigentlich eine dreiphasige Drosselspule oder ein Auto-Transformator. Die drei Spulen werden in Sternschaltung verbunden, und der vierte Draht der Stromkreise wird an den gemeinsamen Verbindungspunkt der Spulen gelegt. Görges zeigte bei einem Versuche, bei welchem in dem einen der drei Kreise 100, im zweiten 20 und im dritten 1 Lampe eingeschaltet, also die Spannungen sehr ungleich waren, dass durch die Verbindung des vierten Drahtes mit dem Mittelpunkt des Ausgleichers plötzlich alle drei Spannungen gleich wurden. Dreiphasenmotoren, die in den Kreis geschaltet werden, haben in ähnlicher Weise eine Ausgleichswirkung auf die drei Spannungen. Vor einigen Jahren berichtete v. Dolivo-Dobro-wolsky über die Thatsache, dass auch Dreiphasentransformatoren eine ebensolche ausgleichende Wirkung äussern.

In Budapest haben Schuckert & Co. eine Zweiphasenanlage ausserhalb der Stadt erbaut, deren Strom in mehreren über die Stadt vertheilten mit Motorgeneratoren ausgerüsteten Unterstationen auf die Gebrauchsspannung umgewandelt wird.

Eine ähnliche Anlage ist von Kolben & Co. in Prag errichtet, deren Unterstationen mit Dreiphasen-Synchronmotor-Generatoren ausgerüstet sind. Eine Beschreibung derselben befindet sich in der Zeitschrift The Electrician 1901 S. 906 und 949.

Niagara. Von allen grossen elektrischen Unternehmungen zur Erzeugung elektrischer Kraft in grossem Maassstabe und deren-Vertheilung in den umgebenden Distrikten ist die der Cataract-Co. am Niagara bei weitem die grösste. Einzelne Angaben sind bereits auf S. 140—145 über die dort aufgestellten 5000-pferdigen zwei-

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phasigen Stromerzeuger gegeben. Es sind zur Zeit von diesen Maschinen 12 irn Betrieb. Eine Darstellung der Anlage findet man in der Electrical World, Bd. 33, S. 3 vom 7. Januar 1899. Abgesehen von der Aufstellung neuer Stromerzeuger ist das wichtigste Ereigniss neueren Datums die Ausdehnung des Systems auf die Stromlieferung nach der Stadt Buffalo, 25 km weit. Zu diesem Zwecke wird der Strom, der mit 5000 Yolt erzeugt wird, auf 11000 Yolt durch Transformatoren umgeformt, von denen jeder eine Leistung von 975 KW hat. Diese Transformatoren sind nach Scotts System angeordnet und verwandeln den zweiphasigen in einen dreiphasigen Strom. Yon den Transformatoren sind sechs Drähte nach Buffalo geführt, deren Querschnitt so bemessen ist, dass der Spannungsabfall auf den Leitungen nur 5 v. H. beträgt. Einen Begriff von der Bedeutung der durch diese grosse Centrale mit Strom versorgten Unternehmungen erhält man aus der nachfolgenden Beschreibung, die dem oben erwähnten Artikel der Electrical World entnommen ist. Die tägliche Belastung beläuft sich auf über 15000 KW oder 20000 P; die am Orte verbrauchte Kraft, deren Höhe ausserordentlich regelmässig¹) ist, beträgt ungefähr 12000 KW, während die nach Buffalo übertragene Leistung etwa 1700 KW ausmacht; der Leistungsfactor für die ganze Belastung erreicht den überraschend hohen Durchschnittswerth von 95 v. H. Ausser der in dieser Weise elektrisch vertheilten Kraft liefert die Cataract Co. auch Kraftwasser für die Turbinen der Niagara Falls Paper Co. im Werthe von ungefähr 8000 P. In unmittelbarer Nachbarschaft verbraucht die Carborundum Co. ungefähr 2000 elektrische P für ihre Oefen. Die Aluminiumwerke verbrauchen etwa 3750 KW zum Antriebe ihrer rotirenden Umformer, welche die elektrolytische Anlage mit Gleichstrom von 160 Yolt versorgen. Diese Werke gehören der Pittsburg Réduction Co., welche auch noch weiter abwärts eine Fabrik hat, die aus einem anderen Wasserkraftwerk 3000 P verbraucht. Die Union Carbide Co. verwendet 1000 P zur Herstellung von Calciumcarbid. Die Nachfrage nach diesem Produkt war so gross, dass die Gesellschaft schon eine weitere Anlage baut, welche noch 15000 P verbrauchen wird. Die Mathieson Alkali Co. verbraucht 1500 KW zum Betriebe der rotirenden Umformer zur elektrolytischen Herstellung von caustischer

1) Sie wechselte beispielsweise am 28. December 1898 nur zwischen 11500 und 11700 KW, während der Verbrauch in Buffalo am selben Tage sich zwischen 500 und 3140 KW bewegte.

Soda. Ausser diesen Anlagen sind dort noch Fabriken der Niagara Electrochemical Co., der Lead Beduction Co. und der Old-bury Chemical Co. Die Niagara Falls Electric Light and Power Co. entnimmt Kraft für zwei 400-pferdige Inductionsmotoren. Diese Station versieht auch die am Ort befindlichen Strassenbahnen und die zwischen Buffalo und den Niagarafällen verkehrende Bahn mit Gleichstrom. Die hochgespannten Ströme von 10000 Volt werden nach Buffalo, nach Tonawanda und Lockport geleitet. Am letzten Orte ist eine Unterstation, wo durch feststehende Transformatoren und rotirende Umformer eine Gleichstrom belastung von ungefähr 800 KW verbraucht wird. In Tonawanda werden für ähnliche Zwecke 2000 KW verbraucht.

Die Anlage wird noch fortwährend weiter ausgebaut. Anfang 1901 waren bereits 10 Generatoren von 5000 P im Betrieb. Die Uebertragungslinie nach Buffalo wird jetzt mit 22000 Volt betrieben, auch ist eine neue Uebertragungslinie aus Aluminiumdraht errichtet worden. Ein neuer Schacht für weitere 10 Einheiten ist bereits fertiggestellt. Ausser dieser Gesellschaft haben sich noch zwei andere an der Ausnutzung der Wasserkraft des Niagara betheiligt, welche ebenfalls bereits bedeutende Energiemengen nutzbar gemacht haben und sich noch stetig vergrössern. Weitere Angaben sind in der Zeitschrift Electrical World and Engineer 1901, S. 94 zu finden (vgl. auch Elektrot. Zeitschr. 1901, S. 790).

Eine durch die Höhe der Spannung und durch die Entfernung der Kraftübertragung bemerkenswerthe Anlage ist die der Bay Counties Power Co. in Californien, welche den Bezirk Oakland und die östliche Küste der Bai von St. Francisco auf 225 km Entfernung mit Drehstrom versorgt, der mit 60000 Volt übertragen wird. Die Gesellschaft hat drei Centralen, von denen die grösste in Colgate am nördlichen Yubaflusse 1899 eröffnet wurde und eine Leistung von 15000 P hat. Die Wasserkraft wird durch Wasserräder nutzbar gemacht, welche direkt mit Stanley’schen Dreiphasengeneratoren von 2400 Volt gekuppelt sind. Die Transformatoren für die Uebertragung nach Oakland haben Sternschaltung mit geerdetem neutralen Leiter. Die Schaltung ist derart eingerichtet, dass die Spannung 40 000, 50000 oder 60000 Volt betragen kann. Weitere Einzelheiten über diese Anlage findet man in der Elektrot. Zeitschr. 1901, S. 240. Ebenda S. 260 findet man Angaben über Versuche an einer ähnlichen Drehstromfernleitung in Kanada von 250 km Länge und einer Spannung bis zu 30000 Volt.

Rheinfelden. Die grossen Wechselstromerzeuger der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft in Rheinfelden sind schon auf S. 132 ff. beschrieben worden. Die am Rhein etwa 19 km ober-

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Fig. 332. Kraftübertragungswerke Rheinfelden. Drehstrom.

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halb Basel gelegene Kraftstation, von der Fig. 332 eine innere Ansicht des Maschinenranmes gibt, ist für 8 Drehstromgeneratoren von je 570 KW und für 12 Gleichstrommaschinen gleicher Leistung entworfen, von denen zwei in Reserve stehen. Die Wasserkraft beträgt im jährlichen Durchschnitt etwa 15000 P, kann aber in ungünstigen Jahreszeiten bis auf 12000 P fallen. Beim Drehstromsystem ist ein neutraler Nulleiter vorhanden, die Spannung zwischen den drei Liniendrähten beträgt 6800 Yolt oder 3900 Yolt zwischen jedem Linienleiter und dem neutralen Draht Die Anlage versorgt ein Areal von etwa 700 km² mit Strom. Sicherungen sind in die Leitungen nicht eingeschaltet. Die Erregung wird von 3 Motorgeneratoren von je 150 P, wovon einer in Reserve steht, geliefert, welche ihren Betriebsstrom den 6800-voltigen Hauptleitungen entnehmen und Gleichstrom von 120 Yolt liefern. Eine genaue Beschreibung mit Plänen ist von der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft veröffentlicht worden.³) Es sind schon viele Fabriken zur Ausnutzung der Kraft errichtet worden. Ein Zweigwerk der Neuhausener Aluminium - Gesellschaft und eine Calcium-

Carbid-Fabrik sind gebaut, welche die Leistung von 10 Turbinen, also etwa 8400 P, übernehmen. Dies ist aber nur der Anfang einer grossen industriellen Entwicklung.

Luzern. In Rathausen, etwa 8 km unterhalb Luzern, wird der Reuss durch einen 1,2 km langen Canal eine Wasserkraft, die ungefähr 1500 P im Maximum beträgt, entnommen. Es sind hier 3 Turbinen von je 300 P aufgestellt, die mit 60 Umdrehungen in der Minute laufen. Die senkrechte Welle jeder dieser Turbinen trägt den umlaufenden Feldmagnet eines zweiphasigen Wechselstromerzeugers der Brown’schen Schirmgattung (Fig. 99 und 100), der 80 getrennt gewickelte Pole besitzt. Die feststehenden Anker geben zweiphasigen Strom zu 3300 Yolt, der durch drei Drähte fortgeleitet wird.

Die Sihl, ein Flüsschen in der Nahe von Wädensweil liefert eine verfügbare Wasserkraft von 1200—1600 P, die durch fünf 400-pferdige Turbinen, eine als Reserve, nutzbar gemacht wird, von denen jede 5 zweiphasige Stromerzeuger mit 5000 Yolt in jeder Phase an treibt. Ungefähr 500 P werden für Motoren verbraucht. Der Rest dient zur Beleuchtung der industriereichen Städte auf dem linken Ufer des Züricher Sees.

An der Sihl.

Paderno. Die Adda liefert eine Wasserkraft von etwa 17300 P, von denen durch Turbinen etwa 13000 P elektrisch nutzbar gemacht und nach Mailand 33 km weit übertragen werden. Die Cen-trale ist für 6 Einheiten entworfen, deren jede 1590 KW leistet. Die von Brown, Boveri & Co. gebauten Wechselstrommaschinen machen 180 Umdrehungen in der Minute. Die Frequenz beträgt dabei 42 Perioden in der Secunde. Die Ströme sind dreiphasig. Die Spannung beträgt von Leitung zu Leitung 13500 Yolt. Der umlaufende Feldmagnet hat 28 Pole, deren Wickelung aus hochkantig gestellten Kupferstreifen besteht. Der feststehende Anker ist zum Zwecke leichterer Besichtigung in Schildzapfenlagern montirt und in der für Hochspannungsmaschinen dieser Firma gebräuchlichen Weise aufgebaut. Die Wickelungen liegen in kreisrunden Löchern, die mit auf jeder Seite etwas vorstehenden Mikanitröhren ausgefüttert sind. Jede Maschine hat ihre eigene Erregermaschine, die auf dem Ende ihrer Welle sitzt. Eine ähnliche Hochspannungsmaschine von Siemens & Halske ist in den Fig. 110 und 111 dargestellt.

Lyon. Die Rhone hat bei Lyon ein sehr starkes Gefälle. Die Bevölkerung von Lyon und seinen Vorstädten beträgt etwa ¹/₂ Million. Um die Stadt mit Licht und Kraft zu versorgen , ist eine Centrale erbaut, die der Rhone eine Wasserkraft von 12 — 20000 P entnimmt und zwar durch einen Canal von etwa 17 km Länge. Die Centrale liegt etwa 5 km vom Centrum der Stadt und hat vier Stockwerke. Im untersten befinden sich 29 Ausflusskammern der Turbinen, im zweiten stehen die Turbinen selbst, die, von Escher, Wyss & Co. erbaut, 120 Umdrehungen in der Minute machen. Ihre oberen Theile erstrecken sich bis in das dritte Stockwerk, wo die Regulir-vorrichtungen und die Oelpumpen aufgestellt sind. Das vierte Stockwerk, eine Halle, 143 m lang und 12 m breit, enthält die Wechselstromerzeuger. Es sind 16 Gruppen Generatoren vorgesehen von je 1250 P und 3 Erregermaschinen von je 250 P. Vorerst sind 8 Generatoren und 2 Erregermaschinen (eine zur Reserve) auf gestellt. Die grossen Drehstromgeneratoren der Schirmgattung sind von Brown, Boveri & Co. gebaut. Sie liefern 3500 Volt mit einer Frequenz von 50 Perioden in der Secunde. Der umlaufende Feldmagnet ist ein zehnarmiges Schwungrad von Stahlguss, das 50 nach aussen vorstehende Pole trägt, von denen jeder für sich gewickelt ist. Der Entwurf ist im grossen Ganzen derselbe, wie der der Chèvres-Maschine auf Tafel VII. Die Erregerwickelung auf jedem Pol besteht aus 61 Windungen aus Kupferstreifen. Der Strom wird durch zwei Schleifringe auf der Welle zugeführt. Der feststehende Anker ist aus Kernringen aufgebaut und enthält Ventilationsschlitze. Die Wickelungen sind durch 150 mit Mikanitröhren ausgekleidete

Löcher geführt. Die Erregermaschinen sind yierpolig mit cylin-drischen Trommelankern, und geben 1400 Ampere bei 120 Yolt. Das sehr sorgfältig entworfene Schaltbrett trägt drei elektrostatische Yoltmeter, die zugleich als Erdschlussanzeiger dienen. Eine Klemme jedes Yoltmeters ist mit den entsprechenden Hauptleitern verbunden. Die drei andern Klemmen sind mit einander vereinigt und an Erde gelegt. Wenn die Isolation einer der drei Leitungen schadhaft wird, so zeigt das betreffende Yoltmeter eine niedrigere Spannung. Die sechs Zuführungskabel sind aus drei mit Ozokeritpapier isolirten Leitern zusammengesetzt, und nebeneinander in einer doppelten Bleihülle untergebracht. Das Ganze trägt eine äussere doppelte Stahldrahtbewickelung. Die Yertheilung in der Stadt Lyon wird durch Transformatoren bewirkt, die in kleinen eisernen Häuschen in den Strassen auf gestellt sind. Die Société Lyonnaise, von welcher diese Werke errichtet worden sind, hat zeitweilig noch zum Betriebe von Lampen und Motoren eine kleine mit Dampf betriebene Drehstromcentrale von 900 P bei 3500 Yolt im Betrieb.

Genf. Die Stadt Genf wird aus den Werken in Chèvres mit zweiphasigem Strom versorgt. Diese Anlage ist für 16 von Turbinen getriebene Generatoren berechnet, deren jeder 800 —1200 P leistet. Es waren dort zuerst Inductormaschinen nach Thury’s Entwurf aufgestellt, bei denen aber die Ankergegenwirkung bei weitem zu gross war. Bei diesen war der Inductor eine aussen umlaufende Glocke von Stahlguss, welche innen zwei Reihen von vorstehenden Polmassen trug. Die beiden Anker, einer über den andern gelegt, waren gegen einander verdreht, so dass sie Ströme lieferten, die um ¹/i Periode in der Phase von einander verschieden waren. Die Spannung betrug 2700 Yolt. Die neuen Stromerzeuger von der Brown’schen Schirmgattung sind auf Tafel YII dargestellt. Der auf Taf. XII abgebildete 1000-pferdige Inductionsmotor mit Pumpenantrieb wird mit Strom von Chèvres versorgt. Ein Theil der Kraft wird durch doppelt gewickelte Umformer, von Alioth & Co. gebaut, in Gleichstrom umgewandelt und dient zum Betriebe von elektrischen Bahnen nach dem Dreileitersystem.

Saint Ouen (Frankreich). Fig. 333 stellt eine Zweiphasen-Kraftstation mit Dampfbetrieb zu Saint Ouen dar, welche von der Firma Farcot ausgeführt ist, und zwei Wechselstromerzeuger von je 250 KW enthält, die nach dem System von Hutin und Leblanc mit Dämpfungsstromkreisen (Amortisseurs) versehen sind, die in die Polstücke der Feldmagnete eingebettet sind (Fig. 334 und 335). Diese

Maschinen machen 67 Umdrehungen in der Minute. Sie laufen beide parallel; um die genaueste Uebereinstimmung in der Frequenz

Fig. 333. Zwoiphasige Weehselstrommaschine von Hutin und Leblanc. Kraftstation St. Ouen.

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der Ströme zu erreichen (von denen ein Theil rotirende Umformer speist), ?ist Yorsorge getroffen, dass die Wechselstrommaschinen stets dann parallel geschaltet werden, wenn die Kurbeln der beiden Dampfmaschinen im rechten Winkel zu einander stehen. Die Frequenz ist dann so genau übereinstimmend, als wenn nur eine grosse Wechselstrommaschine vorhanden wäre, die durch eine Zweicylinder-maschine getrieben würde. Eigenartig ist die von Hutin und Leblanc verwendete Einrichtung, an den Polkernen dei Feldmagnete ein System von geschlossenen Stromkreisen anzubringen, die als Dämpfung gegen die Phasenschwingungen⁴), welche zuweilen synchrone Maschinen ausser Tritt setzen, dienen sollen. Die Pol-

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Fig. 335.

Oberflächen sind zu diesem Zwecke mit einer Anzahl von Kanälen versehen, durch welche kräftige Stromleiter geführt sind, deren Enden an beiden Stirnflächen kurz geschlossen sind und so eine Art Käfigwickelung bilden. Die nachstehenden überraschenden Versuche, die mit Erfolg zu wiederholten Malen zu St. Ouen ausgeführt sind, beweisen den wirklichen Nutzen dieser Anordnung.

Die beiden Wechselstrommaschinen wurden erregt und auf den Stromkreis parallel geschaltet, alsdann wurde der Erregerstrom vou der einen abgeschaltet, die auf diese Weise augenblicklich in einen asynchronen Inductionsgenerator mit Kurzschlussanker verwandelt wurde (vgl. S. 137), und ein wenig rascher lief als die andere. Sodann wurde der Dampf von der Maschine, welche erregt blieb, abgestellt. Diese lief nun weiter und drehte ihre Dampfmaschine mit sich. Sie wurde also als synchroner Motor durch den Käfigankergenerator umgetrieben. Unter diesen Umständen lieferte die synchrone Maschine den gesammten Arbeitsstrom, der zum Antrieb der zweiten Maschine nöthig war, die erregt blieb, während die letztere die zur Erregung des synchronen Generators durch Induction erforderlichen wattlosen Ströme lieferte.

Die ausserordentliche Wichtigkeit dieses Yersuches braucht kaum noch hervorgehoben zu werden. Alle Ingenieure, welche häufig in der Lage sind, Wechselstrommaschinen parallel schalten zu müssen, kennen die Unfälle, die ihre Anlage treffen können, wenn die Erregung einer der Maschinen durch irgend einen Zufall plötzlich unterbrochen wird. Wenn dieselben dagegen mit einem Dämpfungsstromkreise versehen sind, verschwindet diese Gefahr, und ausserdem wird das ermüdende Warten auf das Eintreten des Synchronismus zum Einschalten der Maschinen vermieden.

Ogden, Utah. Ungefähr 10 km oberhalb der Stadt Ogden ist der Ogdenfluss abgedämmt und das Wasser auf ungefähr 9 km durch ein hölzernes Rohr von 1,8 m Durchmesser, und von dort in einem Stahlrohr um 1 km weiter zu einer Kraftstation geleitet, wo Turbinen und Drehstromerzeuger die Kraft aufnehmen und durch Ueberlandlinien mit 16100 Volt nach Salt Lake City, 61km entfernt, übertragen. Die verfügbare Gesammtkraft ist etwa 12500 P. Die Turbinen leisten jede 1200 P und laufen mit 300 Umdrehungen in der Minute. Die Wechselstrommaschinen haben jede eine Leistung von 750 KW bei 2300 Yolt und einer Frequenz von 60 Perioden in der Secunde. Die Turbinen haben horizontale Achsen und sind jede mit zwei schweren Schwungrädern versehen; sie treiben die mit 24 Polen besetzten Eeldmagnete unmittelbar an. Die Kraft wird durch zwei Stromkreise von je drei Drähten nach Salt Lake City übertragen, die derartig bemessen sind, dass sie 3000 P mit einem Energie Verlust in der Leitung von ungefähr 10 °/o übertragen.

Montreal. Montreal hat eine Dampfkraftstation für Beleuchtung mit Zweiphasenströmen und eine andere zur Erzeugung von Gleichstrom für ein ausgedehntes Strassenbahnnetz. In der Nähe sind jedoch zwei grosse Wasserkraftstationen, eine an den Lachine-Fällen, 11km, die andere in Richelieu, ungefähr 40 km entfernt. In Lachine sind 12 Drehstromgeneratoren von je 750 KW vorgesehen, von denen 4, von der General Electric Co. gebaut, bereits aufgestellt sind. Sie laufen mit 175 Umdrehungen in der

Minute und arbeiten mit 4400 Yolt bei einer Frequenz von 60 Perioden in der Secunde. In Richelieu beträgt die verfügbare Wasserkraft 20000 P und der Entwurf sieht 8 Generatoren von je 2200 KW vor, von denen 4 bereits fertig sind. Die Turbinen haben horizontale Achsen; 4 Turbinen von je 660 P sind mit einem Generator gekuppelt. Die Generatoren sind zweiphasige Inductions-maschinen der Stanley-Kelly-Type. Ihr umlaufender Inductor hat ungefähr 3 m Durchmesser. Sie arbeiten mit 12 000 Yolt und einer Frequenz von 66 Perioden in der Secunde. Die doppelt vorgesehenen Ueberlandlinien führen die Kraft mit dieser Spannung nach Montreal. Diese Anlage ist vor zwei Jahren umgebaut, indem 4 Generatoren der General Electric Co. mit 2200 KW und 2200 Yolt Phasenspannung aufgestellt wurden. Diese Maschinen erzeugen ebenfalls Zweiphasenstrom, sie besitzen rotirende Felder, deren Spulen aus hochkantig gewickeltem Flachkupfer bestehen. Die Erzeugungsspannung wird durch 10 Transformatoren mit Scott-Schaltung auf 25000 Yolt herauftransformirt und die Kraft als Dreiphasenstrom nach Montreal geleitet. Weiteres siehe Elektrot. Zeitschr. 1901, S. 876. Für die Versorgung des Bezirks Quebec-Montreal werden neuerdings auch die Shawinigan-Fälle mit etwa 200000 P nutzbar gemacht, es werden dort Turbinen von je 6000 P aufgestellt, welche mit zweiphasigen Generatoren von je 3750 KW direkt gekuppelt sind. Die Maschinen sind mit rotirendem Felde von der Westinghouse Co. gebaut.

Sofia. Diese von Oerlikon hergestellte Anlage benutzt eine 22 km von der Stadt entfernte Wasserkraft in Pantcharevo in den Ausläufern des Yitosgebirges, von welcher z. Z. 2000 P ausgenutzt werden. Die Turbinen sind für ein Gefälle von 52 — 55 m, einen secundlichen Wasserverbrauch von ca. 950 Liter und eine Leistung von 500 P bei 400 Umdrehungen in der Minute (bei einem Wirkungsgrade von 75 °/₀) gebaut. Die Turbinen sind Jonval-Turbinen mit innerer Beaufschlagung. Zwischen Laufrad und Leitrad befindet sich ein Ringschieber zur Regelung der Leistung, der durch das Wasser so ausbalancirt wird, dass er mit geringer Kraft von Hand oder einem Hilfsmotor mit Sperrklinkenwirkung bewegt werden kann. Die direkt gekuppelten Generatoren sind ganz ähnlich den in Fig. 104 dargestellten, sie leisten 425 KW und erzeugen Drehstrom von 8000 Yolt verketteter Spannung bei 53 Perioden in der Secunde. Die in 48 offenen Hüten liegenden auf Schablonen gewickelten Ankerspulen bestehen aus 65 Windungen von 3,4 mm

Kupferdraht, welcher von nahtlosen Mikanitrohren umschlossen ist. Das Magnetrad besitzt 16 aus gestanzten Blechen hergestellte Pole.

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Fig. 336. Union, Centrale Madrid.

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Die Magnetspulen bestehen aus 110 Windungen von 7 mm Kupferdraht. Zur Erregung dient eine vierpolige Gleichstrommaschine von 9 KW Leistung bei 50 Volt, deren Anker auf der Generatorwelle

aufgekeilt ist. Die Kraft wird durch zwei Leitungen zur Stadt geführt, von denen eine für den Kraftbedarf, die andere für die Lichtversorgung bestimmt ist. In der Stadt wird die Spannung von 7200 Yolt auf 156 Yolt heruntertransformirt.

Madrid. Die in Fig. 336 dargestellte Centrale ist ursprünglich von einer englischen Gesellschaft errichtet, jedoch im Jahre 1898 von der Union Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin gänzlich umgebaut worden. Mit Rücksicht auf die bereits bestehende Anlage und die weite Yerzweigung des Netzes konnte nur Wechselstrom in Betracht kommen; man wählte eine modificirte Form des letzteren, das monocyclische System (vgl. S. 147 ff.), bei welchem eine dritte, mit einer Hilfswickelung des Generators verbundene Leitung, der sog. Teazer, das Anschlüssen von asynchronen Motoren unter Belastung gestattet.

Die vorerst aufgestellten 4 monocyclischen Generatoren werden von 4 stehenden Compound-Dampfmaschinen mit Condensation direkt angetrieben, sie leisten bei 125 Umdrehungen in der Minute und inductionsfreier Belastung 450 KW, die Spannung schwankt je nach der Belastung zwischen 2040 und 2200 Yolt. Die Periodenzahl ist 50. Die 4 Erregermaschinen leisten jede 18 KW. Die Hochspannung wird durch Kabel an die Unterstationen geführt und dort durch 76 Oeltransformatoren auf 2x104 Yolt heruntertransformirt. Die Transformatoren sind in 38 Strassenkiosken, ähnlich denen der Fig. 288 u. 289 aufgestellt.

Pariser Ausstellung 1900. Die Fig. 337 stellte eine für die Centrale in Essen a. d. Ruhr bestimmte Krafteinheit von 1350 KW dar, welche 1900 in Paris von den vereinigten Maschinenfabriken Augsburg und Nürnberg und der Elektricitäts-Aktien-Ge-sellschaft vorm. W. Lahmeyer & Co. in Frankfurt a. M. ausgestellt war. Die Dampfmaschine treibt direkt auf der einen Seite einen Gleichstromerzeuger von 350 KW Leistung, auf der andern eine Drehstrommaschine von 1000 KW bei 5000 Yolt Spannung. Letztere hat 64 Pole und 94 Umdrehungen in der Minute, woraus sich die Frequenz von 50 Perioden ergibt. Die Figuren 338 und 339 zeigen im Einzelnen die Bauart der Maschine. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die zahlreich erschienenen Ausstellungsberichte verwiesen.

Das Bestreben, die Krafteinheiten der Centralen möglichst günstig zu gestalten, führte zu immer grösseren Abmessungen der Generatoren, und dies zwang schon aus mechanischen Gründen zu

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einem massigen Aufbau; trotzdem zeigten die horizontal ausgebohrten Gestelle beim Aufrichten Verdrückungen, die durch Versteifungen und Verspannungen beseitigt werden mussten (vgl. Fig. 2). Die Allgemeine Elektricitäts - Gesellschaft in Berlin, welche in den letzten Jahren viele Centralen mit Maschinen Modell NDM (Tafel XVII des Verfassers Werk: Die Dynamoelektrischen Maschinen, 6. Aufl.) ausrüstete, das schon eine wesentliche Gewichtsersparniss gegenüber den Rheinfeldener Maschinen Modell 0 Fig. 139 darstellte, ging nach vielen Versuchen dazu über, das gusseiserne Gehäuse als Träger der Construction zu verlassen und als solchen den durch die magnetischen Verhältnisse gegebenen Blechkranz zu benutzen, der ein zwar elastischer, aber ein ausserordentlich zäher Körper ist,

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Fig. 339.

Fig. 338.

und durch ein System von Zugstangen zu einem völlig steifen Körper gemacht wird. Es ist dadurch eine wesentliche Verminderung des theuren Kupfergewichtes erzielt, ohne dass eine entsprechende Steigerung der Eisenmasse nothwendig wird. Denn diese neue Bauart ohne Gehäuse und mit Schlitzen im magnetischen Eisen gestattet durch die wesentlich bessere Kühlung eine stärkere Beanspruchung des die Polwechsel erleidenden Eisens, und somit vielfach noch eine Verminderung der Eisenmenge gegen die frühere Bauart. Tafel V und die Fig. 340 stellen eine solche Spannwerksmaschine dar.

Bezüglich der Construction der Maschine wäre im Einzelnen noch Folgendes zu bemerken:

A. Gehäuse.

Wie schon oben bemerkt, kommt das gusseiserne Gehäuse vollständig in Wegfall. Der schmiedeeiserne Blechring, in welchem

28

Thompson, Mahrphasenströme.

die Drehstromwickelung gebettet ist, bleibt in seinen Dimensionen nahezu bestehen wie bisher; für die gleiche Leistung wird der Kranz etwas schmaler und dünner entsprechend der besseren Ausnutzung des Materials. Dieser an sich elastische und nachgiebige Ring wird durch ein bezw. zwei Systeme von Spannstangen verspannt, also steif gemacht. Die Construction wäre zu vergleichen mit modernen Eisenconstructionen im Brückenbau, oder andererseits auch mit dem Spannwerk am Fahrrad.

Die Wickelung wird ohne Bandumwickelung ausgeführt. Die Spule der einzelnen Kanäle wird an den Seiten durch Kordel verbunden, so dass auch in dieser Beziehung das Aussehen thunlichst constructiv und elegant gestaltet ist. Eine etwas gröbere Theilung der Gehäusewickelung gestattet ein schnelleres Wickeln bei geringerem Aufwand von Glimmer. Man erreicht hierdurch gleichzeitig mehr Platz innerhalb jedes Wickelungsloches, wodurch eine bessere Isolation resp. Yerwendbarkeit für um so höhere Spannungen ermöglicht wurde.

Die Füsse der Gehäuse bezw. die Verstellung derselben zur Montage bleiben wie bisher.

B. Inductor.

Am rotirenden Theil sind gleichfalls Yereinfachungen vorgenommen, welche eine Verbilligung der Maschine bringen. Für die kleineren K- und N- Maschinen wird zumeist auf den bisher verwendeten Blechkranz verzichtet und die Polliörner direkt auf das Gusseisenrad geschraubt. Die niedrige Umfangsgeschwindigkeit gestattet diese Construction und stellt sich der Preis insbesondere auch wegen einer weitergehenden besseren Ausnutzung des Inductors als Schwungring billiger.

Die grosse G-Maschine behält den Blechkranz, derselbe wird in einer abgeänderten patentirten Weise derartig ausgeführt, dass der Blechring, in welchem die Polhörner mittels Schwalbenschwanz und Keilen ein gefügt sind, um den Gusseisenkörper herumgelegt, aber nicht mehr mit diesem verschraubt, sondern mit Keilen gegen ihn verspannt wird.

Der Blechkranz, die elastische Blechkette wird durch sein Eigengewicht und ferner durch die Gewichte von Polliorn und Spule belastet, d. h. er wird durch dieses Gewicht gedehnt. Die Beanspruchung, welche durch diese Belastung und Dehnung des Materials in dem Kranz auf tritt, ist genau zu berechnen, es kommen keine unbestimmbaren Grössen in die Rechnung, wie bei einem

steifen Guss- oder Stahlgussrade, bei welchem zudem auch noch völlig unbestimmbare Gussspannungen hinzukommen. Ausserdem

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ist die zulässige Materialbeanspruchung von Eisenblech ungleich höher, als die des Gusseisens oder Stahlgusses,

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Fig. 340. Spannwerksmaschine der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft.

Die Erregerspulen sind abnehmbar und werden unten wie oben gegen einen Ring oder Rahmen aus Blech gepresst. Das Aussehen der Spule in dieser Weise ist sehr constructiv und dürfte dem Aussehen der blanken Spule als völlig gleichwerthig gelten. Für eine grosse Zahl von Maschinen sind auch blanke Spulen möglich; blanke Spulen erfordern jedoch für jede Maschine anderen Façon -Kupferdraht, daher längere Liefertermine, oft auch andere Spannungen der Erregung.

Die Polschuhe, hergestellt aus massivem Flacheisen von sehr grossem Querschnitt werden an die lamellirten Polhörner angeschraubt. Die Dämpferwirkung dieser Polschuhe ist zwar nur gering, in vielen Fällen, insbesondere bei höheren Gleichförmigkeitsgraden dürfte sie aber genügen. Eine Garantie für sicheren Parallelbetrieb, ohne besondere Dämpf er Wickelung zu geben, ist jedoch unmöglich.

Sollten in einem oder anderen Falle Zweifel bestehen, ob Dämpferwickelung erforderlich ist, so ist es möglich, dieselbe noch nachträglich einzusetzen, d. h. es können die Polschuhe gegen solche mit Dämpferwickelung ausgewechselt werden.

Kapitel XVIII.

Mehrphasige elektrische Bahnen.

Der grösste Fortschritt, der in der Anwendung mehrphasiger Maschinen seit der Veröffentlichung der ersten Auflage dieses Werkes 1895 gemacht wurde, liegt in der Einführung mehrphasigen Betriebes bei elektrischen Bahnen. In diesem Zweige der Technik ist Brown Bahnbrecher gewesen, welcher das erste derartige Unternehmen, die elektrische Bahn in Lugano, ausführte. Bei diesem System werden zwei Phasen durch eine oberirdische Doppelleitung zugeführt, während die Schienen als dritte Leitung dienen. Jeder Wagen trägt doppelpolige Stromabnehmer. Ein Bild des Wagenuntergestells ist in Fig. 341 dargestellt. Dieser Anlage folgten vier Bergbahnen in der Schweiz von einer Übergangstype, während das sechste Unternehmen eine Vollbahn von normaler Spurweite ist, auf der gewöhnliche Betriebsmittel verkehren, nämlich die 40 km lange Linie Burgdorf — Thun im Kanton Bern. Die ganze Länge der mit Mehrphasenmotoren betriebenen Bahnen betrug 1898 etwa 110 km, von denen einige doppelgleisig sind, so dass die Gesammt-gleislänge über 160 km beträgt. Mit Ausnahme der leichten Bahn in Evian-les-Bains sind die elektrischen Einrichtungen aller dieser Linien von Brown, Boveri & Co. ausgeführt. Sonstige mehrphasige Eisenbahnen wurden weder in Europa noch in Amerika gebaut, obwohl mehrphasige Methoden der Kraftübertragung von Kraftcentralen aus an Umformer, welche Bahnmotoren mit Gleichstrom speisen, sehr zahlreich vorhanden sind. In Deutschland sind drei solcher Linien vorhanden, eine im Elbthal 40 km lang, eine andere im Biesengebirge 37 km lang. Es sind beides Schmalspurbahnen mit 1 m Spur und mit Steigungen bis zu 7 und 10 °/₀. Beide Bahnen sind von Kummer & Co. geliefert. Diese Firma baut auch eine elektrische Vollbahn von Murnah nach Oberammergau

in Bayern. Eine andere Linie in Varese im nördlichen Italien ist von der französischen Thomson - Houston - Gesellschaft ausgeführt. Die nebenstende Tabelle enthält Angaben über einige dieser Unternehmungen. Die Vollbahn von Burgdorf nach Thun, ^    die im Juli 1899 eröffnet wurde,

Fi". 341. Drehgestell eines Wagens in Lugano. Strassenbahn.

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hat normales rollendes Material. Die Linie nach Evian-les-Bains ist eine ganz kleine Anlage ; nur ein einziger Wagen fährt stetig zwischen den Endpunkten hin und zurück. Von der Jungfraubahn ist erst ein Theil fertiggestellt, nämlich von der kleinen Scheideck auf den Eiger-gletscher. Taf. XIV zeigt die Anordnung der beiden Motoren und die Construction der auf dieser Linie fahrenden Lokomotiven. Eine genaue Zeichnung des Motors ist in den „ Dynamoelektrischen Maschinen“, 6. Aufl., enthalten.

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Die Jungfraubahn erhält ihren Strom aus einem im Thal der Lütschine erbauten Kraftwerk. Die Generatoren sind .von der Oerlikon - Gesellschaft geliefert. Es sind Indu ctormaschinen, welche ein ausgezeichnetes Beispiel einer für Hochspannungsgeneratoren geeigneten Wickelung darstellen. Sie erfordern 500 P und leisten 7000 Volt bei 380 Umdrehungen in der Minute und 38 Perioden in der Secunde. Die Engelberg-Linie wird von Motorwagen befahren, welche durch Adhäsion sich über den grössten Theil der Linie fortbewegen, aber über eine sehr starke Steigung, wo Zahnschienen liegen, durch besondere elektrische Lokomotiven geschoben werden.

Yollbahn

Burgdorf —Thun

40 .

1,435

16000

750

40

36

( Normale \ Eisenbahnwagen

2,5

9 km von Thun

28

2x150

Juli 1899

Engelberg

15 auf der Steigung! \ 20 in der Ebene J

40 jeder Wagen 25 (Zahnstange); 5

an der Linie

10

2x75

October 1898

Bergbahnen

Jungfrau

7000

520

38

Gornergrat Evian -1 es - Bains

0,35

8,8

1,1

5200

200

50

10

5400

540

40

Trambahnen

Lugano

5500

400

40

15

Angaben

Länge der Lime m km . Spurweite in m .    .    .    .

Spannung der Generatoren Spannung der Motoren

Frequenz ..... .

Maximalgeschwindigkeit in

km

Zahl der Plätze .    .    . . | 24 jeder Wagen | 110 der Zug | 14 jeder Wagen | 40 jeder Wagen

20 (Zahnstange)

25 (Zahnstange)

10,2

13

0,2

12

Steigungen in Procenten .

Entfernung der Kraftstation in km......

13

2x 150

September 1898

3,8

10,5

4,6

Gewicht der Lokomotive in Tonnen ......

15

Juni 1898

2x90

20

Stärke der Motoren in P.

August 1898

Juni 1896

Tag der Eröffnung des Betriebes ......

Alle diese Linien, die in der Tabelle aufgeführt sind, arbeiten nach dem Drehstromsystem und sind reine Dreiphaseneisenbahnen. Der Grund, weshalb man Drehstrom lieber als Zweiphasenstrom wählt, besteht darin, dass der erstere eine grössere Oekonomie bei der Uebertragung und im Betriebe gibt und ferner, weil der Drehstrommotor leichter anläuft. In fast allen den oben erwähnten Fällen liegt die Kraftstation in einiger Entfernung von der Linie; die Kraft, durch Wasser oder auf andere billige Weise erzeugt, wird mit hoher Spannung nach verschiedenen Stellen der Linie übertragen, dort auf 500 Yolt heruntertransformirt und den Leitungen und Schienen zugeführt. Die Wagenmotoren erhalten ihren Strom aus den Zuleitungen mit Hilfe zweier gewöhnlicher Stromabnehmer, der Räder und des Wagengestelles. Die Schienen sind in gewöhnlicher Weise verbunden und zum Th eil durch Kupferleiter unterstützt. Das rollende Material besteht entweder aus einer - Lokomotive mit einem oder mehreren Motoren, oder aus Motorwagen mit einem oder mehreren Motoren auf jedem Wagen, die durch eine der unten beschriebenen Methoden zum Anlaufen und zur Geschwindigkeitsregelung geeignet gemacht werden.

Fig. 342 zeigt einen zum Betriebe einer Schmalspurbahn dienenden Drehstrommotor von Siemens & Halske. Hier ist die sonst übliche Anordnung, den Hochspannungsstrom in den Ständer einzuführen, verlassen, und umgekehrt die Hochspannung in den Läufer eingeführt. Es ist dies aus Gründen der Betriebssicherheit geschehen, damit bei eventl. Durchschlagen der Läufer rasch ausgewechselt werden kann. Aus dem gleichen Grunde ist die Wickelung des Läufers als Schablonen Wickelung ausgeführt, um einzelne Spulen rasch ersetzen zu können.

Anlauf-Drehmoment. — Ein für Lokomotiven berechneter Drehstrommotor weicht ziemlich bedeutend von einem gewöhnlichen Eisenbahnmotor ab, soweit sein Anlauf-Drehmoment in Frage kommt. Der mit Reihenwickelung versehene Eisenbahnmotor hat natürlich seine grösste Zugkraft beim Anlaufen, die indessen durch die Sättigung der Felder und die Stärke des zugeführten Stromes begrenzt wird; d. h. wenn nicht die Gefahr des Durchbrennens der Wickelungen vorhanden wäre, könnte ein derartiger Motor eine unbegrenzte Zugkraft ausüben, wenn man ihn einfach in die Linie einschaltet und auf diese Weise den Wagen unter Belastung sofort angehen lässt. Wesentlich anders liegt die Sache beim Dreiphasenmotor. Die Zugkraft eines Mehrphasenmotors beim Anlaufen ist

bedeutend weniger gross als die Maximalzugkraft, und überhaupt ist ein solcher Motor nicht im Stande anzulaufen, ohne dass ein bestimmtes Maass von Widerstand in seinen Anker eingeschaltet wird. Er ist in seinem Verhalten einem Nebenschlussmotor sehr ähnlich, ist aber diesem für Bahnzwecke aus folgendem Grunde weit überlegen: Die Zugkraft eines jeden Motors hängt von zwei Eactoren ab, nämlich von der Eeldstärke und vom Ankerstrom. Nun ist aber ein Nebenschlussmotor stets so gebaut, dass das Magnetfeld ziemlich gesättigt ist und der Magnetismus jenseits oder an der Biegungsstelle der Magnetisirungskurve liegt; die Zugkraft eines solchen Motors kann daher durch eine Vermehrung des Feld-

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Fig. 342. Drehstrommotor für Schmalspurbahnen von Siemens & Halske.

Stromes nicht wesentlich vergrössert werden, sie muss also notli-wendiger Weise nur von dem Ankerstrom abhängen, welcher seinerseits ebenfalls nicht beliebig verstärkt werden kann. Dagegen ist das Ständereisen mehrphasiger Motoren (wegen der Eisenverluste und der magnetischen Streuung) stets bedeutend unter dem Sättigungsgrad. Die Kraftliniendichte ist für Perioden von ungefähr 40 — 50 nur etwa 7000 Linien auf das qcm. Demnach kann die Zugkraft eines Drehstrommotors, dessen Läuferstrom durch den vortheilhaftesten Werth des Läuferwiderstandes begrenzt ist, ganz bedeutend vermehrt werden, indem man einfach das Ständerfeld verstärkt. Wir sahen nun (Seite 243), dass das Ständerfeld von der Spannung an den Ständerklemmen abhängt; indem wir also die Ständerspannung beim Anlaufen vergrössem, sind wir im Stande, die Zugkraft eines Drehstrommotors weit mehr als die eines Nebenschlussmotors zu steigern, so sehr, dass sie der Zugkraft eines Reihenmotors beim Angehen nahe kommt. Diese Ver-grösserung der Ständerspannung beim Anlaufen kann leicht und ökonomisch durch eine der folgenden Methoden bewirkt werden.

I.    Durch Yerändern der dem Motor zugeführten wirklichen Spannung. Hierbei wird ein dreiphasiger Transformator auf dem Wagen mitgeführt, welcher wie eine Zusatzmaschine (Booster) wirkt, und dessen secundäre Wickelung mit dem Ständer in Reihe geschaltet ist. Beim Anlaufen oder bei starken Steigungen kann man durch eine einzige Bewegung eines doppelpoligen Schalters die Primärwickelung des Transformators und die Ständerwickelungen, mit welchen die Secundärwickelung in Reihe geschaltet sind, mit den Stromabnehmern verbinden. In Folge dessen erhalten die Ständerwickelungen die Spannung der Stromabnehmer plus der durch die Zusatzmaschine gelieferten Spannung. Einen derartigen Transformator einzubauen, bietet keine besonderen Schwierigkeiten, denn die Stromdichte in seinen Wickelungen kann sehr gross und sein Eisengewicht sehr klein sein, da er nur während kurzer Zeiträume eingeschaltet ist und daher bedeutend überlastet werden kann.

II.    Durch Aendern der Anordnung der Ständerwickelung. Die dem Motor zugeführte Spannung ist einfach die Spannung der Zuleitungen, es wird jedoch die Spannung an den Enden besonderer Wickelungselemente vermehrt und dadurch das Ständerfeld verstärkt. Dies kann man auf drei verschiedene Weisen ausführen, erstens, indem man die Verbindungen von Stern- auf Dreiecksschaltung umlegt, wodurch die Spannung in jeder Phase im Ver-hältniss von 1 : 1,73 vennehrt und so die Feldstärke um nahezu 75 % vergrössert wird. Diese Methode ist von Brown⁵) als die beste zur zeitweiligen Vermehrung der Zugkraft eines mehrphasigen Motors empfohlen worden. Der zweite Weg besteht darin, beim Anlaufen einzelne Ständerwickelungen parallel zu schalten. Haben wir beispielsweise einen vierpoligen Drehstrommotor in Sternschaltung, jeder Pol besonders gewickelt, und verfolgen wir die Wickelung jeder Phase, so geht der Linienstrom beim Anlaufen von einer Motorklemme ausgehend durch alle Spulen in Reihe nach dem Ende der vierten Spule, die den gemeinsamen Verbindungs-punkt darstellt; ebenso ist es auch bei den andern Phasen. Wenn wir nun die einzelnen Spulen an einem Commutator so anordnen, dass die vier Spulen einer Phase zu je zweien parallel und die beiden so gebildeten Gruppen hinter einander geschaltet werden, so erhalten wir die doppelte Spannung für jeden Pol, und folglich erhalten wir auch die doppelte Zahl der Kraftlinien für jeden Pol. Der Anwendung solcher Reihenparallelschaltung steht entgegen, dass der erforderliche Commutator nothwendigerweise complicirt und schwer in Ordnung zu halten ist. Schliesslich gibt es noch einen dritten Weg, denselben Zweck zu erreichen, der aber nur da anwendbar ist, wo zwei oder mehr Motoren auf demselben Wagen aufgestellt sind, nämlich eine parallele Reihenschaltung der Motoren. Dies entspricht genau der Anordnung bei Gleichstrom. Die beiden Motoren sind in Reibe beim Anlaufen und parallel beim normalen Gang geschaltet, der einzelne Motor strebt daher beim Anlaufen die halbe Geschwindigkeit, und in Parallelschaltung die volle Geschwindigkeit zu erreichen. Aber man sieht leicht ein, dass diese Arbeitsmethode von der mit Gleichstrom beträchtlich ab weicht und keineswegs dieselben Vorteile bietet: Sie hat keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Wagen, ihr einziger Zweck ist nur das Vergrössern der Zugkraft beim Angehen. Es würden daher, wenn diese Reihenparallelschaltung für einen mit zwei Drehstrommotoren ausgerüsteten Wagen angenommen würde, diese Motoren einzeln sehr viel grösser sein müssen als gleich-werthige Gleichstrommotoren. Als Regel kann man also sagen, dass einfache Reihenparallelschaltung nicht ökonomisch sein kann, jedoch kann eine weiter unten beschriebene Abänderung ganz dieselben Vortheile wie die Gleichstromanordnung und auch gleich gute Resultate liefern.

Geschwindigkeitsregelung. Während die vorbeschriebenen Anordnungen gute Ergebnisse in Bezug auf das Anlaufen geben, hat keine derselben einen Einfluss auf die Regelung der Fahrgeschwindigkeit. Wie schon vorher auseinandergesetzt, ist der Abfall der Geschwindigkeit jedes Asynchronmotors zwischen den Grenzen Leerlauf und volle Belastung sehr klein, es würden daher die Betriebsmittel stets mit einer bestimmten (praktisch synchronen) Geschwindigkeit laufen, wofern nicht besondere Anordnungen getroffen werden, dies zu verhindern. Abgesehen von der unpraktischen Methode, diesen Zweck durch Verändern der Periodenzahl des Speisestromes zu erreichen, gibt es noch drei Wege, auf

denen das Ziel, in wirthschaftlicher Weise die Geschwindigkeit von Mehrphasenmotoren zu verändern, erreichbar ist. Diese Wege sind folgende :

I. Man schaltet einen inductionsfreien Widerstand in den

Läuferkreis. Wie wir schon gesehen haben, hängt der Ständerstrom und die Zugkraft eines Mehrphasenmotors von dem Yer-hältniss ab, das zwischen dem Widerstand des Läufers und seinem Schlipf obwaltet, und ferner von bestimmten Constanten des Motors. Hieraus folgt, dass wir die Geschwindigkeit eines Melir-

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Fig. 343.

phasenmotors bei gleichbleibender Zugkraft (und Ständerstrom) durch einfaches Regeln des Läuferwiderstandes verändern können. Diesen Weg hat Brown bei allen seinen Arbeiten auf diesem Gebiete beschriften, er fand, dass hierbei allen Anforderungen am besten entsprochen wurde. Die Läufer der Wagenmotoren sind mit einer regelmässigen in Stern geschalteten Dreiphasenwickelung versehen, deren Enden an drei Schleifringe geführt werden. Da der Regel nach die Läuferströme von beträchtlicher Stärke sind, so wird der Läuferwiderstand unmittelbar neben dem Motor aufgestellt, um grössere Längen schwerer Kabel zu vermeiden. Der Widerstand ist aus Kickelin- oder Rheotanstreifen aufgebaut

(bei ganz grossen Motoren auch ans gusseisernen Bändern), die in drei Reihen mit einander verbunden sind, deren Enden an einer Seite zusammenlaufen, so dass die Streifen in ihrer Glesammtheit in der That einen in Stern geschalteten induktionsfreien Widerstand darstellen. Mit Hülfe eines Schleifkontakts wie in Eig. 198 kann mehr oder weniger Widerstand eingeschaltet oder er kann auch ganz kurzgeschlossen werden. Der Kontakt ist vom Führerstande aus steuerbar. Die Wirkung der Veränderung des Läuferwiderstandes eines Mehrphasenmotors bei constanter Belastung ist in den Curven der Fig. 343 dargestellt, welche Louis Bell bei Versuchen an einem zwölfpferdigen Drehstrommotor erhielt. Die Linie AA zeigt die Beziehungen zwischen Geschwindigkeit und Leistung, BB diejenigen zwischen Geschwindigkeit und Leistungsfactor, und endlich CG die Abhängigkeit zwischen Ständerstrom und Geschwindigkeit. Wie man sieht, sind Ständerstrom und Leistungsfactor, praktisch genommen, als constant anzusehen, also unabhängig von der Geschwindigkeit, ein Ergebniss, welches mit der Theorie übereinstimmt.

Diese Methode der Geschwindigkeitsregelung ist einfach und bequem und bietet noch den Vortheil, dass die 500voltigen Stromkreise des Ständers niemals unterbrochen werden. Sie hat nur den einzigen Nachtheil, dass sie wenig ökonomisch ist, da der Ständerstrom constant bleibt und im Widerstand reine Energieverluste eintreten. Von diesem Standpunkt aus betrachtet, ist die Methode gleich-werthig mit der Regelung eines Nebenschlussmotors durch Einschalten eines Widerstandes in den Ankerstromkreis.

II. Man ändert die Zahl der Ständerpole. Die Geschwindigkeit eines Mehrphasenmotors wird bekanntlich durch die Gleichung ausgedrückt:

x 60 = Zahl der Umdrehungen/Minute.

Periodenzahl

Ständerpolpaare

Die Aenderung der Polzahl gewährt daher ebenfalls ein Mittel, die Geschwindigkeit zu regeln. Wird mit Hülfe einer geeigneten Einrichtung die Zahl der Pole verdoppelt, so wird die Geschwindigkeit auf die Hälfte des früheren Werthes sinken. Es ist indessen einleuchtend, dass eine solche Anordnung wenig schmiegsam ist; der Veränderlichkeit der Geschwindigkeit entsprechend kann man bei ihr, und meistens muss man bei ihr eine starke Untertheilung der Ständer vornehmen, die eine verwickelte und kostspielige Regelungsvorrichtung erforderlich macht. Aus diesen Gründen ist dieser Weg wenig gangbar und bis jetzt auch in der Praxis noch nicht beschritten worden.

III. Die Tandemschaltung. Diese Methode zur Regelung der Geschwindigkeit, die zugleich eine grosse Anzugkraft bietet, wurde unabhängig von einander und gleichzeitig von Gör ge s in Deutschland und Steinmetz in Amerika 1897 angegeben. Sie ist in ihren Wirkungen mit der Reihenparallelschaltung der Gleichstrommotoren gleichwerthig und stellt die am sparsamsten arbeitende Methode der Geschwindigkeitsregelung dar. Der Betrieb gestaltet sich hierbei folgendermaassen: Auf jedem Wagen sind zwei Motoren, die jedoch nicht gleich zu sein brauchen, angebracht, z. B. auf jeder Achse ein Motor. Jeder Läufer ist gewickelt und mit Schleifringen und Bürsten ausgerüstet. Beim Anlaufen wird der Motor Nr. 1 unmittelbar an die Leitungen angelegt, und der Ständer des zweiten Motors mit den Schleifringen des ersten verbunden. Die Läuferströme des Motors Nr. 1 werden demnach, statt nutzlos in einem Läuferwiderstand verbraucht zu werden, zur Speisung des Motors Nr. 2 verwandt, dessen Läufer mit einem Regulirwiderstand verbunden ist. Die Motoren werden nun mit starker Zugkraft anlaufen, aber ihre theoretische Maximalgeschwindigkeit kann nie die Hälfte derjenigen überschreiten, welche ein gleicher, unmittelbar an dieselben Leitungen gelegter Motor erreichen würde. Werden nun höhere Geschwindigkeiten verlangt, so braucht man nur beide Motoren direkt in die Leitung zu schalten, mit oder ohne passende Läuferwiderstände. Soll die Geschwindigkeit verringert werden, wird dagegen mehr Widerstand in den Läufer des Motors Nr. 2 geschaltet. Wir haben damit eine sehr anpassungsfähige Regelungsvorrichtung, welche gleichzeitig noch den Vortheil bietet, dass die Motoren auch bei halber Geschwindigkeit mit nahezu vollem Wirkungsgrad arbeiten. Der letztere ist bei dieser Schaltung ein wenig kleiner als er bei directer Parallelschaltung der Motoren sein würde, weil im ersteren Palle bei der gleichen Zugkraft die Verluste doppelt so gross sind. Immerhin ist diese Art der Regelung vom Standpunkt des guten Wirkungsgrades der Methode der Regelung durch Läuferwiderstände weit überlegen, zudem die Anlaufstromstärke auch geringer. Die praktischen Nachtheile dieser Methode sind folgende: 1. Der Ständer von Motor 2 gibt dem Läufer des Motors 1 eine grosse Selbst-induction, die die Zugkraft des letzteren stark vermindert; 2. der

Läufer des Motors 1 muss statt der gewöhnlichen Wickelung mit sehr geringem Widerstande eine solche erhalten, die einen beträchtlich geringeren Strom mit einer grösseren elektromotorischen Kraft gibt, damit der Betrag des in den Ständern des Motors Kr. 2 eintretenden Stromes nicht übermässig gross wird; ferner muss, wenn beide Motoren zur Yergrösserung der Geschwindigkeit parallel auf das Netz geschaltet werden, das Verliältniss zwischen Ständer- und Läuferwickelung beim Motor 1 gleich 1 sein; 3. wird die zur Ausübung dieser Methode erforderliche Steuerungsvorrichtung etwas verwickelt. Es kann jedoch kein Zweifel darüber bestehen, dass bei grossen Kräften diese Methode die einzige ist, die auch in der Zukunft Verwendung finden wird.

Dieses Tandemsytem ist bei einer Anlage in Yarese (Oberitalien) zur Anwendung gelangt. Dreiphasige Generatoren von 250 KW liefern Strom von 6000 Yolt und 45 Perioden in der Sekunde an Speiseleitungen, welche mit Hilfe von Transformatoren die Fahrdrähte an verschiedenen Punkten mit Strom von 500 Yolt versehen. Die Bahn besteht aus zwei Linien, von denen die eine, etwa 32 km lang mit Steigungen bis zu 4J/₂ v. H., von 26 Tonnen schweren Zügen mit einer stündlichen Geschwindigkeit von 36 km befahren wird. Die andere Linie ist eine 8 km lange Abzweigung, welche im Zickzack bei einer gleichbleibenden Steigung von 6 bis 7¹/, v. H. einen Berg hinaufführt. Jeder Wagen ist mit zwei Drehstrommotoren von je 70 P ausgerüstet, die nach dem oben beschriebenen Tandemsystem geschaltet sind, indem die Motoren bei voller Fahrgeschwindigkeit mit Lauf er widerstand en unmittelbar an die Fahrleitungen angelegt, bei halber oder noch geringerer Geschwindigkeit in Tandem geschaltet werden. Beim Abwärtsfahren laufen die Motoren auf dem starken Gefälle der Zweiglinie mit halber Geschwindigkeit und geben Energie in die Leitung zurück. Die Schienen werden als dritte Leitung benutzt.

Yortheile und Mängel der Mehrphasenströme für den Zugförderungsdienst. Die dem Mehrphasensystem eigenen Vorzüge bestehen darin, dass 1. ganz gleich ob es sich um lange oder kurze Strecken handelt, die Kraftstation ohne Rücksicht auf ihre Entfernung von der Linie dort angelegt werden kann, wo die Bedingungen für die Erzeugung oder die Verwendung der Kraft möglichst günstig liegen; 2. dass die Fahrleitungen leicht und billig durch stationäre Transformatoren von hohem Wirkungsgrade mit Strom versorgt und der Spannungsabfall in den Leitungen entsprechend leicht innerhalb enger Grenzen gehalten werden kann;

3.    dass elektrolytische Wirkungen ausgeschlossen und 4. der Motor im Yerhältniss zum Gleichstrommotor bei gleichem Gewicht einen ebenso hohen oder noch höheren Wirkungsgrad hat, weniger Raum und viel weniger aufmerksame Wartung erfordert, dass er billiger ist und weniger leicht zu Störungen Veranlassung bietet.

Diesen Yortheilen stehen folgende Nachtheile gegenüber:

1.    Es sind mehrere (mindestens zwei) Fahrleitungen erforderlich.

2.    Die Regelung der Fahrgeschwindigkeit ist bei gleichem Wirkungsgrad etwas schwieriger. 3. Das Anlaufen ist nicht so leicht.

4.    Der Querschnitt der Leitungen ist für die gleiche Spannung etwas grösser als bei einer Gleichstromanlage, Avegen der wattlosen Ströme, die die Belastung der Leitungen um etwa 30 v. H. ver-grössern. 5. Die Möglichkeit der Störung von Telephonanlagen. 6. Dem Yortheil des Wegfallens des Commutators steht der Nachtheil gegenüber, dass die Kleinheit des Luftzwischenraumes bei den Mehrphasenmotoren ebenfalls eine Störungsquelle ist, wofern es nicht gelingt, Vibrationen so weit auszuschliessen, dass sie sich praktisch nicht mehr bemerkbar machen. Wenn man die Vortheile und Nachtheile gegen einander abwägt, kann man sagen, dass für kurze Stadtlinien, etwa bis zu 8 km Länge, avo zahlreiche Haltestellen vorhanden sind und mit sehr wechselnder Geschwindigkeit gefahren wird, sich Gleichstrom besser eignet. Liegt aber die Centrale von einer solchen Bahn aus irgend welchen Gründen Aveit entfernt, so ist eine Combination beider Systeme am Platze, nämlich Erzeugung von hochgespanntem Drehstrom und Vertheilen durch rotirende Umformer an die einzelnen Speisepunkte mit 500 bis 600 Volt. Hierbei entstehen zwar Verluste durch die doppelte Umformung und vermehrte Ueberwachungskosten, diese Averden jedoch der Regel nach mehr als ausgeglichen durch die Vortheile, Avelche sich aus der Verwendung von gebräuchlichem Material, billiger Leitungsanordnung und der bestmöglichen Methode der Steuerung ergeben.

Dagegen kann kein ZAveifel darüber mehr sein, dass für lange Linien und schwere Betriebsmittel ausschliesslich Mehrphasenstrom in Frage kommt. Die Kosten des Betriebes einer längeren Bahn mittels Umformerstationen würden sehr bedeutend sein, erstens wegen der Ausgaben für Unterhaltung, Reparatur und Grundenverb, und zweitens Avegen der grossen Umsetzungsverluste in den Transformatoren und rotirenden Umformer. Da die Speiseleitungen bei solchen Linien grösstentheils ausserhalb der Städte liegen oder überhaupt unterirdisch geführt sind, so würde das Vorhandensein von zwei Fahrdrähten nicht wesentlich sein, es könnte, da der Linienstrom nicht direkt an den umlaufenden Theil des Motors herangeführt wird, eine bedeutende Ersparniss dadurch erzielt werden, dass die Spannung der Fahrdrähte auf 750 oder auch 1000 Volt erhöht wird. Denn da der Ständer jedes Mehrphasenmotors beliebig hoch isolirt werden kann, würde nur die Isolation an den Steuerungstheilen etwas mehr Schwierigkeit bieten, hierbei ist aber im Auge zu behalten, dass die höhere Spannung dem menschlichen Leben nicht mehr Gefahr bietet, als es eine Spannung von 500 Volt thut.

Es mögen noch einige Angaben über ausgeführte Bahnen von Interesse sein. Fig. 341 zeigt das mit einem 20pferdigen Motor versehene Drehgestell eines Wagens der Luganobahn. Der Motor ist für zwölf Pole gewickelt, er macht bei voller Geschwindigkeit 400 Umdrehungen in der Minute (entsprechend einer Fahrgeschwindigkeit von 13 km in der Stunde), und arbeitet auf die Treibachse mit einem Vorgelege von 1 : 4. Ohne dieses Letztere wiegt der Motor 690 kg. Die Wickelung ist derartig angeordnet, dass durch eine geeignete Schaltvorrichtung die Polzahl geändert und dadurch ausserhalb der Stadt eine grössere Geschwindigkeit erzielt werden kann.

Die Bergbahnen auf den Gornergrat und die Jungfrau sind Zahnstangenbahnen mit sehr starken Neigungen. So sehr man auch vom ästhetischen Standpunkt aus den Bau solcher Bahnen und den Umstand beklagen mag, dass durch sie die erhabenen Naturwunder, zu denen sie führen, dem breiten Strome der Vergnügungszügler erschlossen und damit gewissermaassen entweiht werden, so ist doch keine Frage, dass sie werthvolle Zeugen der gewaltigen Fortschritte auf dem Gebiete der Ingenieurkunst sind. Der Drehstrom hat sich bei der Lösung dieser Aufgaben als vorzüglich geeignet für den Betrieb gezeigt unter Bedingungen, wo der Gleichstrom wahrscheinlich nicht anwendbar sein würde, ja er hat sie geradezu erst möglich gemacht. Bei der Gornergratbahn ist die Eigenschaft des Inductionsmotors, dass er sich bei Ueberschreitung der dem Synchronismus entsprechenden Geschwindigkeit in einen Generator verwandelt, in vortheilhafter Weise ausgenutzt worden. Bergab lässt man die Wagen um etwa 8 v. H. rascher als bergauf fahren, dadurch fördern die Motoren Energie bis zu 50 und 70 P

29

Thompson, Mehrphasenströme.

in die Leitungen zurück, die den bergauf fahrenden Wagen zu gute kommt.

Wegen des bedeutenden Interesses, das diesen Unternehmungen allseitig entgegengebracht wird, mögen nachstehend einige Angaben folgen, die von der ausführenden Firma Brown, Boveri & Co. herrühren.

Die Gornergratbahn ist nach dem Abtschen Zahnstangensystem gebaut, bei welchem eine doppelte stählerne Zahnstange zwischen den beiden Schienen liegt. Sie verbindet das Dorf Zermatt mit dem Gornergrat, eine Strecke von etwa 10 km. Die Meereshöhen der Endpunkte sind 1603 und 3019 m. Die Steigung ist durchschnittlich 20 v. H., sie ist an einigen Stellen auf 12 v. H. herabgemindert und beträgt an den Stationen und den Kreuzungen 4 v. H. Als Betriebskraft dient eine 2 km von Zermatt und nur 200 m von der Linie entfernte Wasserkraft, welche bei einem Gefälle von 100 m durch Turbinen 1000 P leistet. Bei starkem Verkehr sind drei Züge im Betriebe, jeder aus einem Motorwagen und einem Anhängewagen bestehend, die zusammen 110 Personen aufnehmen können. Gleichzeitig sollen nicht mehr als zwei Züge in der Bergfahrt begriffen sein.

Die Fahrgeschwindigkeit beträgt durchschnittlich 7 km in der Stunde, hierbei erfordert jeder Zug in der Steigung von 20 v. H. eine Leistung von 180 P an der Motorwelle.

Für die Wahl des Drehstromsystems waren folgende Gründe maassgebend :

Die Lage des Kraftwerkes zum Schienenwege und die Länge des letzteren bedingte die Verwendung von Hochspannungs- Speiseleitungen, wenn die Kosten in angemessenen Grenzen bleiben sollten. Unter dieser Voraussetzung wäre bei Gleichstrombetrieb die Anlage von Umformerstationen mit ihren unzertrennlichen Begleitern, hohen Betriebskosten und der Nothwendigkeit sorgfältigster Ueberwachung erforderlich gewesen.

Die Maschinen, sowohl Generatoren als Motoren, können als Drehstrommaschinen mechanisch stark gebaut werden, erforderlich werdende Reparaturen sind leichter vorzunehmen als bei Gleichstrommaschinen.

Ferner macht die selbstregelnde Kraft der Drehstrommotoren diese grade zum Betriebe von Bergbahnen sehr geeignet, da keinerlei elektrische Regelung des Motors beim Uebergang von einer Steigung zu einer andern nöthig ist. Bei einer gleichbleibenden

Geschwindigkeit des Generators ist anch die des Motors und demnach auch des Zuges constant, der Maximalunterschied ist 8 v. H., d. h. 4 y. H. über und 4 v. H. unter der synchronen Geschwindigkeit, wenn die Läufer kurzgeschlossen sind. Beim Abstieg braucht man daher keine Bremsen, die in den Motoren erzeugte Kraft wird vielmehr wieder in die Leitungen zurückgeführt und entlastet die Centrale.

Endlich hat der bemerkenswerthe Erfolg der Luganobahn bereits den Beweis geliefert, dass das Drehstromsystem für diese Zwecke vorzüglich geeignet ist, und dass der den Drehstrommotoren so oft gemachte Yorwurf, dass sie nicht unter Belastung anlaufen, gänzlich grundlos ist.

Im Kraftwerk sind drei Satz Hochspannungsturbinen mit horizontaler Achse aufgestellt, welche bei einer Geschwindigkeit von 400 Umdrehungen in der Minute 215 P leisten. Die Turbinen sind direct gekuppelt mit den Generatoren, die Drehstrom von 5000 Volt und 40 Perioden erzeugen.

Um möglichst die durch die sehr ungleiche Belastung der Generatoren hervorgebrachten Spannungsschwankungen zu vermindern, sind die Maschinen nicht mit direct gekuppelten Erregermaschinen versehen, wie dies meist der Fall ist, sondern sie werden besonders erregt von Gleichstrommaschinen, die von besonderen Turbinen angetrieben werden. Im Kraftwerk kann noch ein vierter Maschinensatz aufgestellt werden, so dass dann die ge-sammte Leistung 1000 P beträgt.

Die Lokomotiven sind von der Schweizerischen Lokomotivfabrik in Winterthur gebaut worden und wiegen jede 15 Tonnen. Sie sind mit zwei Motoren von je 90 P bei einer Geschwindigkeit von 800 Umdrehungen versehen, die ihre Kraft an die Treibachsen durch ein doppeltes Vorgelege mit einer Uebersetzung von 12 : 1 abgeben. Die vergleichsweise hohe Umdrehungszahl der Motoren wurde von der Fabrik gewählt, obwohl eine niedrigere erreichbar gewesen wäre, und ist nicht durch Rücksicht auf irgend welche elektrische Verhältnisse bestimmt worden.

Die sechspoligen Motoren laufen (mit einem eingeschalteten Widerstand) bei voller Belastung an mit einem Strom, dessen Stärke nicht grösser als bei normaler Geschwindigkeit und voller Belastung. Die Speiseleitungen, aus drei je 4 mm dicken Drähten bestehend, leiten den Strom zu drei Transformatorstationen, welche in ungefähr gleichem Abstande von einander an der Strecke ver-

29*

theilt sind und eine Leistungsfähigkeit von 200 KW haben. Hier wird die Spannung auf 550 Volt transformirt, lind mit dieser Spannung den Fahrdrähten zugeführt, von denen zwei als aus hartgezogenen 8 mm starken Kupferdrähten bestehende Oberleitung, die dritte als Schienenleitung ansgebildet sind. Fig. 344 zeigt die Schaltung der Lokomotive und die Anordnung der Stromkreise.

Die Jungfraubahn wird nach ihrer Vollendung etwa 13 km lang sein, und sich von der Kleinen Scheidegg bis zur Spitze des Berges erstrecken. Sie wird fünf Zwischenstationen enthalten und

¹

Bulletin de la société internationale des Electriciens, Bd. 11, S.482. Dec. 1894.

²

Weiteres über diesen Gegenstand ist in des Verfassers Werk: Die Dynamoelektrischen Maschinen, 6. Aufl. Kap. XXIV enthalten.

³

Die Kraftübertragungswerke Rheinfelden. H, S. Herman. Berlin 1896,

⁴

Vgl. Dynamoelektrische Maschinen, 6. Auflage, S. 627 u. f.

⁵

Siehe Journ. of Inst. C. E., Band 26, S. 424 — 425.

OBERLEITUNG

/STROMABNEHMER /

STROMMESSER 250 A

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SCHLUSS

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SICHERUNGEN FÜR 200A

WIDERSTAND

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Fig. 344 Stromschema der Lokomotive der Gornergratbahn.

die höchste Spitze des Berges durch einen Aufzug von etwa 80 m Höhe erreichen. Die oberen Strecken der Bahn liegen in einem Tunnel. Die Steigung wechselt zwischen 6 und 25 v. H. Zum Betriebe wird die Wasserkraft der Lütschine ausgenutzt, welche, in Drehstrom von 7000 Volt umgewandelt, durch Oberleitungsdrähte den an der Kleinen Scheidegg und dem Eigergletscher gelegenen Transformatorstationen zugeleitet und dort in Strom von 500 Volt umgewandelt wird. Die elektrische Kraft dient zur Beleuchtung, zum Heizen, zum Betriebe der Steinbohrmaschinen nicht minder wie zum Betriebe der Bahn. Das Kraftwerk befindet sich in Lauterbrunnen, die Kraft wird 7 km weit durch drei Drähte von je 7,5 mm Durchmesser fortgeleitet, die von dreifachen Glockenisolatoren von 11 cm Durchmesser und 18 cm Höhe getragen werden. Diese Isolatoren sind durch eiserne Stützen an den 11 m hohen Masten befestigt. Eine zweite Kraftstation ist noch in der Nähe von Grindelwald projectirt. Die Unterstationen sind mit je zwei Transformatoren von je 200 KW ausgerüstet,, die die aus 9 mm starken, hart gezogenen Kupferdrähten bestehende secundäre Leitung speisen, die in gleicher Weise wie die Hauptleitung hergestellt ist. In dem Maasse, wie die Strecke ausgebaut wird, werden auf je 1 km weitere Transformatoren aufgestellt werden. Die vier Lokomotiven sind von Brown, Boveri & Co. zusammen mit der Société Suisse des Locomotives gebaut. Jede enthält zwei Induc-

Fig. 345. Drehgestell der Lokomotive der Jungfraubahn.

tionsmotoren von je 125 bis 150 P mit 760 Umdrehungen und 38 Perioden. Das Gewicht eines Motors beträgt 2,6 Tonnen; das der betriebsfähigen Locomotive 13 Tonnen. Die Construction und das Schema der Verbindungen ist aus Tafel XIV zu ersehen. Die Anordnung ist derjenigen der Gornergratlokomotive sehr ähnlich; die Motoren sind sechspolig und wirken mit doppeltem Vorgelege auf die Treibachse (Eig. 345).

Die Bahn Burgdorf-Thun ist eine normalspurige Eisenbahn von 42 km Länge, welche von normalen Dampflokomotiven und sonstigen Betriebsmitteln befahren werden kann, jedoch elektrisch betrieben wird, und zwar mit Drehstrom, der von dem 9 km entfernten Kraftwerke der Kander bei Spiez mit 16000 Volt geliefert wird. Diese Spannung wird in 14 an der Linie liegenden Transformatorstationen auf 750 Volt ermässigt. Die Betriebsmittel sind zum Theil Motorwagen, clie 66 Personen fassen und auf Drehgestellen ruhen, die mit Inductionsmotoren versehen sind. Sie werden elektrisch beleuchtet und geheizt. Zur Beförderung ganzer Züge haben Brown, Boveri & Co., die die ganze elektrische Ausrüstung der Bahn geliefert haben, zwei Lokomotiven gebaut, die mit je zwrei Inductionsmotoren von je 150 P ausgerüstet sind. Die Bauart ist bedeutend schwerer als die der Jungfraubahn, sie laufen auf nahezu ebener Bahn mit wesentlich grösserer Geschwindigkeit. Jede Lokomotive wiegt 28 Tonnen, hiervon entfallen 10 Tonnen auf die elektrische Ausrüstung. Die Geschwindigkeit wird durch Widerstand im Läuferstromkreise geregelt.

Das erste Beispiel einer mit Drehstrom betriebenen Vollbahn zur Beförderung ganzer Züge auf grosse Entfernungen in Italien bietet die am 4. September 1902 eröffnete, von der Eirma Ganz & Co. eingerichtete sog. Yaltellina-Bahn. Sie erstreckt sich von Lecco an der Südostspitze des Comersees bis nach Sondrio im Addathale, mit einer Abzweigung nach dem industriereichen Chiavenna, etwa 200 km. Die Betriebskraft liefert die Adda, die Centrale liegt bei Morbegno. Sie enthält vorläufig 3 Turbineneinheiten, die je eine Drehstrommaschine von 2000 P antreiben. Diese von Schlickert gelieferten Maschinen sind insofern bemerkenswert!!, als sie hochgespannten Drehstrom von 20000 Yolt und 15 Perioden in der Se-cunde unmittelbar erzeugen. Diese Hochspannung wird durch Oberleitung neun auf der Strecke vertheilten Unterstationen zugeführt und dort auf 3000 Yolt umgeformt. Mit dieser Spannung werden die Zugmotoren direkt betrieben. Es sind für die Stromzuführung zwei blanke Kupferdrähte von 8 mm Durchmesser in einer Höhe von 6 m über den Schienen gespannt, als Rückleitung dient das Gleise. Vorläufig dienen für den Personenverkehr Motorwagen, welche einen Zug von 5 bis 7 Personenwagen im Gesammtgewicht von 150 Tonnen in Steigungen von 10 v. H. mit einer Geschwindigkeit von 65 km in der Stunde beförden können. Der Lastverkehr wird durch Lokomotiven bewältigt. Die Stromabnahme erfolgt durch Rollencylinder in Kugellagern, welche auf Mannesmannröhren mon-tirt sind. Zum Heben und Senken der Stromabnehmer, zum Bewegen der Schalter und zum Bremsen dient comprimirte Luft, die von einem elektrisch angetriebenen Compressor geliefert wird. Jedes Anfahren wird mit der Cascadenschaltung der Motoren eingeleitet, von denen jedes Drehgestell zwei besitzt, einen Niederspannungsmotor für 300 Yolt und einen Hochspannungsmotor für 3000 Yolt.

Die Hochspannung wird dem Ständer des Primärmotors zugeführt, dessen Läufer an die Ständerklemmen angeschlossen wird, bis die halbe Geschwindigkeit erreicht ist. Weiteres hierüber siehe Elekto-technische Zeitschrift 1903, Heft 17 u. 18.

In Deutschland ist eine Studiengesellschaft für elektrische Schnellbahnen ins Leben getreten, welche auf der Militäreisenbahn Berlin-Zossen eingehende Versuche über die Verwendbarkeit des elektrischen Stromes zum Betriebe von Schnellbahnen angestellt hat. Es wurde hierzu von der Centrale Oberspree Drehstrom von 12000 Volt auf die Strecke geleitet, und mit zwei von den Firmen Siemens und Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft zur Verfügung gestellten Zügen in den Jahren 1901 und 1902 Probefahrten unternommen, bei welchen Geschwindigkeiten bis zu 160 km in der Stunde erreicht wurden. Die elektrischen und mechanischen Einrichtungen arbeiteten hierbei tadellos. Die Ueberschreitung dieser Geschwindigkeit verhinderte nur die zu schwache Gleisanlage. Die Versuche sollen nach Verstärkung des Oberbaus der Bahn weiter fortgesetzt werden. Berichte über diese Versuche sind in der Elektrotechnischen Zeitschrift 1901 S. 671, 745, 776, 841 und ebenda 1902 S. 851 veröffentlicht, ebenso im Elektrotechnischen Anzeiger 1901 S. 2639 uud 1902 S. 2251.

Auch in anderen Ländern ist man dem Studium dieser Frage näher getreten. So besteht in Schweden die Absicht, den ausserordentlich grossen Reichthum des Landes an Wasserkräften für den Bahnbetrieb unter Verwendung von Drehstrom nutzbar zu machen.

Kapitel XIX.

Eigenschaften der magnetischen Drehfelder.

Das Wesen des jetzigen mehrphasigen Motors ist die Erzeugung magnetischer Drehfelder, in denen Metallmassen mittels der in ihnen indncirten Ströme in kräftige Umdrehung versetzt werden. Diese Drehfelder werden erzeugt durch den Kunstgriff, zwei oder mehrere schwingende magnetische Felder zu vereinigen, wozu man, wie schon gezeigt, Wechselströme von verschiedener Phase benutzt. Aber die wichtigsten Eigenschaften der Drehfelder können untersucht und gezeigt werden ohne solche Kunstgriffe, mit sehr einfachen Mitteln.

Alles, was erforderlich ist, besteht in einer Yorrichtung, um einen Magnet zu drehen, dessen Feld untersucht wird, während es mit einer bekannten Geschwindigkeit umläuft.

Der Gegenstand scheint etwa um das Jahr 1825 zuerst bekannt geworden zu sein, als die Arago’schen Drehungserscheinungen besprochen wurden; über diese müssen wir zunächst hier kurz berichten.

Arago’s Drehversuche.

Wie es so oft in anderen Zweigen der Wissenschaft geschieht, so ist auch die magnetische Drehung von mehreren Personen nahezu gleichzeitig entdeckt worden, für die alle die Priorität in Anspruch genommen wird. Um 1824 hatte Gambey¹), der berühmte Instrumentenmacher von Paris, gelegentlich die Beobachtung gemacht, dass eine Compassnadel, welche abgelenkt wurde und in Schwingungen um ihren Aufhängungspunkt gerieth, eher zur Ruhe kam, wenn der Boden des Compassgehäuses aus Kupfer, als wenn er aus Holz oder einem anderen Material bestand. Barlow und Marsh²) in

Woolwich hatten zur gleichen Zeit clie Wirkung der Drehung einer eisernen Kugel auf eine benachbarte Magnetnadel beobachtet. Arago¹), der Astronom, der von der Erscheinung durch Gambey gehört haben,, nach Anderen²) aber sie 1822 unabhängig entdeckt haben soll, als er mit Humboldt an magnetischen Messungen arbeitete, hat ohne Frage zuerst einen Bericht über die Beobachtung veröffentlicht, indem er am 22. November 1824 darüber der Pariser Akademie der Wissenschaften vortrug.

Er hing eine Compassnadel in Bingen von verschiedenen Materialien auf, stiess die Nadel um 45 Grad zur Seite und zählte die Schwingungen, bis der Winkel auf 10 Grad abgenommen hatte. In einem hölzernen Bing betrug die Zahl 145, in einem dünnen kupfernen Bing 66 und in einem starken kupfernen Bing nur 33.

Die Wirkung der Gegenwart des Kupfers ist eine Dämpfung der Nadelschwingungen. Jede Schwingung erfordert dieselbe Zeit wie die vorhergehende, aber ihre Weite wird vermindert; die Bewegung verschwindet, als wäre eine unsichtbare Beibung im Spiel. Arago bemerkte, dass hieraus auf das Vorhandensein einer Kraft geschlossen werden müsse, die nur so lange bestand, als sich die Magnetnadel und die Kupfermasse gegen einander bewegten. Er gab der Erscheinung den Namen „Drehungsmagnetismus“. Im Jahre 1825 beschrieb er einen anderen Versuch, in dem er nach dem Satze von Wirkung und .Gegenwirkung durch die Drehung einer kupfernen Scheibe eine ruhende Nadel in Bewegung setzte. Er hing eine Compassnadel in einem Glasgefässe auf, das am Boden mittels eines Blattes Papier oder einer Glasscheibe geschlossen war, und hielt sie so über eine sich drehende Kupferscheibe (Fig. 346).

Dreht diese sich langsam, so wird die Nadel nur aus dem magnetischen Meridian abgelenkt, wobei sie dem Sinne der Scheibendrehung folgt, als wenn sie unsichtbar von dieser getrieben würde. Bei schnellerer Drehung wächst die Ablenkung; wird die Drehung so rasch, dass die Nadel um mehr als 90 Grad abgelenkt wird, so gerätli letztere in Umlauf. Arago fand indessen, dass die Kraft nicht einfach tangential sei. Indem er eine Nadel senkrecht von

1) Annales de Chimie et de Physique. B. 27, S. 363; B. 28, S. 325; B. 32,

S. 213.

2) Arago, Oeuvres complètes. B. 4, S. 424.

einem Wagebalken herab über der sich drehenden Scheibe auf-hing, fand er, dass die Nadel abgestossen wurde, wenn die Scheibe sich drehte. Auf den Pol, der der Scheibe zunächst hing, wirkten ausserdem radiale Kräfte, die bestrebt waren, ihn radial nach aussen zu treiben, wenn er dem Rande der Scheibe näher war, dagegen radial nach innen, wenn er der Achse näher war.

Poisson, der mit seinen Anschauungen über magnetische Perne Wirkung in Coulomb’s Fusstapfen trat, versuchte, eine Theorie des Drehungsmagnetismus aufzustellen, indem er annahm,

Er

71/

Fig. 346.

Arago’s Drehscheibe.

Fig. 347. Versuch von Babbage und Hörschel.

dass alle Körper in der Nähe eines Magnetes zeitweiligen Magnetismus erhalten, dass aber im Kupfer dieser zeitweilige Magnetismus längere Zeit zum Verschwinden gebrauche.

Vergebens behauptete Arago, dass die Theorie den Thatsachen nicht entspreche. Der sogenannte Drehungsmagnetismus drohte zu einer fixen Idee zu werden.

Bei diesem Stande der Dinge wurde die Erscheinung von einigen englischen Forschern untersucht, von Babbage und Her-schel, von Christie, später von Sturgeon und von Faraday. Babbage und Herschel massen den Betrag der hemmenden Kraft, welche von verschiedenen Stoffen auf die Nadel ausgeübt wurde und fanden, dass Silber und Kupfer (welche die beiden besten Leiter der Elektricität sind) die kräftigsten sind, nach diesen Gold und Zink, während Blei, Quecksilber und Wismuth ihnen an Wirkung weit nachstehen. 1825 machten sie ihre erfolgreiche Umkehrung von Arago’s Versuch bekannt. Sie hatten einen Magnet unter einer drehbaren Kupferscheibe in Umlauf versetzt (Fig. 347), und dadurch bewirkt, dass die letztere sich rasch drehte.

Sie machten auch die bemerkenswerthe Beobachtung, dass radiale Schlitze in der Kupferscheibe (Fig. 348) das Bestreben unter dem Einfluss des bewegten Magnetes sich zu drehen, verminderten.

Rechnete man die drehende Kraft der ungeschützten Scheibe zu 100, so brachte sie ein radialer Schlitz herab auf 88, der zweite auf 77, vier auf 48 und acht auf 24. Ampere zeigte 1826, dass

Fig. 348. Babbago und Herschel’s geschlitzte Scheiben.

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eine umlaufende Kupferscheibe auch ein Drehmoment auf einen benachbarten Kupferdraht, durch den ein Strom fliesst, ausübte. S e eb e ck in Deutschland, Prévost und Colladon in der Schweiz, Nobili und Racelli in Italien bestätigten die Beobachtungen der englischen Forscher und fügten neue hinzu.

Fig. 349. Faraday’s Scheibenmaschine.

Sturgeon zeigte, dass die dämpfende W irkung eines Mag-gnetpoles auf eine bewegte Kupferscheibe in Gegenwart eines zweiten, ungleichnamigen Pôles, der neben den ersten gebracht wurde, sich verminderte. Fünf Jahre später kehrte er zu dem Gegenstände zurück und zog den Schluss, dass die Wirkung in einer elektrischen Störung bestehe, „eine Art von Umkehrung dessen, was im Elektromagnetismus stattfindet“. In jener Zeit, 1831, brachte Faraday’s glänzende Untersuchung über die elektromagnetische Induction die vollständige Erklärung jener Versuche. Faraday zeigte, dass eine relative Bewegung von Magnet und Kupferscheibe gegen einander immer Ströme in dem Metall der Scheibe erzeugte, welche ihrerseits auf den Magnetpol zurückwirkten mit einer Kraft, welche bestrebt war, die relative Bewegung

zu vermindern, d. h. den feststehenden Theil (Magnet oder Scheibe) in der Richtung des bewegten Theiles zu ziehen, und immer sich der Bewegung des bewegten Theiles zu widersetzen. Die Ströme laufen wirbelnd um die bewegte Scheibe, wenn sie nicht durch Schleif contacte abgenommen werden. Dies führte indes Faraday aus, indem er seine Kupferscheibe zwischen die Pole eines kräftigen Magnetes schob (Fig. 349) und drehte, während gegen den Rand und die Achse Stromschlussfedern angedrückt wurden, um die Ströme abzunehmen. Die elektromotorische Kraft, welche rechtwinklig zur Bewegung und zu den Kraftlinien des magnetischen

Fig. 351. Wege der Wirbolströme.

Fig. 350. Wirbelströme in der Drehscheibe.

Feldes gerichtet ist, ruft Ströme hervor, welche längs des Radius der Scheibe fdessen. Wenn kein Weg nach aussen angelegt ist, so müssen die Ströme sich selbst Rückwege im Metall der Scheibe suchen. Fig. 350 zeigt, auf welche Weise ein Paar solcher Wirbel in der zwischen Magnetpolen gedrehten Scheibe verläuft. Diese Wirbel liegen symmetrisch³) zu beiden Seiten des Radius von höchster elektromotorischer Kraft (Fig. 351).

Die Richtung der Wirbelströme ist immer derart, dass sie der relativen Bewegung entgegenwirken. Der Wirbelstrom in dem Theil, der sich von den Polen entfernt, sucht die Pole voranzuziehen oder diesen Theil der Scheibe zurückzudrängen. Der Wirbelstrom in dem Theil, der sich den Polen nähert, sucht diese Pole ahzu-stossen und stösst sich selbst von ihnen ab. Es ist klar, dass

Schlitze, die in die Scheibe geschnitten werden, die Wirbelströme im ungehinderten Fliessen beeinträchtigen und hierdurch den Widerstand ihrer möglichen Wege im Metall erhöhen, ohne dass die elektromotorische Kraft geändert wird.

In Sturgeon’s Untersuchungen⁴) werden eine Anzahl Versuche beschrieben, welche dazu angestellt wurden, die Richtungen der Wirbelströme in Scheiben zu bestimmen. Aehnliche, aber vollständigere Forschungen wurden von Matteucci unternommen. Die Induction in gedrehten Kugeln wurde mathematisch untersucht von Jochmann und später von dem uns zu früh entrissenen Hertz.

Faraday zeigte mehrere interessante Versuche über Wirbelströme. Unter Anderem hing er mittels eines gedrillten Fadens einen Kupferwürfel zwischen den Polen eines kräftigen Hufeisen-

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Fig. 352. Faraday’s Kupferwürfel.

Fig. 353. Matteucci’s Kupferwürfel.

magnetes auf (Fig 352). Ehe der Strom geschlossen wurde, drillte der Würfel durch sein Gewicht den Faden auf und gelangte in rasche Drehung. Sobald der Magnet durch Schliessen des Stromes erregt wurde, blieb der Würfel augenblicklich stehen; als aber der Strom wieder unterbrochen wurde, begann er sofort seine Drehung wieder. Matteucci veränderte den Versuch noch in der Weise, dass er einen Würfel aus quadratischen Stückchen Kupferblech zusammensetzte, die von einander durch Papier getrennt waren.

Dieser Blätterwürfel (Fig. 353) wurde im magnetischen Felde mittels eines Häkchens a aufgehängt, so dass seine Blätter den magnetischen Kraftlinien parallel standen; nunmehr konnte er in seiner Drehung nicht mehr durch den plötzlichen Stromschluss des Elektromagnetes aufgehalten werden.

Wurde er aber an dem Häkchen b aufgehängt, so dass die Trennungsflächen in der senkrechten Ebene lagen, und nun in Drehung versetzt, so wurde er wieder plötzlich angehalten, wenn der Elektromagnet Strom erhielt. Nur in letzterem Falle konnten Wirbelströme entstehen, da sie Wege in Ebenen erfordern, die zu den magnetischen Linien senkrecht stehen.

Nachdem Faraday die Arago’schen Drehversuche dahin erklärt hatte, dass sie nur von den inducirten Wirbelströmen herrühren, schien das besondere Interesse, das sie erzeugten, so lange sie unbekannt waren, ziemlich erstorben zu sein. Indessen wurde die Theilnahme einige Jahre später wieder lebendig, als Foucault zeigte, dass die Wirbelströme die Metallscheibe zu erwärmen vermochten, wenn die Drehung im magnetischen Felde gegen den Widerstand der ausgeübten Kräfte fortgesetzt wurde. Es ist nicht klar, woher es kommt, dass nach dieser Beobachtung die von Faraday als Erklärung der Arago’schen Erscheinung entdeckten Wirbelströme Foucault’sche Ströme getauft wurden. Wenn irgend Jemand Anspruch hat auf die Ehre, den Wirbelströmen seinen Namen zu geben, so kann dies nur Faraday oder Arago, nicht aber Foucault sein. Wenig später zeigte Le Roux den paradoxen Versuch, dass eine Kupferscheibe, die sich zwischen concentrischen Magnetpolen drehte, dadurch nicht erwärmt wurde und keinerlei Zugkraft erfährt. Die Erklärung dieser Erscheinung ist die folgende : Wenn der einen Fläche der Scheibe ein ringförmiger Nordpol und der anderen Fläche ein ringförmiger Südpol gegenübersteht, so wird zwar ein magnetisches Feld erzeugt, das die Scheibe senkrecht durchsetzt, aber es entstehen keine Wirbelströme. Denn da um die ganze Scheibe herum gleiche elektromotorische Kräfte erzeugt werden, die radial nach aussen oder nach innen gerichtet sind, so gibt es für die Ströme keinen Rückweg längs irgend eines Radius der Scheibe. Der Umfang erhält nur ein von dem des Mittelpunktes ein wenig verschiedenes Potential; aber es fliessen keine Ströme, weil die elektromotorischen Kräfte längs irgend eines geschlossenen Weges in der Scheibe im Gleichgewicht sind.

1884 veröffentlichte Willoughby Smith⁵) eine Untersuchung über gedrehte Metallscheiben, in der er angab, dass in eisernen Scheiben höhere elektromotorische Kräfte erzeugt werden, als in Kupferscheiben von gleicher Grösse. Guthrie und Boys hingen 1879⁶) eine Kupferplatte mittels eines Torsionsfadens über einem

Juni 1884.

in Drehung begriffenen Magnet auf und fanden, dass die Torsion der Geschwindigkeit der Drehung direct proportional war. Sie zeigten, dass mit einem solchen Instrument die Geschwindigkeit einer Maschine sehr genau gemessen werden konnte. Sie stellten auch Versuche an über den Einfluss des Abstandes zwischen der

Kupferplatte und dem Magnet und über den Einfluss des Durchmessers und der Dicke der Kupferscheibe.

Es wurden verschiedene Metalle untersucht und gefunden, dass die Drehkraft je nach der Leitfähigkeit des Metalles sich änderte, soweit die letztere nach der Herstellung der Platten beurtheilt werden konnte. Guthrie und Boys wandten dann die Methode an, um die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten zu bestimmen.

1880 beobachteten De Eon vielle und Lontin, dass eine leicht drehbar aufgestellte Kupferscheibe in fortwährender Drehung erhalten werden konnte — wenn sie einmal angestossen war —, indem man sie in Gegenwart eines Magnetes in eine Kupferdrahtspule brachte, die auf einen rechteckigen Rahmen gewickelt war (wie die Spule eines älteren Galvanometers), und die aus einem gewöhnlichen Ruhmkorff’sehen Apparat mit Wechselstrom gespeist wurde. Sie nannten ihren Apparat ein elektromagnetisches Gyroskop.

Aber es scheint nicht, als wenn vor dem Jahre 1879 irgend Jemand auf den Gedanken gekommen wäre, dass die Arago’schen Drehungserscheinungen für den Bau eines Motors verwendet werden könnten.

Versuche im magnetischen Drehfeld.

Mit dem einfachen, in Eig. 347 dargestellten Apparate können mehrere interessante und leichte Versuche angestellt werden.

Eine drehbare Compassnadel, die über den Magnet gestellt wird, dreht sich synchron mit letzterem.

Wenn mehrere kleine Compassnadeln nahe bei einander über den sich drehenden Magnet gestellt werden, so drehen sie sich alle in Uebereinstimmung. Eine drehbar aufgestellte Scheibe aus dünnem Eisenblech (Schwarzblech oder verzinntes Eisenblech) kommt gleichfalls in synchronen Umlauf.

Ein eiserner Nagel oder eine stählerne Nadel, die auf eine Glastafel über den Magnet gelegt wird, beginnt umzulaufen, sobald der Magnet gedreht wird, und erlangt eine grosse Geschwindigkeit, wobei sie immer mit dem Magnet synchron bleibt. Dasselbe geschieht mit einem kleinen eisernen Schlüssel. Aber wenn der Magnet zuerst in rasche Drehung versetzt und dann der eiserne Nagel oder Schlüssel auf das Glas niedergelegt wird, so kommt er nicht in Tact, ja nicht einmal in Drehung. Wenn Eisenfeilspähne aus einer Pfefferbüchse auf die Glastafel gestreut werden (eine Tafel aus Spiegelglas ist am besten), während die Pole sich langsam drehen, so wird eine höchst merkwürdige und schöne Wirkung hervorgebracht. Da die magnetischen Eelder, die von den Polen aus fortschreiten, senkrechte Componenten haben, so stellt sich jedes Stückchen Eisenfeile auf, wie die Pole unter ihm hindurch gehen, und schlägt bei jeder Drehung des Magnetes einen Purzelbaum. Bei jedem Purzelbaum verschieben sich die Eeilspähne ein wenig in einer Richtung, die derjenigen der Drehung entgegengesetzt ist; wenn die Geschwindigkeit vergrössert wird, so erhält man den Anblick von Theilchen, die in einem Haufen herumtanzen und bald bestrebt sind, sich im Mittelpunkte anzusammeln, bald am Rande der Glasscheibe aus dem Eelde zu springen. Eiserne Kugeln oder Knöpfe drehen sich synchron mit dem Magnet. Eine der gebräuchlichsten Methoden zur Prüfung von Eisenblechen, die zu Transformatorkernen verwendet werden sollen, besteht darin, dass man das Eisenblech in ein magnetisches Drehfeld bringt und den ausgeübten Zug misst.⁷) Kugeln oder eiförmige Stücke Kupfer oder Messing drehen sich indess nur ganz langsam und halten mit dem sich drehenden Magnet nicht Schritt, wie es Körper aus magnetischem Stoffe thun. Scheiben aus Kupfer, Messing, Zink oder, am besten von Allem Aluminium, die über dem Magnet drehbar auf gestellt werden, erlangen gleichfalls eine langsame, nicht synchrone Bewegung, indem sie durch die in ihnen erzeugten Wirbelströme getrieben werden.

Wenn die drehbaren Scheiben, Compassnadeln u. s. w., nicht central, sondern seitwärts über dem bewegten Magnet stehen, ganz ausserhalb des von den Polen beschriebenen Kreises, so drehen sich die Scheiben entgegengesetzt wie der Magnet.

Wenn die Scheibe central über dem Magnet etwa 9 bis 12 cm über den Polen steht und allmählich aus der centralen Lage seitwärts geführt wird, so kann man in einer gewissen Entfernung einen Punkt finden, wo die Scheibe kein Bestreben zeigt, sich in einer von beiden Richtungen zu drehen. Innerhalb der von solchen neutralen Punkten begrenzten Zone herrscht das Bestreben, sich in gleichem Sinne wie der Magnet zu drehen, ausserhalb derselben Zone, sich entgegengesetzt zu drehen. Der neutrale Gürtel erweitert sich, wenn die senkrechte Entfernung wächst.

Wenn eine drehbare Scheibe an einen neutralen Punkt gebracht wird, so kann man sie in Drehung versetzen, wenn man in den Zwischenraum Eisenstücke oder auch Bänder oder Schleifen aus Kupfer in solche Lagen bringt, dass sie entweder die Feldrichtung ändern oder durch Wirbelströme ein neues Drehfeld erzeugen.

Fig. 354.

Wenn ein leitender Käfig aus Kupferblech, wie ihn Fig. 354 zeigt, über den drehbaren Magnet geschoben, und eine leicht drehbare Aluminiumscheibe über sein oberes Ende bei a gesetzt wird, so kann diese Scheibe in Drehung gerathen, wiewohl die Entfernung zwischen Magnet und Scheibe bei Weitem zu gross ist, um ohne dieses Hilfsmittel noch eine Drehung hervorzubringen. Die Wirkung wird noch stärker, wenn man eine Eisenmasse bei b einlegt, um die Inductions Wirkung des Magnetes zu erhöhen.

Ein anderer lehrreicher Versuch, den der Verfasser im Februar 1894 der Royal Institution vorführte, besteht darin, ein Stück

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Fig. 355.

Kupferblech nach Fig. 355 auszuschneiden, so dass es fast seiner ganzen Länge nach zwei Schlitze hat; es mag 1—2 m lang und 8 — 10 cm breit sein. Legt man das Band wagerecht, den Punkt A über den Drehungsmittelpunkt des Magnetes, und ein grösseres Stück Eisen darüber, um die Inductionswirkmig zu verstärken, so entstehen in dem Band Wirbelströme (in der That dreiphasige Wirbelströme), welche eine kleine Metallscheibe, die auf einer Nadel am fernen Ende B aufgestellt ist, zu drehen vermögen. Die bei diesem Versuche benutzte Scheibe war eine Kupferscheibe mit verstärktem Bande, auf der eine eingesetzte Eisenscheibe lag, das Ganze mit einem Steinhütchen in der Mitte, um die Reibung zu vermindern. Yiel stärkere Wirkungen können erzielt werden, wenn

30

Thompson, Mehrphasenströme.

man den mechanisch gedrehten Stahlmagnet durch eine Einrichtung ersetzt, welche durch Vereinigung richtiger mehrphasiger Ströme, wie weiter unten beschrieben wird, ein Drehfeld

erzeugt.

Etir Diejenigen, die keine wahren mehrphasigen Ströme zur

Verfügung haben, die aber Batterien für 5 —10 Ampere Stromleistung hei einer Spannung von 10 — 20 Volt oder mehr besitzen, mag es erwünscht sein, wenn hier eine Methode beschrieben wird, nach der man wahre mehrphasige Ströme mittels eines von der Hand gedrehten Stromwechslers nachahmen kann.

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Eig. 356 zeigt eine sehr einfache Eorm eines

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Fig. 356. Stromwechsler mit Handbetrieb zur Nachahmung dreiphasiger Ströme.

solchen Stromwechslers, durch den ein Drehfeld erzeugt werden kann, wenn die Klemmen A, B und C mit den Punkten m, o und n eines nach Fig. 54,

S. 54, gewickelten Ringes verbunden werden, und der eine Pol der Batterie an die Rückleitungsklemme II des Stromwechslers, der andere Pol an den V ereinigungs-punkt J der Spulen gelegt wird. Dreht man die Kurbel rasch, so erhalten die drei Stromschlussfedern in regelmässigen Zwischenräumen Ströme, von denen man sagen kann, sie hätten 120 Grad Phasenunterschied, obgleich natürlich keine Stromumkehr stattfindet. Man sieht, dass die Zwischenräume mit einem Winkel von 60 Grad Übereinandergreifen, d. h. der Zahn in B wird ¹/₆-Periode eher geschlossen als der Strom in A geöffnet wird; während ¹/₆-Periode ist der Strom bei B allein geschlossen, worauf für die nächste ¹/₆-Periode B und C gleichzeitig Strom erhalten u. s. w. Die stromschliessende Fläche der Zähne ist die Hälfte des ganzen Umfanges, die schleifenden Enden der Stromschlussfedern bedecken ein Drittel des Raumes von Strom und Lücke. Dieser Stromwechsler kann aus einem Stück Messingblech geschnitten werden und lässt sich leicht ausbessern, wenn er, was rasch geschieht, durch die Funken beschädigt wird.

Umständlicher herzustellen ist ein Stromwender (Fig. 357/58), der die Ströme in den drei Leitungen in der richtigen Reihenfolge umkehrt; er erfordert keinen vierten Draht als Rückleitung. Auf

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Fig. 357/58. Stromwender mit Handbetrieb zur Nachahmung dreiphasiger Ströme.

eine hölzerne Walze von etwa 5 cm Durchmesser und 7 — 8 cm Länge werden zwei passend geschnittene Contactstücke von einander isolirt aufgeschraubt.

Gegen .diese Walze drücken Stromschlussfedern; drei davon sind die Endklemmen der drei Leitungen; zwei werden mit den Polen der Batterie verbunden. Eine Abwickelung des Stromwenders, welche zeigt, wie die Contactstücke geschnitten sein müssen,

30*

ist, genau in halber natürlicher Grösse, im oberen Tlieile der Eigur zu sehen.

Folgt man aufmerksam der Reihe der Yorgänge während einer Umdrehung, so sieht man, dass der Strom in einer Leitung nach der anderen umgekehrt wird; fliesst der Strom vom positiven Pol in die Leitung' A, so bildet Band C gleichzeitig die Rückleitung zum negativen Pol u. s. w. in regelmässiger Folge.

Eine ähnliche Einrichtung (aber natürlich mit anderer Bemessung der Theile) kann benutzt werden, um zweiphasige Ströme in vier Leitungen darzustellen. Dies erfordert sechs Federn, ausser wenn eine gemeinsame Rückleitung verwendet wird. Der vorher beschriebene Stromwender dient auch sehr gut als zweiphasiger Apparat, wenn die Klemme C mit der gemeinsamen Rückleitung für die beiden Kreise, die von A und B ausgehen, verbunden wird.

Mit diesen Stromwendern ist es natürlich nicht möglich mehrphasige Ströme genau darzustellen, da ihre Ströme sprungweise umkehren, dies ist jedoch in Bezug auf die Entstehung des Drehfeldes ohne Belang, wenn der Stromwender rasch gedreht wird. Soll auch das allmähliche Ansteigen und Abfallen der Ströme dargestellt werden, so benutzt man statt der Messingkontakte einen von Carhart⁸) erdachten Flüssigkeitsstromwender. Die Figuren 359 und 360 zeigen einen vertikalen und einen horizontalen Schnitt durch einen solchen Apparat. Ein grosses Glasgefäss von quadratischem Querschnitt wird mit einer etwa 3procentigen Lösung von Zinksulphat nahezu gefüllt. An entgegengesetzten Stellen sind Zinkplatten Zn angeordnet, welche als Elektroden dienen, und den Strom aus einer Stromquelle von constanter elektromotorischer Kraft zuführen. In die Lösung tauchen Zinkstäbe 1, 2, 3, welche in eine Scheibe aus Isolirmasse eingeschraubt sind. Die Scheibe ist an einer Achse A befestigt, die gedreht werden kann. Die drei Zinkstäbe sind durch die hohle Achse mit den Schleifringen 1, 2, 3 elektrisch leitend verbunden. Es ist noch ein vierter Ring A vorgesehen, an den noch ein weiterer Zinkstab angeschlossen werden kann, wenn die Vorrichtung als Zweiphasenstromwender benutzt werden soll. Die Bürsten übertragen den von den Schleifringen abgenommenen Wechselstrom an die Aussenleitungen.

Mit dieser Vorrichtung kann man z. B. durch Eisenfeilspähne die Drehung eines Magnetfeldes darstellen. Car hart¹) hat eine ganze Beihe von Experimenten veröffentlicht, die mit dem Apparat gezeigt werden können.

Um mit diesem Dreiphasenstromwender einfache Drehfeldversuche zuzeigen, braucht man nur einen Ringmagnet mit geeigneter Bewickelung. Der Kern des Ringes wird hergestellt aus Eisendraht oder Eisenblechringen mit einem äusseren Durchmesser von 8 oder 10 cm und einem inneren Durchmesser von 5 oder 7 cm; die Tiefe mag etwa 1 bis 2 cm betragen. Nachdem ermitBand oder gefirnisstem Papier isolirt ist, wird er sorgfältig mit sechs gleichen Spulen aus 1,6 mm starkem umsponnenen Kupferdraht (oder der grösseren Biegsamkeit wegen mit einer Litze von sieben Drähten zu 0,6 mm Stärke) bewickelt. Jede der sechs Spulen nimmt einen Raum von 60 Grad ein; die gegen- *— überliegenden Spulen werden paarweise mit drei Stromkreisen verbunden, ihre Enden können mit Klemmen versehen werden, so dass man sie nach Belieben in Stern- oder in Netzschaltung verbinden kann.

Jede Spule soll wenigstens 100 Windungen enthalten. Verwendet man dünneren Draht (und dies hat einige Vortheile), so muss eine im Verhältniss grössere Zahl Windungen auf jeden Ring ge-

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Fig. 359/60.

1) Carhart, Experimental Investigation of the Rotary Field. The Elec. Journal (Chicago) 1. 9. 1895.

bracht werden. Mit einem solchen kleinen Ring kann man ziemlich alle oben beschriebenen Versuche zeigen.

Für Versuche in grösserem Maassstabe kann man sich mehrphasige Ströme leicht verschaffen, wenn man einen Anschluss an ein elektrisches Vertheilungsnetz für Gleichstrom besitzt. Denn es ist leicht, einen kleinen Motor so einzurichten, dass er als umlaufender Transformator dienen kann. Nehmen wir an, die

Spannung der Speiseleitung betrage 100 Volt. Dann kann man einen kleinen Motor, etwa von 1 P, selbst von ¹/₂ oder ¹/₄ P benutzen, vorausgesetzt, dass man auf der Achse Platz genug hat, um drei isolirte Schleifringe aufzupassen, die mit drei symmetrisch gelegenen Punkten der Wickelung verbunden werden.

Von diesen drei Schleif

ringen nehmen drei Bürsten den dreiphasigen Strom ab.

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Fig. 361. Tanzendes Ei.

Einer der erstaunlichsten Versuche, der mit solchem Apparat leicht gezeigt werden kann, ist die Drehung eines kupfernen Eies. Für diesen Zweck wird ein etwas grösserer Ringelektromagnet gebraucht, als derjenige, der oben für die Erzeugung des Drehfeldes benutzt wurde. Ein Ring von 20 cm Durchmesser, in sechs oder zwölf Abtheilungen bewickelt und nach Fig. 58 oder 59 verbunden, ist für diesen Zweck vorzüglich geeignet. Ein Ring mit zwölf Abtheilungen (siehe Fig. 297) ist sehr bequem, da er auch für zweiphasigen Strom benutzt werden kann. Der Ring wird auf den Tisch gelegt und ein gewöhnlicher Porzellanteller wird darauf gestellt. Ein Ei aus Kupfer, massiv oder hohl, oder noch besser mit Eisenfeile gefüllt, dreht sich mit grosser Geschwindigkeit, wenn der Strom geschlossen wird. Mt zunehmender Drehungsgeschwindigkeit richtet es sich auf und dreht sich schliesslich auf seiner Spitze (Fig. 361). Ein Ei aus Aluminium dreht sich noch besser. Eine dicke Scheibe aus Kupfer oder Aluminium, deren Fläche ein wenig ausgebogen und deren Rand abgerundet ist, dreht sich, richtet sich allmählich auf und tanzt schliesslich auf dem Rande wie eine Münze.

Mechanische Vorrichtung zur Erläuterung der mehrphasigen Uebertragung.

Die Aelmlichkeiten zwischen Mehrphasenstrom-Apparaten und Maschinen, in denen zur Vermeidung der todten Punkte zwei oder drei Kurbeln verwendet werden, sind schon mehrmals angedeutet worden, j Mechanische Modelle, die einem bestimmten Falle mehrphasiger Ströme entsprechen, lassen sich leicht entwerfen und sind sehr lehrreich. Ein ganz einfaches Modell, das vom Verfasser an-

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Fig. 362. Dreiphasige mechanische Bewegung.

gegeben wurde, um eine gewöhnliche dreiphasige Kraftübertragung zu erläutern, mag einer Beschreibung werth sein.

Drei Fäden werden an einen Zapfen P auf einer kleinen Kurbel geknüpft; die letztere dreht sich um den Mittelpunkt 0 in der Mitte eines feststehenden Brettes (Fig. 362).

Die drei Fäden werden durch die gleichweit von einander entfernten Löcher A, J5, C geführt, die mit Porzellan ausgefüttert sind, um die Reibung zu vermindern; sie gehen dann über drei Rollen a, è, c, von wo sie zu einem ähnlichen Brette geführt und in einem Punkte p vereinigt werden, an dem ein Schreibstift befestigt ist. Ertheilt man der Kurbel h mit der Hand eine kreisförmige Bewegung, so führt auch der Punkt p eine kreisförmige Bewegung aus, obgleich er nicht von einer Kurbel geführt wird, und zeichnet (annähernd) einen Kreis auf das Brett.

Kapitel XX.

Geschichtliche Entwickelung des mehrphasigen

Motors.

Die Kenntniss der Thatsache, dass man durch mehrere Magnetpole, die einer nach dem anderen in Thätigkeit treten, eine Drehung hervorbringen und damit einen Anker voranbewegen kann, ist nicht erst neueren Datums.

Mehrpolige Motoren findet man schon in einigen von Wheat-s tone’s ältesten Patenten, während einige etwa aus den Jahren 1861 bis 1865 stammende Motoren von Pacinotti denselben Gedanken verkörpern. In keinem von diesen war indessen auch nur entfernt der Grundsatz enthalten, dass die sich verschiebenden Pole dadurch wirken sollten , dass sie in dem drehbaren Theil Ströme in-ducirten.

Der erste Inductionsmotor.

Unter der Menge neuer Erfindungen hat man wenig von den bescheidenen Anfängen des mehrphasigen Motors bemerkt, dessen Geburt in das Jahr 1879 fällt. Fig. 363 zeigt den einfachen Motor, den Walter Bai'ly der Physikalischen Gesellschaft in London am 28. Juni 1879 vorführte, als er einen Yortrag über eine Methode, Arago’sche Drehungen hervorzubringen, hielt.

Bis dahin war die einzige Art, diese Drehungen zu erzeugen, unter einer Kupferscheibe einen Magnet zu drehen. Statt des Stahlmagnetes, der sich unter der Scheibe drehte, benutzte Baily einen feststehenden Elektromagnet; er liess dessen Magnetismus sich allmählich über vier nebeneinanderstehende Pole verschieben, wodurch er in der darüber aufgestellten drehbaren Kupferscheibe Wirbelströme erzeugte; diese ertheilten durch ihre Rückwirkung der Scheibe eine mechanische Bewegung in der Richtung, in der die Pole sich verschoben. Die Scheibe erhielt bei diesem ersten Versuche einen

Durchmesser von 6 cm; die vier Magnetkerne sind etwa 10 cm hoch und besitzen ein gemeinsames Joch; jeder ist mit etwa 150 Windungen eines 2,5 mm starken isolirten Kupferdrahtes bewickelt. Die Spulen werden zu zwei und zwei hintereinander geschaltet, so dass sie zwei unabhängige, kreuzweise ineinander gestellte Hufeisenmagnete bilden.

Die beiden Kreise werden mit einem sinnreichen umlaufenden Unterbrecher verbunden, der einfach aus Federn und Stromschluss-

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Fig. 363. Walter Baily’s mehrphasiger Motor (1879).

stücken auf einem Stücke Holz zusammengesetzt ist und mittels eines Handgriffes aus Draht gedreht wird.

Bei der Drehung werden die Ströme von zwei Batterien abwechselnd unter Umkehrung der Richtung in die beiden Stromkreise geleitet, wobei sie die Polarität der vier Pole in nachfolgender Weise ändern :

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u. s. w. Baily hatte sehr klare Ansichten darüber, wie weit dies wirklich ein magnetisches Drehfeld darstellte. Er sagt darüber wörtlich: „Die Drehung der Scheibe wird verursacht durch diejenige des magnetischen Feldes, in dem sie aufgestellt ist, und wir dürfen erwarten, dass, wenn eine ähnliche Bewegung des Feldes auf eine andere Weise erzeugt wird, sich eine ähnliche Bewegung der Scheibe ergehen wird.

„Möglicherweise ist die Drehung des Magnetes die einzige ausführbare Art, eine gleichmässige Drehung des Feldes zu erzeugen; aber es wird in dieser Abhandlung gezeigt werden, dass die Scheibe in Drehung versetzt werden kann, indem man mittels Elektro-magnetes ein Feld erzeugt, das sich sprungweise dreht.“ Bai ly beginnt dann, auseinanderzusetzen, was sich ereignet, wenn ein Pol in seiner Stärke wächst, während der benachbarte gleichnamige Pol abnimmt, und kommt zu dem Schluss, dass ein voller Kreis von Magnetpolen, die unter der Scheibe aufgestellt und in der Reihenfolge paarweise entgegengesetzt erregt werden, der Scheibe Stösse ertheilt, welche alle die Scheibe in derselben Richtung zur Drehung um die Achse antreiben; er fährt fort: „In einem extremen Falle, wenn die Zahl der Elektromagnete unendlich gross ist, erhalten wir eine gleichmässige Drehung des magnetischen Feldes, ebenso wie wir es durch Drehung eines Dauermagnetes erzielen.“ Er kommt dann auf den durch sein Modell verwirklichten Fall der zwei Polpaare aa' und bb' zurück und zeigt, dass die Drehung in der einen Richtung stattfindet, wenn das Paar bb‘ vor dem Paare aa1 umgekehrt wird; wenn aber das Paar bb‘ nach dem Paar aa‘ umgekehrt wird, so erfolgt die Drehung in der entgegengesetzten Richtung.

Nunmehr wird gezeigt, wie die Umkehrung der Drehungsrichtung ausgeführt werden kann, entweder durch Umkehrung der Drehungsrichtung des Stromwechslers oder durch Vertauschung der Pole der einen von beiden Batterien. Das Diagramm, welches der Abhandlung beigegeben ist, setzt voraus, dass die Kerne aus zer-theiltem Eisen bestehen; die des ausgeführten Modelles sind aber massiv. In einem Schlussparagraphen bemerkt Bai ly, dass die Wirkung auf die Scheibe bedeutend vergrössert werden kann, indem man vier andere Elektromagnete über die Scheibe setzt, je einen gegenüber einem der unteren Magnete und mit diesem so verbunden, dass sie einander ungleichnamige Pole zukehren.

Das Modell läuft sehr gut, wenn vier Trockenelemente zur Erregung der Elektromagnete benutzt werden.

Als vor nunmehr 15 Jahren der Vortrag gehalten und das Modell gezeigt wurde, fragte der verstorbene Professor Guthrie im

Scherz, wie viel Kraft der Motor wohl äussern möchte; Bail y erwiderte darauf bescheiden, dass er für den Augenblick den Motor nur als ein wissenschaftliches Spielzeug ansehen könne.

Untersuchungen von Marcel Deprez.

1880 hielt Marcel Deprez vor der Société Française de Physique einen Vortrag über eine elektrische Methode, den Synchronismus von Drehungen zu erhalten, wobei künstlich erzeugte zweiphasige Ströme von einem umlaufenden Stromwender auf einen synchronen Motor mit zwei I-Ankern auf gemeinsamer Achse übertragen wurden; die beiden Anker lagen jeder zwischen den Polen eines Hufeisenmagnetes und der eine war gegen den anderen um 90Grad verdreht, so dass kein todter Punkt entstehen konnte. Fig. 364 zeigt, wie die Ströme von der Batterie zu den beiden Ankern geführt wurden.

Fig. 364. Marcel Deprez’ Drehapparat.

Dieser Apparat gleicht dem Baily’sehen nur insofern, als er eines z weiphasigen Stromes zum Betriebe bedurfte. Beide arbeiten mit den künstlichen zweiphasigen Strömen, wie man sie mit Hilfe von Stromwendern aus Batterien entnehmen kann, oder mit zweiphasigen Strömen, die durch Induction in periodischer Art erzeugt werden.

Sie unterscheiden sich aber grundsätzlich in der Art ihrer Wirksamkeit.

Der Deprez’sehe Motor ist lediglich die Vereinigung von zwei gewöhnlichen Motoren unter rechtem Winkel, so dass kein todter Punkt entsteht. Nirgend ist in ihm der Gedanke des magnetischen Drehfeldes verkörpert. Dagegen ist bei Baily’s Motor wesentlich, dass das magnetische Feld in regelmässiger Folge um einen Mittelpunkt voran gedreht wird und durch Induction in einer drehbaren Metallmasse Ströme hervorbringt, ohne dazu Schleif-contacte oder Stromwender nöthig zu haben.

Drei Jahre später veröffentlichte Deprez den bedeutsamen Satz, den wir auf Seite 67 besprochen haben, und der die Erzeugung eines wahren magnetischen Drehfeldes durch Zusammenwirken zweier Wechselströme, die eine Yiertelperiode Phasenunterschied haben, betrifft.

Der Deprez’sehe Satz trug keine Früchte; er blieb eine geometrische Abstraction.

Untersuchungen des Professors G. Ferraris.

Im Jahre 1887 waren mehrere Forscher unabhängig von einander an der Arbeit.

Professor Galileo Ferraris⁹) in Turin war schon 1885 zu denselben grundlegenden Gedanken gekommen, wie sie Baily und Deprez gehabt hatten. Aber das Ergebniss war fruchtbarer, insofern als er, ohne Kenntniss der Arbeiten der beiden genannten Forscher, ihre Gedanken vereinigte.

Wie Baily wollte er einen kupfernen Leiter durch Wirbelströme, die darin durch ein gedrehtes magnetisches Feld inducirt wurden, in Drehung versetzen; und dieses gedrehte Feld wollte er als ein wahres Drehfeld erzeugen, indem er die Felder zweier Wechselströme von x/₄ Periode Phasenunterschied unter rechtem Winkel vereinigte.

1885 erbaute Ferraris den in Fig. 365 dargestellten Motor, der 1893 auf der Chicagoer Weltausstellung gezeigt wurde. Er wurde überhaupt erst 1888 öffentlich gezeigt. Er bestand aus zwei Paaren von Elektromagneten AA‘ und BB‘ mit gemeinsamem Joch, welches dadurch hergestellt wurde, dass man Eisendraht über die äusseren Enden der Magnete wickelte. Zwei in der Phase gegen einander verschobene Wechselströme wurden in diese beiden Stromkreise geleitet, und es wurde beobachtet, dass der innere drehbare Theil in Bewegung kam.

Ferraris’ erste Veröffentlichung fiel in den März 1888 und führt den Titel: Elektrodynamische Drehungen, welche mittels Wechselströmen erzeugt werden. Nachdem er die geometrische Theorie des magnetischen Drehfeldes auseinandergesetzt hat, findet er, dass ein einfacher Weg, die gewünschten verschobenen Ströme zu erhalten, darin besteht, den Stromkreis eines Wechselstromes in zwei Zweige zu spalten; in den einen wird ein Widerstand ohne Selbstinduction, in den anderen eine Spule mit geringem Widerstand und grosser Selbstinduction eingeschaltet.

Die beiden Wickelungen des Motors werden in diese beiden Zweige eingefügt. Der Phasenunterschied, der auf diese Weise hervorgebracht wird, beträgt nahezu 90 Grad. Ferraris spricht die Meinung aus, dass man auf diesem Wege alle Wirkungen erzielen kann, die die Drehung eines Magnetes hervorbringt. Er beschreibt dann die nachfolgenden Versuche, die im Herbst 1885 angestellt wurden.

Zwei flache Spulen, eine aus dickem, die andere aus dünnerem Draht, welche in Fig. 366 schematisch durch A A und BB dargestellt

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Fig. 865. Ferraris’ Motor (1885).

Fig. 366. Versuch von Ferraris.

werden, stehen rechtwinklig zu einander. In die erstere wird der Strom aus der primären, in die andere der Strom aus der secun-dären Spule eines Gaulard’schen Transformators geleitet; zu der letzteren wurde noch ein grösserer oder kleinerer inductionsfreier Widerstand geschaltet. Im centralen Zwischenräume wurde ein kleiner, hohler, geschlossener Kupfercylinder aufgehängt. Wurde der Strom nur durch eine der Spulen geschickt, so blieb der Cylinder stehen; schloss man auch den zweiten Stromkreis, so begann er sofort, sich zudrehen.

Der Sinn der Drehung konnte umgekehrt werden, indem einfach mittels Strom Wechslers die Verbindungen an der secundären Spule vertauscht wurden. Dasselbe Ergebniss wurde erzielt, wenn der Kupfercylinder durch einen Eisencylinder ersetzt wurde. Ein zertkeilter eiserner Cylinder, der aus isolirten Scheiben zusammengesetzt war, drehte sich gleichfalls.

Dann folgten Ueberlegungen über die Construction von Wechselstrommotoren nach diesem Grundsätze, aber mit gewissen Abweichungen; denn, wie Professor Ferraris bemerkte, war es klar, dass ein Motor, der so gebaut war, keinerlei gewerbliche Bedeutung für die Umwandlung der Kräfte besass. Er entwarf also ein grösseres Modell, welches als drehbaren Theil einen Kupfercylinder von 5 kg Gewicht, 18 cm Länge und 8,9 cm Durchmesser besass, der auf einer wagerechten Achse von 1 cm Stärke befestigt war. Er wurde umgeben von zwei Spulenpaaren A A und BB, die rechtwinklig zu einander standen, wie in Fig. 367, er besass aber nur-geringe Kraft. Ferraris besprach die elementare Theorie dieses Apparates, wobei

Fig. 367.

Versuch von Ferraris.

er auseinander setzte, dass die Inductions-wirkung proportional sei der Verzögerung A der Ankerdrehung gegen die Felddrehung, d. i. der Differenz der Winkelgeschwindigkeiten A des Feldes und des drehbaren Cylinders, und dass der in letzterem inducirte Strom derselben Differenz proportional sei; schliesslich, dass die Leistung des Motors proportional sowohl diesem Unterschiede der Geschwindigkeiten, als der Geschwindigkeit des drehbaren Theiles selbst sei. Ferraris gab zugleich Messinstrumente für Wechselstrom an, die auf demselben Grundsätze beruhen. Zum Schluss gelang es ihm, eine Drehung in einer Quecksilbermasse hervorzubringen, die in einem Gefässe in das Drehfeld gebracht wurde. Ferraris’ Vortrag, am 18. März gehalten, wurde sofort gedruckt und Abzüge am 10. April der Königlichen Akademie der Wissenschaften in Turin übersandt. Am selben Tage wurden noch 150 Exemplare für Zeitschriften und einzelne Fachleute der Post übergeben. Am 20. April veröffentlichte die Zeitschrift L’Elettricità in Mailand einen Auszug, andere Zeitschriften in Deutschland und England kurz darauf ebenfalls. Bald nachher suchte die Westinghouse Co. telegraphisch durch den Ingenieur Pantaleoni die Erlaubniss nach, auf die Ferraris’sche Entdeckung in den Vereinigten Staaten ein Patent zu nehmen. Pantaleoni sprach mit Ferraris im Mai oder Juni in Turin und war sehr erstaunt von ihm zu hören, dass er seine Erfindung zum Besten der Allgemeinheit veröffentlicht habe. Schliesslich gab Fer-

raris die erbetene Erlaubniss, weil Pantaleoni darauf hinwies, dass seine Erfindung in den Händen der kapitalkräftigen Westinghouse Co. am ehesten weiter ausgebaut werden und reiche Früchte für die Elektrotechnik tragen würde. Ferraris erhielt hierfür die Summe von 1000 Dollars. Einige Monate später las Ferraris zu seinem grossen Kummer in einer amerikanischen Zeitschrift, der Electrical World (B. 12, S. 222), die Beschreibung eines von der Westinghouse Co. gebauten Motors, von dem gesagt war, dass er nach dem Princip von Tesla entworfen sei. Yon diesen Motoren wird noch später die Bede sein. 1894 veröffentlichte Ferraris einen weiteren Beitrag zur Theorie dieser Motoren, welche im VIII. Kapitel mitgetheilt ist.

Borel’s Motor.

1887 gab Borei einen Wechselstrommotor an, der für einen Verbrauchsmesser bestimmt war; der letztere ist unter dem Kamen Borel-Paccaud’scher Verbrauchsmesser bekannt geworden. Es war thatsächlich ein Zweiphasenmotor, in dem die Phasenverschiebung zwischen zwei Theilen eines Wechselstromes durch Benutzung zweier Stromzweige von verschiedener Zeitconstante erzeugt wurde.

Auf die beiden Seiten eines eisernen Bahmens wurden die Spulen AA gewickelt, um ein magnetisches Wechselfeld in der Bichtung von rechts nach links zu erzeugen. Aussen um den Bahmen waren zwei andere Spulen BB gewunden (eine davon ist in Fig. 368 nur punktirt angegeben, um das Innere des Motors besser zu zeigen), und diese suchten ein zweites Wechselfeld rechtwinklig zum ersten hervorzubringen. In der Mitte des Ganzen war ein eisernes ‘Bad drehbar gelagert, welches durch das Drehfeld in Bewegung gesetzt wurde.

Aeltere Motoren der Helios-Gesellschaft in Köln.

Die Helios-Gesellschaft construite 1887 nach einem Patent von Coerper¹⁰) mehrere kleine Motoren, von denen einige für einphasigen Strom bestimmt w'aren, sowohl synchron wie asynchron, während ein anderer der dreiphasige, in Fig. 369 dargestellte Motor war. Dieser besass drei Schleifringe am drehbaren Theil, um einen dreiphasigen Strom aufzunehmen. Da der Motor drei Leitungen gebraucht, und damals alle Bestrebungen, mit zwei Leitungen einen befriedigenden Betrieb zu erzielen, vergeblich waren, so Hess die Helios-Gesellschaft das Patent im Jahre 1890 fallen. Ein späteres

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Fig. 368. Borel’s Motor.

Fig. 369. Coerper’s Motor.

Patent von 1891 beschrieb einen einphasigen Motor mit einer Hilfswickelung, welche nur auf das Eisen des drehbaren Theiles wirkt und nur während des Anlassens eingeschaltet wird.

Bradley’s Motoren.

Unter den ersten amerikanischen Pionieren auf dem Gebiete des mehrphasigen Betriebes befand sich Charles S. Bradley, dessen

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Fig. 370. Ankerschaltung in Bradley’s Motor.

Theilnahme an der Arbeit schon aus dem ersten Theil des Jahres 1887 datirt. Sein amerikanisches Patent, welches am 8. März 1887 eingereicht wurde (Ur. 390439), beschreibt einen Stromerzeuger mit Gramme'schem Ring, mit Verbindungsstücken (Fig. 370), die vier symmetrisch gelegene Punkte der Wickelung mit vier Schleifringen verbinden. Er erhielt so zwei Wechselströme von 90 Grad Phasenunterschied. Die Absicht bei dieser Anordnung war aner-kanntermaassen, die Leistung der Maschine zu erhöhen; dies wurde auch erreicht, da ja die Leistung einer mehrphasigen Maschine beträchtlich höher ist, als die einer anderen von gleichem Gewicht. Es wurde auch nachgewiesen, dass die Maschine als Motor benutzt werden konnte, obgleich über die Eigenschaften des Drehfeldes Nichts gesagt wurde. Der neunte Patentanspruch lautet: „Ein drehbarer elektrischer Motor, der aus einem Feldmagnet und einem Anker nebst Paaren von Stromzuführungsvorrichtungen — wie z. B. Schleifringe und Bürsten —, welche paarweise unabhängig von einander mit abwechselnd¹¹) gelegenen Punkten der Ankerwickelung verbunden und so angeordnet sind, dass sie mit zwei unabhängigen äusseren Stromkreisen verbunden werden können.“ Hier war also im Jahre 1887 ein mehrphasiger Motor unzweideutig beschrieben. Im October 1888 (Patent Nr. 404465) kam ein asynchroner Motor, der durch gerichtete, in einer äusseren Eisenmasse erzeugte Wirbelströme getrieben wurde. Der drehbare Anker erhielt Zweiphasenstrom durch vier Schleifringe. Der Grundsatz der magnetischen Drehung wird vollständig dargelegt.

Ein am 20. August 1889 veröffentlichtes Patent Bradley’s (Nr. 409450) beschreibt einen ähnlichen Anker, dessen Bewickelung an drei gleichweit von einander entfernten Punkten mit drei Schleifringen verbunden war, so dass ein dreiphasiges System gebildet wurde. Diese Maschine konnte ebenso gut als Stromerzeuger wie als Motor dienen.

In einem anderen Patente vom gleichen Datum gibt Bradley eine Methode an, um durch Benutzung seiner Maschinen einen einphasigen Strom unter Phasenverschiebung zu theilen.

Untersuchungen von Nikola Tesla.

Die in den Jahren 1887 bis 1891 ausgeführten Arbeiten Nikola Tesla’s würden allein hinreichen, wenn auch sonst Niemand auf diesem Gebiete thätig gewesen wäre, den Drehfeldmotor auf eine gesunde Grundlage zu stellen. Er war 1886 zu der festen Ueber-zeugung gekommen, dass eine Methode gefunden werden könne, um einen Anker mittels der in ihm selbst inducirten Ströme zu

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treiben, statt hierzu mit Hilfe von metallischen Contacten, Commu-tatoren und Bürsten von aussen Ströme in den Anker zu leiten (wie es bei den gewöhnlichen Elektromotoren geschieht). Im October 1887 war Tesla’s Arbeit genügend vorangeschritten, um ihn zur Anmeldung mehrerer amerikanischer Patente zu ermuthigen, welche zahlreiche Punkte von mehr oder weniger grundlegender Bedeutung betrafen. Andere Patentanmeldungen folgten im November und December desselben Jahres, aber keines davon wurde vom Patentamt vor Mai 1888 ausgegeben; zu diesem Zeitpunkte aber wurde eine ganze Schaar davon gewährt.

Das erste dieser Patente setzt im Allgemeinen Tesla’s Gedankengang auseinander. Er sagt: „Obgleich ich verschiedene Mittel

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Fig. 371/72. Tesla’s zweiphasiges System.

für den Zweck beschrieben habe, so enthalten doch alle dieselben Hauptgesichtspunkte der Construction und Wirkungsweise, die man wie folgt beschreiben kann:

„Ein Motor wird verwendet mit zwei oder mehr unabhängigen Stromkreisen, durch welche Wechselströme in geeigneten Zwischenräumen in der beschriebenen Weise gesandt werden, um ein allmähliches Voranschieben des Magnetismus oder der Kraftlinien in Uebereinstimmung mit der wohlbekannten Theorie hervorzubringen und damit den Motor zu betreiben. Es ist klar, dass ein allmähliches Voranschieben der Kraftlinien benutzt werden kann, um eine Bewegung oder Drehung eines von beiden Theilen des Motors^ des Ankers oder des Feldmagnetes, zu erzeugen, und dass kein Commutator erforderlich ist, wenn die Ströme, die in den verschiedenen Kreisen fliessen, von selbst die geeignete Richtung be-

sitzen; man kann vielmehr all die gebräuchlichen, der Umschaltung dienenden Maschinentheile bei diesem System entbehren, wenn man die Stromkreise des Motors unmittelbar mit denen eines geeigneten Wechselstromerzeugers verbindet.“ Darauf beschreibt er mit Hilfe einer schematischen Darstellung (Fig. 371/72, die der Fig. 9 der Patentbeschreibung entnommen sind), wie ein Stromerzeuger mit zwei getrennten Spulen gewickelt wird, deren freie Enden zu iso-lirten Contactringen auf der Achse geführt sind. Von vier Bürsten, die an den Ringen anliegen, führen vier Drähte zum Motor. Dies ist nun ein einfacher zweiphasiger Stromerzeuger, der zwei in Quadratur stehende Ströme inducirt. Der Motor stellt sich dar als ein Ring, der aus Blech'stücken aufgebaut und mit vier Spulen bewickelt ist, von denen zwei mit einem Paar, die anderen beiden mit dem zweiten Paar Leitungen verbunden wird. Sie suchen paarweise zusammenzuwirken, um an diametral gegenüberliegenden Stellen des Ringes magnetische Pole zu erzeugen.

Innerhalb des Ringes ist als Anker eine eiserne Scheibe I) drehbar aufgestellt, am besten eine Scheibe, die an zwei Seiten abgeschnitten ist, so dass sie einen länglichen Körper bildet. Sie dreht sich so, dass sie von einer Seite des Ringes zur andern eine möglichst grosse Kraftlinienzahl führt. Es zeigte sich, dass diese Form für die Drehung nicht wesentlich ist, da eine kreisförmige eiserne Scheibe sich auch drehte. Diese Erscheinung schrieb Tesla einer gewissen magnetischen Trägheit oder einem Widerstand gegen das .Verschieben der magnetischen Linien zu. Diese Ansicht schien bestätigt zu werden durch die Beobachtung, dass eine Kreisscheibe aus Stahl kräftiger gedreht wurde, als eine aus weichem Eisen. Durch eine Reihe von acht schematischen Figuren erklärte Tesla die aufeinanderfolgenden Phasen, welche die Spulen des Stromerzeugers während einer ganzen Drehung durchlaufen, und die entsprechenden, hierdurch hervorgebrachten magnetischen Aenderungen im Motorring. Die resultirende Richtung des magnetischen Feldes dreht sich allmählich herum und zieht dabei die Eisenscheibe mit sich (Fig. 373 — 376).

Diese Verbindung besteht also aus einem zweiphasigen synchronen Motor mit einem Anker, der nicht mit inducirten Strömen, sondern durch magnetische Rückwirkungen arbeitet, und einem geeigneten Zweiphasen-Stromerzeuger, der den Strom liefert.

Zur selben Zeit wurden noch andere Formen beschrieben. Ein Motor hat einen Trommelanker, auf den zwei Spulen rechtwinklig

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zu einander gewickelt sind; diesen werden die Ströme mittels vier Schleifringen zugeführt. Dieser Anker dreht sich zwischen den beiden Theilen eines Eisen- oder Stahlkörpers, der zur Verhütung der Wirbelströme (!) zertheilt sein sollte. Er war nicht bewickelt und wurde demnach nur durch die Polarität des Ankers magneti-sirt. Darauf folgte ein dreiphasiger Stromerzeuger und Motor nach ähnlichen Gesichtspunkten, wie der oben beschriebene zweiphasige Stromerzeuger und Motor. Der Stromerzeuger besass drei umlaufende Spulen und sechs Schleifringe.

Er war durch sechs Leitungsdrähte

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mit dem Ring des Motors verbunden, dessen sechs Spulen auf sechs nach innen vorspringende Polansätze aufgewickelt waren, so dass ein zweipoliges Feld mit drei Phasen entstand. Der Läufer war

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wie im vorhergehenden Falle eine Scheibe oder ein Cylinder aus Eisen, der an zwei Seiten abgeschnitten war, so dass er einen länglichen Körper bildete.

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Kg. 373-376.

Tes la’s zweiphasiges System.

Die nächste Form, die beschrieben wurde,'diente einer zweiphasigen Verbindung, ein Stromerzeuger mit einem drehbaren Magnet und zwei Paaren feststehender Ankerspulen, während der Motor wie zuvor eine zugeschnittene Scheibe als Anker besass, welche von zwei im rechten Winkel zu einander stehenden Spulen umgeben wurde. Eine Motorform wurde abgebildet, welche Vorrichtungen besass, um die Zweiphasenströme sowohl den drehbaren als den feststehenden, auf einem äusseren Ring angebrachten Spulen zuzuführen. In dem Falle, wo ein äusserer Eisenrahmen oder ein feststehender Magnet angewandt wurde, ergab es sich als vorteilhaft, diesem eine bestimmte Polarität zu erteilen, indem man ihn mittels Gleichstromes erregte. Diese Motoren waren natürlich synchron. Transformatoren für Ströme, wie sie in diesen Systemen benutzt wurden, stellte man dadurch her, dass man einen Satz primärer und einen Satz secundärer Drähte auf denselben Ring von zerteiltem Eisen wickelte, in welchem die magnetischen Pole sich fortwährend verschoben. Im November kam der erste Versuch eines wirklichen Inductionsmotors. Bis dahin

hatte Tesla die Drehung hervorgebracht und unterhalten durch „unmittelbare Anziehung“ der magnetischen Elemente des Motors. „Ich habe entdeckt“, sagte er, „dass man vortheilhafte Ergebnisse in diesem System erzielt, wenn man die Verschiebung der Pole zunächst dazu benutzt, in einem geschlossenen Leiter, der im Bereich des Motorfeldes steht, Ströme zu erzeugen, so dass die Drehung durch die Rückwirkung dieser Ströme auf das Feld erzeugt wird.“

Er brachte innerhalb des Ringes, der das magnetische Drehfeld hervorbringen sollte, einen Cylinder oder eine Scheibe aus weichem Eisen an, welche zwei im rechten Winkel zu einander stehende Spulen aus isolirtem Draht trug; die beiden Enden jeder Spule waren mit einander verbunden, so dass jede einen besonderen, in sich geschlossenen Stromkreis bildete; dieser Anker wurde auf einer Achse in Lagern drehbar befestigt. In einer anderen Form wurde der Anker aus einem Eisenkern gebildet, der zur Vermeidung der Wirbelströme aus Scheiben zusammengesetzt und in äussere Spulen oder Leiter eingeschlossen war; die Spulen waren auf den Cylinder der Länge nach aufgebracht und in einen oder mehrere Kreise um den Kern herum angeordnet. Wenn Kupferplatten als Leiter angewandt wurden, so mussten sie der Länge nach geschlitzt werden. Für diese Construction, bei der geschlossene, der Induction unterworfene Stromkreise auf dem drehbaren Theile eines Motors verwandt wurden, dessen Wickelung für eine fortwährende Verschiebung der magnetischen Polarität bestimmt war, wurde die Priorität der Erfindung in Anspruch genommen.

Der noch weiter gehende Anspruch auf die Erfindung einer neuen Methode zur elektrischen Kraftübertragung muss in Tesla’s eigenen Worten wiedergegeben werden:

„Ich bin mir bewusst, dass es nicht neu ist, die Drehung eines Motors durch unterbrochenes Verschieben der Pole eines seiner Bestandtheile hervorzubringen. Dies ist bisher ausgeführt worden, indem man durch unabhängige Erregerspulen auf dem einen Bestandtheile den Strom einer Batterie oder einer anderen Gleichstromquelle unter Umkehrung des Stromes mittels geeigneter mechanischer Vorrichtungen schickt, so dass er durch die beiden Spulen abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen fliesst.

„In solchen Fällen bleibt die Spannung der Erregerströme gleich, während sich ihre Richtung allein ändert. Nach meiner Erfindung verwende ich wirkliche Wechselströme; und meine Erfindung besteht in der Art und Weise, solche Ströme zu benutzen.

„Der Unterschied zwischen beiden Arten des Betriebes und die Vortheile des meinigen sind einleuchtend. Indem ich einen Wechselstrom, dessen Schwingungen ein Steigen und Fallen des Potentials in sich schliessen, erzeuge, rufe ich im Motor genau dieselben Bedingungen wie im Stromerzeuger hervor, und durch solche Ströme und die daraus sich ergebende Erzeugung resultirender Pole erhalte ich Pole, die nicht sprungweise, sondern allmählich sich verschieben. Hierzu kommt, dass die praktische Schwierigkeit, einen Strom von irgend erheblicher Stärke zu unterbrechen oder umzukehren, so gross ist, dass keine der jetzt bekannten Vorrichtungen dazu verwandt werden kann, wirthschaftlich oder praktisch eine Uebertragung von Arbeit auszuführen, wenn dies in der beschriebenen Weise durch Umkehrung eines Gleichstromes geschehen soll. Insofern als es sich um die Wirkung auf ein Element des Motors handelt, benutzt meine Erfindung einen Wechselstrom im Gegensatz zu einem gewendeten Gleichstrom, worunter ein Gleichstrom zu verstehen ist, der durch irgend eine Form eines Stromwenders, -Wechslers oder -Unterbrechers von einer Spule zur nächsten verschoben wird. Mit Rücksicht auf denjenigen Theil der Erfindung, der in gleichzeitiger Wirkung auf beide Elemente des Motors besteht, betrachte ich die Verwendung sowohl von Wechsel- wie von gewendetem Gleichstrom als innerhalb des Bereiches meiner Erfindung liegend, obwohl ich nicht glaube, dass die Benutzung des gewendeten Gleichstromes irgend wie von praktischer Bedeutung ist.

Was ich als meine Erfindung beanspruche, ist:

„Die hier beschriebene Methode der elektrischen Kraftübertragung, welche darin besteht, eine allmähliche Verschiebung der Polaritäten des einen oder beider Elemente (des Ankers oder des Feldmagnetes oder der Feldmagnete) eines Motors durch Erregung von Wechselströmen in unabhängigen Stromkreisen, welche die Magnetisirungs-spulen eines oder beider Elemente enthalten, wie im Vorigen auseinandergesetzt wurde.“

Die von Tesla im Herbst 1887 dem amerikanischen Patentamt vorgelegte Beschreibung ist sehr umfangreich; sie handelt von synchronen und nichtsynchronen Motorformen, von mehrphasigen Stromerzeugern und Methoden der Kraftübertragung, sowie von mehrphasigen Transformatoren, und beschreibt viele auf verschiedene Weise com-binirte Maschinenformen. Sie schliesst nicht nur das oben beschriebene zweiphasige System der Kraftübertragung mit vier Drähten ein, sondern auch ein Dreiphasensystem mit sechs Leitungen. Das Princip, das Feld im Motor allmählich fortschreiten oder sich drehen zu lassen, zieht sich als rother Faden durch alle diese Patente, vom ersten bis zum letzten. Auf die Bedeutung des Schlipfes wies das am 30. November 1887 vorgelegte Patent Nr. 382279 hin, in dessen Beschreibung auch schon gesagt wurde, dass zur Umkehrung der Drehrichtung des Motors nur das Umkehren eines der vom Generator kommenden Stromkreise erforderlich sei.

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Im April 1888 findet Tesla, dass er in einem Zweiphasensystem eine gemeinsame Rückleitung benutzen kann, so dass er statt der vier nur noch drei Drähte braucht. Er zeigt auch, wie man einen zweiphasigen Strom von einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine abnehmen kann, indem man letztere mit vier Schleifringen versieht, die mit vier symmetrischen Punkten des Commutators verbunden sind.

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Fig. 377.

Mehrpolige Anordnung Tesla’s.

Für Stromerzeuger, die (wie die bekannte Thomson - Houston’sehe Bogenlichtmaschine) drei von einem gemeinsamen Punkte ausgehende Spulen besitzen, während die freien Enden der Spulen zu den Theilen eines Commutators geführt sind, zeigt Tesla, dass man von ihnen drei Wechselströme erhalten kann, wenn man die freien Enden der Spulen zu drei Schleifringen mit Bürsten führt. Diese drei Wechselströme werden in ihren Phasen symmetrisch sein. In diesem Falle soll der Motor oder Transformator gleichfalls mit drei symmetrisch gestellten Erregerspulen versehen sein.

Schon von einer frühen Periode seiner Untersuchungen an scheint Tesla die Bedeutung der vielpoligen Anordnung für die Ermässigung der Geschwindigkeit erkannt zu haben. Im Mai 1888 hatte er schon vielpolige synchrone Motoren, und später vervoll-kommnete er diese Anordnung noch weiter. Fig. 377 gibt die Zeichnung eines achtpoligen Feldes, von dem vier Pole in dem Kreise A (abwechselnd N- und £-Pole), und vier dazwischen im Kreise B liegen. In solchem Falle besteht die Verschiebung des Feldes nicht in einer gleichmässigen Drehung. Das Feld eines Pôles bei A läuft nicht um bis zum nächsten Pole bei B; was wirklich sich zuträgt, ist, dass der Magnetismus des Pôles A verschwindet, während neuer Magnetismus in dem Nachbarpole B erscheint.

Im April 1889 beschrieb Tesla Methoden, um zweiphasige Motoren mittels eines gewöhnlichen (einphasigen) Wechselstromes zu speisen, indem er zum Anlassen der synchronen Motoren eine Vorrichtung benutzte, um den Wechselstrom unter Phasenverschiebung zu theilen. Er schaltete die beiden Spulenreihen nebeneinander und brachte in den einen Zweig einen inductionsfreien Widerstand, in den anderen eine Spule mit grosser Selbstinduction, eine Drosselspule. Eig. 378. Wenn der Motor im Gange ist, werden die beiden letzteren ausgeschaltet; aber der Motor bleibt im Gange, nun als synchroner Motor. Diese Vorrichtung nahm Tesla nicht in ihrer Allgemeinheit als seine Erfindung in Anspruch, und that klug daran, weil sie schon

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Fig. 378. Anordnung zur Theilung eines Wechselstromes unter Phasenverschiebung.

indem ihre Pole oder

von Ferraris (Seite 477) benutzt worden ist; aber er beanspruchte sie für sich als Mittel zum Anlassen eines synchronen Motors. Seine Worte sind: „Ich glaube der Erste zu sein, der elektromagnetische Motoren mit Wechselströmen betreibt..

Punkte grösserer magnetischer Anziehung allmählich durch Verwendung der Wechselströme vorangeschoben oder gedreht werden, bis sie eine vorgeschriebene Geschwindigkeit erreicht haben, und darauf durch dieselben Ströme, welche nun lediglich einen Wechsel der Pole hervorzubringen haben; oder, in anderen Worten, durch einen Wechsel in der Anordnung oder dem Charakter der Verbindungen im Stromkreis, wodurch ein Motor, der nach dem einen Grundgedanken betrieben wird, sich in einen solchen verwandelt, der nach dem anderen Grundgedanken betrieben wird, um den beschriebenen Zweck zu erreichen.“ Es scheint sich hier nur um synchrone Motoren zu handeln.

Hierauf folgten andere Patente für verschiedene Arten solcher Motoren, die mit gewöhnlichen, unter Phasenverschiebung verzweigten Wechselströmen betrieben werden.

Fig. 379. Diehfeldmotor für gewöhnlichen Wechselstrom.

Darunter befand sich auch der in Pig. 379 abgebildete, in dem zwei Spulensätze nebeneinander an die Hauptzuführungen einer gewöhnlichen Wechselstromanlage angeschlossen werden sollten. Die Spulen der einen Reihe bestanden aus dickem Draht auf langen Eisenkernen, und haben grosse Selbstinduction und geringen Widerstand; die anderen wurden auf ganz kurze Polansätze mit Draht von viel grösserem Widerstand gewickelt. Das Ergebniss ist, dass die Ströme, die durch die ersteren fliessen, gegen die durch die letzteren gehenden verzögert werden; auf diese Weise wird eine allmähliche Verschiebung der Pole erzeugt. Viele andere Formen wurden zwischen 1889 und 1891 entworfen; die Reihe schloss mit einem sechspoligen Motor, in dem die erforderliche Phasenverschiebung in der einen Spulenreihe durch einen Con-densator hervorgebracht wurde, der von Strömen in einer se-cundären Wickelung gespeist wurde. Diese wichtige Reihe von Patenten ging in den Besitz der Westinghouse-Gesellschaft über. Ausführlicheres findet man über Tesla’s Arbeiten in seinem Vortrage vom Mai 1888 vor dem American Institute of Electrical Engineers, und in dem Buche von T. C. Martin über Tesla’s Erfindungen.

Haselwander’s Motoren.

Im Sommer 1887 erbaute Haselwander, ein Ingenieur in Offenburg (Baden), eine Dreiphasenmaschine von etwa 10 P (Fig. 380), welche einen feststehenden Ringanker von 40 cm Durchmesser und mit 12 Spulen, und einen im Innern des Ringes sich drehenden vierpoligen Feldmagnet besass. Sie war mit einem Commutator ausgerüstet, um ihr eigenes Feld erregen zu können. 1891 war sie auf der Frankfurter Ausstellung zu sehen. Haselwander’s Gedanke war der folgende: Jede gewöhnliche Dynamomaschine oder

Motor für Gleichstrom erzeugt in Wirklichkeit in den aufeinanderfolgenden Gruppen seiner Spulen wechselnde elektromotorische Kräfte mit verschiedenen Phasen, und der Commutator dient dazu, diese mehrphasigen Ströme in eine Folge übereinandergreifender Ströme gleicher Richtung zu verwandeln.

Bei der Kraftübertragung mittels Gleichstromes werden zwei solche Gleichstrommaschinen durch zwei Leitungen miteinander verbunden. Der pulsirende Gleichstrom, den die Primärmaschine (der

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Fig. 380. Haselwander’s Motor (1887).

Stromerzeuger) aussendet, wird durch den Commutator der Secundär-maschine (des Motors) in seine Componenten zerlegt und kehrt zu der Form einer Reihe von mehrphasigen Wechselströmen zurück. So kam dem Erfinder der Gedanke, die beiden ähnlichen aber entgegengesetzten Vorgänge, zuerst des Vereinigens und Gleichrichtens, dann des Richtungswechsels und des Trennens der mehrphasigen Ströme, die in den verschiedenen Abtheilungen des Ankers erzeugt worden waren, wegzulassen. Er kam also zu der mehrphasigen Kraftübertragung und konnte den Commutator nebst Bürsten entbehren, ausser insofern diese als Nebenapparate nöthig waren, um einen kleinen Tlieil des Stromes zur Erregung der Feldmagnete

abzuzweigen. Die Gruppirung der Spulen war die Sternschaltung, aber die Spulen waren mit Endklemmen versehen, welche erlaubten, die einzelnen Spulen jeder Reihe hinter oder neben einander zu schalten. Jede der 12 Spulen hatte 52 Windungen von 1,52 mm starkem Drahte. Ein Strom von 24 Ampere bei 100 Yolt konnte in jeder Phase abgenommen werden, die Umlaufszahl betrug 900. Diese Maschine ist in einem Vorträge von J. Epstein im Elektrotechnischen Anzeiger 1891 beschrieben worden.¹²)

Wilson’s Motor.

In einer Patentbeschreibung (Nr. 18525 von 1888) beschreibt Wilson einen Zweiphasenmotor, der einen Anker von Ring- oder Trommelform hat, mit einem Commutator.

Zweiphasenströme werden sowohl den Feldmagneten wie dem Anker zugeführt, während die Richtung der Drehung durch die Stellung der Bürsten bestimmt wird.

Wenström’s Motor.

Der verstorbene Wen ström nahm 1890 ein englisches Patent (Nr. 5423 von 1890) auf ein Dreiphasensystem.

Er beschreibt und zeigt in einer bemerkenswert klaren Zeichnung die Wickelung eines dreiphasigen Stromerzeugers. Er schlug vor, die drei Spulen in Sternschaltung zu verbinden.

Ein Dreiphasen-Transformator und ein Dreiphasen-Motor sind gleichfalls in der Patentschrift beschrieben.

M. v. Dolivo-Dobrowolsky’s Untersuchungen. .

Dobrowolsky, einer der ersten Elektriker der Allgemeinen Elektricitätsgesellschaft in Berlin, hat zuerst den Ausdruck „Drehstrom“ (ursprünglich für ein dreiphasiges System) gebraucht, um ein mehrphasiges System von Strömen zu bezeichnen.

Das erste der englischen Patente Dobrowolsky’s (Nr. 10933 von 1889) bezieht sich auf den Anker eines mehrphasigen Motors und erwähnt besonders die Erzeugung der Drehfelder nach der Methode von Ferraris, wonach eine Wirkung auf leitende Körper durch die in ihnen selbst inducirten Ströme erzeugt wird. Der Vorschlag war, als drehbaren Anker einen Eisenkörper zu ver-

wenden, in welchen Leiter oder Adern aus Kupfer, Barren oder Drahtseile, eingesetzt waren, und zwar in einer solchen Anordnung, dass sie senkrecht standen sowohl zur Drehungsrichtung als zu den Kraftlinien des Feldes; diese Leiter wurden an ihren Enden kurz geschlossen.

Die Zeichnungen stellen einfache Formen von Kurzschlussankern (einschliesslich einer „Trillerkäfig“-Form) mit Eisenkörpern dar.

Die nächsten zwei Patente (Nr. 19554 und 19 555 von 1889) betreffen eine Form des mehrphasigen Stromerzeugers und einen dreiphasigen Transformator. Der letztere hatte einen Kern aus drei Zweigen; der magnetische Kreis bildete eine Sternanordnung.

Im August 1890 erscheint das Patent Nr. 18260 vom selben Jahr, worin die Anordnung beschrieben wird, im gemeinsamen Knotenpunkte eines dreiphasigen (oder w-phasigen) Systems eine gemeinsame Rückleitung anzulegen, um die drei oder mehr Stromkreise von einander unabhängig zu machen, und worin ferner Regulirapparate angegeben werden, um die Spannungen in jedem der drei Stromkreise zu beherrschen. Zwei dreiphasige Auto-Transformatoren werden beschrieben, von denen der eine für Uebertragung auf grosse Entfernung bestimmt ist; zugleich wird auch die Zusammenschaltung von drei getrennten Transformatoren angegeben.

Patent Nr. 20425 von 1890 beschreibt einen zertheilten Anker, der mit isolirten Spulen bewickelt ist; und nachdem auseinandergesetzt worden ist, wie beim Anlassen die Rückwirkung der Ankerströme mit dem Feld, das die primären Ströme erzeugen, zusammentrifft und die Zugkraft vermindert, wird die Methode, in den Ankerkreis regulirbare Widerstände einzuschalten, vorgeschlagen. Die Zeichnungen geben FJiissigkeitswiderstände an.

, In dem Patente Nr. 3191 von 1891 zeigt Dobrowolsky mehrphasige Transformatoren zur Verwandlung von Strömen mit einer beliebigen Zahl verschiedener Phasen in ein Dreiphasensystem, zugleich auch Methoden, um dreiphasige Ströme in mehr als dreiphasige zu verwandeln. In Nr. 13503 vom selben Jahre beschreibt er seine Methode, durch Vereinigung der Stern- und der Netzschaltung Ströme von zwischenliegender Phase zu erzeugen. Er zeigt z. B., wie in einem dreiphasigen System sechs Stromphasen aus den drei Leitungen abgenommen werden können mittels sechs Spulen, von denen drei einzeln in die drei Leitungen eingeschaltet, drei als Nebenschliessungen zu je zweien der drei Leitungen gelegt sind. Alle sechs Spulen liegen in geeigneten Aussparungen des Feldmagnetes (vergl. Fig. 61).

Durch die Einführungen solcher Zwischenphasen wollte Dobrowolską die Zugkraft (die in Abwesenheit der Ankerrückwirkung in jeder Periode zwischen bestimmten grössten und kleinsten Werthen schwingen würde) gleichmässiger machen. In einer grossen Zahl Abbildungen werden die verschiedenen Arten der Zusammenstellung von Stromkreisen und Phasen erläutert.

Mehrphasiger Betrieb auf der Frankfurter Ausstellung 1891.

Der Bericht über die Entwickelung der mehrphasigen Ströme würde ohne Erwähnung der Elektrotechnischen Ausstellung in Frankfurt (Main) im Sommer 1891 unvollständig sein. Diese Ausstellung ist für alle Zeiten mit der ersten Ausführung einer Kraftübertragung auf weite Entfernung verknüpft, bei welcher 100 P über 175 km weit fortgeleitet wurden.

Obgleich dem Namen nach eine internationale Ausstellung, wurde sie doch wesentlich nur von deutschen Firmen beschickt.

Der Gegenstand des grössten Interesses waren die Mehrphasenapparate, die von vielen Firmen ausgestellt wurden. Der amtliche Bericht¹³) gibt viele Abbildungen davon und zugleich die Messungen, die während mehrerer Monate durch die Untersuchungscommission ausgeführt wurden. Die nachfolgenden Angaben über die Ausstellungsgegenstände dieser Art sind ein Auszug aus dem genannten Bericht.

W. Lahmeyer & Co. in Frankfurt vertheilten aus ihrer Stromerzeugungsanlage in der Maschinenhalle einen dreiphasigen Strom von 75 Volt, welcher verschiedene dreiphasige Motoren — worunter die historische Maschine Haselwan de r’s (Fig. 380, Seite 490), ein zehnpferdiger synchroner Motor der gewöhnlichen vierpoligen Lah-meyer’schen Art, aber mit drei Schleifringen anstatt des üblichen Commutators versehen, und eine Anzahl kleiner Motoren — trieb.

Schuckert &Co. führten zwei grosse Zweiphasen-Stromerzeuger mit dem bekannten Flachringanker vor, auch diese mit Schleifringen versehen. Eine der beiden Maschinen stand in der Maschinenhalle und lieferte Strom für die Pumpstation am Main; die andere stand etwa 2 km von der Ausstellung entfernt, beim Palmengarten, und lieferte Strom für die Halle für Leitungsmaterial in der Ausstellung. Da die Bingbewickelung dieser Anker in Netzschaltung

verbunden war, so musste man zwei unabhängige Stromkreise mit im ganzen vier Leitungsdrähten verwenden; doch war es durch Einfügung von Transformatoren (vergl. Fig. 295) möglich, zur Ueber-tragung in die Ferne ein Dreileitersystem zu benutzen. Aelin-liche Maschinen, mit Feldmagneten, die durch Gleichstrom erregt wurden, dienten als Motoren. Sie liefen synchron und leisteten mehr, als wenn man sie als synchrone Motoren ohne besondere Erregung betrieben hätte. Die 25pferdige Maschine, die in der Ausstellung als Motor benutzt wurde, besass in der That einen Hilfs-commutator, der sie in den Stand setzte, ihre eigenen Feldmagnete zu erregen. Der 50pferdige Motor auf der Pumpstation wurde besonders erregt.

Die verwendeten Transformatoren waren gleichfalls von der Flachring-Gattung; die Spulen wurden in Nuthen gewickelt, die in einen aus Eisenband spiralig gewickelten Kern geschnitten waren.

Siemens & Halske stellten einige kleine Dreiphasenmotoren aus, wovon eine Gattung einen Kurzschlussanker besass; der Anker einer anderen zeigte einen Connnutator, dem der dreiphasige Strom durch drei in gleichen Abständen angelegte Bürsten zugeführt wurde, nachdem er die drei Kreise der Feldbewickelung durchlaufen hatte.

Sie stellten auch zwei Dreiphasen-Stromerzeuger aus; der eine glich ihrem gewöhnlichen Wechselstromerzeuger und hatte als Anker einen Satz von 24 Spulen (in drei Reihen zu acht Spulen), der zwischen zwei Kränzen von 16 abwechselnden Polen sich drehte; der andere hatte das Aussehen ihrer gewöhnlichen Gleichstrommaschinen mit einem Trommelanker, dessen Bewickelung an drei symmetrisch vertheilten Punkten mit drei Schleifringen verbunden wurde.

Die Allgemeine Elektricitätsgesellschaft in Berlin hatte im Verein mit der Maschinenfabrik Oerlikon den staunenswerten Nachweis von der Möglichkeit einer Kraftübertragung auf grosse Entfernung unternommen; es wurde dazu von Lauffen nach Frankfurt hohe Spannung verwendet, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird. Dies war eine dreiphasige (sogenannte Drehstrom-) Uebertragung. Der lOOpferdige Motor in der Ausstellung, welcher von dem 175 km entfernten Lauffen Strom empfing, wurde benutzt, um Wasser für einen künstlichen Wasserfall zu pumpen; er ist in Fig. 388, Seite 502 abgebildet. Ein kleinerer dreiphasiger Motor von etwa 3 P, welcher benutzt wurde, um eine kleine Gleichstrommaschine mit Glühlampenbelastung zu treiben, besass eine Construction, welche die Umkehrung derjenigen bildet, die man jetzt

gewöhnlich in den Inductionsmotoren verwendet. Die Ströme wurden durch drei Schleifringe einem drehbaren Anker zugeführt, während ein feststehender äusserer Theil aus eisernen Ringkernen mit

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Fig. 381. Lauffeuer Drehstrommaschine von Brown.

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geschlossenen Spulen den inducirten Feldmagnet bildete. Ein noch kleinerer Motor mit Inductionsanker ohne Contacte diente zum Betrieb eines kleinen Windrades. Andere Motoren, die von der Maschinenfabrik Oerlikon an derselben Stelle vorgeführt wurden und die nach Brown’s Entwürfen gebaut waren, besassen die nun übliche Construction eines äusseren feststehenden Feldmagnetes aus einem ringförmigen, zur Aufnahme der Bewickelung durchbohrten

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Fig. 382. Feldmagnet der Maschine Fig. 381.

waren.

Kerne; der Anker bestand gleichfalls aus einem durchbohrten Kern mit einem einfachen Stromkreis aus Kupferbarren, die an beiden Enden durch zwei Ringe nach Art eines Trillerkäfigs kurzgeschlossen Einer davon, der 20 P bei 1200 Umdrehungen in der Minute leistete, wog nur 420 kg.

Die Kraftübertragung von Lauffen nach Frankfurt a. Main.

In Lauffen bei Heilbronn bildet der Neckar einen Wasserfall von etwa 3,5 m Höhe. Die Wasserkraft war seit mehreren Jahren zu einem Theii für eine Cementfabrik benutzt worden; von den verfügbaren 1500 P wurden etwa 1200 durch Turbinen aufgenommen, aber es blieb noch genug, um 2 — 300 P mehr zu liefern, und es wurde beschlossen, diese für die Beleuchtung der 10 km weit entfernten Stadt Heilbronn auszunutzen. Während dieser Plan noch erwogen wurde, entstand im Herbst 1890 der Wunsch, die durch die Frankfurter Ausstellung gebotene Gelegenheit zu benutzen, um zu zeigen, was zur Lösung der Aufgabe, eine Kraft auf weite Entfernung mit hoher Spannung zu übertragen, geschehen könne, und zugleich die Vortheile des Drehstromes oder des Mehrphasensystems zu zeigen. Lauffen liegt 175 km von Frankfurt (Main) entfernt.

Um dem Plane gemäss 100 P auf drei Kupferleitern, von denen jeder nur 4 mm stark war, mit einem Wirkungsgrad von mindestens 75 Procent fortzuführen, musste man eine Spannung von nicht weniger als 8000 Volt verwenden. Diese Kraftprobe wurde nichtsdestoweniger ausgeführt. Der Ingenieur der Leitung und der Lauffener Stromerzeugungsanlage war Oskar von Miller aus München. Mit ihm waren zu gemeinsamer Arbeit zwei grosse industrielle Firmen verbunden, die Allgemeine Elektricitäts-gesellschaft in Berlin und die Maschinenfabrik Oerlikon in Oerlikon bei Zürich. Sie genossen die Mitwirkung des Kaiserlichen Reichspostamtes bei der schwierigen Arbeit der Errichtung der Leitung.¹⁴)

Der Kupferdraht wurde von der Firma F. A. Hesse Söhne in Heddernheim geliehen. Die zwei Stromerzeuger, welche von

C. E. L. Brown entworfen und von der Maschinenfabrik Oerlikon gebaut worden waren, wurden von Turbinen angetrieben; sie wurden nach Beendigung des Versuchs ihrer eigentlichen Bestimmung zurückgegeben, und sind heute noch im Betrieb. Sie haben innere umlaufende Feldmagnete, der äussere Anker enthält die im Zickzack verbundenen Leiter in den Löchern der Kerne eingebettet. Fig. 381 und 382 stellen die Maschine dar. Jeder der drei Ströme ist 1400 Ampere stark, die Spannung beträgt 50 Volt, die Maschine erfordert bei 150 Umdrehungen 300 P. Der äussere Durchmesser des Ankers beträgt 189,4 cm, der innere 176,4 cm. Die Stärke des Kernes parallel zur Achse gemessen ist 38 cm, der Durchmesser der 96 runden Löcher, welche einen Abstand von 60 mm von ein-

32

ander haben, ist 33 mm. Jedes Loch ist mit einer Asbeströhre ausgekleidet, die den massiven Kupferleiter von 29 mm Durchmesser umgibt. Die aus ausgestanzten Segmenten zusammengesetzten Kern-

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Fig. 383. Abgewickeltes Schema der Feldwickelung.

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Fig. 384. Schema der Feld Wickelung.

ringe werden von einem starken gusseisernen Rahmen zusammengehalten. Die Wickelung, wenn man hier von einer solchen noch reden kann, besteht aus drei von einander unabhängigen Strom-

kreisen, aus je 32 Leitern, bunden sind:

Kreis A

die nach dem folgenden Schema ver-

Leiter 1,

4, 7, 10    .    .

.    .    91, 94.

.    .    5, 2.

. . 3, 96.

Die Enden von 94, 2 und 96 sind an den gemeinsamen Punkt J geführt, während 1, 95 und 93 mit den drei Aussenleitern verbunden sind. Das Ganze stellt eine Sternschaltung dar. Die Verbindungen der Stromläufe sind in Fig. 383, das allgemeine Schema der Wickelung in Fig. 384 dargestellt.

Der Luftzwischenraum zwischen dem Anker und den Polflächen , des Feldmagnets beträgt 6 mm. Der einfache aber sehr kräftig gebaute

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Fig. 385. Schnitt durch den Feldmagnet.

Fig. 380. Ansicht des Feldmagnets.

Feldmagnet hat 32 Pole, die erregende Wickelung ist in einem Kanal an der Aussenseite einer Art Riemenscheibe aus Gusseisen untergebracht, an welche beiderseits eine stählerne Scheibe mit 16 Polhörnern angeschraubt ist. Jede Poloberfläche hat 36 x 16 cm Querschnitt. Der Kanal ist 18 cm breit und 9 cm tief, er enthält 496 Windungen Kupferdraht von 5 mm Durchmesser. Fig. 385 gibt einen Querschnitt des Kanals, Fig. 386 zeigt, wie die Polhörner nach innen vorstehen und die W-Pole zwischen den S-Polen die Wickelung übergreifen. Bei dieser Anordnung werden die Kosten der baulichen Ausführung und der Erregung auf das geringste Maass beschränkt. Thatsächlich erfordert die Erregung bei offenem

32*

Stromkreise nur 100 Watt, d. i. y₁₂ v. H. der Leistung. Diese Erregung wird von einer kleinen getrennt angetriebenen Maschine geliefert. Der Strom wird dem rotirenden Theil an Stelle von Bürsten und Schleifringen durch Metallschnüre zugeführt, die über isolirte Scheiben laufen. Bei normaler Spannung und voller Geschwindigkeit beträgt der Verlust durch Reibung und Hystérésis 3600 Watt, d. i. weniger als 1,7 v. H. der maximalen Leistung. Der Verlust durch den Widerstand der Ankerwickelung ist bei voller Belastung 3500 Watt, so dass der Gesammtverlust etwa 4 v. H. und der Wirkungsgrad über 95 v. H. beträgt. Wärmeverluste sind vernachlässigbar gering, da Wirbelströme gänzlich fehlen. Das Gewicht ist 4x/₂ Tonnen. Bei 16 Polpaaren und 150 Umdrehungen in der Minute ist die Periodenzahl 40. Die in jeder der drei Wickelungen erzeugte elektromotorische Kraft, gemessen zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt J und der äusseren Klemme, kann auf 55 Volt gesteigert werden.

Nachstehend sind die Ergebnisse einiger von der Jury unter Prof. Weber 1891 an dieser Maschine angestellten Versuche aufgeführt:

Leistung der Turbine

Elektrische

Leistung

Verlust

Wirkungsgrad v. H.

Stromstärke in jeder Phase

Spannung jeder Phase

Umdrehungszahl in der Minute

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150

149,7

149,5

Die versuche wurden nicht bis zur vollen Belastung durchgeführt, für diese ergibt sich unter der Annahme, dass die Leistungen proportional den Angaben der vorstehenden Tabelle wachsen, ein Wirkungsgrad von 95,4 bei 300 P.

¹

   Jamin, Cours de Physique. B. 3, S. 296.    1869: Verdet, Conférences

de Physique. B. 1, S. 415. 1872.

²

   Edinburgh Philos. Journal. B. 13, S. 122. 1824.

³

Ausser, wenn die Drehgeschwindigkeit sehr gross ist; in diesem Falle verursacht die Selbstinduction der Wirbelwege eine Verzögerung, wobei der Radius des stärksten Stromes gegen denjenigen der höchsten elektromotorischen Kraft in der Richtung der Drehung verschoben wird.

⁴

Edinburgh, Philosophical Journal, Juli 1825. Philosophical Magazine, April und Mai 1832; vergl. auch Sturgeon’s Scientific Researches, S. 211.

⁵

Vorlesung an der Royal Institution: Volta - and Magneto - Electric Induction.

⁶

Proc. Physical Soc. B. 3, Th. 3, S. 127 und Th. 4, S. 55.

⁷

Ewing, A Magnetic Tester for Measuring Hystérésis in Sheet Iron. Inst. Elect. Eng. B. 24, S. 398. Beatkie und Clinker, Electrician, 2. 10. 1896.

⁸

Carkart, Amer. Electrician, B. 9, S. 121. Yergl. auch. Hopkinson und Wilson, Phil. Trans., 1895, Th. 1, S. 98.

⁹

Ferraris, Rotazioni elettrodinamiche. Turin. Acad. Maerz 1888.

¹⁰

Deutsche Reichs - Patente ,Nr. 43538 (1887) und Nr. 70084 (1891); — Englisches Patent Nr. 9013 von 1887; — vergl. Elektrotechnische Zeitschrift 1893, Seite 82.

¹¹

d. i. diametral. Die TTebersetzer.

Thompson, Mehrphasenströme.

¹²

Siehe auch den offiziellen Bericht der Elektrotechnischen Ausstellung in Frankfurt (Main) 1891 (veröffentlicht 1893), Seite 251. Ebenso Elektrotechnische Zeitschrift. 1881. Seite 540 und 609.

¹³

Allgemeiner Bericht über die Internationale Elektrotechnische Ausstellung in Frankfurt (Main). 1891. 2 Bde. Frankfurt (Main). 1893.

¹⁴

Eine Karte des Leitungsweges mit genauen Beschreibungen der Maschinen und Leitungen, sowie der Messungen, welche von der Prüfungscommission unter Leitung von Professor H. F. Weber in Zürich ausgeführt wurden, findet sich in dem Amtlichen Berichte, der in Frankfurt (Main) 1893 veröffentlicht wurde. Thompson, Mehrphasenströme.

Die besondere Form des Feldmagnets mit nur einer erregenden Spule und übergreifenden Polen scheint von Brown, Gibbs und Fesquet¹) gleichzeitig und unabhängig von einander ersonnen zu sein. Sie ist bis in die neueste Zeit von der Oerlikon-Gesellschaft, Alioth und mehreren englischen Firmen, darunter Johnson und Phillips, benutzt worden, ist jedoch nicht in allen Fällen günstig, denn Ankergegenwirkungen, die von Verzögerungsströmen bei induc-

tiver Belastung herrühren, können in Folge der Polform leicht das Feld verzerren und beträchtliche magnetische Streuung von Pol zu Pol herbeiführen, und daher einen bedeutenden Spannungsabfall verursachen, wenn nicht die Erregung entsprechend verstärkt wird. Thatsächlich ist in allen Fällen, wo ein derartiger Spannungsabfall vermieden werden soll, diese Form verlassen worden. Formen, bei denen jeder Pol oder jeder zweite Pol besonders gewickelt ist, sind den inductiven Wirkungen der genannten Art weniger unterworfen. In neueren Ausführungen werden die Magnetisirungsspulen so dicht an die Polenden als irgend möglich angeordnet.

Kehren wir nach dieser Abschweifung wieder auf die Lauffener Maschine zurück. Jede vermochte drei Ströme von 1400 Ampere bei etwa 50 Volt zu liefern; die Wechselgeschwindigkeit betrug 40 Perioden in der Secunde. An jedem Ende der Leitung wurden Dreiphasen-

SECUNDÄRE KREISE (8 5 00 VOLt)

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FRANKFURT

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PRIMÄRE KREISE (55V0LT)

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I TERTIÄRE KREISE (S5V0LT)

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Fig. 387. Stromschema der Lauffen - Frankfurter Kraftübertragung.

Transformatoren benutzt: in Lauffen, um die Spannung auf 8500 Volt zu erhöhen, in Frankfurt, um sie wieder auf 65 Volt zu erniedrigen.

Diese Transformatoren (einige waren in Berlin, die anderen in Oerlikon gebaut) wurden zur besseren Isolirung in Oel eingesetzt. Ihre äussere Gestalt gleicht derjenigen des in Fig. 288/289, Seite 353 dargestellten Transformators. Sowohl die Niederspannungs-, wie die Hochspannungswickelungen waren in Sternschaltung verbunden und die gemeinsamen Knotenpunkte in jedem Falle an Erde gelegt.

Fig. 387 gibt eine schematische Darstellung, die keiner weiteren Erklärung bedarf. Die Leitungen wurden auf etwa 3000 Pfosten von etwa 8 m Höhe geführt, jeder Pfosten trug drei Porzellanisolatoren mit Riefen zur Aufnahme von Oel im Innern. Die Linie ging durch vier verschiedene Länder, Württemberg, Baden, Hessen und Preussen, wobei sie hauptsächlich der Neckar- und der Odenwaldbahn folgte; der lange Krähbergtunnel der letzteren

Bahn wurde vermieden, indem die Linie über den Berg ging. Das ganze Gewicht des zu den Leitungen verwendeten Kupfers betrug etwa 60 t.

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Fig. 388. Dobro wolsky’s lOOpferdiger Dreiphasenmotor.

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Die Linie wurde unter der Leitung des Kaiserlichen Telegrapheninspectors Ebert erbaut, der in seiner Arbeit durch die Württembergische Post- und Telegraphen Verwaltung unterstützt wurde. Ara 24. August 1891 wurde die Linie von dem Beamten an die Maschinenfabrik Oerlikon und die Allgemeine Elek-tricitätsgesellschaft übergeben, und am folgenden Tage wurden Lampen in der Frankfurter Ausstellung mittels der in Lauffen gewonnenen Kraft gespeist. In der Ausstellung stand ein 100-pferdiger Dreiphasenmotor (Fig. 388), der von Dobrowolsky entworfen und von der Allgemeinen Elektricitätsgesellschaft ausgeführt war, und andere kleinere Motoren, welche schon oben erwähnt worden sind.

Dieser Motor trieb eine Centrifugalpumpe, welche etwa 60 P verbrauchte, um Wasser für einen künstlichen Wasserfall von etwa 10 m Höhe zu heben. Ausser diesen Motoren wurden etwa 1000 Glühlampen durch den übertragenen Strom gespeist.

Anfangs hegte man grosse Zweifel an dem zu erwartenden Ergebniss der Uebertragung, da die Bedingungen der Benutzung so ausserordentlich hoher Spannungen und einer so langen Linie, und ganz besonders die mehrphasigen Ströme noch neu und wenig bekannt waren. Es wurde von mehreren Seiten angenommen, dass der Wirkungsgrad durch den Einfluss der Capacität der Leitung, die sich wie ein Condensator verhielt, bedeutend herabgesetzt werden würde, oder dass die Verluste über die 10000 Isolatoren, an denen die Drähte befestigt waren, zu bedeutend sein würden. Sogar solche, die dem Unternehmen sehr nahe standen, sprachen im Vertrauen ihre Befürchtungen aus, dass der Wirkungsgrad weniger als 50 Procent betragen werde, und zu einer gewissen Zeit glaubte man, dass es der Untersuchungscommission nicht gestattet werden würde, eine vollständige Messung auszuführen. Indessen lehrte die Erfahrung, dass diese Befürchtungen unnöthig waren.

Die ausführlichen Messungen, die von der Commission in den Herbstmonaten angestellt wurden, in den meisten Fällen bei einer Spannung von 8000 Volt, zeigten, dass die in Frankfurt verfügbare elektrische Leistung im Mittel etwa 74 Procent der von den Turbinen in Lauffen an den Stromerzeuger gelieferten betrug. Die verschiedenen Quellen der Verluste wurden untersucht und sorgfältig gemessen, und die Ergebnisse dieser Ermittelungen in Professor Weber’s Bericht aufgenommen. Dieser schliesst mit folgenden zusammenfassenden Sätzen:

„1. In der Lauffen-Frankfurter Anlage zur Uebertragung elektrischer Energie über eine Entfernung von 170 km mittels eines Systems von Wechselströmen mit der Spannung von 8500 Volt bis 7500 Volt und einer durch Oel und Porzellan isolirten nackten Kupferleitung wurden bei der kleinsten Leistung 68,5 Procent, bei der grössten Leistung bis zu 75,2 Procent der von der Lauffener Turbine an die Dynamo abgegebenen Energie in den tertiären Leitungen in Frankfurt nutzbar gemacht.

2.    Bei dieser Uebertragung trat in der Fernleitung als einziger, durch die Messungen fixirbarer Effektverlust der durch den Widerstand der Leitung bedingte Joule’sche Effekt auf.

3.    Theoretische Untersuchungen ergaben, dass der Einfluss der Capacität langer, in Luft geführter nackter Leitungen zur Fortleitung von Wechselströmen für Energieübertragung auf den Wirkungsgrad der Uebertragung bei der Verwendung von Periodenzahlen 30 bis 40 bis 50 so gering ist, dass derselbe bei der Berechnung elektrischer Energieübertragungen als ganz untergeordnete Grösse behandelt werden darf.

4.    Als Ausdruck unserer Erfahrungen während der zur Bestimmung des Wirkungsgrades der Lauffen-Frankfurter Energieübertragung vorgenommenen Messungen fügen wir noch als viertes Kesultat bei: Der elektrische Betrieb mit Wechselströmen von 7500 Volt bis 8500 Volt Spannung in mittels Oel, Porzellan und Luft isolirten Leitungen von mehr als hundert Kilometer Länge verläuft ebenso gleichmässig, sicher und störungsfrei, wie der Betrieb mit Wechselströmen von einigen hundert Volt Spannung in Leitungsbahnen von der Länge einiger Meter.“

In einigen weiteren Untersuchungen, welche etwas später von Kittier und Lindley²) ausgeführt wurden, verwendete man besonders hohe Spannungen, welche in einigen Fällen bis über 28000 Volt stiegen; diese wurden erreicht durch Hintereinanderschalten zweier Transformatoren an jedem Ende der Leitung; das Ergebniss war im Ganzen das Folgende: „Die mit einer Hochspannung von 25000 Volt (14—15000 Volt Spannungsdifferenz eines Leiters gegen Erde) und bei einer Periodenzahl von 24 in der Secunde betriebene Energieübertragung Lauffen-Frankfurt hat bei einer Nutzleistung von circa 180 P einen Wirkungsgrad von ungefähr 75 Procent ergeben.“

Die Lauffen-Frankfurter Uebertragung war mehr als bloss ein Versuch. Sie war ein werthvoller und erfolgreicher Nachweis nicht nur des Nutzens der Verwendung hoher Spannungen bei der Ueber-tragung von Kräften, sondern auch der Vortheile der mehrphasigen Ströme. In dieser Hinsicht bezeichnet sie eine Epoche in der industriellen Verwendung der Elektricität. Sie erregte ausserordentliches Interesse auf dem ganzen europäischen Continent und besonders in Deutschland. Einen Beweis davon gibt der Umstand, dass schon bald nach dem ersten Auftauchen des Planes der Deutsche Kaiser selbst zu den Kosten des Unternehmens 10000 Mark beisteuerte.

Anhang I.

Die symbolische Methode der Wechselstromberechnungen.

In den Kapiteln I, VII, VIII und XIII haben wir gesehen, dass für viele praktische Zwecke Berechnungen von Wechselstromaufgaben mit Hilfe des Uhrdiagramms ausgeführt werden können. Aber es lässt sich keine grosse Genauigkeit erreichen, wenn von den Linien •dieser Diagramme Grössen abgegriffen und im elektrischen Maasse ausgedrückt werden sollen, und oft kommt es vor, dass in Folge der •Gestalt und Lage des Uhrdiagramms der kleinste Irrthum in der Zeichnung einen grossen Fehler im Ergebniss hervorruft. Andererseits ist die analytische Behandlung, in der die verschiedenen Grössen als Sinusfunctionen der Zeit auftreten, sehr mühsam. Wir haben auf Seite 57 gesehen, dass die einfache Addition zweier Ströme, die sich in Amplitude und Phase unterscheiden, einen sehr unübersichtlichen Ausdruck liefert. Wo diese Rechnung mehrmals nach einander aus-^uführen ist, mag der Anfänger verzweifeln, wenn er erst die Hälfte •des Weges hinter sich hat, und die Zuverlässigkeit des endlich erhaltenen Resultates mag ihm fraglich erscheinen.

Hun ist der Grund, weshalb die analytische Behandlung zu langen Ausdrücken führt, während dasselbe Ergebniss im Uhr-•diagramm durch wenige Linien ausgedrückt wird, sehr einfach. Die analytischen Formeln geben die Grössen als Functionen der Zeit; wir erhalten den Werth der Grösse für jeden Augenblick, während das Uhrdiagramm Scheitelwerthe und Phasenunterschiede liefert, und wir in Gedanken das Diagramm drehen und seine Linien auf eine feste Achse projiciren müssen, um die Augenblicks-werthe zu erhalten. In der Praxis brauchen wir selten die Augen-•blickswerthe. Wir brauchen die Scheitel- und die virtuellen oder Effectivwerthe und die Phasenbeziehungen. Daher entwerfen wir das

Uhrdiagramm und sind zufrieden, zu wissen, dass wir es drehen können, wenn wir wollen.

Daraus erhellt, dass die Rechenarbeit erheblich vereinfacht werden kann, wenn wir nicht bestrebt sind, die Ausdrücke für die Grössen als Zeitfunctionen festzuhalten, sondern uns darauf beschränken, Scheitel- oder Effectivwerthe mit ihren Phasenbeziehungen in die Rechnung einzuführen. Wir brauchen dann nur Anordnung und Grösse des Uhrdiagramms in Zeichen auszudrücken, statt durch Sinus-und Cosinus-Functionen darzustellen, was bei seiner Drehung geschieht.

C. P. Steinmetz fand, ausgehend von der Algebra der com-plexen Grössen, eine Methode, die er in seinem Buch über Theorie und Berechnung der Wechselstromerscheinungen ausgearbeitet hat. W. G. Rhodes¹) hat eine sehr einfache Auseinandersetzung der Methode gegeben.

Wir möchten hier nur eine Skizze der Methode mittheilen, wobei indess der Gegenstand in einerWeise behandelt werden soll, die für den Anfänger leichter verständlich ist, insofern als die Grösse \—1 vermieden wird.

Die symbolische Methode, wie sie Steinmetz benutzt hat und wie sie nun in weitem Umfänge in Wechselstromberechnungen angewandt wird, verwendet die Bezeichnung und Sprache der complexen Grössen, weil bekannt ist, dass complexe Grössen durch graphische Diagramme dargestellt, und weil umgekehrt graphische Diagramme durch Formeln mit complexen Grössen beschrieben werden können. Aber im Kopfe eines Studirenden kann leicht einige Verwirrung entstehen, wenn nicht genau gesagt wird, dass nur die Bezeichnungsweise der complexen Grössen für den vorliegenden Fall bequem ist, und dass die imaginäre Grösse V—1 oder y nicht in dieser ursprünglichen Bedeutung, sondern nur als Rechnungssymbol auftritt. Wenn •dies völlig verstanden wird, mag man den Operator V—1 mit grösserem Interesse betrachten, seine Fähigkeit bewundern, einen Vector um einen rechten Winkel zu drehen, und seine Anwendung auf das graphische Diagramm studiren, wie es Steinmetz sehr eingehend gethan hat.

Um die Sache klar zu stellen, wollen wir nicht von vornherein •das Zeichen j benutzen, um die Drehung um einen rechten Winkel

1) W. G. Rhodes, The Application of Vector Algebra to alternating Currents. Electr. Review vom 7., 14. und 21. Januar 1898.

auszudrücken, sondern wir wollen ein Zeichen verwenden, welches weniger einer reellen Grösse gleicht, und welches weniger den Anschein erweckt, als sollte eine Multiplication ausgeführt werden, wenn es in der Stellung eines Faktors neben reellen Grössen auftritt. Wenn der Leser sich mit dem Sinne dieses Zeichens vertraut gemacht hat, bietet es keine Schwierigkeit, zu j oder einem anderen Zeichen überzugehen, um die gleichen Ausdrücke zu erhalten, die man in anderen Lehrbüchern findet.

Um das Verständniss möglichst zu erleichtern, bedenken wir, dass die Ausdrücke nicht mehr thun, als die Länge und Lage der Linien in einem Uhrdiagramm anzuzeigen. Habe ich eine wagrechte Linie von der Länge c, die vom Ausgangspunkt in positiver Richtung gezogen wird, so kann ich diese Linie vollständig beschreiben durch das Zeichen c, indem ich unter die Grösse c, welche die Länge ausdrückt, eine wagrechte Linie ziehe, um anzuzeigen, dass die Grösse c wagrecht ist. Wenn die wagrechte Linie in negativer Richtung vom Anfangspunkt gezogen wäre, so würde das Zeichen einfach — c sein. Aehnlich kann ich dem Leser angeben, dass ich eine senkrechte Linie aufwärts vom Anfangspunkt und von der Länge & gezogen habe, indem ich schreibe \&. Eine negative senkrechte Linie würde sein —\c‘. Wenn ich eine beliebige Linie im Uhrdiagramm habe, so kann ich ihre wagrechte und senkrechte Compo-nente durch Projection erhalten, und wenn diese c und & sind, so gebe ich dem Leser alles, was er braucht, um die Linie auf ein Stück Papier zu zeichnen, wenn ich schreibe: c+|c'; vgl. Fig. 389.

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Fig. 389.

Es ist klar, dass die Länge der Linie = ye² + c'² ist, und der Winkel    den sie mit c einschliesst, ist der Winkel, dessen Tan

gente = c'/c ist.

Nun kommt es bei Uhrdiagrammen häufig vor, dass wir eine Linie rechtwinklig zu einer anderen ziehen wollen, und wir brauchen deshalb ein Zeichen, welches die Drehung einer Linie um einen rechten Winkel angibt; ein passendes Zeichen hierfür ist eine dünne senkrechte Linie {. Wird dies Zeichen vor den Ausdruck gesetzt, der eine Linie darstellt, so bedeutet dies, dass die Linie in der Richtung gegen den Uhrzeiger um einen rechten Winkel gedreht worden ist; der Mittelpunkt der Drehbewegung ist der Anfangspunkt.

Also ist durch Definition

e = |c, | c = — c.

und — 11 c = c,

wie wir aus Fig. 390 erkennen.

Wenn wir nun die Linie (a-\-\b) haben, so wird eine Senkrechte dazu (wie in Fig. 391) nach unserer Uebereinkunft auszudrücken sein durch ( ( a + | b) und dies ist gleich | a + j | 6, weil nothwendiger-

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\b „VS

-je

-b 0

JL.

Fig. 391.

Fig. 390.

weise die Componenten um denselben Winkel gedreht werden, wie die ganze Linie. Nun ist aber

a + 11 b = |a 4--b.

Unsere Uebereinkunft gibt uns also | a und — b als Compo-nenten des Lothes auf die Linie a + | b. Ein so einfacher Fall lässt sich leicht durch die Construction darstellen, wie in Fig. 391. Wir sehen also, dass das Zeichen für alle Linien unter beliebigem Winkel zu gebrauchen ist.

Wenn eine wagrechte Linie mit einer Zahl multiplicirt werden soll, setzen wir einfach diese Zahl vor den Ausdruck für die Linie. So ist 3 a eine wagrechte Linie, welche dreimal so lang als a ist, und r\b ist eine senkrechte Linie, welche rmal so lang als |& ist.

Wenn eine Linie mit einer Zahl zu multipliciren und gleichzeitig gegen den Uhrzeiger um einen rechten Winkel zu drehen ist, so schreiben wir einfach die Zahl und das I vor den Ausdruck für die Linie.

So ist zu schreiben für a multiplicirt mit x und um einen rechten Winkel zurückgedreht jxa oder \xa, was das gleiche ist wie x\ a.

Wenn wir einen Leiter haben, der einen Wechselstrom von

i Ampere führt, und wir stellen diesen Strom dar durch eine wagrechte Linie i, so ist die EMK, welche aufgewandt werden muss, um diesen Strom durch den Widerstandr des Leiters zu treiben = riVolt, und seine Phase und Grösse wird vollkommen dargestellt durch die wagrechte Linie ri, welche länger oder kürzer als i ist, je nach dem Werthe von r. ln Eig. 392 ist r kleiner als 1 angenommen.

Fig. 392.

Wenn die Reactanz 27tnL (vgl. S. 22) des Leiters der Kürze halber durch x dargestellt wird, so wissen wir, dass durch einen Strom i von der Frequenz n in dem Leiter eine elektromotorische Gegenkraft von xi Volt hervorgerufen wird, die sich dem Strom entgegenstellt, und die Gegenkraft ist um 90 ⁰ in der Phase hinter dem Strom. Sie wird demnach nach unserer Uebereinkunft dargestellt durch |xi oder \xi. Die vorwärts gerichtete EMK, welche die Gegenkraft zu überwinden hat, müsste also sein —|xi.

Addiren wir die EMKräfte ri und —|xi, welche nöthig sind, um Widerstand und Reactanz zu überwinden, so erhalten wir die Linie ri — \xi— E, die gesammte EMK. Hier benutzen wir einen grossen Blockbuchstaben E, um den ganzen Yector zu bezeichnen zum Unterschied gegen seine Componenten e und |e‘.

Die Länge dieser Linie ist i ■ \r² + x² und dies gibt die Zahl der Yolt in E, so dass

^=L=-j.

yr2 _j_ x2

Der Winkel zwischen E und J ist derjenige Winkel, dessen Tangente gleich —x/r ist.

Nun machen wir einen sehr wichtigen Schritt, in dessen Yer-ständniss der Leser völlig eindringen muss. Wir haben den Ausdruck E = (ri — |xi) = (ri — \ xi ),

wobei die Zeichen die auf Seite 508 angegebene Bedeutung haben.

Nehmen wir nun an, dass wir, wie bei der algebraischen Rechnung, i vor die Klammer setzen und definiren, dass (r— | x) i dasselbe bedeutet, wie (ri — | x i ). Dann erhalten wir einen Operator (r — [ x)y welcher die Wirkung hat, i mit \r² + x² zu multipliciren und zugleich um einen Winkel zu drehen, dessen Tangente =—æ/r ist.

Durch einen Versuch an einem Diagramm erkennt man leicht,, dass bei der Verwendung dieses Operators die gewöhnliche Bezeichnungsweise der algebraischen Multiplication durchaus gültig bleibt.. Wenn wir also damit auf den Vector a -f- |5 operiren, so erhalten wir

(r — | x) ( a -f | b) = (r — \x) a + (r — | cc) | b.

Jede der Componenten des Vectors wird mityV² -f- x² multiplicirt und vorwärts um den Winkel # gedreht; es muss also dieselbe Operation.

| xc

| xc

ł//

TC

■»—

~| 3CC

~\xc

Fig. 393.

Fig. 394.

mit dem ganzen Vector ausgeführt worden sein. Indem wir nun die Rechnung weiter führen, erhalten wir

(r — j x)(a -f | b) = r a + x b + | (r b — xa\ weil \b = —b (vgl. S. 509). Das Weitere ergibt sich aus S. 515. Wenn i • (r — \x) — E, so kann man auch schreiben

(r — | x)'

Hier muss mit E die umgekehrte Operation vorgenommen werden,, d. h. E ist zu dividiren mit \r² + x² und rückwärts um den Winkel & zu drehen. Nun zeigt ein Diagramm, dass der Operator (r + \ x) die Wirkung hat, einen Vector rückwärts um den Winkel & zu drehen, er multiplicirt aber zugleich mit \r² + x². Wenn wir also mit (r + |x) operiren und zweimal mit \r² + x² dividiren, so-

Dasselbe Ergebniss kann natürlich erhalten werden durch eine Rechnung, die eine Operation der complexen Algebra nachahmt, indem wir für das Zeichen | das neue Zeichen V—1 setzen. Dann ergibt sich

E (r + [ x) E (r + | x)

r² -f- x²

erhalten wir dasselbe, als wenn wir die umgekehrte Operation vornehmen.

So erhalten wir

(r— | x)

E (r + j x)

(r — | x)

r² -f x²

(r — \x)    (r — [ x) (r -j- | %)

Auf diese Weise können wir stets den Operator im Nenner vermeiden, wenn er in den Rechnungen auftritt.

Einige Schriftsteller halten (r+|a;) für eine Yectorgrösse, für welche man ein einfaches Zeichen, z. B. Z, schreiben kann. Es ist aber kein Yector wie aĄ-\b, weil es keine Lage im Uhrdiagramm hat, und wenn die gewöhnlich gebrauchte Bezeichnungsweise dieser Rechnungsmethode einen Fehler enthält, so ist es der Mangel einer strengen Unterscheidung zwischen Yectoren, wie a + | b und Operatoren, wie (r -f | x). Der Leser muss sich aber an die übliche Bezeichnungsweise gewöhnen, und wir wollen sie deshalb in dem weiter unten ausgeführten Beispiel benutzen. Wir haben das Zeichen _, wie in a, eingeführt, weil kein Grund vorliegt, die wagrechte Linie als Zeichen zu verschmähen, wenn man die senkrechte als solches benutzt, und das Zeichen hält dem Leser die Natur der Grösse vor. Aber in der Praxis hat man ein unterscheidendes Zeichen für wagrechte und senkrechte Linien nicht nöthig; es genügt, eine davon zu bezeichnen. In der Praxis setzt man den senkrechten Compo-•nenten den Buchstaben j bei, und derselbe Buchstabe j wird gebraucht, um die Operation zu bezeichnen, dass ein Yector gegen den Uhrzeiger um einen rechten Winkel gedreht wird. Dieses Zeichen lässt sich leichter schreiben, und ein wenig Uebung setzt uns in den Stand, es ohne Schwierigkeit zu gebrauchen, nachdem seine Bedeutung richtig verstanden worden ist.

Statt des bisherigen Ausdrucks a -f- | b schreiben wir jetzt a + jb, -und der Operator (r -\-\x) wird geschrieben r -\-jx.

Als Beispiel wollen wir in Zeichen ausdrücken das Uhrdiagramm • eines Inductionsmotors, wie es auf Seite 206 gegeben wird. Der

Leser mag diese Berechnung vergleichen mit der allgemeinen Theorie¹) des Inductionsmotors von Steinmetz, wie sie auf Seite 207 seines Buches (s. oben) gegeben wird. Um diese Vergleichung zu erleichtern, wollen wir das Diagramm auf die Seite legen; vgl. Fig. 395 auf Seite 514.

Maassstäbe und Drehungen sind dieselben wie im Kapitel VII. Der magnetisirende und der Kernverlust-Strom sind annähernd proportional zu der elektromotorischen Gegenkraft <?, und es ist bequem, sie als Producte von e und gewissen Coëfficienten auszudrücken. Wenn der magnetisirende Strom bei 1 Volt Klemmenspannung an den Ständerleitern = m ist, so bedeutet e • m den magnetisirenden Strom bei der Klemmenspannung e. Der ganze Leerlaufstrom ist dann e(h Jr\m) oder e(h-\-jm). Steinmetz benutzt.das Zeichen Y für die Grösse (h Ą-jm), welche er Admittanz nennt. Die Ad-mittanz ist der vom Ständer aufgenommene Leerlaufstrom bei IVolt Klemmenspannung.

Nehmen wir an, die gegebenen Grössen seien: em = magnetisirender Strom

m — ........

eh — Kernverlust-Strom h —........

85 A (S. 219)

31 A

= "Widerstand des Ständers.....

rt — Widerstand des Läufers......

L₁ = Streuungs-Selbstinductionscoëfficient des

Ständers..........

L₂ — Streuungs - Selbstinductionscoëfficient des Läufers ...........

7.8    A 2,4 A

1,7 • 10—4 Ohm (Seite 214)

1.9    - IO⁻⁴ Ohm

2,82 • 10-6 (Seite 217)

2,74 • 10-6 0,0201 (Seite 220) 40 Perioden/Secunde

s = Schlipf . n = Frequenz

Ej = äussere Spannung an einem Ständerleiter 2,95 V (Seite 217).

Ausserdem benutzen wir folgende Zeichen:

E — Gegenkraft infolge der Drehung des Feldes.

J, = Ständerstrom für 1 cm Umfang (Seite 203).

J₂ = Läuferstrom für 1 cm Umfang.

xt = ßeactanz in einem Leiter des Ständers = 2 n n Lt — 7,1 • 10—L æ, = Reactanz in einem Leiter des Läufers = 2nnL.₂ — 6,2 • IO⁻⁴.

Kleine Buchstaben mit und ohne Accent werden benutzt, um die wagrechte und senkrechte Componente einer Grösse zu bezeichnen, z. B.

_ Ji = h -\~ j h‘-

1) Ygl. auch Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Ed. 14, S. 185; Bd. 15, S. 35; Bd. 16, S. 289.

Thompson, Mehrphasenströme.

33

Als Nullinie, von der aus die Phasen gemessen werden, wählen wir die Linie OB₀ (Fig. 395), welche die EMK darstellt, die geliefert werden muss, um die Gegenkraft zu überwinden.

Die Linie OE in der Figur stellt dann die Gegenkraft dar, und da sie keine senkrechte Componente hat, ist E = —e.

Die EMK in den Läuferleitern bei dem Schlipf s ist E₂ = — se.

Da x₂ die Reactanz bei n Per./Sec. ist, so wird die Reactanz beim Schlipf s gleich sx₂ und der Impedanzoperator Z₂ = (r₂—jsx₂). Demnach

E₂

. . (1)

Jo

se

^2

(r₂ —jsx₂)

Dies erzeugt eine Componente des primären Stromes von der-

selben Grösse, aber entgegengesetztem Vorzeichen

se

(r₂ —jsx₂)'

Da

oT

CD

V'-a.

Fig. 395.

nun der senkrechte magnetisirende Strom OM durch jem wiedergegeben wird und der Kernverlust-Strom (wagrecht) durch eh, so ist der gesammte primäre Strom

Jx = e

+ (h + jm)J.

• • (2)

r2 —JSX ₂

Um die ganze äussere Spannung zu erhalten, haben wir nur den Theil e, der nötliig ist, um die Gegenkraft zu überwinden, und den Theil, der dazu dient, die Impedanz des primären Leiters zu bewältigen, zu addiren. Der letztere wird erhalten, wenn man mit dem Impedanzoperator (rx —jxx) auf den Strom JL operirt. Dies ergiebt:

fr] —jix~ + (ri —Jxi) (h +»!•

Wir können nun aus den beiden Gleichungen (2) und (3) e eliminiren und erhalten dann Jt ausgedrückt durch die Grössen, die auf Seite 513 aufgeführt werden. Wie Steinmetz dargelegt hat, kann man den Ausdruck ohne merklichen Fehler vereinfachen, in-

Ex = e + e

.    (3)

dem man den kleinen Werth {rx—jx x)(r₂—jsx₂) (h    vernach

lässigt. Dann ist der Ausdruck für den Ständerstrom g + (rä —jsx₂) (h +jm)

{r₂—jsX₂) + s{rx—jxx)

Um die Operatoren zu beseitigen, trennen wir die wagrechten und senkrechten Componenten von einander:

Ji =

(s + r₂ h + sx₂m) + j{r₂ m — sx₂ h)

r₂ + srx —j{sx₂ + s&i)    ¹⁻

Dann multipliciren wir Zähler und Nenner mit r₂ + si\ Jrj(sx₂ +6’%), wie auf Seite 512 erklärt, und erhalten

_A _E .

(r₂ + st\)² + s²(x₂ + xx)² 15

worin

A = sr₂ + s²rx -\-r₂²h -(- sr₂(rxh — x₁ m) + s²x₂(xxh + x₂h -f rxm)

und

J5 = s²(ą+ą,) + r₂²m + sr₂ (xi h + rx m) + s²x₂ (xx rn -f x₂ m — rx h).

Der Winkel, um den der Strom Ji hinter der EMK Ei zurückbleibt, ergibt sich aus tg tp = B/A.

Der leichteste Weg, den Werth des Stromes Jx zu finden, ist zuerst nach Formel (3) e aus Ex zu berechnen (Seite 514). Dann setzt man die Werthe von rnxhxrxr₂xx und x₂ von Seite 513 ein, und wir sehen sofort, dass die Werthe von jsx₂ und jsxx vernachlässigt werden können, wodurch sich der Ausdruck vereinfacht zu Ei = « + «-(0,042)+ **(0,083),

d. h.

Ei = e • Vl,042² + 0,083² = 1,045«.

Oder e— 0,955 En ein Ergebniss, das sich auch aus der graphischen Construction auf Seite 218 ergeben hat.

Setzen wir diesen Werth von e = 2,82 in die Formel (2) auf Seite 514 und vernachlässigen jsx₂, so erhalten wir Ji == 315 A, genau wie bei der graphischen Construction.

Auf Seite 511 haben wir die Wirkung des Operators (r — \x) auf den Vector (a + |6) betrachtet, und das Ergebniss wurde durch

algebraische Multiplication erhalten. Wir müssen nun annehmen, dass eine Leistung ausgedrückt werden kann als ein ähnliches Product des Stromes (i + |//) und der EMK ( e + \é). Wenn wir nun dieses Product in der Form ie — i'e' -\-j(i'e + ie') schrieben, so würde dieser Ausdruck nur eine bestimmte Linie in unserem Uhrdiagramm darstellen, welche mit derselben Geschwindigkeit wie die

33*

andern Linien umläuft; wir wissen aber, dass die Leistung eine doppelt so hohe Frequenz wie Strom und Spannung hat. Die Linie für die Leistung P müsste daher in ein anderes Uhrdiagramm eingezeichnet werden, welches mit der doppelten Geschwindigkeit umläuft. Wie Steinmetz gezeigt hat³), dreht der Operator^'⁴ einen Yector um 180° in dem einen Diagramm und den Yector von doppelter Frequenz um 360° in seinem eigenen Diagramm. Wenn wir also bei der Bildung des obigen Productes sagen, dass das Zeichen || = -— oder = + 1 anstatt = —1, und dass |— = |, während —1 = — |, so erhalten wir die wahren Componenten von P in dem Diagramm von doppelter Frequenz. Also

P = ie + i'e -f- \(ie' — i'e).

Nun ist die wahre Leistung in jedem Augenblick die Projection des Yectors P auf die Wagrechte, und dies ist dem Zahlenwerth nach = ie + i'e', ein Ergebniss, das mit unserer Erfahrung übereinstimmt Den anderen Ausdruck (ie—i'e) nennt Steinmetz die „wattlose Leistung“.

Anhang IL

Deutsche und englische Patente auf dem Wechselstromgebiet.

[Die letzte Spalte enthält die Nummer, unter welcher das Patent in den Fortschritten der Elektrotechnik (Vierteljährliche Berichte über die neueren Erscheinungen auf dem Gesammtgebiet der angewandten Elektricitätslehre) zu finden ist.]

D. R. P.

E. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

F. d. E.

1576

Gramme

2245

Siemens & Halske

935/78

3134/78

3383

Gramme C. H. Siemens Siemens & Halske

3847

Société L’Alliance

7 701

15205

S. Schuckert Zipernowski

200/81

19227

Cabanellas

25202

Zipernowski

5536/81

26375

34649

Gordon

Zipernowski

39680

Siemens & Halske

Elektromagnetische Maschine mit vervielfältigter Wirkung.

Dynamoelektrische Maschine zur Erzeugung von intermittirenden, gleichgerichteten oder Wechselströmen in einem oder mehreren Stromkreisen.

Wechselstrom maschine.

Dynamoelektrische Maschine.

Maschine zur Erzeugung von inter-mittirenden gleichgerichteten oder intermittirenden Wechselströmen in einem oder mehreren Stromkreisen durch Bewegung von Drahtspulen in magnetischen Feldern.

Neuerungen an magneto - elektrischen Maschinen. .

Dynamoelektrische Maschine.

Neuerung an dynamoelektrischen Maschinen.

Elektrisches automatisches System der Umwandlung, Uebertragung und Anwendung von Energie.

Selbsterregende Wechselstrommaschine.

W echselstrommaschine.

Neuerung in den Mitteln zur Re-guliruug von elektrischen Wechselströmen.

Verfahren, Wechselstrommaschinen elektrisch zu verbinden.

240/87

E. P.

40414

Zi perno wski

11391/86

9013/87

Wynne

Coerper

43487

43538

S. Schuckert Helios

1888

46243

Mordey

1383

6481

46616

47415

47885

Borei

Borei u. Paccaud Tesla

6502

47012

Tesla

49855

Helios

50446

50908

16852

18525

51596

Mordey Zipernowski, Déri & Bhithy Goolden, Atkinson & Gold Wilson Zipernowski

53332

53416

Leblanc

Zipernowski

53892

E. Thomson

1889

5621

54197

E. Thomson

6065

59373

E. Thomson

Neuerungen an Inductionsapparaten, um elektrische Ströme zu trans-formiren.

Wechselstromkraftübertragung.

Wechselstrommaschine mit unterteiltem Eisen.

Neuerungen an Coulombzählern.

Kraftübertragung durch Wechselströme vermittels besonderer Schaltung an Gleichstrommaschinen.

Aufbau einer Wechselstrommaschine.

Neuerungen an Elektromotoren.

Neuerung an elektrischen Apparaten.

Verbindung der Drahtspulen bei Elektricitätserzeugern mit denen von Motoren.

Schaltung eines Transformators und des zugehörigen Elektrieitätser-zeugers.

Neuerung in der Construction von Elektricitätserzeugern.

Dynamoelektrische Maschine.

Einrichtungen an synchronen Wech-selstrommotoren.

Wechselstromumformer (Transformator).

Zweiphasenmotor.

Apparat zur Umwandlung elektrischer Wechselströme in conti-nuirliche Gleichströme und umgekehrt.

Kraftmaschine mit Wechselstrom.

Vertheilungsanordnung für elektrische Wechselströme.

Einrichtung zum Anlassen von Wechselstrommaschinen (Repulsionsmotor).

Regelungseinrichtung für Transformatoren.

W echselstrommaschine.

2255/87

8473/87

3443/87

62/88

65/89

1192/89

1179/88 80/89

63/90

155/90

2899/90

3834/89

4449/90

6527

Tesla

10933

51083

16709

54797

Dobrowolsky (A. E. G.) Tesla

Anlassvorrichtung für einphasige W echselstrommotoren.

Anker für Wechselstrommotoren.

4425/91

2792/90

2447/89

54967

Krebs

Verfahren, Wechselströme in gleichgerichtete umzuwandeln. Verfahren zur Regelung der Zugkraft und Geschwindigkeit von W echselstromkraftmaschinen.

83/91

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

F. d. E.

1889

55978

Haselwander

56741

56757

Nipkow A. E. G.

56770

57396

Schlatter

Nipkow

16697

19420

59321

66802

Blathy (Helios) Tesla

19426

58774

Tesla

19555

56359

59188

Dobrowolsky (A. E. G.) A. E. G.

1890

5423

W enström

13260

71137

14817

Dobrowolsky (A. E. G.) Kennedy

16889

20425

Kennedy

Dobrowolsky

61667

61951

62438

Lahmeyer Rotten (Goerges bezw.

Siemens &Halske) Sohlmann

1891

584

63446

Hutin & Leblanc

68051

Hutin & Leblanc

68053

Maschinenfabrik

Oerlikon

Fernleitungssystem für Wechselströme.

Rotirendes magnetisches Feld.

Herstellung der Feldmagnetwickelung von Wechselstromkraftmaschinen.

Elektrische Kraftmaschine.

Schaltung für Wechselstromkraftmaschinen behufs Erzeugung der zur Erregung der Feldmagnete benutzten W echselströme mit verschobenen Phasen.

Wechselstromkraftmaschine.

Wechselstromtreibmaschine mit auf eine in sich geschlossene Ankerwickelung wirkenden Haupt - und Hilfsfeldmagneten.

Feldmagnetanordnung für Wechselstromkraftmaschinen.

Stromumwand] er für Wechselströme mit verschobenen Phasen.

Einschaltung von Sammlern in den Ankerstromkreis von Kraftmaschinen behufs Regelung des Stro m Verbrauches.

Drehstromerzeugung und Verthei-lung.

Ausgleichsleitung für Drehstromvertheilungsanlagen.

Yertheilungssystem mit pulsirenden Strömen

W echselstromdoppelmotor.

Anlassen von Inductionsmotoren mit Hilfe von Widerständen im Ankerstromkreis.

Anker für Drehfeldkraftmaschinen.

Schaltungsweise für elektrische Drehstromkraftmaschinen (Col-lector motor).

Elektrische Maschine zur Erzeugung von gewöhnlichen oder mehrphasigen Wechselströmen.

Mehrphasenwechselstrommaschine mit durch Condensatoren bewirkter Phasenverschiebung.

Verfahren zur Erzielung gleichbleibender Spannung im secun-dären Stromkreis von Wechselstromtransformatoren.

Einrichtung zur Regelung vonDreh-stromkraftmaschinen durch Schaltung der Ankerwindungen.

1621/91

1515/91

1554/91

3048/'91

4441/91

1399/90

70/93

3050/91

1634/91

4482/91

5618/93

3132/01

1718/92

1696/92

1687/92

87/92

1880/93

E. P.

1891

68411

70084

Rotten (Siemens & Halske) Helios

14 189/92

72461

Hutin & Leblanc

3191

79528

A. E. G.

7970

8151

Wahlström Siemens & Halske

9522

Stanley & Kelly

10307

Coerper

10612

10613

11473

12046

13503

13627

14388

63658

Siemens & Halske Siemens & Halske Tesla Sahulka Dobrowolsky Brain & Arnot Gutmann

16099

18890

67271

Bradley, Taylor & McDonald Siemens & Halske

Regelungseinrichtung für Dreh-stromtreibmascliinen.

Elektrische Treibmaschine mit geschlossener, an den Pol schuh en befestigter Ankerwickelung.

Y erfahren zur Erzeugung von W ech-selströmen.

System der Erzeugung, Regelungund Fernleitung für Wechselströme mit verschiedenen Phasen.

Drehfelderzeugung.

Drehstromvertheilungssystem, Anschluss der Stromverbraucher zwischen Haupt- und Nulleiter.

Beseitigung der Selbstinduction von AVechselstrommotoren.

Wechselstrommaschine mit feststehender Ankerwickelung.

Transformator f. Mehrphasenströme.

Dreifädige Glühlampe.

Einphasen Wechselstrommotor.

Wechselstrommotor.

Mehrphasige Wickelungen.

Wechselstrommotor mit Collector.

Elektrische Treibmaschine mit Kurzschlussbürsten.

Ein phasenWechselstrommotor.

3607/93

117/94

222/95

1770/92

44/92

1783/92

1688/92

3366/92

4439/91

4437/91

95/94

19176

66232

Wahlström

20604

Stanley & Kelly

1892

360

75049

Siemens & Halske

13543

Siemens & Halske

13765

76814

Hutin & Leblanc

73200

Siemens & Halske

74462

Helios

Schaltung der Spulen in Drehstrom-triebmaschinen.

Herstellung magnetischer Drehfelder durch Spulen, deren zwei Stromkreisen angehörende Wickelungen in wechselndem Zahlen-verhältniss zu einander stehen.

Kompensirung der Ankerselbstin-duction von Wechselstrommaschinen.

Ausgleicher für Drehstromanordnungen.

Erregung von Wechselstromerzeugermaschinen.

Verfahren zur Herbeiführung und Aufrechterhaltung des synchronen Ganges von Wechselstrommotoren.

Verfahren zur Herabsetzung der Magnetisirungsarbeit von Transformatoren bei schwacher Beanspruchung.

Elektromotor für Wechselströme.

3367/92

1770/93

127/92

310/94

3623/94

97/94

338/94

96/94

1892

14056

16919

20505

21811

23290

23902

24098

1893

510

1621

5539

5340

6050

6241

12458

[ D. R. P.

75741

74684

82101

72125

73050

74544

75361

75365

78313

78833

78825

Anmelder

Stanley & Kelly Swinburne

Maschinenfabrik

Oerlikon

Maschinenfabrik

Oerlikon

Brown

Maschinenfabrik Oerlikon (Arnold) Maschinenfabrik Oerlikon

Brown

Brown

Kaèhlert & Teege

Siemens & Halske

Lahmeyer

Rice

Bradley

Lundell & Johnson

Lundell & Johnson A. E. G.

Helios

Duncan

El. A. Ges. vorm. Schuckert & Co. Hutin & Leblanc

Hutin & Leblanc

Gegenstand des Patentes

Motor für Einphasenstrom. W echselstromcollectorm otor.

Wechselstrommotor.

Einphasen Wechselstrommotor mit Anlass Wickelung.

Construction mehrphasiger Wechselstrommotoren.

Wechselstromtreibmaschine mit Kurzschlussvorrichtung.

Anordnung der Feldmagnetwickelung bei Wechselstromkraftmaschinen (Anlasswickelung).

Einphasen Wechselstrommotor mit Kurzschlussanker.

Anlassvorrichtung für Einphasenwechselstrommotoren mit Kurzschlussanker.

Selbsterregen de Dreh Stromerzeugermaschine.

Verfahren, die Umdrehungszahl von Wechselstromtreibmaschinen mit magnetischem Drehfeld zu verringern (Kaskadenschaltung).

Schlussanker für Drehstrom- und Wechselstrommotoren.

Gleichstromerregermaschine für W echselstromerzeuger.

Vertheilungssystem für Beleuchtung und Kraft.

Anlassen synchroner Einphasemno-toren mit Kurzschlussanker mittels eines verzerrten Magnetfeldes.

Rep ulsion s m oto r.

Anlassvorrichtung für Drehstromtreibmaschinen.

Wechselstrommotor mit zwischen Stromwender und Ankerspulen geschalteten Selbstinductionsspulen.

Mehrphasiger Verbrauchsmesser.

Wechselstrom triebmaschine.

Wechselstrommaschine mit Stromwender, in deren einzelne Ankerspulen Nutz widerstände geschaltet sind.

Verfahren zur Umwandlung von Wechselströmen beliebiger Spannung in Gleichströme von ebenfalls beliebiger Spannung und umgekehrt.

Zusatzpatente 82383 und 84649.

F. d. E.

109,94

5485/93

103/94

103/94

5488/93

89/94

5487/93

85/94

257/94

75/95

89/94

90/94

46/94

106/94

99/94

887/94

300/94

101/94

244/94

87/94

96/94

2402/94

76/95

28/95

18/94

241/95

E. P.

1893

79158

Kolbe

12971

79542

Dahl

W echselstromtriebmaschine mit durch magnetische Verzögerung erzeugtem Drehfeld.

Strom- und Phasenumformer.

31 95

79608

A. E. G.

14664

Kingdon

16307

80436

Swinburne

Kolbe

81177

Kolbe

82217

1894

2812

87269

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l’Electricité

Tesla

3986

4170

4171 6458

Ries Electric Co. Bradley Bradley Ferranti

7 239

82003

Coerper (Helios)

8638

78 701

Blondei u. Sautter, Harlé & Cie.

E. A. G. vorm. Schlickert & Co.

Stromumwandler (Kerntransforma-tor) für Wechselströme mit verschobenen Phasen.

Commutatormotor für "W echselstrom (Funkenverminderung).

W echselstrommesser.

Anlassverfahren für Drehfeldtreibmaschinen , deren Betriebsströme durch eine Stromwendevorrich-tung von einer Gleichstrommaschine abgenommen werden.

Wechselstromtreibmaschine mit besonderem, Verzögerungsspulen tragendem Schlussstücke.

Wechselstrom erzeugermaschine, deren Wechsel zahl durch die Reso-nanzverhältnisse des Feldmagnetstromkreises bestimmt wird.

Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Ströme von gleichbleibender Schwingungszahl.

Wechselstromcommutatormotor.

Doppelmotor (Anlassen).

Anlassen von Drehfeldmotoren.

Aufbau und Isolation elektrischer Maschinen.

Synchroner Wechselstrommotor mit nacktem, sternförmigem Eisenanker.

W echselstrommaschine.

93/94

180/95

250/95

165/94

2481/94

70/95

71/95

35 95

2639/96

55/94

46/95 54 95 54/95

2/95

58/95

65/95

9605

11059

88806

Mordey

Rowland

12875 14 246

Kelly

Scott

18273

79588

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l’Electricité

Schaltapparat zum Vergleich von Spannung und Stromphase parallel zu schaltender Wechselstrommaschinen.

Einphasenwechselstrommotor.

Verfahren, aus einem Mehrphasenstrom einen andern Mehrphasenstrom von beliebiger Perioden-und Phasenzahl zu erzeugen.

W echselstromzähler.

Phasen - und Spannungstransformator.

Vermöge magnetischer Schirmwirkung belastet anlaufender Einphasenwechselstrommotor.

25/95

185/95

74/95

234/96

227/95

2317/95

228/95

80/95

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

F. d. E.

1894

19364

90556

20241

21045

84855

21141

82016

Th e Alte rnate Current Electromotor Syndicate Ltd. Clark

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l’Electricité Siemens & Halske

Eeldmagnet zur Erzeugung eines gleichmässigen Drehfeldes.

5532/97

225/96

24926

99917

82525

83855

84534

Blackburn & Buchanan E. A. G. vorm. Schuckert & Co. Société Anonyme pour la Transmission de, la Force par l’Électricité Arnold

Repulsionsmotor.

Aufrechterhaltung des synchronen Ganges von Wechselstrommotoren durch Zuhilfenahme eines asynchronen Motors.

Anlass vorrichtung (Gegenschaltung) für Wechselstrominductionsmo-toren.

W echselstrommaschine (Inductor-

typ).

Herstellung von unterteilten Kernen für Transformatoren.

Verfahren zur Herbeiführung des synchronen Ganges von Wechselstrommotoren.

57/95

171/96

167/96

77/95

59/96

5906/98

26/96

263/95

188/95

84714

87402

E. A. G. vorm. Schuckert & Co. E. A. G. vorm. Schuckert & Co.

Inductionsmotor mit mehrteiligen Stromwenderbürsten.

Starres Vertheilungssystem für Wechselstrom.

Magnetanordnung für Wechsel-stromtrei b m aschinen.

50/96

215/96

102/96

1895

148

90554

1536

2218

90474

Shallenberger (Westingh.El.Co.) Brown, Boveri & Funk Hummel

Wechselstromzähler.

2914

2915

Steinmetz

2916

Anlassen von Wechselstrommaschinen.

Wattstundenzähler für Wechselstrom.

Dreileitersystem (Monocyclisches System).

7799/97

2564/96

205/96

2917

2918

4490

Steinmetz

Ferranti

7 504 und 11227

101109

Ferraris & Arno

96970

Ferraris & Arno

84812

Ferraris & Arno

7 668

Rice E. W.

Mehrphasenwickelung.

Wechselstrommaschine mit Scheibenanker.

Speisung von Mehrphasenstromverbrauchern aus einem Einphasenstromnetz.

Verfahren zur Speisung von Mehrphasenstromverbrauchern einem Einphasenwechselstromnetz.

Schaltungsweise zum Anlassen von Motoren eines Wechselstromnetzes mittels einer phasenverschobenen Strom führenden Hilfsleitung.

V ertheilungssystem.

7781/97

2599/96

(235/95

233/95

233/95

1233/95

106/95

27/96

207/96

2111/98

aus

207/96

214/95

E. P.

1895

.8764

Wright, A.

13164

14842

15174

Maschinenfabrik

Oerlikon

Bradley

Atkinson

15470

94992

18033

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l’Électricité Bradley

Wechselstrom anlage mit Hoch - und Niederspannungsgeneratoren.

Wechselstromerzenger (Inductor-

typ)-

Condensator für Mehrphasenstrom. Vermeidung von Streu Verlusten durch Kupferumkleidungen. Erregungsweise von asynchronen W echselstrommaschinen.

200/96

34/96

269/95

51/96

5489/97

41/96

18870

95933

Langdon - Davies

19832

19863

New und Mayne Steinmetz

Herstellung von Phasenverschiebungen.

Feldmagnet mit ungleich grossen Windungen zur Erzeugung eines gleichmässigen Drehfeldes. Umformer für Mehrphasenströme. Zusatztransformator.

5631/97

64/98

5635/97

19866

Shallenberger

21543

84649

Hutin & Leblanc

22586

87534

Siemens & Halske

24264

86854

Siemens & Halske

88716

90559

E. A. G. vorm. Schuckert & Co. Kandó

92859

Boucherot

93660

Blondei

92566

92958

Union E. G. A. E. G.

1896

543

98897

Hummel

868

2772

87042 90425 , 91849J 91550

Raab

Wechselstromzähler (regelbare In-ductionsspule).

Verfahren zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom.

Wickeluugsanordnung für den stromempfangenden Theil von asynchronen Einphasenmotoren.

Anlasser für Einphasen - und Mehrphasenmotoren.

Verfahren zum Anlassen von Synchronmotoren.

Stromvertheilungssystem für gemeinsame Erzeugung und Ver-theilung von Drehstrom und Gleichstrom.

Wechselstrommaschine mit Selbsterregung.

Asynchron anlaufender Wechselstrom - Gleichstrom - Umformer.

Transf orm atoren kern.

Mehrphasenmaschine mit ungleicher Ankerspulen- und Polzahl.

Verfahren zur Herstellung einer Phasenverschiebung von 90 ⁰ bei auf Ferraris’schem Princip beruhenden W echselstromzählern.

Wechselstrom motorzähler.

6560/97

163/96

5625/97

2628/96

7834/97

228/96

5642/97

59/96

5505/97

157/96

5591/97

134/96

5589/97

5617/97

5474/97

5630/97

5654/97

5472/97

5558/98

7781/97

2602/96

7787/97

Siemens & Halske

Schaltungsweise zur Erleichterung des Parallelschaltens von Wechselstrommaschinen.

5595/97

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

F. d. E.

1896

3082

91243

Cushman

3094

Berg, E. J.

5491

87 745

Siemens & Halske

7013

7882

Steinmetz

Potter

7883

7884

92672

Steinmetz & Berg (Union E. G.)

9531

Steinmetz

10124

Steinmetz

Inductionsmotor mit Anlasswiderstand auf dem inducirten Theil.

Regelung der Phasenverschiebung in Wechselstromnetzen mittels eines Synchronmotors.

Verfahren zur Aenderung der üm-laufszahl von asynchronen Wechselstrommotoren .

Motorzähler.

Regelung von Drehstrombahnmotoren.

Schaltungsweise zum Betrieb von Drehstrommotoren mitEinphasen-strom.

Mehrphasenstromerzeuger (Inductortyp).

Nulleiter in Mehrphasensystemen.

69/96

5496/97

203/96

5613/97

5505/97

7794/97 211/96 6203/97 (5627/97 {6460/97 [6186/97 5486/97

12637

W. H. Cooley

13264

21560

91220

14462

93364

Union E. G. (Armstrong, Potter & Case) Scott & Janney

Wechselstrommotor für Ein- und Mehrphasenstrom. Inductionsmotor mit vertauschbarem inducirten und inducirenden Theil.

216/96

5625/97

5632/97

15031

93880

Steinmetz (Union E. G.)

Wechselstromumformer mit ringförmig in sich geschlossenen Leitern.

Mehrphasenmaschine mit zwei Ankerstromkreisen.

19148

93 254

21668

91135

E. A. G. vorm. Schuckert & Co. Siemens & Halske

22333

91571

23512

92488

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par TElectricite Hookham

Manteltransformator für Mehrphasenstrom.

Schwungkraftregler zur selbstthä-tigeu Bedienung der Anlassvorrichtung (Gegenschaltung) nach Pat. 82016.

Erregungssystem für Wechselstrom-maschinen.

Motorzähler.

(6169/97 J 645 4/97 [5509/97 ( 160/98 { 214/96 [5639/97 (5490/97 54/98 37/96 15625/97 152/98 5650/97 6748/97 110/98

5489/97

93069

Hookham

25729

25904

26303

96096

Batault Brit. Thomson Houston Co (A. H. Armstrong) Aktiebolaget de Lavais Angturbin

Elektricitätszähler mit unter dem Einfluss permanenter Magnete in Quecksilber rotirender Ankerscheibe.

W echselstromzähler.

Phasenregler für Mehrphasenstrommotoren.

Wechselstrom maschine mit ruhenden Wickelungen.

7780/97

1709/98

7780/97

3581/98

2046/98

49/98

5478/97

E. P.

1896

26627

105460

W estinghouse El. Co. (Lamme & Mershon)

29499

93166

Heyland

1897

Verfahren nebst Einrichtung, um das Nach bleiben des Stromes in Wechselstrom kreisen zu beeinflussen.

Wechselstrommotor, dessen Feld von grösserer Phasenverschiebung stärker ist, als das von geringerer Verschiebung.

6136/99

2110/98

68/98

5500/97

7497

94139

94674

General El. Co. (Union E. G.) Union E. G.

95153

Danielson

96119

Nicolaysen

2558

2559

94564

Siemens & Halske Siemens & Halske

Erregungsauordnung für Wechsel-strominaschiuen.

Einrichtung zur Herbeiführung des synchronen Laufs parallel zu schaltender Wechselstrommaschinen.

Ein- oder mehrphasige Wechselstrommaschine für gleich bleibende Spannung bei veränderlicher Phasenverschiebung und Belastung.

Transformator mitregelbaremUeber-setzungsverhältniss.

Drehstromzähler.

5490/97

4031/98

5596/97

51/98

157/98

Verfahren zum Zerlegen eines Wechselstroms in zwei

3591/98

5640/97

gegeneinander in der Phase um einen

bestimmten Winkel verschobene.

4212

96636

Raab

5569

93663

2801

9457

109377

111716

Société Anonyme pour la Transmission de, la Force par l’Electricité A. F. Berry

Verfahren zur Erzeugung eines gegen die gelieferte Spannung um 90 ⁰ verschobenen magnetischen Feldes.

Einrichtung zum Betrieb eines asynchronen Wechselstrommotors.

Transformatoren.

3568/98

7902/99

71/98

3938/98

7385/97

7772

101599

Langdon - Davies

8041

93912

Siemens & Halske

8185

89351

E. A. G. vorm. Schuckert

9707

9708 > 16788 J

91772

11148

E. A. G. vorm. Schuckert vgl.

(Britt. Pat. von Bläthy & Kandó) Lamme

Wechselstrommotor mit Anlassspulen.

Verfahren zur Fornübertragung von Bewegungen.

Starres    V ertheilungssystem    für

Wechselstrom, Zusatz zu Pat. 84714.

Schraubenförmige Anordnung der Anker - und Feldmagnetdrähte von W echselstrommotoren.

2806/00

5534/00

2131/98

4029/98

2129/99

88/99

3935/98

1640/98

4007/98

(5503/97

3922/98

3923/98

15929/98

Inductionsmotor.

3934/98

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

F. d. E.

1S‘>7

119342

Lamme

13970

s. auch vorst.

13976

Rice

(Brit. Thomson-Houston Co.) Steinmetz

Vorrichtung zur Ausgleichung der magnetischen Ströme bei elektrischen Maschinen.

Ausgleichsverbindungen in Ringankern.

5895/98

W echselstro m zähler.

13977

14253

Steinmetz

Raab

14804

97431

14923

Maschinenfabrik Oerlikon Soames, A.

18095

Steinmetz

18122

Gibboney

19445

Grassi & Civita

19719

Lamme

110649

Lamme

97432

Union E. G.

20781

21100

Atkinson

Fairbanks

98417

Dahlander & Lindström

98506

Dettmar

21484

99143

Arno

22215

22806

103836

Shand

(Brit. Thomson-Houston Co.) Bradley

Drehstromzähler.

Wechselstromzähler (Wirbelstrom-

typ)-

Ankerwickelung für Mehrphasenstromerzeuger.

Einphasenmotor mit Anlaufwickelung von grösserer Polzahl.

Regelung der Geschwindigkeit von Induotionsmotoren (Kaskadenschaltung).

Wechselstromerzeugermaschine für Telephonzwecke.

Transformator zur Erzeugung von Einphasenstrom aus Mehrphasenstrom.

Regelung der Geschwindigkeit von Gleichstrommotoren, welche von Mehrphasengleichstromumformern gespeist werden.

Verfahren nebst Einrichtung zur Vertheilung von elektrischer Energie.

Maschine zur Erzeugung von Wechselströmen beliebiger Frequenz und Phasenzahl.

Inductionsgenerator.

Wechselstroinerzeuger (Inductor-

typ)-

Anordnung zur Erzielung von zwei verschiedenen Polzahlen bei asynchronen Wechselstrommotoren.

Verfahren zum Parallel - bezw. Auseinanderschalten von Wechselstrommaschinen.

Verfahren zum Anlassen einphasiger asynchroner Wechselstrommotoren.

Motorzähler für Wechselstrom.

3999/99

7613/98

1717/98

7612/98

2025/98

3967/98

100/98

7448/98

177/99

6026/98

195/99

6010/98

2784/00

2006/98

174/99

69/99

3928/98

5973/98

5956/98

129/99

1739/99

22807

Bradley

Kraftübertragungssystem für Mehrphasenstrom.

Regelung von Inductionsmotoren.

66 99

66/99

E. P.

1897

22852

Belfield

24382

100291

Tischendörfer

99838

Siemens & Halske

25 744

101420

Brit. Thomson -Houston Co. & Hobart

E. A. G. vorm. Schuckert & Co.

Herstellung einer Phasenverschiebung von 90 °.

Einrichtung zur Erzeugung eines Mehrphasensystems aus einem Ein phasensystem.

Verfahren zur Herabsetzung der Magnetisirungsarbeit von Transformatoren bei schwacher Beanspruchung. Vgl. Pat. 73200.

Anlass- (Kurzschluss-) "Wickelung für Inductionsmotoren.

1741/99

182/99

2117/99

0005/98

87/99

26729

103004

Churchward

27494

Steinmetz

27495

28800

29055

97994

29585

Foster (Brit. Th.-H. Co.)

Peloux Feldmann & Helios Co. Rice (Brit. Th.-H. Co.)

Einrichtung zum Anlassen von synchron laufenden Phasenumformern.

"Wechselstrommotor mit zwei Eeld-wickelungen und einer mit Stromwender und Schleifringen versehenen Ankerwickelung.

Phasonreglung in "Wechselstromnetzen.

Anlassen von "Wechselstrom syn-chronmotoren.

Motorelektricitätszähler.

Motorelektricitätszähler.

196/99

2002/99

180/98

93/99

5536/98

3685/99

29586

98302

30264

30494

30626

Moody (Brit. Th.-H. Co.) (Union E. G.) Brit: Thomson -Houston Co. & Hobart

Maschinenfabrik

Oerlikon

Steinmetz & Rice

Regelung und Compoundirung von "Wechselstromerzeugern und Umformern.

Kerntransformator für den Ueber-gang von Zweileiter- auf Dreileiternetze und umgekehrt.

"Wechselstrom maschine mit Sterndreieckschaltung.

Kurzschlussanker.

2035/99

2132/99

1985/99

2007/99

30628

1898

835

108539

E. Thomson & Pratt

Atkinson

Inductionsgenerator zur Regelung der Phase in Wechselstromnetzen. Motorelektricitätszähler.

2036/99

3690/99

2426

98653

Déri (Helios E. A. G.)

4746

107110

Siemens & Halske

4 747

98211

Siemens & Halske

Unter Belastung anlaufender Motor für einphasigen Wechselstrom (Colleetormotor).

Ankerwickelung für durch Veränderung der Polzahl anzulassende Wechselstrommotoren.

Anordnung zur Messung der Arbeit eines Drehstromsystems.

Vorrichtung zum Ausgleich der Reibungswiderstände bei Wechselstrommotorzählern.

2610/00

2048/99

3930/98

2006/99

2196/00

7854/99

5537/98

7885/99

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

F. d. E.

1898

102499

Ritter

4812

112003

Ileyland

5049

W. Stanley

Verfahren zur Aenderung der Drehrichtung und Polzahl von Wechselstrommotoren.

Einrichtung zum Verändern der Polzahl von Wechselstrommotoren.

Inductionsmotor.

2050/99

5004

127108

Belfield

6058

10883

98053

99802

Siemens & Halske

10209

10270

Steinmetz

Wechselstrominductionsmotor mit sich gleichbleibendem Drehfeld.

Einrichtungen zur Eernübertragung von Bewegungen. Zus. zu Pat. 93912.

Wechselstrommotor für Einphasenstrom.

5313/00

2049/99

3939/98

2004/99

2010/99

10052

Bradley

Dielektricum für Condensatoren.

10090

10705

109725

Stone & Doane (Brit. Th.-H. Co.) A. E. Skanes

13273

13274

Steinmetz

Anlassvorrichtung für Einphasenmotoren.

Wechselstrommotor, insbesondere für elektrische Zähler. Monocyclisches System.

15473/98 {7 535/98 [4125/99 5920/98 3940/98 4000/99 3080/98 1818/99 . 5 907/98

13399

102498

Déri (Helios)

13895

99838

Siemens & Halske

14294

137558

Lamme

14014

14732

104473

Laarmann & Brokkelt Déri (Helios E. A. G.)

Verfahren zur combinirten Erregung von Magnetfeldern durch Gleich -und Wechselstrom und nachdem-selben eingerichtete Maschinen.

Verfahren zur Herabsetzung der Magnetisirungsarbeit von Transformatoren bei schwacher Beanspruchung. Zus. zu Pat. 73200.

Regelung der Spannung in Gleichstromnetzen, welche von Wechsel-stromumwandl. gespeist werden.

Motorelektricitätszähler.

(2012/00

(4040/99

179/99

0181/99

170/99

1984/99

48/99

0022/99

0005/98

0178/99

7900/99

10714

Steinmetz

Verfahren zur Herstellung und Ver-theilung combinirter Wechsel-und Gleichströme.

Erzeugung von Mehrphasenströmen.

4114/99

184/99

18300

107 070

Rowe

Regelungstransformator.

18583

129895

Lamme

19248

100420

Bradley

Verfahren zur Regelung von In-ductionsmotoren. Einphasenwechselstrommotor.

4120/99

0182/99

307/00

0348/99

0079/99

19959

100079

Scott

21045

Berg (Brit. Th.-H. Co.)

Vertheilungssystem f. Mehrphasenstrom.

Gesch win digkeitsf ernzeiger.

Thompson, Mehrphasenströme.

4004/99

0075/99

275/00

2100/00

3957/99

34

E. P.

1898

21046

21165

103627

24371

Davis (Brit. Th.-H. Co.) Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l’Électricité Steinmetz

Motorelektricitätszähler.

2228/00

24418

110502

24533

106420

The Langdon-Davies Electric Motor Co. 1. Bradley

Erregung von synchronen und asynchronen als Stromerzeuger oder Stromverbraucher laufenden "W echselstrommaschinen.

Regelung der Anlasswiderstände von Inductionsmotoren.

Einphasiger 'Wechselstrommotor.

3981/99

158/00

262/00

2614 00

24949

105271

Siemens & Halske

27370

104072

Sautter, Harle & Cie.

Sahulka

105865

Lamme

106680

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l’Électricité

Einrichtung zur Speisung von Drehstrommotoren aus Einphasenstromnetzen.

Regelungstransformator für Mehrphasenstromanlagen.

Compoundirung von Wechselstrom-generatoren.

Vorrichtung zur Umwandlung von mehrphasigen Wechselströmen in Gleichstrom.

Kurzschlussanker mit Stabwickelung für Wechselstrommotoren.

W echselstromum former.

1066.00

254/00

6204/99

2678/00

4146/99

6089/99

289/00

1899

287

103967

Siemens & Halske

925

Déri

Kühleinrichtung für Wechselstrommotoren.

Einphasengleichstromumformer.

1141

107844

Wagner

108776

vorm. Kummer

5545    )

5546    J

5547

Rice & Steinmetz (Brit. Th.-H. Co.) Steinmetz

5548

5549

Verfahren zur Erzeugung von Phasenverschiebung zwischen zwei oder mehreren Theilströmen eines W echselstromsystems.

Transformator für die Speisung einer Dreileiteranlage aus einem Zweileiternetz.

Einphasenwechselstrommotor (Anlassen).

F requen zumfor mun g.

4033/99 2613/00 4141/99 2 796/00 263/00 2789/00

2782/00

3998/99

5411/00

4149/99

5540/00

5550

Steinmetz

Anlassen von Einphasenmotoren.

7427

104301

8482

107160

Société Anonyme pour la Transmission de, la Force par l’Électricité Déri (Helios)

Rotirender Umformer.

5414/00

3997/99

5520/00

4144/99

Ankerwickelung für Wechselstrommotoren. Zus. zu 98653.

5402 00

121/00

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

F. d. E.

1899

8693

106680

11272

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l'Electricité Lamme

W echselstromumformer.

289/00

11843

105986

Union E. G.

Dämpferwickelung auf den Polschuhen von Synchronmotoren. Anlassvorrichtung für Inductions-motoren.

5517/00

12565

122369

Karmin (Siemens & Halske)

12566

123483

Karmin (Siemens & Halske)

13733

110260

Société Anonyme pour la Transmission de la Force par l’Électricité

Ankerwickelung mit Schaltung zur Abnahme von zweierlei Dreiphasenstromspannungen.

Verbindung einer oder mehrerer Gleichstromwickelungen mit getrennt auf derselben Maschine in Sternschaltung angeordneten aufgeschnittenen Gleichstromwickelungen.

Erregung von synchronen und asynchronen als Stromerzeuger oder Stromverbraucher laufenden Zus.

6150/99

7932/00

4055/01

7816/00

5935/01

7793/00

82/00

7821/00

W echselstrommaschinen. zu Pat. 91571. .

15066

119480

Lamme

15138

114239

Lamme

16132

111175

Steinmetz (Brit. Th.-H. Co.) (Union E. G.)

16879

108176

Siemens & Halske

16889

20002

22534

126082

22809

23290

117200

Berry Heyland Steinmetz (Brit. Th.-H. Co.)

Blathy Berg (Brit. Th.-H. Co.) (Union E. G.)

Verfahren zur Regelung der Spannung im Secundärstromkreise von Transformatoren.

Stabwickelung für den inducirten Theil von Mehrphasenmaschinen.

Anordnung zur Herstellung einer Phasenverschiebung von 900 zwischen zwei magnetisirenden Feldern.

Verfahren zum Zerlegen eines Wechselstroms in zwei gegeneinander in der Phase um einen bestimmten Winkel verschobene. Zus. zu Pat. 94564.

Transformator mit Kabelwickelung.

Wickelung für Einphasenmotoren.

Einphasenwechselstromgenerator.

2218/01

7896/00

7819/00

7444/00

2191/00

8078/00

215/02

66/01

174/01

23291

Steinmetz

1900

814

113227

Lamme

1825

119342

125922

Lamme

Magnetkern.

Verfahren zur Regelung der Gleichstromspannung bei rotirenden Wechselstromgleichstromumformern.

Regelung des Spannungsabfalls in W echselstromnetzen.

Verfahren, Zweiphaseninductions-motoren anzulassen oder bei geringer Belastung zu betreiben.

Vorrichtung zur Ausgleichung der magnetischen Ströme bei elektrischen Maschinen.

72/01

192/01

198/01

175/01

7978/00

6064/01

2132/01

2066/01

34*

E. P.

1900

4555

Bedell

4785

109132

Déri (Helios)

System zur gleichzeitigen Verthei-lung von Wechsel- und Gleichströmen.

Wechselstrommotor.

2189/01

5050

113988

Jonas (Helios)

5806

Steinmetz

6947

122301

Lamme

6948

115452

Lamme

7084

126274

Pieper

Verfahren zur gleichzeitigen Speisung einer und derselben Wickelung elektrischer Maschinen durch zwei von einander unabhängige Ströme.

Regelung von Doppelstrommaschinen.

Dämpferwickelung auf den Polschuhen.

Mehrphaseninductionsmotor mit mehrfachen Primärwickelungen für verschiedene Pol- und Umdrehungszahl.

Wechselstromcollectormotor.

4042/01

2611/00

7912/00

4199/01

4050/01

4001/01

7854/00

4044/01

8152

113741

8475

118285

Aktien-Ges. El. Werke vorm. Kummer & Co.

Steinmetz (Union E. G.)

D rehstromtransf ormator.

92/02

4091/01

8100/00

8476

Brit. Th.-II. Co. & Ho bart

9533

114306

Boucherot & Cie.

9534

108543

Boucherot & Cie.

9975

111810

Grisson

Anordnung, um den Umlaufsinn eines magnetischen Drehfeldes von der Periodenzahl der äußeren elektromotorischen Kraft abhängig zu machen.

Benutzung des Skineffekts zum Anlassen von Inductionsmotoren.

Verfahren zur Erregung von ein-oder mehrphasigen, synchronen oder asynchronen Wechselstrommaschinen und Motoren.

Anlassverfahren für Mehrphasenstrommotoren.

Gleichrichter.

2084/01

4166/01

4101/01

7815/00

4095/01

11797 13 720

E. Thomson

2692/00

4106/01

4198/01

5506/01

Berg

(Brit. Th.-H. Co.)

13970

13971

118720

13967

15380

16172

13972

Steinmetz

E. Thomson (Union E. G.)

Rice

(Brit. Th.-H. Co.) Steinmetz

Regelungstran s form ator.

Parallelschalten (Synchronisirung) von Wechselstrommaschinen.

Anlassen von Inductionsmotoren.

Regelungseinrichtung für Wechselstromgleichrichter.

6042/01

Lunt

(Brit. Th.-H. Co.)

Speisung von Mehrphasengleichstromumformern mit Strömen anderer Phasenzahl und Anschluss des Mittelleiters des Gleichstromdreileitersystems.

5965/01

235/02

2241/01

224/02

6138/01

6143/01

D K. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

P. d. E.

1900

15379

113266

Steinmetz (Union E. G.)

15918

Lunt

Einrichtung zur selbstthätigen Re-gelung von Wechselstromerzeugermaschinen. Phasenzahltransformator.

6010/01

16 702

16 706

119190

(Brit. Tli.-H. Co.) Rice

(Brit. Th. - H. Co.) Buck

(Brit. Th.-H. Co.)

6144/01

18284

18613

134137

119114

Berry

Lunt

(Brit. Th.-H. Co.)

19494

20383

118581

Reist

(Brit. Th.-H. Co.) Lamme

Dämpferwickelung zur Vermeidung des Funkens und Pendelns.

Verfahren zur Beseitigung des Pendelns bei synchronen Triebmaschinen und rotirenden Umformern.

Manteltransformator.

Regelungseinrichtung für Wechselstromgleichrichter mit feststehenden Stromabnehmern.

Wechselstromsynchronmaschine.

69/02

145/02

2155/01

212/02

2242/01

234/02

20384

131752

Lamme

21702

21815

117986

Emm et

(Brit. Th.-H. Co.) A. E. G.

21294

Steinmetz

21450

22824

127 792

Woodbridge (Brit. Th. -H. Co.) Arnold, Brag-stad & la Cour

Einrichtung zum Regeln der Bewegungsgeschwindigkeit von Wech-selstrominductionsmotoren.

Verfahren zur selbstthätigen Regelung der Netzspannung eines an einen Wechselstromgleichstrom-umformer an geschlossenen Gleichstromkreises.

Regelung parallelgeschalteter Wech-selstromgeneratoren.

Ausbildung von Blechankern und Inductoren elektrischer Maschinen als Spannwerk.

Anschluss des Mittelleiters von Gleichstromsystemen mit Drehumformern.

Phasentransformator.

7908/00

( 126/02 {2131/01 I 231/02 4579/02

144/02

(2100/01 {3951/01 ' 14422/02

8053/00

8094/00

Verfahren zur Erzeugung und Umformung von unabhängigen, übereinander gelagerten Wechselströmen verschiedener Periodenzah-

202/02

len.

23748

131550

Arnold, Brag-stad & la Cour

Inductionsfreie Wickelungen für j( 192/02 gleichphasige Ströme eines Mehr- ' 4570/02 phasensystems.    ( 4571/02

23749

128406

131677

23389

21448

16700

Arnold, Brag-stad & la Cour Lunt

(Brit. Th.-H. Co.) Steinmetz

Polycyclisches System.

Regelung von Umformern.

2248/02

4569/02

7959/00

Wechselstrom - Gleichstrom -Umformung und Vertheilung.

1901

7553

S. P. Thompson

Anlassen von Wechselstrommotoren mit Hilfswickelung.

197/02

8054/00

5494/00

4437/02

E. P.

1901

113552

Boucherot

7789/00

113992

114068

Zell

Pürthner

116031

116988

E. A. G. vorm.

Schuckert Feldmann, C. P.

117 606

Union E. G.

124737

Blathy

127052

Ges. für elektr. Industrie Karlsruhe

127271

Heyland

1788

128266

130005

130573

de Lignières

122966

Uhde

129788

Girault

124903

Joung, Ch. J.

131908

136844

129552

Siemens & Halske

Union E. G.

130227

Danielson

132187

Pieper

Dynamomaschine oder Motor für Gleichstrom und ein- oder mehrphasigen Wechselstrom.

Umwandlung von ein- oder mehr- 179/01 phasigem Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt mit Hilfe von Selbstinductionsspulen mit polarisirtem Eisenkern.

Regelungsvorrichtung für rotirende 193/01 Umformer.

Verfahren zur Regelung von Mehr- 170/01 phasensystemen.

Anordnung    zur Vermeidung    von    114/01

Ausgleichströmen zwischen parallel laufenden Wechselstrommaschinen.

Einrichtung    zur Vermeidung    des    6043 01

Pendelns    parallel geschalteter

W echselstromerzeuger.

Verfahren zur selbstthätigen Aus- 147/02 gleichung der Belastung parallel geschalteter W echselstromma-schinen.

Vorrichtung    zur Vermeidung    der

Funkenbildung am Stromwender elektrischer Maschinen.

Verfahren, um ein- oder mehrphasige W echselstrominductions-motoren unter Belastung anzu-lassen und ihre Geschwindigkeit während des Ganges zu regeln.

Einrichtung zum Anlassen und zum 4112/01 Betrieb einphasiger Wechsel- I strommotoren (Collectormasch.).

Verfahren zum Anlassen und zum 4484/02 Regeln der Geschwindigkeit ein-oder mehrphasiger W echselstrom-doppelmotoren.

Verfahren und Einrichtung zur 6116/01 selbstthätigen Regelung der EMK in einem Dreileitersystem.

Ausgleicher für verkettete Mehr- 4568/02 phasensysteme mit Nulleiter.

Erregungsanordnung von Mehr- 2172/02 phasenmaschinen.

Kaskadenschaltung für gekuppelte 2084/02 asynchrone Wechselstrommotoren oder Stromerzeuger verschiedener Polzahl oder gleicher Polzahl und ungleicher Geschwindigkeit.

Wechselstrommotor mit Reihen- 4486/02 Wickelung. Zus. zu Pat. 126274.

65/02

(2171/02 j 4516/02 |2177/02

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

1901

133025

A. E. G.

134352

Siemens & Halske

135896

Vogel

138065

Union E. G.

136013

Siemens & Halske

136014

Siemens & Halske

137859

137860

138035

Helios

138901

E. A. G. vorm.

Schuckert Meyer, H. S.

! 140517

Hobart, H. M.

138854

Maschinenfabrik

Oerlikon

112094

E. A. G. vorm. Schuckert & Co.

138253

140925

Brown, Boveri & Co. Schüler, L.

129459

134137

138190

140502

138883

127585

140061

143271

139193

Berry

Versteifung ruhender Anker und Inductoren elektrischer Maschinen.

Verfahren zur Regelung von 'Wechselstromerzeugern mit Reihenschlusserregermaschine.

Asynchronmotor für einphasigen Wechselstrom (Collectormotor).

Asynchronmotor mit aufgehobener Phasenverzögerung.

Verfahren zum stossfreien Anlassen vollbelasteter asynchroner Drehstrommotoren.

Eisenkörper für Drehstromtransformatoren.

Verfahren zum Anlassen von asynchronen Wechselstrommotoren.

Bremsschaltung für Wechselstrommotoren.

Anlassvorriclitung auf dem indu-cirten Theil von Wechselstrom-inductionsmotoren.

Elektrische Maschine mit auf dem Anker angeordneten zusätzlichen Kurzschlussstromkreisen.

Wickelungsanordnung für Induc-tionsmotoren mit Umschaltung einzelner Spulengruppen für verschiedene Polzahlen.

Wickelungsanordnung an asynchronen Wechselstrommotoren zur Erzielung verschiedener Geschwindigkeiten durch Aenderung der Polzahl.

Rotirender Feldmagnet für Wechselstromerzeuger.

Wechselstrommotor (Repulsionsmotor).

Transformatoren.

7120/02

7138/02

88/03

85/03

198/03

7299/02

177/03

158/03

5405/00

2269/02

Siemens & Halske

Union E. G. Siemens & Halske E. A. G. vorm. Lahmeyer & Co.

1902

25330

139126

Peck

Transformator für Ein - und Mehrphasenstrom.

Transformator f. Zweiphasenströme.

Aufbau von Transformatoren.

Verfahren zur Umwandlung eines ein - oder mehrphasigen Wechselstroms in einen solchen von doppelter Periodenzahl.

Anordnung der Mittelleiter von Gleichstromnetzen.

210/02

E. P.

D. R. P.

Anmelder

Gegenstand des Patentes

j F. d. E.

1902

140363

E. A. G. vorm. Lahmeyer

141088

Siemens & Halske

139284

E. A. G. vorm. Schuckert

140923

141514

Siemens & Halske

141906

Eichberg

141493

A. E. G.

143069

Heyland

143120

Osnos

144577

Siemens & Halske

144054

Maschinenfabrik

Oerlikon

144576

Blondei & Soc. Sautter, Harlé & Cie.

Schaltungsweise zum Anschluss eines Gleichstromdreileitersystems an einen von einem Transformatorgespeisten sechsphasigen Umformer.

Von einem Drehstrom - Gleichstrom -Umformer gespeistes Dreileiternetz.

Verfahren zum Anlassen von "Wechselstrom- Gleichstrom -Umformern oder Synchronmotoren.

Einrichtung zur Belastung von Drehstrommotoren durch gleichzeitiges Einführen von Gleichstrom.

Einrichtung zur Erzeugung von pulsirendem Gleichstrom.

Anordnung zur Verhütung von Pulsationen und plötzlichen Aen-derungen der Wechselzahl bei Wechselstromerzeugungsanlagen.

Asynchroner Wechselstrommotor bezw. Erzeuger mit in sich geschlossener Läuferwickelung (Kurzschlusswickelung) u. Stromwendevorrichtung.

Käfiganker für asynchrone Wechselstrommotoren und Generatoren.

Erzeugermaschine für ein- oder mehrphasige Wechselströme geringer Periodenzahl.

Wechselstromerzeuger mit drei-theiligem durch zwei Magnetspulen erregtem umlaufenden in-ducirenden System.

Verfahren zurCompoundirung asynchroner Wechselstromerzeuger-machinen.

¹

Siehe Beschreibung Englisches Patent 1889, Nr. 238.

²

Amtlicher Bericht der Frankfurter Ausstellung. II. S. 451.

³

Transactions of the American Institute of Electrical Engineers Bd. 16r

⁴

Seite 290; Juni 1899.

Namen- und Sachregister.

Das Namenregister zum Anhang II findet sich unter Patente.

A.

Admittanzoperator 259, 513.

Aenderung der Geschwindigkeit 305.

—    des Feldes 173.

Allgem. Elektricitäts-Gesellschaft, Centrale Rheinfelden 423.

—    Drehstromerzeuger 110.

—    Inductor 132.

—    Kraftübertragung 494.

—    selbsttätiger Umkehranlasser 194.

—    Spannwerksmaschine 433.

—    Transformator 355.

—    AVasser widerstand 188.

Alioth & Co. 500.

—    Schleifringbefestigung 152.

—    Umformer 380, 425.

Amerikanische Maschinen 139. Amortisseur s. Dämpferwickelung. Ampere 459.

Amplitude 9..

Analytische Theorie 331.

An der Sihl, Centrale 423.

Angehen der mehrphasigen Motoren 296. Ankergegenwirkung 33.

—    bei Mehrphasen-Stromerzeugern 48. Ankerrückwirkung 387.

Anlassmethode der Westinghouse-Gesellschaft 284.

Anlassvorrichtung der British Thomson-Houston Co. 340.

—    für Einphasenmotoren 342. Anlasswiderstand 188. 189.

Anlauf-Drehmoment für Lokomotiven 440.

Anlauf Vorrichtung für Einphasenmotoren von Kolben 339.

Anzugkraft 223.

Arago, Dreh versuche 456.

Arbeitsloser Strom 29.

Arbeitsmesser 393.

Arbeitsströme in Wechselstromankern 375.

Arno, Anlassvorrichtung für Einphasenmotoren 342.

Asynchrone Motoren 155.

—    Stromerzeuger 137.

Atkinson 369.

—    ’s Motoren 350.

—    Transformator als Stromerzeuger 369. Ausführung, mechanische mehrph. Mot.

296.

Ausstellungsmaschine (Paris 1900) von Schuckert & Co. 117.

Ayrton 374.

B.

Babbage, Versuche 458.

Bay Counties Power & Co., Centrale 421. Baily, Motor 472, 475.

Behn-Eschenburg 305.

Beispiele der graphischen Behandlung 212.

—    neuerer mehrphasiger Motoren 261. Bell, Dr. Louis 301.

Bellegarde, Centrale 103.

Berliner Maschinenbau - Aktien - Gesellschaft vorm. L. Schwartzkopff 136. Berlin - Zossen, Schnellbahnversuche 455. Betrieb, mehrphasiger 398.

—    über Gleichlauf 228.

Blakesley 13.

Bockenheim, Centrale 418.

Booster s. Zusatzmaschine.

Boreis Motor 479.

Boys 463.

Bradley 3G4, 481.

Breitencoëfficient 79, 81, 233. Bremgarten, Centrale 103.

British Thomson Houston Company, Anlassvorrichtung 340. Brotherhood’scke Maschinen 69.

Brown, Magnet mit übergreifenden Polen 500.

Brown, Boveri & Co., Inductionsmotoren 269.

—    Mehrphasige Stromerzeuger 103.

—    Methode zum Anlassen einphasiger Motoren 337.

—    Motoren 268.

Budapest, Centrale 419.

Burgdorf-Thun, elektrische Vollbahn 453.

C.

Capacität, Wirkung der 25.

Cardew, Spannungsmesser 13.

Carhart, Flüssigkeitsstromwender 468. Cataract Co. 419.

Centrale Rheinfelden, Allgemeine Elek-tricitätsgesellschaft 423.

—    An der Silil 423.

—    Bay Counties Power & Co. 421.

—    Bellegarde 103.

—    Bockenheim 418.

—    Bremgarten 103.

—    Budapest 419.

—    Chemnitz 417.

—    Colgate 421.

—    Essen 431.

—    Genf 425.

—    Hochfelden 103.

—    Luzern 423.

—    Lyon 424.

Madrid 431.

—    Montreal 428.

—    Oberspree 455.

—    Ogden Utah 428.

—    Paderno 423.

—    Rheinfelden 422.

—    Richelieu 428.

—    Saint Ouen 425.

—    Sofia 103, 429.

—    Strassburg 418.

Centrifugahegler 189.

Charakteristik des Mehrphasenmotors 229.

Chèvres, Kraftwerk 103, 425. Coefficient der Läuferstreuung 234.

—    der Ausnutzung 240.

Colgate, Centrale 421.

Condensator, elektrolytischer 337.

—    mehrphasiger 75.

D.

Dämpferwickelung(Amortisseur)425,436. Dämpfung gegen Phasenschwingungen 427.

Dämpfungs-Stromkreise 425.

Danielson 138.

De Bast, Analytische Theorie 331. Deprez, Abhandlung über magnetisches Drehfeld 67.

—    Kraftübertragung 415.

—    Motor 475.

—    Untersuchungen 475.

Diagramm, Heyland’s 240, 295.

—    Uhr- 10.

Dolivo-Dobro wolsky, M. v., Dreiphasen-motor 503.

—    Schaltungen 55.

—    Schlussanker 177.

—    Untersuchungen 491.

Drehfeld 65, 67.

Diehfelder, magnetische Eigenschaften der 456.

Drehstrom, Benutzung in einphasigen Stromkreisen 367.

—    verketteter 385.

Drehstromerzeuger, Allgemeine Elektri-citäts - Gesellschaft 110. Drehstromfernleitung in Kanada 421. Drehstrommaschine von Kolben & Co. 128.

—    von Stanley 421. Drehstrommaschinen, Siemens & Halske

113.

Drehstrommotor der Elektricitäts - Aktien -Gesellschaft vorm. Schuckert & Co. 274.

—    von Siemens & Halske 440. Drehstrom - Transformator, Lahmeyer &

Co. 356.

Drehungsmagnetismus 457.

321.

Drehungsmagnetismus, Theorie des 458. Drehungsmoment von AVechselstromma-schinen 31.

Drehversuche von Arago 456. Dreiphasenanker, Parshall 120. Dreiphasenstromwender 469. Drosselspulen 28.

—    mehrphasige 372.

Duncan, Mehrphasenmesser 396.

—    Motoren 251, 350.

—    Verbrauchsmesser 396.

E.

Ebert 502.

Eborall 307.

Einphasenmotoren 307, 308.

—    Anlassvorrichtung 342.

—    der General Electric Company 339.

—    von Kolben 339.

—    der Langdon-Davies Motor Company

343.    v

—    der Oerlikon-Gesellschaft 339. Einphasige Inductionsmotoren 309. Einschaltung von Widerstand 187. Engelberger Linie 438.

Escher, Wyss & Co., Turbinen 424. Evians-les -Bains 437.

F.

Faraday, Entdeckung der Induction 1.

—    ’s Scheibenmaschinen 459.

Farcot 425.

Ferranti’sche Kabel 28.

Ferranti & Co., selbstanlaufende Motoren 309.

Ferranti-Wright’s Motor 7.

Ferraris 252, 476.

—    Theorie der Einphasenmotoren 311. Ferraris & Arno 362.

Fesquet 500.

Field 252, 329.

—    Diagramm 322.

Flachringanker, Schuckert 493.

Fleming 12, 346.

Flüssigkeitsstromwender, Carhart 468. Formel für den Hysteresisverlust von Steinmetz 172.

Fort AVayne Co. 309.

Foucault 462.

Fouriers 330.

Frequenz 7.

Functionen, Producte periodischer 17.

G.

Ganz & Co., Anlasswiderstand 189. Gaulard, Transformator 477. Gegenschaltung, Princip der 190. Gegenwirkung des Ankers 33.

General Electric Company 145.

—    Anlaufvorrichtung von einphasigen Motoren 339.

—    Centrale Montreal 428.

—    Inductionsmotoren 283. 301.

—    Umformer 388.

Generatoren der Oerlikon-Gesellschaft 438.

Genf, Centrale 425.

Gewichte von Inductionsmotoren 301. Gibbs 500.

Gleichung, MaxwelTsche 25. Glühlampen mit drei Kohlenfäden 60. Gordon, Zweiphasenmaschinen 40. Görges, TandemschaltuDg 446. Gornergratbahn 450.

Gramme, AVechselstromerzeuger 39. Guthrie und Boys 463.

Gyroskop 463.

H.

Haselwander’s Motoren 490, 493. Hawkins 252.

Hebezeuge der Union Elektricitäts-Gesellschaft 283.

Heidt, Verhältniss der Spannungszahlen bei Umformern 381.

Helios - Gesellschaft, Aeltere Motoren 479. Helios-Motor 272.

Hemitropische Wickelungen 84. Herschel 458.

Hertz 461.

Hesse Söhne 497.

Heyland 237.

— Diagramme 240, 295, 311, 319, 320, — Einphasenmotor 341. Hilfswickelung 148.

K.

Hochfelden, Centrale 103. Hochspannungsanlagen 421. Hochspannungsmaschinen von Schlickert 454.

Hochspannungsmotoren 275. Hochspannungssysteme der Leitungen 61. Hospitalier, Mehrphasenmaschinen 200. Hutin & Leblanc, Dämpfungs-Stromkreise 425.

—    Permutatoren 392.

—    Stromerzeuger 155.

I (J).

Jablochkoff’sche Kerzen 39, 40. Impedanz 24.

Impedanzoperator 259, 514. Impedanzspulen 28.

Induc tanz 20.

Induction, Entdeckung der 1. Inductionsmaschinen von Thury 425.

—    von Stanley-Kelly 249. Inductionsmotoren der General-Electric -

Company 283.

—    der Westinghouse-Gesellschaft 284.

—    von Brown, Boveri & Co. 269. Inductormaschinen 122.

—    der Berliner Maschinenbau-Aktien -Gesellschaft vorm. L. Schwartzkopff 136.

—    der Oerlikon-Gesellschaft 123. Inductor mit versetzten Polen 124.

—    der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft 132.

Jochmann 461.

Johnson 500.

Isolation bei Hochspannungsmaschinen 291.

Kabel, Ferrauti’sche 28.

Kanada, Drehstromfernleitung 421. Kapp 119.

—    G., Mehrphasen-Maschinen 200.

—    ’scher Coefficient 79.

—    Umsetzungsverhältniss 383.

—    Wechselströme 13.

Kernscheiben, Aufbau der 172. Kerntransformator, Schlickert & Co. 355. Kernverlust-Strom 202, 219, 245.

Kittier und Lindley 504. Klemmenspannung an einer Ständerphase 243.

Kolben & Co., Anlaufvorrichtung von Einphasenmotoren 339.

—    Drehstrommaschine 128.

—    Motoren 270.

—    Ständer und Läuferbleche 158. Korda, Désiré 364.

Kraftliniendichte 172.

Kraftstation s. Centrale. Kraftübertragung, A. E. G. 494.

—    Deprez 415.

—    Lauffen 496.

—    Oerlikon-G. 494.

Kraftwerk von Chèvres 103.

Kummer & Co., Schmalspurbahnen 437.

t— Vollbahn Oberammergau 437. Kupfergewicht der Leitungen 60. Kurzschlusseinrichtung von Schlickert & Co. 195.

—    von Siemens & Halske 191.

L.

Lachinen-Fälle, Centrale 428.

Lager der Mehrphasenmotoren 200. Lahmeyer & Co., Drehstrom - Transformator 356.

—    Motor 431.

Lampen in dreiphasigen Stromkreisen 59.

—    in zw'eiphasigen Stromkreisen 58. Langdon-Davies Motor Company, Einphasenmotor 343.

Läufer 156.

—    Bauart der 175.

—    eines Drehstrommotors von Siemens & Halske 197.

—    der Oerlikon-G. 198.

—    Wickelung der 180.

Läufer-Streuzug 230.

Läuferstromes, Wirkung des 167.

—    bei Vollast 241.

Lauffeuer Kraftübertragung 496, 509. Leitungen, Hochspannungssysteme 61.

—    Kupfergewicht der 60.

—    mit niederer Spannung 63.

Leistung, mittlere 28.

—    wattlose 516.

Leistungsfactor 30.

—    der Admittanz 259.

—    der Impedanz 259.

Literatur über die Theorie der Inductions-motoreu 251.

—    über Mehrphasenmaschinen 200. Lontin, Wechselstromerzeuger 39. Lüftung 175.

Luganobahn 449.

Luzern, Centrale 423.

Lyon, Centrale 424.

M.

Madrid, Centrale 431.

Maffiotti und Pescetto 334.

Magnetinductor 2.

Magnetisirender Strom 202, 241, 244.

Mannheim, Umformer 385.

Maschinenfabriken Augsburg und Nürnberg, Pariser Ausstellung 431.

Matteucci, Versuche 461.

Maxwell’sche Gleichung 25.

Mehrphasenmaschinen, Literatur über

200.

Mehrphasenstromerzeuger 77.

—    ausgeführte Beispiele 101.

—    der Oerlikon-G. 103.

—    von Brown, Boveri & Co. 103.

Mehrphasenströme für den Zugförderungsdienst 447.

Mehrphasige Condensatoren 75.

—    Drosselspulen 372.

—    elektrische Bahnen 437.

Messung mehrphasiger Leistung 393.

Methode der Geschwindigkeitsregelung

443.

—    die symbolische 211, 507.

—    der Phasentransformation von Ferraris & Arno 362.

—    — — von Scott 362.

—    — — von S. P. Thompson 360.

—    zum Anlassen einphasiger Motoren von Brown 357.

—    zur Umformung einphasiger Wechselströme 363.

—    zur Vei'grösserung der Ständerspannung 442.

Miller, Oskar von 497.

Monocyclische Generatoren 431.

—    s System 72, 147.

Montreal, Centrale 428.

Motor, normaler 268.

—    zum direkten Antrieb einer Wasserförderpumpe 263.

Motoren, Aeltere der Helios-G. 479.

—    Atkinson 350.

—    der E. A. G. vorm. W. Lalimeyer & Co. 279.

—    der Fort Wayne Co. 309.

—    der Maschinenfabrik Oerlikon 261.

—    Einzelheiten einiger ausgeführter 197.

—    für transportable Bohrmaschine 278.

—    mit abgedeckten Polen 248.

—    mit constantem Felde 308.

—    mit Kurzschlussanker von Siemens & Halsko 494.

—    mit Wechselfeld 308.

—    von Bailey 472, 475.

—    von Borei 479.

—    von Brown, Boveri & Co. 268.

—    von Deprez 475.

—    von der Union E. G. 283.

—    von E. Thomson 347.

—    von Ferranti-Wright . 349.

—    von Haselwander 489, 490, 493.

—    von Helios 272.

—    von Kolben & Co. 270.

—    von Shallenberger 349.

—    von Siemens & Halske 278.

—    von T. Duncan 350.

N.

Netzschaltung 50.

Niagara Generatoren 140. — Umformer 388. 419.

0.

Oerlikon, Centrale in Sofia 429. Oerlikon - Gesellschaft, Anlasswiderstand 189.

—    Generatoren 438.

—    Inductorm aschine 123.

—    Kraftübertragung 494.

—    Läufer der 198.

Oerlikon-Gesellschaft, Mehrphasenstromerzeuger 103.

—    Motoren der 261.

—    Umformer 381.

—    Versuche 305.

—    zum Anlassen der Einphasenmotoren 339.

Ogden Utah, Centrale 428.

P.

Paderno, Centrale 423.

Papierisolation 248.

Pariser Ausstellung 1900 491.

Parshall, Dreiphasenanker 120.

—    Umformer 388.

Patente der A. E. G. 519, 520, 521, 522,

.    524, 533, 535, 536.

—    — Aktiebolaget de Lavais Angturbin 525.

--Alternate Current Electrom. Synd.

Ltd. 523.

—    von Arno 527.

—    — Arnold 523.

—    — Arnold, Bragstad & la Cour 533.

—    — Batault 525.

--Bedell 532.

--Belfield 528, 529.

--Berg 525, 529, 531, 532.

--Berry 526, 531, 533, 535.

—    — Blackburn & Buchanan 523.

--Blâthy 519, 526, 531, 534.

--Blondel 522, 524, 536.

—    — Borei 518.

—    — Boucherot 524, 532, 534.

--Bradley, 520, 521, 522, 524, 527,

529, 530.

—    — Brain & Arnot 520.

—    — der Brit. Thomson Houton Co. 525, 528, 532.

--Brown, Boveri&Co. 521, 523, 535.

--Buck 533.

—    — Cabanellas 517.

—    — Churchward 528.

--Clark 523.

—    — Coerper 518, 520, 522.

—    — Cooley 525.

—    — Cushmann 525.

—    — Dahl 522.

Patente von Dahlander & Lindström 527.

—    — Danielson 526, 534.

—    —    Daris 530.

--Déri 518, 528, 529, 530, 532,    533.

—    —    Dettmar 527.

—    — Dobrowolsky 518, 519, 520.

—    —    Duncan 521.

--Eichberg 536.

—    —    Emmet 533.

—    —    Fairbanks 527.

—    — Feldmann 528, 534.

—    — Ferranti 522, 523.

—    — Ferraris & Arno 523.

--Foster 528.

—    —    der General Electric    Co.    526.

—    — der Ges. f. elektr. Industrie Karlsruhe 534.

—    — Gibboney 527.

—    — Girault 534.

—    — Goolden, Atkinson & Gold 518.

—    — Gordon 517.

—    — Gramme 517.

—    — Grassi & Cività 527.

—    — Grisson 532.

—    — Gutmann 520.

—    — Haselwander 519.

--Helios 518, 520, 521, 532, 535.

--Heyland 526, 529, 531, 534, 536.

—    — Hobart 535.

—    — Hookham 525.

—    — Hummel 523, 524.

--Hutin & Leblanc 519, 520, 521,

524.

--Joung 534.

--Kählert & Teege 521.

--Kandó 524.

—    — Karmin 531.

--Kelly 522.

--Kennedy 519.

-- Kingdon 522.

--Kolbe 522.

—    — Krebs 518.

—    — Kummer 530, 532.

—    —- Laarmann & Brokkelt 529.

—    — Lahmeyer 519, 521, 535, 536. --Lamme 526, 527, 529, 530, 531,

532, 533.

—    — Langdon-Davies 524, 526, 530.

R,

Patente von Leblanc 518.

—    — de Lignières 534.

--Lundell & Johnson 521.

--Lunt 532, 533.

—    — Meyer 535.

--Moody 528.

--Mordey 518, 522.

—    — New & Maine 524.

—    — Nicolaysen 526.

—    — Nipkow 519.

--Oerlikon 519, 521, 524, 527, 528,

535, 536.

—    — Osnos 536.

—    — Peek 535.

—    — Peloux 528.

--Pieper 532, 534.

—    — Potter 525.

—    — Pürthner 534.

--Raab 524, 526,    527.

--Reist 533.

--Rice 521, 523,    527, 528, 530,

532, 533.

—    — der Ries Electric Co. 522.

—    — Ritter 529.

—    — Rotten 519, 520.

—    —    Rowe 529.

---Rowland 522.

—    — Sahulka 520, 530.

—    — Sautter, Harle & Co. 530, 536.

—    —    Schiatter 519.

--Schuckert 517,    518, 521—526,

528, 534 — 536.

--Schüler 535.

--Scott 522, 525,    529.

--Schallenberger 523, 524.

—    — Shand 527.

—    — Siemens & Hąlske 517, 519—521, 523 — 526, 528 — 531, 534 — 536.

--    Skanes 529.

—    —    Soames 527.

—    — Soc. Anonyme 522 — 526,530,531.

—    — Soc. l’Alliance 517.

—    — Sohlmann 519.

—    — Stanley 529.

—    — Stanley & Kelly 520, 521.

—    — Steinmetz 523 — 524, 527—533.

—    — Stone-Doane 529.

—    — Swinburne 521, 522.

Patente von Tesla 518 — 520, 522.

—    — Thompson, S. P. 522, 533.

—    — Thomson, E. 518, 528, 532.

—    — Thomson & Pratt 528.

—    — Tischendörfer 528.

--Uh de 534.

—    — der Union E. G. 524 — 527, 531, 534, 535.

—    — Yogel 535.

—    — Wagner 530.

—    — Wahlström 520.

—    — Wenström 519.

—    — Westinghouse 526.

--Wilson 518.

—    — Woodbridge 533.

—    — Wright 524.

—    — Wynne 518.

--Zell 534.

—    — Zipernowski 517, 518.

Periode 6.

Permutatoren 391.

—    von Hutin & Leblanc 392.

—    von Zipernowsky & Deri 392. Phasentheiler, Drehstrommotoren als 368. Phasentransformation 359, 362, 465. Phasenunterschied 46. Phasenverschiebung in einem Dreileitersystem 368.

Phasenwinkel 10.

Phillips 500.

Picou 200.

Poisson, Theorie des Drehungsmagnetismus 458.

Polbogen 264.

Prag, Centrale 419.

Q.

Quadratur zweier Wechselströme 41.

Radiant 8.

Rathausen, Elektricitätswerk 101. Reactanz 26, 27.

Rheinfelden, Centrale 422.

Richelieu. Centrale 428.

Rodet et Busquet, Mehrphasenmaschinen 200.

Rowland’s Vorrichtung zur Aenderung der Wechselzahl 370.

T.

S.

Schablonenwickelung 440.

Schaltungen von Dobrowolsky 55. Scheibenmaschinen von Faraday 459. Scheitelwerth 19.

Schleifenwickelung 4, 185.

Schleifringe von Alioth & Co. 152.

—    Befestigung der 152.

Schlipf 239.

Schlussanker, Dobrowolsky 179. Schmalspurbahnen, Elbthal 437.

—    Biesengebirge 437.

—    von Kummer & Co. 437. Schnellbahnen, Versuche 455.

Schuckert & Co., Ausstellungsmaschinen,

Paris 1900 117.

—    Flachringanker 493.

—    Hochspannungsmaschinen 454.

—    Kerntransformator 355.

—    Kurzschlusseinrichtung 195.

—    Wechsel Stromerzeuger 3.

—    Zweiphasige Uebertragung mit drei Drähten 359.

Schweizerische Lokomotivfabrik 451. Scott, Methode zur Phasentransformation 362, 465.

Selbstinduction, Wirkungen der 19. Shallenberger, Mehrphasenmesser 399.

—    ’s Motor 349.

Siemens & Halske, Anlasswiderstand 189.

—    Drehstrommaschinen 113.

—    Läufer eines Drehstrommotors 197.

—    Motoren 278, 480.

—    Motoren mit Kurzschlussanker 494.

—    Stromerzeuger 417.

—    Umformer 384.

—    Wechselstrommotor mit Hilfsphase 340.

Smith 462.

Sofia, Centrale 103, 429. Spannungsmesser, Cardew’scher 13.

—    elektrostatischer 15. Spannwerksmaschine der A. E. G. 433. Ständer 156.

—    Bau des 158.

—    Streuzug 230.

—    ström bei Vollast 241.

—    u. Läuferbleche von Kolben & Co. 158.

Ständer-Wickelungsarten 160.

Stanley-Kelly, Inductionsmaschinen 429.

—    Dreiphasengeneratoren 421. Steinmetz 147, 369, 370.

—    Charakteristik des Mehrphasenmotors 229.

—    Curven über das Verhalten von Einphasenmotoren 307.

—    die symbolische Methode 211, 506.

—    Formel für den Hysteresisverlust 172.

—    Tandemschaltung 446.

Sternschaltung 50.

Strassburg, Centrale 418.

Streuung an den Zacken der Zähne 215.

—    magnetische 168.

Streuungs - Selbstinduot. - Coeff. 513. Strom, arbeitsloser 29.

—    magnetisirender 212, 241, 245. Stromerzeuger, asynchrone 137.

—    von Hutin & Leblanc 155.

• Ströme, Vereinigung der 55.

Stromwechsler 466.

Sturgeon’s Untersuchungen 461. Symbolische Methode 211, 259, 506. Synchrone Motoren 153.

Systeme mit niederer Spannung 63.

Teazer 149.

Tandemschaltung 446.

Tesla 482, 484.

Theorie, analytische, der mehrphasigen Motoren 253.

—    graphische, der mehrphas. Motoren202.

—    der Inductionsmotoren 251.

Thomson, E., Motor 347.

Thomson - Houston - Gesellschaft, Vollbahn in Varese 438.

Thompson, S. P., Methode zur Phasentransformation 360.

Thury, Inductionsmaschinen 425. Transformator der A. E. G. 355. Transformatoren als Stromerzeuger, Atkinson 369.

—    einspulige 371.

—    mehrphasige 351.

—    von Gaulard 477.

—    zur Aenderung der Wechselzahl 370. Turbinen, Escher, Wyss & Co. 424.

52.

W.

u.

Ueberlandlinien 428.

Uhrdiagramme 10.

Umformer 372.

—    am Niagara 388.

—    Einanker- 379.

—    Gleichstrom-Wechselstrom 376.

—    Mannheim 385.

—    von Alioth 380, 425.

—    von der Oerlikon-Gesellschaft 381.

—    von der General Electric Co. 388.

—    von Parshall 388.

—    von Siemens & Halske 384. Umformung einphasiger Wechselströme

in zwei- oder mehrphasige 363. Umkehranlasser, selbstthätigerder A. E. G. 194.

Umsetznngsverhältniss, Kapp 383. Union Elektricitäts-Gesellschaft 366.

—    Centrale, Madrid 431. Untersuchungen über Drehfeldmotoren

von Dolivo-Dobrowolsky 491.

—    — von Ferraris 476.

—    — von Kittier & Lindley 504.

—    — von Marcel Deprez 475.

—    — von Tesla 481.

y.

Valtellina-Bahn 454. Vectoreigenschaften der Wechselströme

37.

Vereinigung der elektromorischen Kräfte

Vergrösserung der Ständerspannung 442. Versuche im magnetischen Feld 463.

—    von Gutherie & Boys 463.

—    von Herz 461.

—    von Jochmann 461.

—    von Matteucci 461.

—    von Oerlikon 365.

—    von Smith 462.

—    von Sturgeon 364.

—    von Weber 500.

—    an einphasigen Inductionsmotoren 306.

’Vollbahn, Burgdorf-Thun 437.

—    Elbthal 437.

—    Oberammergau 437.

—    ßiesengebirge 437.

—    Varese der Thomson Houston Ges. 438. Voranbewegung des Feldes 164.

Walker 346.

Wasserwiderstand, A. E. G. 188. Weber, Bericht 503.

Wechselfeld 65. Wechselgeschwindigkeit 7. Wechsellinien 65.

Wechselströme, Messung der 30.

—    Vectoreigenschaften der 37. Wechselstrommaschinen, Drehungsmoment von 31.

—    von Gramme 39.

—    von Lontin 39.

—    von Schuckert 3.

Wellenwickelung 4. 185.

Westinghouse-Gesellschaft 139.

—    Anlassmethode 284.

—    Inductionsmotoren 284. Wickelungsarten des Ständers 160.

—    für Hochspanngeneratoren 438. Widerstand, magnetischer 215.

—    scheinbarer 24.

Wirkung der Capacität 25.

—    der Selbstinductoren 19. Wirkungsgrad 298.

Wynne 40.

Z.

Zeuner’s Diagramm 12.

Zipernowsky & Déri, Permutatoren 392. Züge magnetischer Kraft 230.

Zugkraft, Ausdrücke für Drehmoment 245.

— beim Angehen 223. Zusammensetzung magnetisch. Felder 15. Zusatzmaschine 442.

Zweiphasenstrom-Wickelungen 86. 387. 388.

Berichtigungen.

S. 124 die Figuren 126 und 127 sind unter Belassung der Unterschriften gegeneinander zu vertauschen.

S. 138    Z. 2    v.    u.    lies    asynchroner statt synchroner    Drehstrommotor.

S. 161    Z. 8    v.    u.    lies    Fig. 236 statt 241.

S. 221    Z. 7    v.    u.    lies    virtuelle statt virtulle.

S. 237 Anmerkung ist hinter ETZ 1894 einzuschieben S. 561.

S. 302 Uebersckrift lies XIII statt XII.

S. 508 Z. 7 v. u. und S. 511 Z. 3, 4 und 13 v. u. lies 0 statt # (das 0 der Figur 389 und 394).

S. 510 Z. 10 v. u. lies e statt e.

S. 511 Z. 7 v. u. lies i statt i.

Dreiphasen-Stromerzeuger für hohe Spannung der Siemens & Halske Aktien-Gesellschaft in Berlin-Charlottenburg.

TAFEL I.

Modell R 26020 für 850 Kilowatt bei 50 Perioden in der Secunde und 94 Umdrehungen in der Minute Hauptzeichnung in ¹/i0, Nebenzeichnung in */₁₀ der natürlichen Grösse

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Modell O i960 12 für 1300 x cos cp Kilowatt bei 2200 Volt für jede Phase, 42 Perioden in der Secunde und 420 Umdrehungen in der Minute.

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TAFEL V.

Dreiphasen-Stromerzeuger der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin.

Modell GSD 83 650 für 4700 cos ? Kilowatt, 6600 Volt bei 50 Perioden in der Secunde und 83 Umdrehungen in der Minute.

Hauptzeichnung ca. v.₀, Nebenzeichnung ca. Vis de« natürlichen Grösse.

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Modell WJd 2900/94 für 2900 cos cp Kilowatt, 5500 Volt bei 50 Perioden in der Secunde und 94 Umdrehungen in der Minute.

Hauptzeichnung ca. Vsu» Nebenzeichnung ca. % der natürlichen Grösse.

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Verlag von Wilhelm Knapp in Halle a./S.

Zwei PH äsen-Strom erzeug er von brown, boveri & co. in baden (Schweiz),

AUFGESTELLT IN CHÈVRES,

für 1200 Pferd bei 120 Umdrehungen in der Minute und 46 Perioden in der Secunde.

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Modell dm 20—1000 für 40 Pferd und 980 Umdrehungen in der Minute.

Ausführung mit Schleifringen und mit Gegenschaltung.

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Dreiphasenmotor der Allgemeinen Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin.

Modell HD 1000 für 100 Pferd bei 190 Volt, 50 Perioden in der Secunde und 480 Umdrehungen in der Minute.

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Dreiphasenmotor der Elektrizitäts-Aktiengesellschaft vormals Schlickert & Co. in Nürnberg.

Modell NAd m für 17 Pferd bei 500 Volt, 50 Perioden in der Secunde und %5 Umdrehungen in der Minute, cos <p — 0,9.

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Zwei Phasen-Motor von Brown, boveri & Co. in baden (Schweiz),

AUFGESTELLT IN GENF,

für 1000 Pferd bei 2500 Volt und 544 Umdrehungen in der Minute.

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DREI PHASEN-MOTOR VON KOLBEN & CO. IN PRAG, für 16 Pferd bei 840 Umdrehungen in der Minute und 42 Perioden in der Secunde, ODER FÜR 20 PFERD BEI 1000 UMDREHUNGEN IN DER MlNUTE UND 50 PERIODEN IN DER SECUNDE. Hauptzeichnung v*. Nebenzeichnung */₅ der natürlichen Grösse.

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Dreiphasen-Motor der

für 750 Pferd, 420 Kilowatt bei 1100

Maschinenfabrik Oerlikon in Oerlikon bei Zürich.

bis 1900 Volt, 22,5 Perioden in der Secunde, 75 Umdrehungen in der Minute.

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