O.WfcIDUNC
DER EIEKTROMOTOR
F Ü R DIE
WERKZEUGWÄSCHINE
Zur Einführung.
Die W e r k s t a t t b ü c h e r behandeln das Gesamtgebiet der W erkstattstechnik in kurzen selbständigen Einzeldarstellungen; anerkannte Fachleute und tüchtige Praktiker bieten hier das Beste aus ihrem Arbeitsfeld, um ihre Fachgenossea schnell und gründlich in die Betriebspraxis einzuführen..
Die W erkstattbücher stehen wissenschaftlich und betriebstechnisch auf der Höhe, sind dabei aber im besten Sinne gemeinverständlich, so daß alle im Betrieb und auch im Büro Tätigen, vom vorwärtsstrebenden Facharbeiter bis zum leitenden Ingenieur, Nutzen aus ihnen ziehen können.
Indem dieSammlung soden einzelnenzuf ordern sucht,wird siedem Betrieb alsGan- zem nutzen unddam itauchderdeutsclien technischen ArbeitimW ettbewerbderVölker.
Bisher sind erschienen:
Heft 1: Gewindeschneiden. Zweite, ver
mehrte und verbesserte Auflage.
Von Oberingenieur 0 . M. M ü l l e r . Heft 2: Meßtechnik. Dritte, verbesserte
Auflage. (15.—21. Tausend.)
Von Professor Dr. techn. M. K u r r e i n . Heft 3: Bas Anreißen in Maschinenbau- Werkstätten. Zweite, völlig neubearbei
tete Auflage. (13.—18. Tausend.) Von Ing. Fr. K l a u t k c.
Heft 4: Wechselriiderberechnuug flirDrcli- h.'lnke. (7.—12. Tausend.)
Von Betriebsdirektor G. K n a p p e . Heft 5: Das Schleifen der Metalle. Zweite,
verbesserte Auflage.
Von Dr.-Ing. B. B u x b a u m.
Heft 6: Teilkopfarbeiten. (7.—12. Tausend.) Von Dr.-Ing. W. P o c k r a n d t.
H eft 7: Härten und Vergüten.
1. Teil: Stahl und sein Verhalten. Dritte, verbess. u. vermehrte Aufl.(18.—24.Tsd.) Von Dr.-Ing. E u g e n S i m o n .
H eft 8: Härten nnd Vergüten.
2.Teil :Praxis derW armbeliandlung. Dritte, verbess. u. vermehrte Aufl.(18.—24.Tsd.) Von Dr.-Ing. E u g e n S i m o n .
H eft9: Bezepte für die Werkstatt. 2. verbess.
Aufl.(11,-1 ß.Tsd.)VonDr.Fritz S p i t z e r . Heft 10: Kupolofenbetricb. 2.Yerbess. Aufl.
Von G ie ß e r e id ir ek to rC .Irr esb e rg er.
Heft 11: Freiformsehmiede. 1. Teil: Grund
lagen, Werkstoff der Schmiede. — Tech
nologie des Schmiedens. 2. Aufl. Von F. W. D u e s i n g und A. S t o d t . Heft 12: Freiformsehmiede. 2. Teil: Sehmlcde-
beisplele. 2. Aufl. Von B. P r e u ß und A. S t o d t .
Heft 13: Die neueren Schweißverfahren, Dritte,verbesserte u. vermehrte Auflage.
Von Prof. Dr.-Ing. P. S c h i m p k e.
Heft 14: Modelltischlerei. 1. Teil: Allge
mein es.Einfachere Modelle. Von R. L ö w er.
Heft 15: Bohren. Von Ing. J. D i n n e b i e r und Dr.-Ing. H . J. S t o e w e r . 2. Aufl.
(8.—14. Tausend).
Heft 16: Reiben nnd Senken.
Von I n g . J . D i n n e b i e r .
H eft 17: Modelltischlerei.
2. T e il: Beispiele touModellen und Scha
blonen znm Formen. Von R. L ö w e r.
H eft 18: Technische Winkelmessungen.
Von Prof. Dr. G. B e r n dt. Zweite, ver
besserte Aufl. (5 .-9 . Tausend.) Heft 19: Das Gußeisen.
Von Ing. Joh. M e h r t e n s .
Heft 20: Festigkeit und Formänderung.
I. Die einfachen Fälle der Festigkeit. Von Dr.-Ing. K u r t L a c h m a n n .
Heft 21: Einrichten von Automaten.
1. T e il: Die Systeme Spencer und Brown
& Charpe. Von Ing. K a r l S a c h s e . Heft 22: Die Fräser.
Von Ing. P a u l Z i e t i n g . Heft 23: Einrichten von Automaten.
2. T eil: Die Automaten System Gridley (Ein
spindel) u. Cleveland u. die Offenbacher Automaten.
Von P h . K e l l e , E. G o t h e , A. K r e i l . Heft 24: Stahl- und Temperguß.
VonProf.ür. techn.E r d m a n n K o t h n y . Heft 25: Die Ziehtechnik in der Blech- bearbeitung.VonDr.-Ing. W a i t e r S e l l i n . Heft 26: Bitumen.
Von Ing. L e o n h a r d K n o l l . Heft 27: Einrichten von Automaten.
3. T e il: Die Mehrspindcl-Automaten.
Von E. G o t h e , P h. K e l l e , A. K r e i l . Heft 28: Das Löten.
Von Dr. W. B u r s t y n .
Heft 29: Kugel- und Rollenlager (Wälz
lager). Von H a n s B e h r . Heft 30: Gesunder Guß.
VonProf .Dr. techn.E r d m a n n K o t h n y . Heft 31: Gesenkschmiede. 1. Teil: Arbeite
weise und Konstruktion der Gesenke.
Von P h . S c h w e i ß g u t l i . Heft 32: Die Brennstoffe.
V o n P ro f.D r.tech n .E rd m a n n K o th n y . H eft 33: Der Vorrichtungsbau.
I : Einteilung, Einzelheiten u. konstruktive Grundsätze. Von F r i t z G r ü n h a g e n . Heft 34: Werkstoffprüfung (Metalle).
Von P r o f.D r .-In g .P .R ie b e n sa h m und Dr.-Ing. L. T r a e g e r.
Fortsetzung des Verzeichnisses der bisher erschienenen sowie Auf
stellung der ln Vorbereitung befindlichen Hefte siehe S.fjmschlsgscite.
Jedes Heft 48—64 Seiten stark, mit zahlreichen Textabbildungen.
WERKSTATTBUCHER
FÜR BETRIEBSBEAM TE, KONSTRUKTEURE UND FACH
ARBEITER. HERAUSGEGEBEN VON DR.-ING. EUGEN SIMON
= = = = = = HEFT 54
D e r E l e k t r o m o t o r f ü r d i e W e r k z e u g m a s c h i n e
Von
Dipl.-Ing. Otto W eid lin g
Mit 64 Abbildungen im Text
B e r l i n
V e r l a g v o n J u l i u s S p r i n g e r
1 9 3 5
Seite
Vorwort ... ... . . . ... '3
I. E i n l e i t u n g . . . . 3
II. D e r G l e i c h s t r o m m o t o r ... 6
A. D er G leichstrom -N ebenschlußm otor... 5
B . D er Gleichström-Hauptschlußm otor . . . ... .... 13
C. D er Gleichstrom-Kompoundmotor . ... . ... 14
I I I . D e r D r e h s t r o m m o t o r . . . ■ ; . . 14
A. D er Asynchronmotor allgemein ...15
B. Der Asynchronmotor m it Käfigläufer . . ... 15
C. Der Asynchronmotor m it S chleifringläufer . . 20
D . Regelung des Asynchronmotors . . . .! . . . 22
E . Der D rehstrom -N ebenschlußkollektorm otor...26
E. Bremsung des Drehstrom-Asynchronmotors ... 27
G. D er Leistungsfaktor cos q> und seine Verbesserung . . ... 30
H . Umformung von D rehstrom in Gleichstrom . ... . 31
IV. D e r E i n p h a s e n w e c h s e l s t r o m m o t o r ... 34
A. D er E in p h a sen in d u k tio n sm o to r... 35
B. D er Einphasen-Repulsionsm otor . • ... 37
V. D e r U n i v e r s a l m o t o r ...38
VI. D e r E l e k t r o m o t o r a l s K r a f t m a s c h i n e ' ... 38
A. Die E n e rg ie v e rh ä ltn is s o ... 38
B. Die Ausführungsformen des M o t o r s ... 42
V II. D i e L e i s t u n g e n . . 46
A. B e la stu n g sta b ellen ... 46
B. Die K o n tr o llr e c h n u n g ... 47
C. Die Ausführung der Leitungen ... 48
V III. D i e A b s i c h e r u n g d e s M o t o r s ... 51
I X. B e t r i e b s s c h ä d e n , i h r e U r s a c h e n u n d B e s e i t i g u n g . . ...52
A. Störungen bei Inbetriebsetzung des M otors... .... ... 52
B. Störungen -während des Betriebes . . . . . . 54
' ' - - Va*% . -•
M f # - . '
m & 5
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in frem de Sprachen, Vorbehalten.
P rin ted in Germany.
Vorwort.
Betriebsfachleute und K onstrukteure haben eine vorwiegend stoffliche D enk
weise, die sich in den Begriffen der M echanik, W ärm elehre u nd Chemie bew egt;
w ährend die E lektrotechnik m it unsichtbaren und ungreifbaren Größen arbeiten m uß, die aber doch sehr reelle W irkungen haben. E s scheint für die genannten F achleute deshalb oft schwierig, in die E lektrotechnik einzudringen. Diese Schwierigkeit ist aber doch n u r scheinbar, denn es gehört n u r ein passender Schlüssel dazu, um bald zu finden, daß in der Elektrotechnik die gleichen all
gemeinen N aturgesetze und Erfahrungen wie sonst gelten un d daß sich der m aschinenbaulich vorgebildete und erfahrene Fachm ann m it der E lektrotechnik
— wenigstens soweit es sich um die mechanische Anwendung (elektrische Energie
verwendung in W erkstätten) handelt — g u t v e rtra u t m achen kann. F ü r viele ist das unerläßlich, denn die richtige Auswahl des elektrischen Antriebes in der W e rk statt und besonders des Einzelantriebes der W erkzeugmaschinen nach dem heutigen S tand der Technik verlangt eine tiefe E insicht in die Eigenheiten der elektrischen M otoren und A pparate.
Das vorliegende H eft will dem B etriebsm ann und dem K onstrukteur, besonders der W erkzeugmaschinen, diese K enntnisse in den richtigen Grenzen u nd in ein
facher u n d bequemer Foxm verm itteln. E s setzt dabei die K enntnis der allge
meinen Grundlagen der E lektrizitätslehre voraus, wie sie auf jeder technischen Schule gelehrt werden. Aus diesem Grunde konnte auf die E rklärung der. E n t
stehung der Drehbewegung in den M otoren verzichtet werden.
D er Verfasser m öchte auch an dieser Stelle H errn P o l l o k , D irektor der All
gemeinen Elektricitäts-G esellschaft, für die freundliche F örderung seiner A rbeit danken.
I. Einleitung.
1. Gleichstrom. Die beiden gebräuchlichsten Leitungssystem e sind in Abb. 1 un d 2 dargestellt. Das D reileitersystem h a t den Vorteil, daß m an für den K ra ft
anschluß die doppelte Lichtleitungsspannung, im vorliegenden F all 440 V, zur Verfügung h a t un d deshalb n u r _______
L J i
M
hSi L -P
- 0
■H
JSÄ
Abb. 1. Gleichstrom-Dreileitersystem.
Z. B. Licht 220 V. K ra ft MO V. Null
leiter nloht abslchcru. Lichtschalter nicht in den Nulleitcr legen. Lampen gleichmäßig verteilen. P , jV , O N etz: P positiver Leiter, S nega
tiver Leiter, O Nulleiter. -V Motor, L Lampen, S i Sicherung.
die halbe S trom stärke braucht, so daß die Leitungen u n d K abel schwächer ausgelegt werden können.
Beim D reileitem etz m uß der N ulleiter geerdet, darf aber nicht abgesichert werden, da die Ge
fahr der Ü berspannung e n t
steh t, wenn diese Sicherung durchschm ilzt. F ü r L icht darf eine höhere Spannung als 250 V nicht gewühlt werden.
Die genorm tenB etriebsspan- n u n g e n sin d : 110, 220, 440 und
500 V. E s gibt noch höhere, doch kommen diese fü r die W e rk statt n ich t in B etracht.
2. Drehstrom. Auch hier unterscheidet m an 2 Strom leitungssystem e und zwar Drei- und Vierieitersystem (Abb. 3 und 4). W ährend beim Dreileitersystem
1*
Abb. 2. Glcichstrom-Zwci- leitersystein. Licht und K ra ft 220 V, m it blankem geerdetem Nulleitcr; wird heute nicht mehr angewen
det, dafür zwei isolierte und gesicherte Leitungen un
geerdet.
■L «s*
für L icht u n d K ra ft die Spannung gleich ist, ist sie beim V ierleitersystem fü r K ra ft 1,73 ( = ]^3) m al höher als für L icht.
---/r --- s...
n
L
^
/O,---
II
\ [1
L--- O ---
O Jzz-z:---
---
L
---
®
-
J*
Abb. 3. Drchstrom-Dreilelter- systcm. Z .B . l i c h t 220 V, 50 H z; K ra ft 220 V, 50 Hz.
la m p e n gleichmäßig vertei
len. n , S , T Netz.
Abb. 4. Drehstrom-Vierleiter- Bystem. Z .B . l i c h t 220 V, 50 Hz; K ra ft 380 V, 50 Hz.
Nullciter nicht absichern.
Die notwendige S trom stärke ist um den gleichen W ert geringer und erm öglicht die Verwendung k lei
nerer Leitungs- u n d K abelquer
schnitte.
F ü r die W e rk sta tt kommen fol
gende genorm te B etriebsspan
nungen in B e tra c h t: 125,220, 380, 500 V. Die Frequenz b eträ g t in D eutschland allgemein 50 Hz ( = 50 H ertz — 50 Perioden je Se
kunde). Norm al is t das V ierleiter
system m it 220 V für L ich t und kleine Einphasenm otoren und 380V für D rehstrom m otoren.
3. Allgemeine Betrachtungen. Die
für die W e rk statt am häufigsten zur Verfügung stehende S trom art is t ohne Frage der D rehstrom . Weil er einfach durch Transform atoren hoch gespannt werden kann, ist es möglich, m it ihm große Energiemengen sehr w irtschaftlich auf weite E ntfernungen zu ü b e rtra g e n ; denn die Leitungsquerschnitte werden verhältnism äßig klein. Von günstig liegenden K ra ft
werken aus w ird er den Verbraucherstellen, die entweder aus einem Zusam m en
schluß vieler Abnehm er bestehen oder aber auch ohne weiteres Einzelver
braucher sein können, zugeführt und hier auf die gewünschte B etriebs
spannung ebenfalls durch Transfor
m atoren um gespannt. Diese bedürfen - w eiter keiner nennensw erten W artung, d a sie ohne jede mechanische B e
wegung u nd som it ohne B austoff- abnutzung und außerdem m it einem M indestm aß von Verlusten arbeiten.
Von besonderer B edeutungfür dieVer- breitung des Drehstrom es ist ferner die einfache, betriebssichere u n d d a m it billige Ausführung der Motoren un d Schaltgeräte. I n der W e rk statt selbst w ird deshalb der D rehstrom überall d o rt, wo keine Drehzahlrege
lung der A ntriebsm otoren notwendig ist, der w irtschaftlichste A ntrieb sein.
Tatsächlich benötigen aber sehr viele W erkzeugmaschinen einen regelbaren A ntrieb, der um so besser ist, jo fein- stufiger er ausgeführt werden kann.
Bei D rehstrom ist eine elektrische Regelung n u r in großen Stufen durch Polum schaltung möglich (s. Abschn. 32). An dieser Stelle sei schon der Drehstrom nebenschiußkollektorm otor (s. Abschn. I I I E ) erw ähnt, der wohl stufenlos regelbar ist, aber für W erkzeugmaschinen wenig
A bb. 5. Drei Möglichkeiten, um a n Steckdosen in Be
trieben m it Gleich- und Wechselstrom die jeweils vor
handene S trom art zu erkennen, a Durch W asserzersetzung.
Gleichstrom: An der Minuselektrode entwickelt sich dop
pelt soviel Gas wie a n der Pluselektrode. Wechselstrom:
Beide Elektroden schäumen gleichmäßig, ö Durch Glimm
lampe. Gleichstrom : Die K athode der Lam pe allein leuch
te t lilafarben hell auf. W echselstrom: Anode und K a -’
thode der Lam pe leuchten auf, aber ganz unbestim m t.
c Durch Lackmuspapier. Gleichstrom : Am Minuspol fä rb t sieh das angefeuchtete Papier ro t. W echselstrom : An bei
den Polen t r i t t K otfärbung des angefeuchteten Papieresein.
Der Gleichstrommotor.
verw endet wird, weil seine Leistung m it der D rehzahl sinkt, w ährend die m eisten W erkzeugmaschinen gleiche Leistung über den ganzen Regelbereich benötigen.
D adurch m üßten verhältnism äßig große M otoren genommen werden, die dann auch dem entsprechend teuer sind. Eine feinstufige Regelung u nd dam it eine gute Anpassung der Arbeitsgeschwindigkeiten an den jeweiligen Arbeitsgang lä ß t sich dagegen in einfacher und w irtschaftlicher Weise durch Verwendung von Gleichstrom-Nebenschlußreguliermotoren erreichen. Die Vorteile dieser Motoren (s. Abschn. IIA ) sind so groß, daß m an sich nicht scheuen sollte, bei V orhanden
sein von D rehstrom den für die Erzeugung von Gleichstrom notwendigen U m former oder Gleichrichter aufzustellen.
E s ist das allein R ichtige und W irtschaftliche, fü r jede Maschine die S trom art zu wählen, die sie verlangt.
H a t eine W e rk sta tt Gleich- und W echselstrom , so k ann in Zweifelsfällen nach Abb. 5 die S tro m art leicht bestim m t werden.
o
MF LA W W V W 1-1II. Der Gleichstrommotor.
A. D e r G l e i c h s t r o m - N e b e n s c h l u ß m o t o r .
4. Allgemeines. D er Nebenschlußm otor besitzt eine aus vielen W indungen dünnen D rahtes bestehende Erregerwicklung, die dem A nker parallel geschaltet ist (Abb. 6). Sie h a t einen so großen W iderstand, daß sie .trotz des Anschlusses an die volle Klem m enspannung nur einen schwachen E rreger
strom aufnim m t, der nur einen sehr geringen Teil des A nker
strom es ausm acht. Außerdem erhalten die für die W e rk statt in B etrach t kom m enden Gleichstrommotoren fa st säm tlich — m it Ausnahm e der für ganz kleine Leistungen — eine schwache
H auptstrom w icklung (Sicherheits-Kompoundwicklung). Diese Abb 6 (,run(lsilt7iich0 W icklung, die vom A nkerstrom durchflossen wird, besteht aus Schaltung des Neben
sehr wenigen W indungen stark en D rahtes und h a t dadurch auf k e r .F Erregerwicklung
das eigentliche V erhalten (Charakteristik) eines Nebenschluß- (Feld).
m otors keinen wesentlichen Einfluß. U m eine funkenfreie Strom wendung u n ter den B ürsten bei allen B elastungen sowie bei häufigem D rehrich
tungswechsel zu ermöglichen und d am it eine gute A usnutzung des Motors, erh alten ' fa st alle Motoren außer den H auptpolen kleine dazwischen liegende Hilfspole (Wendepole, Abb. 7), deren W icklung ebenfalls vom A nkerstrom durchflossen wird. Die M otoren müssen selbstverständlich auch bei plö tz
lichen Belastungsänderungen zwischen Leerlauf und Vollast funkenfrei arbeiten, ohne daß die B ürsten irgendwie verstellt zu werden brauchen. Sie m üssen zu diesem Zweck in der sogenannten neutralen Zone radial zum Strom wender stehen. Sonderm otoren für besonders große Regelbereiche u n d hohes A n
zugsmoment erhalten außerdem noch eine einem ähnlichen Zweck wie die W endepole dienende K om pensationswicklung, die in den Polschuhen der H auptpole untergebracht w ird und die F eldverzer
rung aufhebt , die durch die Querm agnetisierung des Ankers entsteh t.
A bb. 7. A ulbau eines Gleichstrommo
tors. A Anker m it Ankerspulen. B B ü r
sten m it Bürstenhalter auf Bürstenbol
zen, diese auf Bürstenstern. 1 ' Feld
m agnetspule (Feldwicklung). H Hilfs- polspule (Hilfspolwicklung). K Strom wender (Kollektor, K om m utator). K l K lem m brett. L lu f ts p a lt. M Magnet
gehäuse m it Fcldm agneten. X , S Nord- bzw. Südhauptpol. » ,s Nord-bzw . Siid- hilfspol (Wendepole). P S Polschuli.
5. Schaltung und genormte Kleimnenbezeiclinungen gehen im einzelnen aus Abb. 8 hervor. Des besseren Verständnisses wegen w urde in jedem F all der A n
lasser m it eingezeichnet. Bei Schaltschema I I I werden die Klem m en B u n d G bereits im Motor verbunden, so daß m an am K lem m brett n u r die gemeinsamen
Anschlüsse A u n d H B für A nker p un d W endepole h a t. Aus dieser Bezeichnung is t übrigens auch sofort zu ersehen, daß der M otor W endepole besitzt.
6. Drehrichtimgswechsel. D er D rehsinn des Nebenschlußm o
tors kann entweder durch U m kehrung der Strom richtung im Anker oder im Feld geändert werden,, niem als aber durch beide zugleich; er liefe d ann in der gleichen D rehrichtung wei
te r, Am vorteilhaftesten ist es, im m er n u r im Anker um zu
schalten, d a hierbei nm* die Klem m en A und B v ertauscht zu werden brauchen, woraus sich einfache Schaltgeräte ergeben. Dieses wä,re nich t der Fall, wenn s t a t t dessen das Feld G-— D um geschaltet w ürde. M it diesem zusam m en m üßte dann näm lich auch die Sicherheits-Kompoundwicklung E —F (also insgesam t 4 Klemmen) ver
tau sch t werden, da in dieser im m er die gleiche Strom richtung wie im Feld sein m uß, andernfalls sie das Nebenschlußfeld schwächen würde (Gegenkompoun
dierung). E ine U m sehaltung des Feldes is t bei den M otoren, die oft u nd schnell um gesteuert werden müssen, ferner aus dem Grunde nich t angebracht, weil infolge der Spannung der Selbstinduktion, die beim Schalten a u ftritt un d vernichtet werden m uß, Zeit un d elektrische A rbeit verloren gingen. Schließlich ermöglicht die Beibehal
tu n g der gleichen Strom richtung
. Schaltung des Nebenschlußmotors. I. Keiner Nebenschlußmotor. II. Nebenschlußmotor m it Si- eherheitskompoundwicklung. lll.Nebensehlußmot-or
m it Sicherheitskompound- und Hilfspol-(Wendepol-)Wicklung. A B Klemmen der Ankerwicklung; C X> Klemmen der Erregerwicklung (des Neides). B F Klemmen der Sicherheltakompoundwickluug.
O E Klemmen der Hiirspol-(Wcndepol-)Wlcklung. P , N Gleichstrom
netz. L , M , R Klemmen des Anlassers.
kechfslauf -p -tt
Links/auf
i Q ~ p a -
— ---
} Lj L
---
— ---
-p-N im Feld die vorteilhafte und w irtschaftliche Ankerkurzschluß- brem sung durch einfache Sehalt
geräte. D aß zusam m en m it dem A nker auch die Stroinrichtung in d en W endepolen bei U m kehrung des M otordrehsinnes geändert w erden m uß, m acht nichts aus, da, wie schon oben erw ähnt, an den K lem m brettern d er m eisten M otoren die Anschlüsse des A n
kers m it A un d H B gekenn
zeichnet sind, also die Wendepolwicklung schon fest m it dem einen E nde des A nkers im In n ern des Motors verbunden ist. Die Abb. 9 zeigt nochm als, zusam m enfassend einen Gleichstrom-Nebenschlußm otor m it W endepolen u nd Sicherheits-Kom poundwicklung fü r R echts- u n d Linkslauf. K o m m t ein betriebs
mäßiges U m schalten des Motors in B etrach t, so m uß parallel zum F eld (C-—D) ein Feldschutzw iderstand angeordnet sein, dam it keine Überspannungen entstehen können, die durch hohe S elbstinduktion hervorgerufen würden.
7. Drehzahl, Drehm oment, W irkungsgrad. Ih re Abhängigkeit von d er Be-
A bb. 9. Strom verlauf in einen) Nebenschlußmotor m it Sicberhei,t«komponud- und Wendepolwicklung.
Der Gleichstrom-Nebenschlußmotor. 7
12
W 110
U/min 2000 1500
%1000
500
>
/
'S V T..J/
■ "
- ..
0
120 A 100 - i
t-
100%so<S7-g
J
S m k g S Nufzc/rehmoment -
A bb. 10. Betrlebsburvcn eines Nebenschlußmotors 3,7 kW (dauernd), 110 V Klemmenspannung.
lastung geht im einzelnen aus der C harakteristik Abb. 10 Hervor. Die Drehzahl eines Motors m it N ebensehlußeharakteristik is t nahezu unabhängig von der B e
lastung, vorausgesetzt natürlich, daß sich die Klem m enspannung nicht ändert.
D er U nterschied der Drehzahl bei Voll
last und Leerlauf ist von der Größe der M otoren u n d ferner davon abhängig, ob es sich um Regulierm otoren handelt. Bei norm alen M otoren h ä lt e r . sich in den Grenzen von 5 . .. 15 %, und zwar ist der Abfall um so kleiner, je größer die Mo
toren sind. Bei Reguliermotoren, die m it einer besonderen Sicherheits-Kom poundwicklung ausgerüstet sind, kann der Unterschied besonders bei den höhe
ren Drehzahlen bis 25% betragen, weil das Nebenschlußfeld für die Regulierung geschwächt wird und das von der Sicher
heits-Kom poundwicklung gebildete Feld größeren Einfluß erhält. Das D rehm om ent ä n d e rt sich gleichmäßig m it der aufgenommenen Leistung. Die W irkungsgradlinie soll zeigen, daß der M otor bei 1/4, u n d a/i L ast einen sehr g u ten W irkungsgrad besitzt.
8. Anlaufvcrhältnisse. Der Gleichstrom -Nebenschlußm otor darf niemals u n m ittelb ar eingeschaltet werden, da er hierbei einen unzulässig hohen Strom auf- näbm e. Dieser könnte den Strom wender (K om m utator) oder die W icklung zer
stören, die Lötstellen lösen und die Isolation verkohlen, wenn fü r einen solchen F all der Motor nich t durch eine geeignete Sicherung oder einen Schutzschalter geschützt wäre. D er hohe Einschaltstrom kom m t daher, daß im Augenblick des Einschaltens die volle N etzspannung an den A nker gelegt wird, der n u r einen sehr kleinen W iderstand h at. N ach dem Ohmschen Gesetz / = ~ - h a t ein kleiner W iderstand eine sehr hohe Strom aufnahm e zur Folge. Ganz anders hegen die Verhältnisse, sobald der M otor läuft, d a er dann eine Gegenspannung erzeugt, die n u r wenig kleiner als die N etzspannung ist. E s m uß zum Anlassen ein W ider
sta n d vor den Anker geschaltet -werden, um die Strom stärke zu begrenzen., Zu beachten ist, daß der Anlaßw iderstand nur im Ankerstrom kreis hegt, w ährend das F eld auch im Verlauf des Anlaßvorganges im m er die volle N etzspannung erhalten m uß. Aus diesem Grunde sind zwischen dem Nebenschlußm otor und dem Anlasser wenigstens 3 Zuleitungen notwendig. N ur die ganz kleinen Motoren können u n m ittelb ar eingeschaltet werden, da ih r A nkerw iderstand verhältnis
m äßig hoch ist. E s können aber auch größere Motoren, die aus irgendwelchen G ründen (z. B. Verstehantriebe) unm ittelbar eingeschaltet werden sollen, durch V orschalten eines D auervorschaltw iderstandes unm ittelb ar an das N etz gelegt werden. D a dieser W iderstand aber m it dem M otor zusammen eingeschaltet bleibt u nd nutzlos einen Teil der Leistung vernichtet, eignet sich diese A nlaßart n u r für kurzzeitigen B etrieb. Die Drehzahl des Motors w ird natürlich durch den Vor
schaltw iderstand entsprechend herabgesetzt.
F ü r die Bestim m ung des Anlassers ist das L astm om ent von B edeutung. E n t
sp rich t dieses dem N ennm om ent des Motors, so m uß ein Anlasser gew ählt werden, d er w ährend des Anlaufens etw a im M ittel das l,5fache M oment zuläßt, d am it der M otor sich beschleunigt. Die Beschleunigungszeit, d. h. die Anlaufzeit, ergibt sich durch den Uberschuß des m ittleren M otormomentes gegenüber dem L ast-
momeniD. I s t der Überschuß klein, so is t natürlich die Anlaufzeit lang und u m gekehrt. Man k an n daher m it einem V ollastanlasser auch den M otor anlassen,
■wenn das Gegenmoment klein ist. I n einem solchen P all -wird der M otor in kurzer Zeit hoch laufen. K om m t Leer- oder H alblastanlauf in B etracht, so können kleinere Anlasser gew ählt werden. I s t jedoch das Lastm om ent nicht b ekannt, so ist es stets empfehlenswert, den Anlasser für V ollastanlauf vorzusehen, d a die Gefahr besteht, daß die W iderstände bei zu knapper Bemessung zu heiß werden u nd durchbrennen. W ird aus besonderen Gründen ein sanfter Anlauf gefördert, so kan n der Anlasser so ausgelegt werden, daß der Einschaltstrom u nd d am it das Anlaufm om ent klein ist und dann stufenweise gesteigert wird.
Soll der Motor in seiner D rehrichtung auch um gekehrt werden, so ist es ste ts zweckmäßig, Anlasser und U m schalter in einem G erät zu vereinigen (Abb. 11).
H ierdurch wird verhindert, daß die D rehrichtung ohne B enutzung des Anlassers u n m ittelb ar um ge
k e h rt wird.
R ichtiges Anlassen verlangt, bei jeder Stufe so lange zu w arten, bis der M otor sich genügend b e
schleunigt h a t, was um so länger dau ert, je schwerer der Anlauf ist. F ü r M aschinen m it schwerem A n
lauf soll stets ein Strom messer vorhanden sein, der w ährend des Anlaufens zu beobachten ist. Auf die nächste Stufe kann w eitergeschaltet werden, wenn der Zeiger des Strom messers genügend w eit g e
fallen ist.
9. Regelung. Eine Regelung des Nebenschluß
m otors ist zunächst dadurch möglich, daß m an in den A nkerstrom kreis W iderstände einschaltet un d Abb. n . Schaltbild eines Nebenschluß- dadurch die D rehzahl herabreguliert. Diese Regelung t a n r m ' ^ Ä S UidraCM^rsScii- ' erfolgt bei ungefähr gleichbleibendem D rehm om ent,
Schaltung lü r Linksiauf des: Motors, j }1_ die Leistung sinkt hierbei ungefähr in gleichem
A W Anlnsserwlderstand. i !F Feld- . ° ®
schütz widerstand. M alle w ie che U m d re h u n g s z a h l a b m m m t, b ei v ie le n M otoren sogar wesentlich m ehr, d a bei den nie
deren D rehzahlen die K ühlung durch den im M otor vorhandenen V entilator nicht m ehr w irksam ist. E s is t deshalb angebracht, sich bei den einzelnen M otoren im m er zu vergewissern, wie weit und u nter welchen Bedingungen nach abw ärts geregelt werden kann. Diese Regelung, ist aber sehr unw irtschaftlich, da m an dem Motor die volle Leistung zuführen m uß, von dieser aber n u r einen Teil au sn ü tz t;
denn der zur H erabsetzung der D rehzahl im V orschaltw iderstand zu vernichtende Teil w ird in W ärm e um gesetzt und geht nutzlos verloren. D er W irkungsgrad ist in diesem Falle sehr schlecht: er sink t ungefähr im V erhältnis der U m drehungszahlen n t : n , w enn n t die eingestellte verringerte D rehzahl bedeutet und 7i die norm ale D rehzahl des Motors. D er größte N achteil dieser Regelung un d der Grund, weshalb sie fü r W erkzeugm aschinenantriebe nich t zu verwenden ist, is t der, daß die Regelung von der B elastung abhängig ist. D adurch is t es ganz u n möglich, eine bestim m te Drehzahl, auf deren E inhaltu ng selbstverständlich W e rt gelegt werden m uß, einzustellen. D er Motor w ird bei E n tlastu n g sofort hochlaufen und bei B elastung dan n wieder abfallen.
Im Gegensatz hierzu ist die Regelung eines Nebenschlußm otors durch Schwä
chung seines Feldes (Nebenschlußregelung) von außerordentlich großer B edeutung fü r den M otor in der W e rk statt, weil sie praktisch verlustlos bei gleichbleibender Leistung und sehr feinstufig möglich ist. Diese Regelung geht von der G runddreh-
fW
123 321
3 5 SS
AW l i
3 3
D er Gleichstrom-Nebenschlußmotor. 9 zahl (normale Drehzahl) des Motors nach oben bis ungefähr 1 : 5 und m ehr. Aus praktischen Erw ägungen heraus dürfte aber eine Regelung von über 1 : 3 kaum zu empfehlen sein, da der Motor die jeweils benötigte Leistung schon bei seiner Grunddrehzahl abgeben m uß. Diese würde bei einer Regelung von 1 : 5 außer
ordentlich niedrig sein, da die Grenzdrehzahl nach oben hin sowohl aus rein mechanischen als auch aus elektrischen Gründen gezogen ist und bei den kleineren M otoren ungefähr 3000 U /m in bei Vollast beträgt. In diesem Falle m üßte d er Motor die verlangte Leistung schon bei 600 U /m in abgeben, wodurch ein großes u nd dam it teures Modell gew ählt werden m üßte. Bei einer Regelung von 1 : 3 dagegen liegen die Verhältnisse wesentlich günstiger, d a m an in diesem Falle m it einer Grunddrehzahl von 1000 U/m in und dam it einem kleineren un d billigeren M otormodell auskom m t. Zu beachten ist, daß im allgemeinen normale Gleichstrom- Nebenschlußm otoren n u r um 50% im Feld reguliert werden können, ohne daß ein schädliches Feuern am K om m utator auf tritt. F ü r größere Regelbereiche werden die Motoren besonders ausgelegt u n d erhalten eine verstärk te Sicherheits- Kompoundwicklung.
10. Leonard-Antrieb. W ird ein großer Motorregelbereich benötigt, bei dem wieder die jeweils gewünschte Drehzahl annähernd unabhängig von der Belastung eingestellt werden soll, so kom m t der Leonard-A ntrieb in B etracht. Dieser e r
möglicht auf rein elektrischem Wege eine praktisch stufenlose Regelung und w ird von den größten bis 1 zu den kleinsten Leistungen ausgeführt. Die G rund
lage der Schaltung geht aus Abb. 12 hervor. Der Leonard-Satz besteht zunächst aus einem Leonard- G enerator L , der den gesam ten Strom für den Arbeitsm otor J i liefert, und deshalb u n ter B erück
sichtigung der Verluste eine etwas höhere Leistung aufweisen m uß als dieser. Der A ntriebsm otorD des Leonard-Satzes k ann ein Dreh- oder Gleichstrom- Nebenschlußm otor sein, je nachdem , was für eine S trom art zur Verfügung steht. Die für die E r regung des Generators sowie für die des A rbeits
m otors notwendige Energie liefert eine besondere Erregerm aschine E , die ebenfalls m it dem M otorgenerator mechanisch gekuppelt ist, sofern n ich t ein Gleichstrom netz zur Verfügung steht. Die Drehzahl des A rbeitsm otors M wird dadurch geregelt, daß m an durch einen feinstufigen Regelwiderstand R die Erregung des Leonard- Generators u n d d am it dessen Klem m enspannung zwischen 0 u n d einem H öchst
w ert ändert. Jedem W erte der Generatorspannung entspricht eine bestim m te U m drehungszahl des Arbeitsm otors, die er bei allen Leistungen bzw. bei jedem D reh
m om ent stets annähernd beibehält. Geregelt wird bei gleichbleibendem Moment.
D er A rbeitsm otor kann dadurch in einem noch größeren Bereich geregelt werden, daß m an den Generator auf die höchste Spannung und dam it den A rbeitsm otor auf die höchste Drehzahl reguliert, um sodann die norm ale Nebenschlußregelung für den A rbeitsm otor in der bekannten Weise anzuwenden. H ierzu wird in den Erregerkreis des Arbeitsm otors ebenfalls ein feinstufiger Regelwiderstand eingebaut und dadurch der Motor nochmals durch Schwächung seines Feldes im Nebenschluß hochgeregelt.
E s w ird dann bei gleichbleibender Leistung geregelt, und zwar m it d e r Leistung, die der A rbeitsm otor bei der höchsten m it dem Leonard-G enerator erreichbaren Spannung aufbringt. E s lassen sich hierdurch bei der Leonard-Schaltung ohne Schwierigkeiten große Regelbereiche erfassen. Das Verhältnis der Regelung im Ankerstrom kreis zu der im Feld des Arbeitsm otors ergibt sich von F all zu F all
A bb. 12. Grundsätzliche Schaltung des Leonardantriebes. D Drehstrom-Antriebs- m otor. L Leonard-Generator. M Arbeits
m otor. E Erregergenerator. R Regler.
je nach dem gew ünschten Gesamtregelbereich und nach der Ausführung der einzelnen Maschinen. E in weiterer Vorteil der Leonard-Schaltung b esteh t darin, d a ß die Anlaß- u nd R egelapparate Jl für den A rbeitsm otor im Erregerstrom kreis des Generators liegen und deshalb nur für kleine Ström e bemessen zu werden brauchen.
Dieses fällt besonders bei großen Motoren, die häufig angelassen oder in der D reh
richtung um gekehrt werden müssen, ins Gewicht. F ü r den A ntriebsm otor des Leonard-Satzes genügt ein norm aler Schalter oder Anlasser fü r H alblastanlauf.
Die D rehrichtung des A rbeitsm otors w ird dadurch gewechselt, daß m an den Erregerstrom des Generators um kehrt.
11. Zu- und Gegenschaltung. A ußer m it dem Leonard-A ntrieb k an n über einen großen Drehzahlbereich praktisch verlustlos und feinstufig auch durch die „Zu- un d Gegenschaltung“ in w irtschaftlicher Weise geregelt werden. E in allgemeines Schaltschem a zum Anschluß an ein D rehstrom netz ist in Abb. 13 dargestellt. Der
grundlegende U nterschied zwischen der L eonard- und der Zu- und G egenschaltungbesteht darin,daß bei dieser der A rbeitsm otor M von einem Gleich
strom generator gleichbleibender Spannung (K on
stantgenerator) K u n ter Zwischenschaltung eines Regelgenerators, des Zu- und Gegenschaltungs
generators Z , gespeist w ird. Beide Generatoren werden durch einen D rehstrom m otor D ange
trieben. I s t ein Gleichstrom netz vorhanden, so ist . der K o nstantgenerator n ich t m ehr erforder
lich. Das vorhandene Netz m uß allerdings eine genügende Belastungsfähigkeit und gleichblei
bende Spannung haben, dam it einwandfrei ge
regelt werden kann. D er A rbeitsm otor w ird fast stets fü r 440 V höchste Ankerspannung gewählt, d am it er im m er noch eine ausreichende Spannung bei den niederen Drehzahlen h a t, so daß ein großer Regelbereich verfügbar ist. U m die dem A rbeits
m otor zugeführte Spannung zwischen 0 und 440 V zu regeln, wird zunächst der Zu- und Gegenschaltungsgenerator Z so erregt, daß seine A nkerspannung etwa. 220 V b eträg t, aber der Spannung des K o n sta n t
generators K , der ebenfalls fü r 220 V ausgelegt ist, bzw. des N etzes bei Gleichstrom anschluß, entgegengerichtet ist. J e tz t w ird die Erregung des Zu- un d Gegen
schaltungsgenerators allm ählich geschwächt, wodurch seine Ankerspannung stetig bis zum W ert 0 abnim m t. D adurch steigt die Spannung des A rbeitsm otors im m er höher, bis sie schließlich die gleiche H öhe wie die Spannung des K onstantgenerators bzw. des Gleichstromnetzes h a t. D er A rbeitsm otor wird also in diesem F all m it seiner halben D rehzahl laufen. Sodann wird durch W eiterdrehen des U m schaltregulatorsB d as Feld des Zu- und Gegenschaltungsgenerators um gekehrt u n d fortschreitend von 0 bis zum H öchstw ert erregt. D a aber nunm ehr diese anwachsende A nker
spannung m it der der gleichblcibenden Stromquelle (K onstantgenerator bzw. Gleich
strom netz) gleichgerichtet ist, addieren sich beide, so daß die A nkerspannung des A rbeitsm otors von 220 auf 440 V steigt, wodurch er auf seine volle D rehzahl kom m t.
E s wird bei gleichbleibendem Moment geregelt, wobei die jeweils eingestellte D rehzahl annähernd gleich bleibt. Genau wie beim Leonard-A ntrieb kann m an je tz t noch den Regelbereich dadurch erw eitern, daß m an das Feld des A rbeits
m otors schw ächt u n d dadurch eine Nebenschlußregelung bei gleichbleibender
A bb. 13, Grundsätzliches Schaltbild derZu- und Gegenschaltung bei AnschluB an ein Drehstrom netz, D Drehstronum tricbsm otor.
l i K onstantgenerator. 7, Zu- und Gcgen- schaltungsgcnerator. M Arbeitsmotor. 11'
W iderstand. R Kegler.
D er Gleichstrom-Nebenschlußmotor. 11 Leistung erhält. Von Vorteil ist es ferner, daß die D rehzahl durch Änderung des sehr kleinen Erregerstromes des Zu- und Gegensehaltungsgenerators bzw. des A rbeitsm otors geregelt wird, wodurch n u r geringe Energieverluste in den W ider
ständen entstehen und Meine Schaltgeräte möglich werden. Die D rehrichtung des Arbeitsm otors w ird dadurch gewechselt, daß m an den A rbeitsm otor, wie u n ter A bschnitt 6 beschrieben, um schaltet. Der Zu- u nd Gegenschaltungsgenerator arb eitet im Bereich der Gegenschaltung als M otor u nd gibt dadurch seine dem K onstantgenerator entnomm ene elektrische Energie als mechanische A rbeits
energie zurück, wodurch er den D rehstrom m otor entlastet.
Die Zu- u n d Gegenschaltung h a t fü r die W e rk statt nicht die B edeutung wie d er Leonard-An trieb, weil sich ihre Anlagekosten bei vorhandenem D rehstrom höher stellen. H ier sind zwei Maschinen, der K onstant- sowie der Zu- un d Gegen
schaltungsgenerator, jeder allerdings n u r fü r die halbe Leistung, notwendig, die im Preise höher liegen als der eine Generator bei der Leonard-Schaltung. Günstig liegen dagegen die Verhältnisse fü r die Zu- u n d Gegenschaltung, wenn ein Gleich
strom netz vorhanden ist, da dann n ur der Zu- u n d Gegenschaltungsgenerator be
nö tig t w ird und dieser im Gegensatz zum Leonard-G enerator n ur fü r ungefähr die halbe Leistung des Arbeitsm ötors ausgelegt zu, werden braucht.
12. Brem sung des Gleichstrom-Nebenschlußmotors, a) D u r c h A n k e r k u r z s c h l u ß b r e m s u n g . Die Gleichstromm otoren können einfach und billig dadurch abgebrem st werden, daß m an ihre Eigenschaft, ohne weiteres auch als Generator arbeiten zu können, ausnützt. Hierbei w ird der um laufende A nker des Motors vom N etz abgeschaltet und über einen entsprechend bemessenen W iderstand kurzgeschlossen. Die vorhandene Bewegungsenergie w ird dadurch in elektrische um gewandelt und dann in dem B rem sw iderstand vernichtet. D a dieser W iderstand außerhalb des Motors liegt, wird jede unzulässige Erw ärm ung vom M otor fern- gehalten. Die Zahl der Abbrem sungen kann demgemäß durch entsprechende A us
legung des Brem swiderstandes den Anforderungen des jeweiligen B etriebes a n gepaßt werden. Norm ale Motoren lassen eine Brem sung m it dem ein- un d zwei
fachen N ennstrom des Motors zu, w ährend bei besonderen M otorausführungen der B rem sstrom bis zum Vierfachen des N ennstrom s gesteigert werden kann. Das auftretende B rem sm om ent ändert sich, m it dem Brem sstrom . D a dieser m it a b nehm ender D rehzahl fällt, sinkt auch das Brem sm om ent un d erreicht bei S tillstand den N ullw ert. Die Bremswirkung k an n dadurch erhöht werden, daß m an durch mehrmalige VerMeinerungen des Bremswiderstandes den abklingenden B rem sstrom im m er wieder auf die ursprüngliche Größe bringt. H ierfür em pfiehlt es sich aber genau zu untersuchen, ob der beim Brem sen erzielte Zeitgewinn bei den im m erhin verhältnism äßig Meinen Schwungmassen der m eisten W erkzeugmaschinen ge
gebenenfalls größere Aufwendungen an den Schaltapparaten rechtfertigt. Bei den H auptantrieben größerer W erkzeugmaschinen w ird es sich dagegen empfehlen, eine zweistufige Ankerkurzschlußbrem sung anzuwenden und die Brem sung in eine Vor- und H auptbrem sung zu unterteilen. Die Vorbrem sung h a t den Zweck, die sonst beim Drehrichtungswechsel im Getriebe auftretenden Stöße zu verhindern. H aben sich dan n die Zahnräder und Schwungmassen auf die neue K raftrichtu ng u m gestellt, so folgt die kräftige H auptbrem sung und dam it die sofortige Stillsetzung des Antriebes. Zweckmäßigerweise w ird m an den W iderstand für die Vorbrem sung so auslegen, daß der B rem sstrom etw a den d ritte n Teil des M otornennstrom es b eträg t. Die H auptbrem sung w ird m an dann -wieder m it dem m indestens gleichen Strom wie der N ennstrom des Motors vornehmen. Das Eeld m uß beim Bremsen eingeschaltet sein, da sonst keine Brem swirkung vorhanden ist.
b) D u r c h N u t z b r e m s u n g . Bei A ntrieben, die sehr häufig m it kurzen
Abb. 14. Schaltbild einer Sicherheitsvorrichtnng bei Anschluß von Heguliermotoren an Gleich
richternetze. S p Spannungsw ächter. S Schütz.
W W iderstand.
Bremszeiten stillgesetzt oder um gesteuert werden (z. B. Hobelm aschinenantriebe) kann ein Teil der beim Anlauf zur Massenbeschleunigung aufgewandten A rbeit zurückgewonnen werden, zumal, besonders bei größeren A ntrieben, diese n ich t unbedeutend ist und als w irtschaftlicher F a k to r in R echnung gesetzt werden m uß. Außerdem h a t m an hierbei den Vorzug einer schnellen Abbrem sung. Diese R ückgewinnung kann m an bei Nebenschlußregelmotoren dadurch erreichen, d aß vor dem Abschalten des Motors vom N etz das zur Drehzahlerhöhung geschwächte Nebenschlußfeld wieder auf seine volle S tärke gebracht wird. H ierdurch geht der Motor sofort auf seine Grunddrehzähl zurück un d g ib t die freiwerdende A rbeit
in das N etz zurück. Der auftretend e R ü c k strom is t von der Geschwindigkeit abhängig, m it der das Feld v e rstä rk t wird. E r w ird von den im N etz liegenden S trom verbrauchern u n d sonstigen A pparaten ohne weiteres au f
genommen und en tlastet dadurch den Strom erzeuger, falls ein solcher im B etrieb vorhan
den ist. U m laufende Um former (M otorgenera
toren) können R ückström e auch aufnehm en, wenn keine anderen M otoren oder sonstigen S tröm verbraucher angeschlossen sind. A nders liegen die Verhältnisse, sobald G leichrichter zurErzeügung des Gleichstromes verw endet werden, da sie elektrische A rbeit ins u r
sprüngliche N etz nich t zurückliefern können. Die Spannungserhöhung im Regel
m otor durch Feldverstärkung k ann eine erhebliche Spannungserhöhung im Gleich
strom netz zur Folge haben. E s müssen also in solchem Falle Überspannungen, bevor sie Schaden anriehten können, vernichtet werden. Man erreicht dieses durch eine Sicherheitseinriehtung, bestehend aus einem Spannungswächter, der bei 10%
Ü berspannung durch ein Schütz (selbsttätiger Fernschalter) einen W iderstand ein
schaltet, der den Ü berstrom aufnim m t. N ach dem Rückgang der N etzspannung auf den Sollwert schaltet der W ächter den W iderstand d ann wieder aus (Abb. 14).
c) D u r c h G e g e n s t r o m b r e m s u n g . Ob
wohl es an und für sich nahe liegt, m it Gegen
strom zu bremsen, em pfiehlt es sich nicht, dieses zu tu n , d a leicht unzulässig hohe Ström e e n t
stehen können; ist doch der auf treten de B rem s- strom bei vorgeschaltetem A nlaßw iderstand d op p elt so groß wie der E inschaltstrom . F ä h rt m an also z. B. norm al m it dem l,5fachen A nlauf
m om ent an, so w ächst das Brem sm om ent bei der Gegenstrombrem sung auf das 3 fache norm ale Moment. H ieraus folgt, daß der M otor un d d am it die W erkzeugmaschine außerordentlich scharf gebrem st wird. Man sollte deshalb diese A rt des Brem sens n u r d o rt anwenden, wo sie aus Sicherheitsgründen vielleicht erforderlich ist. Abgesehen davon, daß hier der zum Bremsen notwendige Strom im Gegensatz zu den oben erw ähnten B rem sarten aus dem N etz genom men wird, m uß noch beach tet werden, daß der M otor im richtigen Augenblick abgeschaltet wird, d am it er n ich t in der entgegen
gesetzten R ichtung hochläuft. E s sei denn, daß dieses erw ünscht ist.
Es ist selbstverständlich auch möglich, alle drei beschriebenen elektrischen
1
800 U/min m
0
>
. m
SOS
1
U/mini m t
r
' \ sRüMautf V
1
&'/¡nie
huits-
/
VI \
Zeit— - A bb. 15, Geschwindlgkeitsschaubild eines 45 - P S - Hoehlcistungs - Hobelmaschinenau- triebes. Schnittgeschwindigkeit etw a 21 m /m in, entsprechend etwa 700 Motor U /m in ; Itücklaufgeschwindigkeit etwa 36 m /m in, entsprechend etw a 1200 Motor-U/min.H ublänge etwa 1,9 m.
D er Gleiehstrom-Haiiptachlußmotor. 13 B rem sarten, also Feldverstärkung, Ankerkurzschluß- und Gegenstrombremsung zu sam m en zu verwenden, um besonders schnell zu bremsen. Abb. 15 zeigt fü r einen derartigen Fall, wie außerordentlich schnell der Motor abgebrem st wird. Es h an d e lt sieh hier um einen H ochleistungs-H obelm aschinenantrieb von 45 P S, der durch selbsttätige Schützensteuerung gesteuert und innerhalb einer Sekunde von
1200 U/m in auf 0 abgebrem st und um gesteuert wird.
d) B r e m s u n g d u r c h B r e m s l ü f t e r . D er V ollständigkeit halber sei hier noch die elektromechanische Bremsung erw ähnt, die m it Nebenschluß-M agnetbrem s
lüfter arbeitet. Sie wird bei Gleichstrom in der W e rk statt n u r dort verw endet, wo m an erreichen will, daß die Maschine bei abgeschal
tetem M otor dauernd festgebrem st ist. Die Abb. 16 zeigt die am häufigsten vorkommende Schaltung.
13. Zusammenfassung. Der Gleichstrom-Nebenschlußregelmotor is t nach allem die vollkommenste Antriebsm aschine für W erkzeug
maschinen, die eine gute Geschwindigkeitsanpassung benötigen, und
sollte, wenn irgend möglich, überall d o rt verwendet werden, -wo erst Abb 10. Scbalt_
durch eine gute Begelbarkeit die W erkzeugmaschine voll ausgenutzt biideinea Neben
w erden kann. Selbst bei dem heute m eist vorhandenen D rehstrom schm peteüUft"
w ird sich die Überlegung lohnen, ob es nicht angebracht ist, für einzelne ®re“ 8sdiutz- M aschinen den Gleichstrom-Nebenschlußregelmotor zu verwenden widerstand, u n d hierfür den nötigen Gleichrichter oder Umformer aufzustellen. 7 derstaud.4"'
A
Abb. 17. Grundsätzliche Schaltung des Hauptschlußm otors. Ä Anker.
F Erregerwicklung (Feld).
B. D e r G l e i c h s t r o m - H a u p t s c h l u ß m o t o r .
14. Allgemeines. Bei dem H auptschlußm otor (H auptstrom -, Serien- oder Beihenschlußm otor) ist das Feld m it dem A nker in Beihe (also hintereinander) geschaltet (Abb. 17), so daß es vom vollen A nkerstrom durchflossen -wird. Aus diesem Grunde besteht es aus verhältnism äßig wenig
W indungen von großem D rahtquerschnitt. Außerdem e rh ä lt der Motor gemäß A bschnitt 4 W endepole bei schweren u nd unregelmäßigen B etriebsverhältnissen m it stark e n Ü berlastungen.
S c h a l t u n g u n d g e n o r m t e K l e m m b e z e i c h -
n u n g e n sind aus der Abb. 18 zu ersehen. Auch hier werden bei Schaltschem a I I die Klem m en B u nd G bereits im Motor verbunden (vgl. Abschn. 5).
15. Drehrichtungswechsel. Genau wie beim Nebenschlußm otor (s. Abschn. 6) w ird der D rehsinn des Motors dadurch geändert, daß m an im A nker und in den W endepolen, falls solche vorhanden sind, die
S trom richtung um kehrt. In der Feldwicklung ä n d e rt sich dagegen die Strom richtung nicht.
16. Drehzahl, Drehmoment, W irkungsgrad.
Die Drehzahl des H auptschlußm otors ist nach Abb. 19 unm ittelbar von der B elastung abhängig.
Sie geht bei kleiner werdender L ast selbsttätig sofort hoch, weil das Feld, das vom Ankerstrom gebildet wird, schwächer erregt wird. W ird d a gegen die B elastung größer, so verringert sich die
Drehzahl. Aus diesem Grunde ist der H au p t- Abb. is. Schaltung
schlußm otor für den A ntrieb von Werkzeug- nfotore^i^Reiner
m aschinen nicht zu gebrauchen. Hierzu kom m t S . t ’Ä o t o r mit Hiifspoi-(we„de- noch, daß er niemals vollkommen en tlastet und poi)wickiung. a b Klemmen der Anker- auch nicht ohne Belastung angelassen werden " IckJun&
n W
12
f
10%8
•Sj
I
3D00 U/min 2500
2000
- 5 1500
' S
,1000 500
1 1
( 1
-V
X. “ 1! - / -
| 1
! ■ ■
- ii
2 3 0 5
Nutzdrehmament—
m A
100f-
7mkg6 8 0 ^ -
«?§
L
hX
¿»I
darf. Das Feld w ird dann so ungenügend erregt, daß die Drelizahl unzulässig hoch wird un d der Anker durch die F liehkräfte gefährdet is t (er „geht d urch“ ). Auch R iem enübertragung ist zu vermeiden, d a es hierbei Vorkommen kann, daß der Riem en abfällt und dann der Motor durchgeht. I s t eine solche "Übertragung
unverm eidlich, m üssen beson
dere M aßnahmen getroffen w er
den, z. B. Anordnung von Zen
trifugalschaltern.
w 17. Anlauivcrhiiltuissc. H ier
% gilt das u n ter Abschn. 8 fü r den so | Gleichstrom -Nebenschlußm otor
^ Gesagte m it dem U nterschied, daß eine unm ittelbare Einschal- w I) tung für M otoren m it einer et- w ashöherenL eistungvon 1,5kW noch zulässig ist. Da A nker u n d F eld hintereinander geschaltet sind, hegen die W iderstände v o r beiden.
Abb. 19. B etriebskurven eines H auptschlußm otors 3 kW (dauernd), / J g # ZusammenfaSSUn0’. D er
110 V Klemmenspannung.
G leichstrom -H auptschlußm otor ist som it aus den vorerw ähnten Gründen fü r den A ntrieb von W erkzeugmaschinen nich t zu verwenden. E re ig n e t sich dagegen besonders für den A ntrieb von H ebe
zeugen, Drehscheiben, B ahnen, Fahrzeugen usw., also überall dort, wo m an bei geringer B elastung eine große un d bei großer B elastung eine geringe Drehzahl w ünscht, und wo ein sehr hohes D rehm om ent beim Anzug notwendig ist.
C. D e r G l e i c h s t r o m - K o m p o u n d m o t o r .
D er Gleichstrom -Kom poundmotor (auch Doppelschlußm otor genannt) ist die Vereinigung eines Nebenschluß- und eines H auptschlußm otors. E r b esitzt also außer der Nebenschlußwicklung noch eine vom A nkerstrom durchflossene H a u p t
strom wicklung, Diese h a t bei den fü r die W e rk sta tt in B etrach t kom m enden Maschinen an der Erregung einen kleineren Anteil als die Nebenschlußwicklung un d bew irkt, daß die Drehzahl in gewissen Grenzen belastungsabhängig ist, w ährend die Nebenschlußwicklung ein Durchgehen des Motors, wie es beim reinen H a u p t
schlußm otor Vorkommen kann, verh ü tet. Das Anzugsm om ent ist dem des H a u p t
schlußm otors sehr ähnlich, d. h, fü r schweren Anlauf geeignet.
D as Anschlußschem a ist gleich dem Schema eines Nebenschlußm otors m it Sicherheitskom poundentwicklung, wie in Abb. 811 u. I I I . In der W e rk sta tt is t er der gegebene Motor für- den A ntrieb von allen Arbeitsm aschinen, die ein schweres Schwungrad besitzen, z .B . Pressen, Scheren, Stanzen u n d dergleichen.
III. Der Drehstrommotor.
Man unterscheidet bei den D rehstrom m otoren zwischen dem’ Synchron- u n d dem Asynchronm otor. Auf den Synchronm otor soll hier jedoch nich t n äh e r eingegangen werden, weil er seiner schwierigen A nlaufverhältnisse wegen fü r alle Arbeitsm aschm en in der W e rk statt, die ein öfteres Anlassen und ein gutes A nlauf
m om ent verlangen, n ich t geeignet ist. Ganz abgesehen davon, daß er außer der Drehstrom quelle, aus der der Strom entnom m en wird, noch eine Gleichstromquelle zum Speisen der Magnetwicklung benötigt.
Der Asynchronmotor allgemein. 1 5
A. D e r A s y n c h r o n m o t o r a l l g e m e i n .
D er Asynchronm otor, meist' einfach „D rehstrom m otor“ genannt, h a t im Gegensatz zum Gleichstrommotor (Abb. 7) keine ausgeprägten Pole, in denen ein ruhendes Magnetfeld erzeugt wird. Sein Ständer (Stator) is t vielm ehr m it dünnen ringförmigen Eisenblechen ausgefüllt, in die am
inneren U m fang in gleichen A bständen eine große Zahl von N uten zur Aufnahme der Ständerw ick
lung em gestanzt sind (Abb. 20). Das von dieser W icklung erzeugte M agnetfeld beim Speisen m it D rehstrom ist ein „D rehfeld“ und kreist im Ge
häuse, seine K raftlinien schneiden die D rahte auf dem Läuferum fang und induzieren in ihnen eine Spannung. H ierdurch wird in der geschlosse
nen Läuferwicklung ein Strom erzeugt, der zu
sam m en m it dem Drehfeld ein D rehm om ent er- Abb 20 Aufba„ elDeg DreUstrom.Asyn.
gibt, das den Läufer zwingt, dem Drehfeld nach- chronmotors. st Ständer (Stator), stw -r\ t i • t \ i x Ständerwicklung. L Läufer (llotor). LW zueilen. D a dieser, solange er ein Drehm oment Läuferwicklung. m Klemmbrett, s Luft- abgeben m uß, niemals m it dem Drelifeld syn- spalt- lv Welle-
chron (also m it gleicher Drehzahl) laufen kann, n en n t m an ihn a s y n c h r o n . Von großem Vorteil für den Antrieb in der W e rk statt ist es, daß die Drehzahl bei Vollast n u r um w'enige, durch den W iderstand der Läuferwicklung un d den Läuferstrom bedingte, V om hundertteile geringer ist als bei Leerlauf. Auf die bei D rehstrom möglichen Um drehungszahlen wird u n ter Abschn. 53 näher eingegangen.
Dem Läufer (Rotor) b raucht kein S trom vom N etz her zugeführt zu werden.
H insichtlich der Läuferausführung unterscheidet m an den K äfig- und den Schleifringläufer.
B. D e r A s y n c h r o n m o t o r m i t K ä f i g l ä u f e r .
Dieser stellt durch seinen mechanischen u n d elektrischen Aufbau die ein
fachste A rt des Elektrom otors dar. Seine Läufer- (Rotor-) „W icklung“ besteh t aus Stäben, die untereinander an den beiden Stirnseiten durch K urzschlußringe verbunden sind. Abb. 21 zeigt einen Läu-
wurde, so daß sie m it den Kurzschluß- «Stf | ' ' ' ' i gpr zusammenhängenden Gußblock bildet,
D urch die hierbei besonders innige Be-
w ird die W ärm eabfuhr erheblich ver- A b t. 21. Käfigläufer mit in aas Biechpnket einge-
o r n R o r t u n d r l n m i t r W M n t n r I p k tlir K r « - gossener Wicklung. Bäuferstäbe, Kurzsclillißringe und g io n e r t u n d d a m it d e r A totor je is tu n ^ s Ventilstionsflügei ein gemeinsames Gußstück.
fähiger. D adurch, daß der K äfigläufer
m otor keine Schleifringe und B ürsten besitzt, erhöht sich seine Betriebssicherheit.
’ ganz wesentlich.
19. Verschiedene Käfigläufer. U m die Anlaufverhältnisse, auf die u n te r Abschn. 22 noch genau eingegangen wird, zu verbessern und vor allen Dingen den jeweilig vorliegenden Betriebserfordemissen anzupassen, sind verschiedene .Käfigausführungen entwickelt.
Man unterscheidet hier zunächst den n o r m a l e n K ä f i g l ä u f e r , den m an auch häufig m it E i n f a c h k ä f i g l ä u f e r bezeichnet. E rb e s itz t n u r e i n e n Käfig.
Für, größere Leistungen w ird dieser Einfachkäfigläufer als Strombegrenzungs- oder Strom däm pfungsläufer ausgelegt, um einen kleinen Einschaltstrom bei gutem
Anzugsm oment zu haben. Von den anderen Läuferausführungen sind der D o p p e l n u t l ä u f e r , bei dem 2 Stabreihen m it m eist voneinander verschiedenen Q uerschnitten und m anchm al auch verschiedenem Baustoff vorhanden sind, und der W i r b e l s t r o m l ä u f e r (wegen der besonders, tiefen N uten auch Tief
nutläufer genannt) die w ichtigsten (Abb. 22).
w ährend des Anlaufens der Strom in den
A bb. 22. Verschiedene Läuferautauaführimgen. a D öppelnutläufer,
b Tiefnutläufer.
Bei diesen Stabform en w ird äußeren Käfig m it höherem W iderstand verdrängt, wodurch der A nlauf
strom sin kt u nd zu gleich der in der „A n
laufw icklung“ fließende Strom infolge des hohen W iderstandes ein k lü f
tiges D rehm om ent e r
zeugt. Diese Strom ver- drängung kom m t daher, daß der Läufer bei B e
ginn des Hochlaufes Strom von der N etzfre
quenz, also von 50 Hz, fü h rt. Infolgedessen ist die Selbstinduktion besonders der in Eisen eingebetteten inneren Stäbe groß: der Strom wird in den Außenkäfig v er
drängt. D a der Läufer aber die gleiche Drehzahl, u le sie das Ständerdrehfeld h a t, an streb t, w ird die Frequenz des Läuferstrom es im m er kleiner, so daß auch d ie innen hegenden Stäbe wirksam und bei der norm alen D rehzahl dann voll
ständig ausgenutzt werden.
Außer diesen beiden H auptform en, die von etw a 6 kWr bei 1500 U /m in an au f
w ä rts ausgeführt werden — bei kleineren Leistungen bieten sie keinen Vorteil gegenüber den K äfigläuferm otoren m it E instabkäfig — , g ib t es noch Drei- und M ehrfachläufer sowie Läufer m it anderen Bezeichnungen, die aher letzten Endes im m er wieder in irgendeiner Weise auf das Grundsätzliche der vorher e r
w ähnten H auptform en zurückgreifen. Außerdem g ib t es dann noch A usführungen, die besondere E in schaltvorrichtungen benötigen, durch die aber dann wieder die große E infachheit des Käfigläufers h in fällig wird, und die dem sp äter beschriebenen Schleif
ringläuferm otor nicht überlegen sind.
20. Schaltung und genormte Klcmmcnbczcicli- nungen. Die Ständerw icklung des K äfigläuferm otors kann entweder „in S te rn “ oder „in Dreieck“ ge
schaltet werden, je nachdem ’ wie m an die Anfänge [U VW ) und E nden (X Y Z ) der 3 P hasen der S tä n derwicklung m iteinander v erbindet (Abb. 23).
A b t. 23. Schaltbild und Verbindungen Die Entscheidung, welche der beiden A rten ge-
am K lem m brett einesDrehstrom-Käfig- - i u j o i x i, • n t^ - i i lüufcrmotors bei i Sternschaltung, ii w ählt werden m uß, hangt bei u n m ittelb arer Em schal-
Dreieckschaltung. tung des Motors von der N etzspannung ab. E in zum Beispiel fü r 220/380 V, 50 H z gewickelter M otor kann entweder in Dreieck ge
schaltet an eine N etzspannung von 220 V, 50 H z oder in S tern an eine solche von 380 V, 50 H z gelegt werden. Legte m an nun den in Dreieck geschalteten Motor an 380 V, 50 H z, so w ürde,er, d a n u r für 220 V, 50 Hz geeignet, schon im Leerlauf in kurzer Zeit überm äßig warm und dadurch beschädigt werden. Schlösse m an dagegen um gekehrt den in S tern geschalteten für 380 V, 50 H z passenden M otor
