Die Anlaßgeräte des Kurzschlußmotors und ihre Anwendung. Von Oberingenieur F. Foerster, Berlin. FOERSTER, Die Anlaßgeräte des Kurzschlußmotors und ihre Anwendung. Der Drehstrommotor mit Kurzschlußanker, einfacher Kurzschlußmotor genannt, gilt gemeinhin als der idealste Motor, weil er von keinem anderen Motor an Einfachheit und Betriebssicherheit erreicht oder übertroffen wird. Er hat vor dem Drehstrommotor mit Schleifringanker noch den Vorteil, daß er in den kleineren Einheiten bis zu etwa 10 PS einen besseren Leistungsfaktor (cos ϕ) hat. Textabbildung Bd. 342, S. 169 Abb. 1. Indessen besitzt er auch ein paar Eigenschaften, die ihn nicht für alle Betriebszwecke empfehlen. Da ist einerseits der hohe Anlaufstrom, den er beim Einschalten aufnimmt, der einen Anlauf mit Vollast unter Verwendung der bisher üblichen Anlaßeinrichtungen geradezu unmöglich macht. Diese wenig erfreuliche Eigenschaft hat viele öffentliche Elektrizitätswerke veranlaßt, sich gegen größere Kurzschlußmotoren ablehnend zu verhalten und nur kleinere Motoren, etwa bis zu 3 PS, im Höchstfalle bis zu 4 kW (entsprechend etwa 5 PS) zuzulassen, wenn eine Störung des ordnungsmäßigen Betriebes der benachbarten Anschlußanlagen, insbesondere der Beleuchtung durch dieselben infolge des hohen Anlaufstromes nicht zu befürchten ist. Zweitens ist die Verwendung des Kurzschlußmotors überall da ausgeschlossen, wo regelbare Motoren verlangt werden. In allen denjenigen Betrieben aber, wo diese Nachteile des Kurzschlußmotors nicht von Belang sind, z.B. wo der Motor unbelastet oder mit nur geringer Last anlaufen und mit seiner normalen, von der Frequenz des Drehstroms und der Polzahl des Motors bestimmten Umlaufzahl Verwendung finden kann, da ist der Kurzschlußmotor in der Tat hinsichtlich seiner Einfachheit und Betriebssicherheit der idealste Motor. Textabbildung Bd. 342, S. 169 Abb. 2. Wenn man den Kurzschlußmotor durch einfachen Schalter an die normale Netzspannung legt, was nach den Anschlußbedingungen des V. D. E. nur bei kleinen Motoren bis 1,1 kW statthaft ist, so wirkt der Kurzschlußanker im Motor genau wie eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung im Transformator. Der Motor nimmt beim Anlauf einen sehr hohen Strom auf, der das fünf- bis achtfache des Normalstromes beträgt. Das Drehmoment oder Anzugsmoment (Zugkraft × Hebelarm am Riemen-scheiben-Umfang) beträgt dabei aber nur ein Drittel des normalen Drehmoments des Motors, was für die zulässige Höhe seiner Anlaufbelastung bestimmend ist. Der Kurzschlußmotor kann daher nur mit sehr geringer Last anlaufen. Textabbildung Bd. 342, S. 170 Abb. 3. Um den hohen Anlaufstrom in mäßigen Grenzen zu halten, verwendet man bei kleineren Kurzschlußmotoren einen Statoranlasser, durch welchen beim Einschalten Widerstände vor die Statorwicklung des Motors gebracht werden. Man wird für Kurzschlußmotoren in offener Sternschaltung zweckmäßig den Anlasser (Abb. 1) wählen, weil er einfacher und billiger ist, als der Anlasser (Abb. 2). Indessen ist auch dieser für Sternschaltung verwendbar, wenn man die drei Klemmen z, x, y am Motor durch eine metallische Brückenverbindung zum Nullpunkt der Sternschaltung zusammenschließt (Abb. 1 und 2). Der Zweck der Statoranlasser ist der, durch Vorschalten von Widerstand die Betriebsspannung für den Motor zu reduzieren, wodurch der Anlaufstrom gemildert wird. Selbstverständlich wird durch die Reduzierung der Betriebsspannung auch die Stärke des Drehfeldes, die immer proportional der Betriebsspannung ist, weiter herabgesetzt und damit auch das Anzugsmoment des Motors. Bei größeren Kurzschlußmotoren verwendet man an Stelle des Statoranlassers besser einen regulierbaren Anlaß-Transformator. Dieser Anlaß-Transformator ist ein sogenannter Auto-Transformator, also mit Sparschaltung, dessen Uebersetzungs-Verhältnis meist 2:1 gewählt wird. Er gestattet, dem Motor einen wesentlich höheren Strom zuzuführen, als dem Leitungsnetz entnommen wird und somit Kurzschlußmotoren mit höherem Drehmoment anzulassen. (Abb. 3.) Dem Motor wird dabei die halbe Netzspannung, aber der doppelte Strom zugeführt. Ein Kurzschlußmotor, der direkt an das Netz gelegt, vielleicht den sechsfachen Strom aufnehmen würde, erhält über den Anlaß-Transformator bei halber Spannung nur den dreifachen Strom, der aber in den meisten Fällen genügt, dem Motor das erforderliche Drehmoment zu geben. Das Leitungsnetz wird dabei nur mit dem 1,5fachen Strom beansprucht, so daß die Stromentnahme durch den Anlaß-Transformator im Verhältnis von 4 : 1 herabgesetzt wird. Eine weitere, und zwar die bei weitem gebräuchlichste Anlaßmethode für den Kurzschlußmotor ist die mittels Sterndreieckschalter. Bei Verwendung eines Sterndreieckschalters muß der Motor so eingerichtet sein, daß er bei der Betriebsspannung in Dreieckschaltung läuft. Man kann also nicht jeden beliebigen Kurzschlußmotor mittels Sterndreieckschalters einschalten. Ist der Motor nicht für die Betriebsspannung in Dreieckschaltung gewickelt bzw. eingerichtet, so kann er nur durch Statoranlasser oder Anlaß-Transformator in Betrieb gesetzt werden, nicht aber mittels Sterndreieckschalters. Unter Verwendung eines Sterndreieckschalters werden die drei Drehstrom-Phasenwicklungen des Stators nicht innerhalb des Motors verkettet, sondern die Verkettung der drei zeitlich um 120° gegeneinander vernetzten Einphasenwicklungen erfolgt durch den Sterndreieckschalter, so zwar, daß die drei Phasenwicklungen des Motors in der Anlaufstellung des Schalters im Stern und in der Betriebsstellung des Schalters im Dreieck geschaltet sind. Hierfür müssen die sechs Enden der drei Phasenwicklungen des Motors zu sechs Klemmen geführt werden (Abb. 4). Textabbildung Bd. 342, S. 170 Abb. 4. Der Kurzschlußmotor, der mittels Sterndreieckschalter in Betrieb gesetzt werden soll, muß also, um beispielsweise in Dreieckschaltung für 380 Volt Betriebsspannung verwendet werden zu können, für 660/380 Volt gewickelt sein, bzw. bei 220 Volt Betriebsspannung für 380/220 Volt, was für die Beschaffung des richtigen Motors von größter Wichtigkeit ist. Durch Einschaltung des Kurzschlußmotors mittels Sterndreieckschalters wird also bei 380 Volt Betriebsspannung ein Motor von 660/380 Volt erforderlich sein, der für seine 660-Volt-Wicklung in Sternschaltung bei 380 Volt-Betriebsspannung nur eine Spannung von \frac{E}{\sqrt{3}}=e in den einzelnen Phasen erhält, d. i. wenn wir unter E die Betriebsspannung von 380 Volt verstehen, eine Phasenspannung von e=\frac{380}{1,75}=220 Volt. Textabbildung Bd. 342, S. 171 Abb. 5. Textabbildung Bd. 342, S. 171 Abb. 6a. Drehstrommotor 5,5 kW (7,5 PS) mit mechan. Anlasser (geöffnet). Durch diese Spannung von 220 Volt in den für 380 Volt bemessenen Phasenwicklungen wird infolge schwächerer Magnetisierung die Umlaufzahl vermindert und damit die Anlaufstromstärke des Motors auf den dritten Teil des normalen Anlaufstromes herabgesetzt. Ein Anlaufstrom in dieser Höhe, der nur etwa das 2,4fache des Normalstromes bei der Nennlast des Motors ist, wird aber von allen Elektrizitätswerken für Kurzschlußmotoren zugelassen. Allerdings steigt dieser Anlaufstrom bei Umschaltung des Motors von Stern- in Dreieckschaltung auf seine normale Betriebsspannung von 380 Volt, die nun in Dreieckschaltung auch Phasenspannung ist, noch einmal während des Bruchteils einer Sekunde fast bis zur vollen Höhe des normalen Anlaufstromes an. Dieser Stromstoß ist aber belanglos, weil er Störungen im Sinne der Verbandsvorschriften über die „Anlaßbedingungen für Kurzschlußmotoren“ nicht hervorruft. Das Anlaufs-Drehmoment ist in der Sternschaltung des Motors auch nur mehr ein Drittel des normalen Anlaufs-Drehmomentes. Deshalb empfiehlt sich Leeranlauf des Kurzschlußmotors. Die Umschaltung von Stern auf Dreieck erfolgt, wenn die Umlaufzahl sich in der Sternschaltung nicht mehr verändert, also konstant bleibt. Bei Kurzschlußmotoren, die öfter ein- und ausgeschaltet werden, empfiehlt es sich, den Sterndreieckschalter in Walzenform (Abb. 5) zu verwenden. Um nun aber Kurzschlußmotoren auch mit Vollast-Anlauf betreiben zu können, ohne daß dabei – den Bedingungen des V. D. E. entsprechend – während der Anlaufperiode höhere Spitzenströme als das 2,4fache des Normalstromes auftreten, hat man die an sich schon seit Jahrzehnten bekannten Fliehkraftkupplungen als Anlaßgeräte für Kurzschlußmotoren auf den Markt gebracht. Diese Kupplungen sind fast durchweg als Riemenscheiben ausgebildet, d.h. man hat den durch die Fliehkraft in Wirksamkeit tretenden Friktions-Mechanismus in eine starke eiserne Buchse eingebaut, die zur Riemenscheibe ausgebildet worden ist (vergl. Abb. 6a und b). Derartige Fliehkraftkupplungen sind in mehreren Konstruktionen bekannt geworden. Die bekanntesten unter ihnen sind die „Fliehkraftscheibe von Fischer-Hinnen“ (Oerlikon) aus dem Jahre 1906, ferner die sogenannte „DEM-Kupplung“ mit Oelsieb, der bekannte „Mechanische Anlasser“ und die „Albo-Kupplung.“ Die meisten dieser Fliehkraftscheiben entsprechen den Forderungen zur Lösung des Problems für den Kurzschlußmotor nur in mehr oder weniger beschränktem Maße, weil mit Ausnahme von der Albo-Kupplung von keiner ein völlig belastungsfreier Anlauf des Motors erreicht wird. Textabbildung Bd. 342, S. 171 Abb. 6b. Quer- und Längsschnitt des mechanischen Anlassers für Drehstrom-Motoren. Wenn man z.B. als Anlaufsvorrichtung für den Kurzschlußmotor eine gewöhnliche Voll- und Leerscheibe anwendet, so ist es erforderlich, beim Anlassen folgende Reihenfolge der Bedienung einzuhalten: Solange nach erfolgtem Einschalten die Statorwicklung des Kurzschlußmotors an der durch Statoranlasser oder Sterndreieckschalter verminderten Spannung liegt und der Motor infolgedessen ein nennenswertes Drehmoment nicht zu entwickeln vermag, muß der Riemen ausgerückt auf der Leer- oder Losscheibe laufen. Textabbildung Bd. 342, S. 172 Abb. 7a. AEG-Anlaßkupplung (Riemenscheibenbauart) mit abgezogener Riemenscheibe. Der Motor wird dann trotz der verminderten Spannung und des sehr schwachen Drehmomentes seine normale Drehzahl erreichen. Es wäre nicht zweckmäßig, jetzt schon bei Erreichung der vollen Drehzahl den Motor durch Ueberleitung des Riemens von der Los- auf die Vollscheibe zu belasten, weil der Motor vorläufig doch noch immer an der verminderten Spannung liegt. Das durch die reduzierte Spannung herabgesetzte Drehmoment ist auch keineswegs durch das Erreichen der normalen Drehzahl besser geworden. Der Motor muß vielmehr vor dem Uebergang des Riemens von der Leer- auf die Vollscheibe an die volle Netzspannung gelegt werden. Erst dann dürfte die Belastung des Motors erfolgen, weil erst dann der Motor imstande ist, sein volles Drehmoment zu entwickeln. Diese Forderung erfüllt die Albo-Kupplung. Textabbildung Bd. 342, S. 172 Abb. 7b. Quer- und Längsschnitt der AEG-Anlaßkupplung. a = Nabe; b = Feder; c = Bremsscheibe; d = Bremsbelag; e = kleines Fliehstück; f = Laufring; g = großes Fliehstück; h = Riemenscheibe. Neuerdings hat die AEG eine neue Fliehkraftkupplung (Abb. 7a und b) herausgebracht,Vgl. H. Schulmann. AEG-Mitteilungen, Heft 5/1927. welche nach einem völlig neuen Prinzip, abweichend von dem der Albo-Kupplung, das Problem ebenfalls restlos löst. Die neue AEG-Kupplung hat dabei gegenüber der Albo-Kupplung noch den Vorzug, daß sie weniger kompliziert ist als diese, die aus einer wesentlich größeren Anzahl von Einzelteilen besteht. Während die Albo-Kupplung außerdem in ihrer Funktion auf die Verbindung mit Sterndreieckschalter angewiesen ist, ist die neue AEG-Kupplung in ihrer Wirkungsweise völlig unabhängig davon, ob das Anlassen des Motors mit oder ohne Zuhilfenahme des Sterndreieckschalters erfolgt.