Neuerungen aus einigen Gebieten der Starkstromtechnik. Von Regierungsrat Dr. K. Kahle, Charlottenburg. (Fortsetzung von S. 11 d. Bd.) Neuerungen aus einigen Gebieten der Starkstromtechnik. Wechselstrommaschinen. Eine besonders lebhafte Tätigkeit wird in den letzten Jahren auf dem Gebiete der Wechselstromtechnik entwickelt. Die wichtigsten Probleme, an denen hier gearbeitet wird, sollen an einigen interessanten Beispielen vorgeführt werden. Die Ankerrückwirkung bereitet bei den synchronen Wechselstromgeneratoren mehr Schwierigkeiten als bei den Gleichstrommaschinen. Während sie bei letzteren in der Hauptsache nur eine Verzerrung des Feldes hervorruft, die ein Funken der Bürsten zur Folge hat, wirkt die wattlose Komponente des Ankerstromes bei Wechselstrommaschinen unmittelbar auf die Stärke des Feldes zurück, und schwächt oder erhöht diese, je nachdem sie dem Wattstrom nach- oder voreilt. Man ist daher entweder genötigt, mit übermäßig starkem Felde und schwacher Ankerbelastung zu arbeiten, was eine schlechte Ausnutzung der Maschine bedeutet, oder muß zu komplizierten Hilfsmitteln greifen, um die Ankerrückwirkung zu kompensieren. So erhält z.B. nach Déri der Feldmagnet eine vom Ankerstrom durchflossene Wicklung, die genau so wie die Ankerwicklung angeordnet ist, aber im entgegengesetzten Sinne durchflössen wird, so daß beide einander aufheben, oder man bildet aus dem gesamten Belastungsstrom einen Strom, der gleichgerichtet um die Feldmagnete geleitet wird und so bemessen ist, daß er gerade die Ankerrückwirkung aufhebt. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, und doch eine von der Belastung unabhängige Wechselstrommaschine zu schaffen, hat Heyland vor einigen Jahren die synchrone Maschine überhaupt verlassen und an deren Stelle seine bekannte kompoundierte Asynchronmaschine gesetzt. Neuerdings ist Heyland wieder auf die Synchronmaschine zurückgekommen und hat eine theoretisch sehr interessante, überraschend einfache und anscheinend sehr vollkommene Methode zur Kompensation der Ankerrückwirkung angegeben, die sich von den früheren dadurch unterscheidet, daß sie nicht mittelbar den Ankerstrom, sondern unmittelbar die magnetische Rückwirkung selbst benutzt.Elektrot. Zeitschr. 1906, S. 1011, 1907 S. 121, 142. Fig. 13 sei der Schnitt durch eine sechspolige Wechselstrommaschine mit rotierendem Magnetstern und mit eingebauter Erregermaschine. Die Gesamtanordnung ist die übliche. Textabbildung Bd. 323, S. 23 Fig. 13.Wechselstrommaschine mit achsialem Hilfsfelde und eingebauter Erregermaschine. Textabbildung Bd. 323, S. 23 Fig. 14.Maschine mit unsymmetrischen N- und S-Polen. Abweichend von der Regel sind aber die Pole jeder der beiden Maschinen nicht gleichmäßig ausgebildet: sämtliche Südpole haben beispielsweise, wie Fig. 14 schematisch andeutet, einen kleineren Polabstand und eine schwächere Bewicklung als die Nordpole. Polabstand und Bewicklung seien so bemessen, daß die Nordpole und Südpole für sich gleich starke Felder erzeugen. Wirken nun auf die einzelnen Pole der Wechselstrommaschine die Amperewindungen der nacheilenden wattlosen Komponente des Ankerstromes schwächend zurück, so müssen die Nordpole zufolge ihres größeren Polabstandes weniger geschwächt werden als die Südpole. Es verläuft also eine größere Zahl der von der Ankerrückwirkung herrührenden Kraftlinien durch die Südpole der Wechselstrommaschine. Diese überschüssigen Kraftlinien schließen sich demnach nicht über die Nordole, sondern suchen sich als Streulinien einen anderen Weg, der über die Achse die Erregermaschine und das Ankergehäuse der Hauptmaschine verläuft. In der Erregermaschine treten sie zufolge des auch hier bestehenden kleineren Polabstandes der Südpole bei diesen über und verstärken sie. Die Kraftlinien, die über die Achse und das Gehäuse der Maschine allein durch die Südpole der beiden Maschinen verlaufen, sind proportional der Ankerrückwirkung. In demselben Maße wie diese das Feld der Hauptmaschine schwächt, verstärkt sie das Feld und damit den Strom der Erregermaschine. Sind die Wicklungen richtig bemessen, so ist es auf diesem Wege möglich, die Erregung der Hauptmaschine genau um das zu verstärken, was ihr durch die Rückwirkung des Ankers genommen ist. Die Unsymmetrie zwischen den Polen verschiedener Polarität läßt sich nicht nur durch den Polabstand, sondern auch durch den Polquerschnitt erreichen, die Streulinien werden dann durch die verschiedene Sättigung der beiden Polarten hervorgerufen. Auch wäre es denkbar, daß die Streulinien nicht unmittelbar auf die Erregermaschine zurückwirkten, sondern durch unipolare Induktion in der Achse Ströme erzeugten, mit denen die beispielsweise getrennt von der Hauptmaschine aufgestellte Erregermaschine beeinflußt würde. Der Einfachheit wegen ist bisher angenommen worden, daß die Bewicklung der Pole der Hauptmaschine so bemessen sei, daß trotz der ungleichen Dimensionierung die gleiche Erregung hervorgerufen werde. Diese Anordnung läßt sich am leichtesten übersehen, ist aber nicht die günstigste, es empfiehlt sich vielmehr, die Bewicklung so zu wählen, daß schon bei Leerlauf der Maschine ein Streufeld zu Stande kommt, das aber die entgegengesetzte Richtung hat, wie das Streufeld, das die nacheilenden wattlosen Ströme der Hauptmaschine erzeugen. Und zwar sind die Verhältnisse so zu wählen, daß bei voller induktiver Belastung das Streufeld Null ist. In diesem Falle nimmt das Streufeld nur den halben Betrag an, da es bald im positiven, bald im negativen Sinne wirkt. Außerdem können Voreilungsströme, die bei den bisher üblichen Kompoundierungsmethoden zufolge der abnehmenden Eisensättigung der Feldmagnete bei gleichem Betrage stärker wirken, als die nacheilenden Ströme und die Maschine leicht außer Tritt bringen, diese Wirkung hier nicht hervorrufen, da sie das bereits vorhandene negative Streufeld verstärken und in ihrer Wirkung durch die zunehmende Eisensättigung des Streufeldes begrenzt sind. Eine Maschine, die nach dem neuen Kompoundierungsverfahren arbeitet, ist, wie Heyland an einem Beispiel zeigt, der Berechnung zugänglich. Diese braucht jedoch nicht genau innegehalten zu werden? da die endgiltige Einregelung der Kompoundierung an der fertigen Maschine vorgenommen werden kann. Der Grad der Kompoundierung läßt sich nämlich dadurch nachträglich festlegen, daß man die Erregung der Nord- und Südpole der Erregermaschine je für sich regelbar macht. Man schaltet z.B. parallel zu den Nordpolen einen Widerstand. Zeigt sich nun im Betriebe, daß die Kompoundierung nicht ausreicht, so wird dieser Widerstand verringert und im umgekehrten Falle vergrößert. Ein großer Vorteil der neuen Kompoundierung liegt darin, daß sie sich an jeder vorhandenen nicht kompoundierten Maschine ohne größere Schwierigkeiten anbringen läßt und dann wie bereits erwähnt, eine bessere Materialausnutzung und eine vollkommene Regelung bei allen Belastungsarten gewährleistet. Besonders bemerkbar macht sich die Ankerrückwirkung bei den schnellaufenden durch Turbinen angetriebenen Wechselstrommaschinen. Die üblichen Gegenmittel sind hier, wo die konstruktive Ausführung an sich schon viele Schwierigkeiten mit sich bringt, nicht anwendbar. Auch die eben beschriebene Anordnung würde zufolge der Unsymmetrie der rotierenden Teile Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausbalanzierung bereiten. Heyland hat für diesen Fall noch eine besondere Ausführung angegeben, die allerdings nicht auf der Anwendung eines Streufeldes, wohl aber auch auf der magnetischen Verkettung der Erregermaschine mit den Kraftlinien der Ankerrückwirkung beruht.Elektrot. Zeitschr. 1907, S. 329. Das Prinzip dieser Kompoundierung soll an der schematischen Darstellung einer Wechselstrommaschine nach Fig. 15 erläutert werden, die abweichend von der üblichen Ausführung der Turbodynamomaschinen mit rotierendem Anker und feststehenden zweipoligen Feldmagneten ausgeführt ist. Der Erregeranker sitzt mit dem Hauptanker auf derselben Achse und wird von Ansätzen der Hauptpole, also auch zweipolig, induziert; die Figur stellt einen Schnitt durch die Maschine dar, die Feldspulen umschließen Haupt- und Nebenpole; die Kraftlinien des Feldes fließen im gleichen Sinne (in dem der ausgezogenen Pfeile) durch beide Anker und schließen sich durch das Gehäuse der Maschine, das nach vorn und hinten die im Schnitte gezeigten Erregerspulen umschließt. Die gestrichelten Pfeile stellen den Verlauf der von der Ankerrückwirkung herrührenden Kraftlinien unter der Annahme einer nacheilenden wattlosen Stromkomponente dar. Man sieht, im Hauptanker schwächen sie das Feld, im Erregeranker verstärken sie es im gleichen Maße, Die Verhältnisse werden ohne weiteres klar, wenn man die magnetischen Ströme nach dem Vorbilde elektrischer Ströme betrachtet und sich vorstellt, daß die beiden Anker für das Erregerfeld als parallel geschaltet und für das Feld der Ankerrückwirkung als in Reihe geschaltet anzusehen sind. Man erhält auch auf diese Weise eine einfache und vollkommene Ausgleichung der Ankerrückwirkung für alle Belastungsarten. Textabbildung Bd. 323, S. 24 Fig. 15.Schema für zweipolige Anordnung mit umlaufendem Anker und normalem Hilfsfelde. Heyland führt eine Vergleichsrechnung für eine derart kompensierte und für eine nicht kompensierte Wechselstrommaschine mit Turbinenantrieb durch. Die Rechnung bezieht sich auf zwei Maschinen gleicher Leistung von 500 KW bei 3000 Umdrehungen i. d. Minute, d.h. 50 Perioden i. d. Sekunde und führt zu dem Ergebnis, daß die nichtkompensierte Maschine bei 2700 kg Eisengewicht und 750 kg Kupfergewicht erheblich höhere Eisen- und Kupferverluste als die kompensierte Maschine bei 2000 kg Eisen- und 350 kg Kupfergewicht besitzt. Im Anschluß an diese Ausführungen über kompoundierte synchrone Wechselstrommaschinen, die unabhängig von der Art und der Größe der Belastung konstante Spannung liefern, sei nach einer von der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft angegebenen Anordnung gedacht, bei der der Spannungsausgleich nicht wie in den bisher betrachteten Fällen in der Maschine selbst, sondern durch eine besondere Zusatzmaschine bewirkt wird.D. R. P. 183935 d. Kl. 21 d. Solche Zusatzmaschinen finden vielfach in Gleichstromnetzen Anwendung, wo sie in Reihenschlußschaltung in dem zu regelnden Stromkreise liegen und demnach eine mit steigender Stromstärke steigende Zusatzspannung liefern und so den mit steigender Stromstärke zunehmenden Spannungsabfall kompensieren. So einfach liegen die Verhältnisse im Wechselstromanlagen nicht, da dort der Spannungsabfall, wie wir sahen, nicht nur von der Stromstärke, sondern auch von der Phasenverschiebung abhängig ist. Es kommt also darauf an, eine Zusatzspannung richtiger Größe und Phase zu erzeugen, und hierzu wird als Zusatzmaschine eine Wechselstromkollektormaschine benutzt, deren Feld durch einen dem Belastungsstrom proportionalen Strom von solcher Phase erregt wird, daß die erzeugte Zusatzspannung die Spannung der Hauptmaschine in Phase mit dem Strom bringt und gleichzeitig konstant hält, Das Prinzip der Regelung geht aus Fig. 16 hervor, in der a die Haupt- und z die Zusatzmaschine bedeutet. Die Erregermaschine e für die Zusatzmaschine wird durch eine von dem zu regelnden Strome durchflossene Wicklung f1 erregt und liefert daher eine diesem proportionale und phasengleiche Spannung. Ihr Strom, der die Feldwicklung f2 der Zusatzmaschine speist, wird aber durch bekannte Hilfsmittel, wie induktive Widerstände r, Kondensatoren c und induktionslose Widerstände r derart in der Phase geregelt, daß die Zusatzspannung die erforderlichen Eigenschaften erhält. Im vorliegenden Falle ist der Anker der Zusatzmaschine kurzgeschlossen und induziert in eine koachsiale Ständerwicklung, die in dem zu regelnden Stromkreise liegt, die gewünschte Spannung. Textabbildung Bd. 323, S. 25 Fig. 16. Textabbildung Bd. 323, S. 25 Fig. 17. Mittels dieses Regelungsprinzips läßt sich auch ein Licht- und Kraftnetz gegen die Rückwirkung der Belastungsschwankungen eines parallel abzweigenden Bahnnetzes schützen. Die hierzu nötigen Einrichtungen zeigt Fig. 17, wo der Strom des Bahnnetzes b unter Vermittlung des Transformators t1 die Erregerwicklung f1 der Erregermaschine e speist, die ihrerseits die Wicklung f2 der Zusatzmaschine erregt. Von dem Anker w der letzteren wird die Zusatzspannung unter Vermittlung des Transformators t2 an den zu schützenden Netzzweig c abgegeben. In den Stromkreis der Erregermaschine e sind selbstverständlich noch Mittel zur Regelung der Phase des Erregerstroms vorzusehen. Es läßt sich dann je nach dem Betrage, um den die Phase des Erregerstromes gegen die des Betriebsstromes verschoben ist, die Wirkung des Spannungsabfalls des Stromerzeugers, den die Belastungsschwankungen des Bahnnetzes hervorrufen, aufheben und nötigenfalls in das Gegenteil umkehren. Nachdem wir hier eine interessante Anwendung des Wechselstromkollektormotors kennen gelernt haben, wollen wir nun zu diesem selbst übergehen. Auf seine Durchbildung sind auch heute noch in erster Linie die Bestrebungen der Wechselstromtechniker gerichtet. Wenn er auch schon in größerem Umfange in die Praxis eingeführt ist, so z.B. bei der Hamburger Vorortbahn, so sind die Arbeiten zu seiner Vervollkommnung doch längst noch nicht zum Abschluß gelangt. Ueberall finden sich Aufsätze, die sich mit seiner Theorie beschäftigen, und besonders die Patentliteratur bringt dauernd neue Motoren und neue Schaltungen, deren praktische Bedeutung abzuwarten ist. Die elektrischen Vorgänge in den verschiedenen Motoren, die in der letzten Zeit angegeben worden sind, gehen so ineinander über, daß nicht immer feststeht, welcher Gattung einzelne Kollektormotoren zuzuordnen sind, ob sie als Konduktions- oder Induktions- bezw. Repulsionsmotore zu gelten haben. Die deutsche Elektrotechnik ist in zwei Hauptlager geschieden, von denen das eine den kompensierten Serienmotor, bei dem die auf dem Stator liegende Kompensationswicklung in Reihe mit der Arbeitswicklung auf dem Anker geschaltet ist, das andere den kompensierten Repulsionsmotor nach Winter-Eichberg, bei dem die kurzgeschlossene Kompensationswicklung und senkrecht dazu die Erregerwicklung auf dem Anker liegt, den Vorzug gibt. Daß beide Motoren für den praktischen Betrieb verwendbar sind, beweist die Hamburger Vorortbahn, die erste größere Einphasenbahnanlage Deutschlands, wo beide Arten Motoren zur Einführung gelangt sind. Textabbildung Bd. 323, S. 25 Fig. 18. Textabbildung Bd. 323, S. 25 Fig. 19.Längsschnitt des Wechselstrommotors der Siemens-Schuckertwerke. Textabbildung Bd. 323, S. 25 Fig. 20.Motorständer des S. S. W.-Motors. Die Siemens-Schuckertwerke sind dort mit ihrem kompensierten Serienmotor vertreten, dessen Schaltung und Regelung aus dem Schema (Fig. 18) zu ersehen ist. Die Schaltung entspricht völlig der des Gleichstrommotors. Die Erregerwicklung E befindet sich auf dem Ständer, die Arbeitswicklung A auf dem Rotor zwischen den in einer Senkrechten zur Erregerachse liegenden Bürsten. Koachsial mit den Bürsten liegt auf dem Ständer noch die in Reihe mit der Erreger- und Arbeitswicklung geschaltete Kompensationswicklung C. Der Strom wird den drei Wicklungen über einen Regelungstransformator T zugeführt, der im Schaltungsschema als Einspulentransformator angenommen ist. Fig. 19 zeigt einen Schnitt durch den Motor der Siemens-Schuckertwerke mit dem links befindlichen Zahngetriebe, Fig. 20 die äußere Ansicht und Fig. 21 und 22 den Ständer und den Läufer des Motors. Sämtliche Figuren beziehen sich auf die in Hamburg zum Antrieb der Vorortbahnwagen benutzten Motoren. Der aus geblättertem Eisen hergestellte Ständer ist in den Figuren nicht voll bewickelt gezeichnet, um die Arbeits- und Erregerwicklung besser hervortreten zu lassen. Er trägt außer dieser noch eine Hilfswicklung für Wendepole zur Unterdrückung des Bürstenfeuers auf die wir später zu sprechen kommen werden. Textabbildung Bd. 323, S. 26 Fig. 21.Ansicht des Ankers des S. S. W.- Motors. Der Motor ist achtpolig ausgeführt, sein Ständer kann daher wegen der kurzen Kraftlinienwege verhältnismäßig dünn in radialer Richtung ausgeführt werden und dementsprechend kann auch der Anker einen verhältnismäßig großen Durchmesser erhalten, so daß eine gute Kühlung gewährleistet ist. Der Motor ist für eine Höchstspannung von 350 Volt ausgeführt, die ihm über den Regelungstransformator in fünf Stufen von 100 Volt an um je 50 Volt steigend zugeführt wird. Er leistet 180 PS bei 2800 kg Gewicht. Seine Zugkraft ist nur vom Strom abhängig, er ist daher nicht empfindlich auf Spannungsschwankungen und kann auch beträchtliche Ueberlastungen aushalten. Textabbildung Bd. 323, S. 26 Fig. 22.Ansicht dos 180 PS-Motors der Siemens-Schuckertwerke für die Hamburger Vorortbahnen. (Fortsetzung folgt.)