Erwärmung von Motoren bei aussetzendem Betrieb. Von Dipl.-Ing. Alexander Brückmann, Frankfurt a. M. (Fortsetzung von S. 509 d. Bd.) Erwärmung von Motoren bei aussetzendem Betrieb. 3. Versuche am Transformator. Bei den bisher untersuchten Maschinen war durchgängig Ventilation durch Bewegung vorhanden. Auch die ruhenden Spulen werden von der vom Anker kommenden Luft bestrichen; allerdings ist diese Luft für sich schon erwärmt, und aus den Ergebnissen an den Spulen des Gleichstrommotors erkennen wir, daß die vermehrte Wärmeabgabe durch Konvektion der strömenden Luft, durch die der kleineren Temperaturdifferenz entsprechend verminderte Wärmeabgabe durch Leitung ausgeglichen werden kann. Textabbildung Bd. 323, S. 523 Fig. 33.Zeit in Stunden und Minuten; Erwärmungs- und Abkühlungskurven des luftgekühlten Transformators, Oberspannung. Zum Schluß ist noch eine Maschine ohne jede Kühlung durch Bewegung untersucht. Es ist dies ein Einphasentransformater der Firma Helios in Köln, als Kerntransformator ausgebildet mit einer Leistung von 2 KW bei cos φ = 1, einem Uebersetzungsverhältnis 1 : 2 und einer Oberspannung von 220 Volt. (Da die bisher bei Transformatoren üblichen Bezeichnungen „Hochspannung“ und „Niederspannung“ nach den Vorschriften des Verbandes deutscher Elektrotechniker bestimmte Spannungswerte bezeichnen, sind sie im Folgenden durch die in der Praxis neuerdings angewandten Bezeichnungen „Oberspannung“ bezw. „Unterspannung“ ersetzt.) Der luftgekühlte Transformator. Zunächst wurde eine Versuchsreihe mit möglichst guter Luftkühlung der Spulen aufgenommen. Dabei waren die gelochten Schutzbleche entfernt. Textabbildung Bd. 323, S. 523 Fig. 34.Zeit in Stunden und Minuten; Erwärmungs- und Abkühlungskurven des luftgekühlten Transformators, Unterspannung. Die Versuche, in den Fig. 33 und 34 wiedergegeben, zeigen eine im Verhältnis zur Leistung der Maschine hohe Temperaturkonstante, die in der Hauptsache durch den um den Betrag der Konvektion verminderten Kühlfaktor K bedingt ist. Die Belastungskonstante der Oberspannung hat einen Wert Ta = 2 Std. 30 Min. Es ist dies fast der doppelte Wert des bei dem Asynchronmotor von doppelter Leistung beobachteten. Die Abkühlungskurve in Fig. 33 ergibt einen Wert Tr = 2 Std. 15 Min. für die Oberspannung. Dieser Wert ist kleiner als der der Erwärmungskonstanten, während er früher stets größer oder gleich war. Der Grund zu diesem abweichenden Verhalten liegt wohl darin, daß nur die Punkte des steilen Teiles der Kurve zur Bestimmung von Tr zu benutzen waren, da dort die konstruierte Kurve durch die Punkte verläuft, während sie im flachen Teil unter diesen liegt, also eine Vergrößerung der Konstanten erforderlich wäre, um die Kurve auch im letzten Teil den Punkten sich anschließen zu lassen. Textabbildung Bd. 323, S. 524 Fig. 35.Diagramm zum aussetzenden Betrieb des Transformators, Oberspannung Luftkühlung. Obwohl das Verhältnis \frac{T_a}{T_r}=\frac{150}{135}=1,11 von der Einheit abweicht, ist, um den oben erwähnten Verhältnissen Rechnung zu tragen, den folgenden Untersuchungen die Voraussetzung \frac{T_a}{T_r}=1 zugrunde gelegt. Für die Unterspannung ergibt sich nach Fig. 34 eine Belastungskonstante Ta = 135 Minuten, eine Abkühlungskonstante Tr = 120 Minuten unter den gleichen Erscheinungen wie bei der Oberspannung. Demnach: \frac{T_a}{T_r}=\frac{135}{120}=1,12. Da auch dieser Wert sich nur wenig von 1 unterscheidet, ist er aus dem gleichen Grunde wie bei der Oberspannung der Einheit gleich angenommen worden. In Fig. 35 ist das Diagramm für die Oberspannung gezeichnet. Die Wahl der Belastungsgeraden erfolgte dabei nach einem bestimmten Grundsatz. Die nähere Bezeichnung der Maschinen für aussetzenden Betrieb geschieht zweckmäßig durch Angabe des Betriebsverhältnisses und des zugehörigen Ankerstromes bezw. der Leistung. Im allgemeinen werden sich für das Betriebsverhältnis namentlich ganze Zahlen oder deren reziproke Werte eignen. Wir erhalten dann den aussetzenden Betrieb \frac{2}{1}, \frac{1}{1} und so fort. Für Sonderfälle mit genau bekannten oder vorgeschriebenen Betriebsverhältnissen kann statt dessen auch die genauere Bestimmung an die Stelle treten. Von diesem Gesichtspunkt aus sind in dem Diagramm der Oberspannung folgende Werte von \frac{a}{r} auf den Temperaturgeraden abgeteilt. \frac{a}{r}\ \ \frac{3}{1}\ \ \frac{1}{1}\ \ \frac{1}{1,5}\ \ \frac{(2)}{(3)}\ \ \frac{1}{2\,1/3}\ \ \frac{(3)}{(7)}\ \ \frac{1}{3}. Die dazu gehörigen Belastungen sind in Amp. der Unterspannung ausgedrückt folgende: 26,5 32,5 36,5 41,6 45,6. Damit wurde unter Zugrundelegen folgender Betriebszeiten in Minuten a = 15 10 10 9 5 –––––––––––––––––––––––––– r = 5 10 15 21 15 der aussetzende Betrieb durchgeführt. Aussetzender Betrieb. Von den erhaltenen Kurven sind der Uebersichtlichkeit wegen nur die für die drei höchsten Belastungen von 36,5, 41,5 und 45,6 Amp. in Fig. 36 für die Spulen der Oberspannung aufgezeichnet. Die Kurvenschaar schließt sich der normalen Dauerlastkurve an, wie zu erwarten war. Die Kurven für die Spulen der Unterspannung sind in Fig. 37 gezeigt und genügen ebenfalls den Bedingungen. Der gekapselte Transformator. Der gleiche Transformator wurde schließlich mit veränderter Ventilation untersucht. Durch diese wurde eine Verschlechterung der Kühlung, d.h. eine Verminderung des Wärmeübergangsfaktors K erreicht. Nach der Gleichung 2a war: \frac{G\,s}{F\,K}=T. Nach Eintreten des Beharrungszustandes wird die gesamte zugeführte Wärme nach außen abgegeben. Demnach wird: Q = τeFK . . . . . . . . . . 12) Bei gleichem Q und vermindertem K, muß also τe umgekehrt proportional K wachsen. Durch Einsetzen des Wertes FK in die Gleichung 2a erhalten wir: T=\frac{G\,s\,\tau_e}{Q}. . . . . . . . . . 13) Da G und s konstante Größen sind, und Q als gleichbleibend vorausgesetzt wird, erhalten wir die Gleichung T = Kτe . . . . . . . . . . 13a) auch T wächst als proportional. Textabbildung Bd. 323, S. 525 Fig. 36.Aussetzender Betrieb des luftgekühlten Transformators, Unterspannung; Zeit in Stunden und Minuten In Fig. 38 sind zwei Kurven dargestellt, die sich nur durch Veränderung des Faktors K unterscheiden. Wir erkennen daraus, daß die Kurven mit der höheren Endtemperatur τ''e, d.h. vermindertem K stets steiler verläuft als diejenige mit niedrigem τ'e. Demnach wird das Dreieck des aussetzenden Betriebes ABD (in Fig. 14) ungünstig beeinflußt. Die Seite AD wird steiler und damit bei gleicher Kathete DB die Kathete A B kleiner, d.h. die Belastungszeit wird verringert. Textabbildung Bd. 323, S. 525 Fig. 37.Aussetzender Betrieb des luftgekühlten Transformators, Unterspannung; Zeit in Stunden und Minuten Textabbildung Bd. 323, S. 525 Fig. 38. Textabbildung Bd. 323, S. 525 Fig. 39. Für Maschinen ist nun meist eine bestimmte Temperaturgrenze, die nicht überschritten werden darf, gegeben. Jede Verminderung der Ventilation bedingt notwendig eine steilere Parabel im Diagramm und damit steilere Belastungsgerade, die auf den Temperaturgeraden mit normalem Abstand von der Abszissenachse kleinere Werte für die Arbeitszeit a und größere Werte für die Ruhezeit r bei gleichen Belastungen abschneiden, als irgend eine tief erliegende. In Fig. 39 sind zwei Parabeln OA und OB für verschiedene K Belastungsgeraden und Temperaturgeraden dargestellt. Für gleiche Belastung und Endtemperatur schneidet die Belastungsgerade OD'' das kleine Arbeitsverhältnis \frac{a''}{r''} und OD' das große Verhältnis \frac{a'}{r'} auf den Temperaturgeraden ab. Um den Einfluß des Kühlfaktors K zu zeigen, wurde der gleiche Transformator wie oben, mit einer möglichst luft- und wärmedichten Kapselung versehen. Er wurde mit einem Mantel aus zwei Lagen Preßspan von 2 mm Stärke umgeben. Zur weiteren Verminderung der Wärmeleitung wurde eine isolierende Luftschicht durch einen 4 mm großen Abstand der beiden Preßspanmäntel voneinander geschaffen. Sämtliche übrigen Ventilationsöffnungen wurden sorgfältig abgedichtet. Ein Thermometer zeigte die Temperatur der Luft im Innern des Mantels. Wie bei den Versuchen zu erkennen war, erfolgte die Kühlung im wesentlichen nur noch an dem von Luft bespülten oberen und unteren Querjoch. Die Lufttemperaturzunahme im Mantelinnern verlief nahezu geradlinig, und die Außenseite des Mantels zeigte keine nennenswerte Erwärmung. Temperaturkurven. Durch diese Kapselung wurde gerade eine Verminderung von K auf die Hälfte erreicht. In Fig. 40 und 41 sind die Belastungskurven und die Kurven der Abkühlung für Ober- und Unterspannung aufgezeichnet. Es ergibt sich daraus für die Oberspannung ein Ta = 5 Stunden und ein Tr = 4 Stunden 30 Minuten. Für die Unterspannung wird Ta = 4 Stunden 30 Minuten und Tr = 4 Stunden. Textabbildung Bd. 323, S. 526 Fig. 40.Zeit in Stunden und Minuten; Erwärmungs- und Abkühlungskurven des gekapselten Transformators, Oberspannung. Zum Vergleich zwischen dem luftgekühlten und dem gekapselten Transformator diene Tabelle 5 für die Kurve von 20 Amp. in der Unterspannungsspule: Alle Größen des luftgekühlten Transformators zeigen zu denen des gekapselten ein Verhältnis von 1 : 2. Tabelle 5. Oberspannung Unterspannung T a T r W e T a T r W e Luftkühlung 150 135 0,15 135 120 0,475 Kapselung 300 270 0,30 270 240 0,950 Das Verhältnis von Belastungs- zu Abkühlungskonstante ist für die Oberspannung \frac{T_a}{T_r}=\frac{300}{270}=1,11; für die Unterspannung wird \frac{T_a}{T_r}=\frac{270}{240}=1,12; Textabbildung Bd. 323, S. 526 Fig. 41.Zeit in Stunden in Minuten; Erwärmungs- und Abkühlungskurven des gekapselten Transformators, Unterspannung. es hat sich also gegenüber dem luftgekühlten Transformator nicht geändert. (Schluß folgt.)