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Verfahren zum Anlassen von Kurzschlussankermotoren und Vorrichtung hiezu.
Die Erfindung betrifft das Anlassen von Wechselstrommotoren mit kurzgeschlossenem Sekundärteil, die mit Spannungsstufen ans Netz gelegt werden und mit einer selbsttätigen Anlasskupplung arbeiten.
Bei dem bisher bekanntgewordenen Anlassen ist es nicht möglich, erhebliche Stromstösse auf das Netz zu vermeiden. Die theoretischen Zusammenhänge erläutert die Fig 1 ; sie zeigt in Funktion der als Abszisse aufgetragenen Drehzahl n in ihrem oberen Teile mit V, ; den Stromverlauf zwischen Stillstand und der synchronen Drehzahl l1s bei voller Betriebsspannung und mit Jus veine Stromaufnahme, die durch Herabsetzung der Netzspannung (wie dies durch einen Schalter mit einer Anlassstufe bewirkt werden kann) auf ein ausreichend erträgliches Mass gemildert worden ist. Der untere Teil der
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wenn durch die Verminderung der Netzspannung durch Anwendung eines Schalters mit einer Anlassstufe (z. B.
Sterndreieckschalter) in der Statorwicklung die Stromaufnahme auf den Wert J8 herab- gesetzt worden ist, so dass es nicht mehr möglich wird, das Vollastdrehmoment D" beim Anlaufe zu überwinden
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Drehmomenten als Do belastet werden.
Eine gewöhnliche Fliehkraftkupplung der bisher zur Anwendung gebrachten Bauart wirkt nun ganz allgemein so, dass sie eine gewisse Einrüekdrehzahl besitzt, bei deren Erreichen zwischen dem Motor (der zunächst unbelastet geblieben war) und zwischen der Last eine Bremseinriehtung selbsttätig in Tätigkeit gesetzt wird. Diese Bremseinrichtung belastet den Motor mit bemessenem Drehmomente, das an die zunächst noch stillstehende Last weitergegeben wird und das, sobald es das Lastmoment übertrifft, die in der Regel noch stillstehende Last solange beschleunigt, bis die Relativgeschwindigkeit in den Bremsfläche zu Null geworden ist, also die beiden Kupplungshälften dieselbe Geschwindigkeit erreicht haben, so dass an die Stelle des Bremsvorganges eine starre Mitnahme tritt.
So zeigt die Kurve DL. die Bremsmomentausübung einer solchen selbsttätigen Kupplung, deren Einruckdrehzahl z. B. im Beginn der Bewegung liegt. Sofern es sich um eine Reibungskupplung handelt, deren Reibungskoeffizient praktisch als konstant betrachtet werden kann, ist diese Kurve eine Parabel, deren Scheitel im Koordinatenanfangspunkte liegt.
Der Schnittpunkt der Parabel Dk mit der Drehmomententwicklungskurve Da des Motors bei Vollspannung, der bei der Bremsmomentausübung vom Betrage Da erfolgt, zeigt dasjenige Bremsmoment, das die Kupplung im voll eingeschalteten Zustande des Motors bei der Motordrehzahl 110 solange entwickelt, bis die Last angeworfen und die Kupplung starr geworden ist. Der Schnittpunkt kennzeichnet aber auch gleichzeitig das höchste Drehmoment, das im eigentlichen Betriebszustande mit dieser Kupplung überhaupt an die Last übertragen werden kann. Wird es übersehritten, dann verfällt die Kupplung wieder ins Gleiten.
Um nun gegenüber dem Nennmomente Da ein möglichst hohes Mass der Überlastbarkeit
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des Motors ausnutzen zu können, ohne. dass die Kupplung wieder unstarr wird, muss Da so gross als mögtich sein, d. h. der Schnittpunkt der Parabel so hoch gelegt werden, dass während des Gleitens der Bremse beim Lastanwerfen der Motor gerade mit der kritischen Drehzahl no arbeitet, wobei die höchstzulässige Aufnahme des Anlassstromes Ja, den man z. B. als Schleifringankermotor-Anlassstrom mit 1'6 bis 1'75 des Nennstromes zulässt, gerade eben vorliegt. Mit andern Worten : bei derartigen Kupplungen ist jener Schnittpunkt nicht frei wählbar, sondern fest gegeben ; die Bremsparabel muss stets durch ihn hindurchgehen.
Aus diesem Zusammenhange ergibt sich, dass eine derartig wirkende Kupplung den Motor während der elektrischen Anlassstufe schon bei der niedrigen Drehzahl M/ ; (dem Schnittpunkt der Drehmomentsentwicklungskurve Ds mit der Bremsbelastungsparabel D/c) am weiteren Anlaufe vollkommen festhalten muss. Es tritt daher beim Aufschalten der Vollspannung, solange man auch damit warten mag, der unzulässige Strom J auf, da eben der Motor gewaltsam daran gehindert worden ist, die kritische Drehzahl ! no zu erreichen.
Auch wenn man eine Kupplung verwendet, bei der durch eine weitgehend gesteigerte Federgegenwirkung G der Drehmomentverlauf steiler gemäss der gestrichelten Parabel D erfolgt, so ist es doch niemals möglich, den Motor die Drehzahl no erreichen zu lassen und den Stromstoss Jky zu vermeiden.
Denn auch diese Bremsparabel muss nach wie vor durch denselben Schnittpunkt mit der Drehmomententwicklungskurve D gehen und bei der kritischen Drehzahl K. das Drehmoment D", ausüben. : Mit der starken Federwirkung gemäss a setzt die Bremswirkung der Kupplung zwar erst bei einer solchen Drehzahl ein, bei der die Fliehkraftwirkung die Federgegenwirkung überwunden hat (Schnittpunkt von D mit der Abszissenachse) : die Drehzahl M wird jedoch nie an no herangebracht werden können, da hiezu G"unendlich gross"gewählt werden müsste. Da G eine Vernichtung der an sich in der Kupplung aus der Fliehkraft verfügbaren Bremsäusserung bedeutet, so lässt sich z.
B. eine Fliehkraftkupplung gemäss der gestrichelten Parabel. bei der schon ungefähr so viel Fliehkraftwirkung vernichtet werden muss, als überhaupt an nutzbarem Bremsmoment übrigbleibt (G ungefähr so gross als Da), praktisch befriedigend schon gar nicht mehr mit ausreichend kleinenAbmessungen bauen.
Die Aufgabe lässt sich also bei der bisher benutzten Abhängigkeit zwischen der Drehmomententwicklung des Motors und der Bremsmomentausübung der Kupplung, wie sie durch den gemeinsamen Zusammenhang mit der Drehzahl gegeben ist, nicht lösen. Verlässt man nun, um zum Ziele zu kommen, diese bisher beim mehrstufigen Schalten benutzte Abhängigkeit und verwendet man eine Kupplung, bei der-wie man dies auch schon versucht hat-beim Erreichen einer Einrückdrehzahl, die nicht unterhalb nQ liegt, die bedeutende Anwerfbremsmomentausübung freigegeben wird, so wird der drehmomentschwache Motor durch die so einsetzende Belastung sofort auf unzulässig tiefe Drehzahlen und bei vollkommener Unabhängigkeit des eingerückten Bremsmomentes von der Drehzahl sogar zum Stillstand gezwungen, so dass. noch höhere Stromstoss unvermeidlich sind.
Gemäss der Erfindung wird dieser Stromstoss durch Einhaltung einer bestimmten Reihenfolge in der Benutzung der Anlassstufen und einer bestimmten Wirkungsweise der selbsttätigen Kupplung vermieden, indem erst die Auswirkung der Einschaltstufe abgewartet und dann zugleich mit oder nach der Einschaltung der Betriebsstufe mit der Einschaltung der selbsttätigen Kupplung begonnen wird, so dass die den Motor belastende Drehmomentsübertragung erst nach oder frühestens mit dem Umlegen des elektrischen Schalters von der Anlassstufe auf die Betriebsstufe einsetzt.
Aus Fig. 1 geht hervor, dass bei einem derartigen Betriebsverfahren der Motor nicht mehr daran gehindert wird, die kritische Drehzahl no zu erreichen, so dass beim Überschalten der noch zulässige Anlassstrom Ja nicht mehr überschritten werden kann.
Um nun die Benutzung der Stufen des Schaltgerätes und der selbsttätigen Kupplung in der Reihenfolge-zuerst Einschaltstufe und lastfreier Anlauf bis Erreichung der synchronen Drehzahl, dann Einschaltung der Betriebsstufe und hierauf oder gleichzeitig die Einschaltung der selbsttätigen Kupplungsicherzustellen, kann die Einschaltung der Betriebsstufe und der selbsttätigen Kupplung sinngemäss in Abhängigkeit sowohl von der Zeit als auch der erreichten synchronen Drehzahl und schliesslich dem Be- sehleunigungsdruek, der gleich Null geworden sein muss, vorgenommen werden.
Da man den Zeitraum kennt, der von der Einschaltung der ersten Schaltstufe bis zur Erreichung der synchronen Drehzahl bei dem anzulassenden Motor erforderlich ist, so kann die Einschaltung der Betriebsstufe und der selbsttätigen Kupplung in Abhängigkeit von einem Zeitgesperre oder einer Zeituhr sowohl von Hand als auch selbsttätig erfolgen. Der Zeitpunkt der Einschaltung der Betriebsstufe und der selbsttätigen Kupplung kann aber auch in Abhängigkeit von der Einstellung eines Umdrehungsmessers. erfolgen, denn sobald die synchrone Drehzahl des Motors erreicht ist, ist auch das Ende der lastfrei zu haltenden ersten Schalt-
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die Beschleunigung gleich Null wird, kann auch eine Messvorrichtung für den Beschleunigungsdruck als Anzeigevorrichtung oder zur Beeinflussung eines Einrückgetriebes dienen.
Besonders einfach gestaltet sieh aber die Benutzung des Verfahrens gemäss der Erfindung und die Ausbildung einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäss der Erfindung, wenn die Einschaltung der selbsttätigen Kupplung durch ein Zeitgesperre genügend lang bzw. solange verzögert wird, bis nach Einschaltung der ersten Schaltstufe und der Erreichung der synchronen Drehzahl auch die Schalterbetätigung zur Einschaltung der Betriebsstufe in aller Ruhe vorgenommen worden ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele von Kupplungen, bei denen die gegenseitige Mitnahme der beiden einander widerstrebenden Kupplungshälften so lange verzögert ist, dass z. B. miteinemnormalenzweistufigen Schaltgerät dieEinschaltung auch der Betriebsstufe nach Erreichung der synchronen Drehzahl in der ersten Schaltstufe erfolgt ist, bevor die selbsttätige Kupplung beginnt, auf den Motor Last zu legen.
In Fig. 2 und 3 ist eine selbsttätige Kupplung dargestellt, die erst wirksam wird und ein Drehmoment zu übertragen beginnt, nachdem einerseits die Beschleunigung der ersten Sehaltstufe gleich Null geworden und anderseits nach Erreichung dieses Zustandes ein weiteres Zeitgesperre abgelaufen ist.
Es wird hiedureh ermöglicht, die Schaltung für die Betriebsstufe mit Sicherheit nach Erreichung der synchronen Drehzahl vorzunehmen, ohne dass der Motor schon Last erhalten hat.
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beweglichen Verbindung der beiden widerstrebenden Kupplungshälften besitzt, dass nicht nur die Anlassstufe bis zur Erreichung der synchronen Drehzahl lastfrei bleibt, sondern darüber hinaus nach dem Zeitpunkt der Erreichung der synchronen Drehzahl noch eine gewisse Zeitspanne verfügbar ist, in der der Schalter für die Betriebsstufe vor dem Wirksamwerden der selbsttätigen Kupplung eingelegt werden kann.
In Fig. 6 und 7 ist im wesentlichen eine gleiche Kupplung wie in Fjg. 4 und 5 dargestellt, nur mit dem Unterschied, dass diese Kupplung noch zur Übertragung eines höheren Drehmomentes als des Anlassdrehmomentes befähigt gemacht ist.
In Fig. 2 und 3 ist TV die von dem Motor angetriebene Welle, auf der der scheibenförmige Kupplungsteil M mit Hilfe des Keiles V befestigt ist. Der Durchmesser der zylindrischen Umfangsfläche dieses auf der Motorwelle W festgekeilten Kupplungskörpers M ist wesentlich kleiner als der innere Durchmesser des Zylinderkörpers R. der auf der nicht dargestellten Lastwelle irgendwie befestigt ist. Sobald an die inneren Zylinderflächen des Kupplungskörpers R der Reibkörper K unter dem Einflusse der Fliehkraft zum reibenden Angriff gelangt, sind die beiden Kupplungshälften M und R miteinander verbunden.
Zur Bewegung dieses kuppelnden Gliedes K in die Eingriffslage ist der Keilkörper K mit Hilfe von Rollen Q in spiraligen Rinnen A, des Kupplungskörpers M geführt. Sobald der Keilkörper K aus der Lage, in der er in Fig. 1 und 2 in ausgezogenen Linien dargestellt ist, an den Ausgang D der Spirale in die, punktiert dargestellte Stellung gedreht worden, ist, ist die Eimückung vollzogen ; vorher bleibt die Kupplung ausgerückt. Die Verschiebung in diese Einrüekstellung kann das Kupplungsglied aber trotz der Fliehkraft, diedarauf beider Umdrehungder Welle wirkt, nichtausführen, sobald die beiden Körper M und K in Richtung des in Fig. 2 dargestellten Pfeiles in Umdrehung versetzt werden.
Infolge des Beschleunigungsdruckes wird der Keilkörper K am inneren Ende der Spiralnuten A, Al in der Lage festgehalten, die Fig. 2 in ausgezogenen Linien erkennen lässt. Sobald aber der Motor in der ersten Schaltstufe die synehrone Drehzahl erreicht hat, wird der Beschleunigungsdruck zwischen dem Kupplungskörper M und dem Keilkörper K gleich Null und nun beginnt der Keilkörper K entsprechend dem Steigungswinkel a der Spiralrinne in der Umfangsriehtung gegenüber dem Kupplungskörper M zu wandern, wobei er sich immer mehr der Austrittsstelle D der Spirale nähert.
An dieser Bewegung wird er durch den Bewegungwiderstand gehemmt, mit dem das Medium, gegenüber welchem der Körper K beim Umlaufe rotiert, an ihm angreift, wobei neben einem gasförmigen auch ein fester oder flüssiger Körper mit dem Gliede K reibend in Verbindung gebracht werden kann.
Mit diesem Bewegungswiderstand wird das Medium reibend mitgenommen, also beschleunigt und schliesslich ganz oder teilweise auf die Umlaufgeschwindig-
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Relativgeschwindigkeit zwischen K und dem ihm gegenüber zunächst zurückgebliebenen Medium nach Ablauf einer nach Massgabe des beteiligten Massenträgheitsmomentes und der Reibungswiderstände gegebenen Beschleunigungszeit mehr und mehr verringert wird. hiermit geht aber auch der Bewegungswiderstand zurück, so dass nach dem Ablaufe der Beschleunigungszeit des nach und nach mitgenommenen Mediums der den Körper K in seiner ausgerückten Lage zu halten trachtende Bewegungswiderstand, der auf das Medium beschleunigend gewirkt hat. entsprechend verringert wird und so die zum Herbeiführen des Einrückens erforderliche Strecke von Q nach D zurückgelegt werden kann.
Der in den spiraligen Nuten A und . i geführte Kupplungskörper X verzögert infolgedessen das Aufgeben der Last auf die Welle 17 nicht nur bis zum Augenblicke des Verschwinden des Besehleunigungsdruckes von der Motorwelle her und damit bis zur Erreichung der synchronen Drehzahl, sondern darüber hinaus noch um diejenige Zeitspanne, die ein an ihm reibend angreifendes und zur Rotationsbewegung befähigtes Medium, das anfänglieh ihm gegenüber in der Rotationsbewegung zurückgeblieben ist und von ihm allmählich aus dem zwischen K und dem Medium ausgeübten Bewegungswiderstand nachgeholt wird, braucht, um selbs auf Touren zu kommen.
Es bleibt also nach Erreichung der synchronen Drehzahl noch genügend Zeit. die Schaltbewegun ! ! zur Einschaltung der Betriebsstufe in aller Ruhe auszuführen. bevor ein Auflegen von Last auf die Motorwelle erfolgt.
Bei der Kupplung nach Fig 4 und 5 ist das Wirksamwerden der Kupplung ebenfalls über einen so grossen Zeitraum verzögert, dass die synchrone Drehzahl erreicht und darüber hinaus die Uberschaltung zur Betriebsstufe gewährleistet ist. bevor die Kupplung auf die Motorwelle Last auflegt. In den Darstellungen nach Fig 4 und 5 ist FT die Motorwelle, auf der mit dem Keil V der eine Kupplun2'skörper M
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befestigt ist. Der mit der Last irgendwie verbundene Kupplungskörper ist dz R2 ; dieser besteht aus zwei durch das Gewinde G vereinigten Teilen, die einen Hohlraum einschliessen und die sich nach Art einer Leerlaufscheibe freibeweglich auf der Nabe des Kupplungskörpers M frei drehen.
Sobald infolgedessen zwischen den Kupplungskörper M auf der einen Seite und die Kupplungskörper R, und R, auf der andern Seite ein mitnehmendes Glied geschoben wird, ist die mitnehmende Verbindung zwischen der Motorwelle W und der Last hergestellt. Zur Schaffung dieser Verbindung dienen nun die sektorartige Körper E, die zwischen radialen Vorsprüngen M1 des Kupplungskorpers M liegen. Sie besitzen nach aussen eine kegelige Fläche, mit der sie sich gegen die Kegelflächen r der Kupplungskörper Rl und R2legen, sobald sie infolge der Fliehkraft angepresst werden. Sie schaffen dann eine zwangbewegliehe Verbindung über die kegeligen Flächen r und den radialen Vorsprüngen M.
Zur Schaffung einer Gegenkraft gegen die radial wirkende Fliehkraft sind die sektorartigen Körper E mit radial nach aussen stehenden Flügeln E2 besetzt. Wenn nun der Hohlraum des Kupplungskörpers , mit Flüssigkeit gefüllt ist, dann entsteht in der Ringnut in der Mittelebene der Kupplung vor diesen Flügeln E2 eine unter Druck gesetzte Flüssigkeitsmasse, die die sektorförmigen Reibkörper E, wie durch ein Polster abgefedert, zurückhält, so dass sich diese Reibkörper B nicht gegen die konischen Flächen r abstützen können.
Erst wenn durch den Druck der zentrifugierten Flüssigkeit der Ringkolben Ci entgegen der Wirkung der axialen Feder N zurückbewegt und die in dem Raum hinter dem Kolben C1 befindliche Flüssigkeit durch die Kanäle Y, Yi einer Flüssigkeitsbremse verdrängt worden ist, kann der der Fliehkraft entgegenwirkende Druck der zentrifugierten Flüssigkeit in solchem Masse nachlassen, dass die
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legen können, um das Auflegen der Last auf die Welle W herbeizuführen.
Die Verzögerung, die in der zwangbewegliehen Mitnahme zwischen dem Kupplungskörper M auf der einen Seite und dem Kupplungskörper R1, R2 auf der andern Seite hervorgerufen wird, soll gemäss der Erfindung so gross sein, dass das Lastauflegen nicht früher erfolgt, als bis nach der ersten Schaltstufe die synchrone Drehzahl erreicht und der Schalter für die Beriebsstufe eingelegt ist.
Bei der Kupplung nach Fig 6 und 7 ist die Arbeitsweise eine ähnliche wie bei jener nach Fig 4 und 5. Ein Unterschied besteht darin, dass die Kupplung ausserdem noch zur Übertragung eines höheren Drehmomentes als des Anlassdrehmomentes befähigt gemacht ist. Zu diesem Zwecke ist der Ringkolben C mit Hilfe der Feder N gleichzeitig gegen Verdrehung verspannt. Ferner sind an ihm Schaufeln c angebracht. Die auf der Welle W sitzerden kuppelnden Glieder E trachten mit den Schaufeln E2 das in die wirksamen Räume der Kupplung eingefüllte Medium mitzunehmen, das die Schaufeln c beaufschlagt.
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die die Welle W und der damit verbundene Teil besitzt, so geht der Druck auf die Schaufeln c verloren, sobald die von der Kupplung mitgenommenen Teile Hg die gleiche Geschwindigkeit wie die Motorwelle W erhalten.
Damit wird dann der Ringkolben a durch die spiralige Verspannung der Feder N von den
Schultern a, a1 heruntergezogen und vermag nunmehr den vollen axialen Weg zurückzulegen. So wird der mit dem flüssigen Medium gefüllte Raum in fortschreitendem Masse entleert. Sobald dann der Ring C die ebenfalls verfellbare Anschlagschraube i erreicht hat, kann das Medium vollkommen zurücktreten. so dass die Kupplung zur grösstmöglichen Drehmomententwicklung freigegeben ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Anlassen von Kurz schlussankermotoren mittels einer selbsttätigen Kupplung durch Einhaltung einer bestimmten Reihenfolge in der Benutzung der Anlassstufen des elektrischen Schaltgerätes und der selbsttätigen Kupplung, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einschaltung der elektrischen Anlassstufe die Auswirkung der Anlassstufe bis zur völligen oder nahezu völligen Erreichung der synchronen Drehzahl abgewartet und dann zugleich mit oder nach der Einschaltung der Betriebsstufe mit der Einschaltung der selbsttätigen Kupplung begonnen wird, so dass die den Motor belastende Drehmomentübertragung erst nach oder frühestens mit dem Umlegen des elektrischen Schalters auf die Betriebsstufe einsetzt.