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Wechselstrommotor regelbarer Drehzahl
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstrommotor regelbarer Drehzahl für einphasigen od. dgl.
Anschluss. Es ist bekannt, in derartigen Wechselstrommotoren ein Feldsystem mit einer Erregerwicklung und einer die Ankerrückwirkung kompensierenden Kompensationswicklung anzuordnen, wobei der Wechselstrommotor neben einem Anker auch noch einen Stromwender und Bürsten aufweist, wobei jedes Stromwendersegment mit der Ankerwicklung über einen Widerstand verbunden ist, wodurch die Stromwendung verbessert und die Feldverzerrung vermindert wird, welche durch die in den durch die Bürstenkurzgeschlossenen Ankerwicklungen induzierten Spannungen bewirkt wird. Es ist ferner bekannt, in einem derartigen Motor Vorrichtungen anzuordnen, die mit einer Kapazität im Felderregerkreis ausgestattet sind und den Felderregerstrom im wesentlichen mit der an den Anker gelegten Spannung des Stromversorgungsnetzes in Phase halten.
Es ist bekannt, jede Stromwenderbürste mit einem Widerstand in Serie zu schalten, um das Bürstenfeuer an den Stromwendersegmenten herabzusetzen.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei Einphasen-Nebenschlussmotoren die Phase des Erregerstromes durch einen Einankerumformer zu regeln und einen Reihentransformator zur Verbesserung der Wirkungsweise zu verwenden. In diesem Vorschlag wurde ein regelbarer Reihentransformator zur Regelung der den Feldmagneten aufgedrückten Spannung verwendet, mit welchem eine Kompensationswicklung in Serie geschaltet war. Auch war eine Haupterregerwicklung mit dem einen Ende an eine Anzapfung zwischen den Enden des regelbaren Reihentransformators und mit dem andern Ende an eines der Enden des Reihentransformators angeschlossen.
Eine Abänderung des Vorschlages bestand darin, den Reihentransformator durch eine in Serie zur Haupterregerwicklung liegende Wicklung zu ersetzen, welche über einen verstellbaren Anschluss an eine feste Anzapfung des Reihentransformators gelegt war, wobei erreicht wurde, dass das durch die in Serie mit der Kompensationswicklung liegende Wendepolwicklung erzeugte Feld einerseits vom Ankerstrom und anderseits vom Erregerstrom beeinflusst wird. Eine zweite Abänderung des früheren Vorschlages bestand im Ersatz des Einankerumformers durch einen in Serie zur Erregerwicklung liegenden Widerstand bzw. eine Kapazität. Alle diese früheren Vorschläge waren lediglich bei Be- lastungsänderungen wirksam.
Durch die vorliegende Erfindung wird nun eine selbsttätige Regelung bei Änderung der Belastung und auch der Drehzahl ermöglicht, wobei durch die Erfindung gleichzeitig die Aufgabe gelöst werden soll, dass der erfindungsgemässe Wechselstrommotor über einen weiten Drehzahlbereich einen hohen Wirkungsgrad bzw. einen hohen Leistungsfaktor aufweisen soll. Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, dass bei einem Wechselstrommotor der oben beschriebenen Art die Vorrichtungen, welche den Felderregerstrom im wesentlichen mit der an den Anker gelegten Spannung des Stromversorgungsnetzes in Phase halten, einen Autotransformator zur Regelung der Phase und der Stärke des Erregerstromes enthalten. Durch diesen Autotransformator wird in zuverlässiger Weise für eine Selbstregelung im Feldkreis bei Geschwindigkeitsänderung gesorgt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform weist der Motor neben einer in Serie geschalteten Wendepolwicklung im Felderregersystem noch eine im Nebenschluss geschaltete Wendepolwicklung im Felderregersystem auf. Wenn der Motor langsam läuft, sind die im Nebenschluss geschalteten Widerstände unwirksam und die Transformatorspannung die durch die Bürsten kurzgeschlossen ist, hat deshalb einen maximalen Wert. Das bedeutet, dass der Faktor Q, nämlich das Verhältnis zwischen der Spannung in der Erregerwicklung und der Spannung, welche dem gesamten Erregerkreis aufgedrückt
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der obenbeschriebenen Art ermöglicht hingegen eine sichere Einhaltung der obigen Bedingungen.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemässen Motor in schematischer Darstellung. Fig. 2 zeigt die Innenseite des Stators im aufgewickelten Zustand mit den in den Nuten angeordneten Felderreger- und Zusatzwicklungen. Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung der Felderreger- uüd der Zusatzwicklungen.. Fig. 4 zeigt schematisch den Stromwender und die Anordnung der zugehörigen Bürsten.
In Fig. 1 weist der drehbare Anker eine Wellenwicklung a und einen aus einer Anzahl von Segmenten b bestehenden Stromwender auf. Jedes Segment b ist durch einen Widerstand c mit einem Punkt der Wicklung a verbunden, wobei die Anschlusspunkte der Widerstände an die Wicklung voneinander gleich weit entfernt sind. Diese Widerstände erfüllen den Zweck, einerseits die Strom wendung zu verbessern und anderseits die Verzerrung des Erregerfeldes zu vermindern.
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verbunden sind. Weiters sind die Bürsten d. ebenfalls um 1800 gegeneinander versetzt und, wie gezeigt, untereinander verbunden. Die Bürstenpaare d, d ! können um 900 gegeneinander versetzt sein-, doch können sie auch anders angeordnet werden, wie noch später im Zusammenhang mit Fig. 4 näher beschrieben wird.
Das Felderregersystem besteht aus einer Haupterregerwicklung e, die an einem Ende an die Leitung f des Stromversorgungsnetzes angeschlossen ist. Das andere Ende dieser Haupterregerwicklung ist über eine in Serie geschaltete Kapazität g mit einem Punkt eines Autotransformators h verbunden, welcher Autotransformator an einem Ende mit der Leitung i des Stromversorgungsnetzes verbunden ist und welche Leitung i beispielsweise der Nulleiter des Stromversorgungsnetzes sein kann. Das andere Ende des Autotransformators ist mit dem Mittelpunkt eines Regeltransformators k veränderlicher Spannung verbunden, welcher seinerseits mit seinen beiden Enden an die Leitungen f und i des Stromversorgungsnetzes angeschlossen ist.
Es kann auch ein Widerstand in Serie zur Kapazität g geschaltet werden. Die Wirkung der Kapazität (und des Widerstandes) und des Autotransformators besteht darin, dass die Spannung in der Felderregerwick- lung und der Fluss des erregenden Feldes im wesentlichen konstant und in Phase mit der Netzspannung gehalten wird, wobei auch die Gegen-EMK in genauer Phasenopposition zur Netzspannung gehalten werden soll.
Das Felderregersystem enthält weiters eine Kompensationswicklung m, die zu den Stromwenderbürsten d in Serie geschaltet ist. Weiters liegt in Serie zur Wicklung m eine in Serie geschaltete Wendepolwicklung n, welche mit dem Autotransformator h und dem Mittelpunkt des Regeltransformators in der in der Zeichnung dargestellten Weise verbunden ist.
Das Felderregersystem enthält weiters eine Wendepolwicklung o im Nebenschluss, welche mit ihren Enden an die Leitung f des Stromversorgungsnetzes und mit einem verstellbaren Punkt des Regeltransformators k verbunden ist. Die Kompensationswicklung m kompensiert die Ankerrückwirkung und die Wendepolwicklungen n, o verbessern die mit den Bürsten erzielbare Stromwendung.
Die Erfindung wird nun an Hand eines 1, 5 PS-Motors der für die Speisung durch Einphasenwechselstrom von 240 V und 50 Hz ausgelegt ist und mit Geschwindigkeiten bis zu 3000 Umdrehungen pro Minute in beiden Richtungen betrieben werden kann, beschrieben.
Das Felderregersystem besteht aus einem ringförmigen eisernen Ständer, der in Fig. 2 in aufgewikkelter Stellung durch p bezeichnet ist. Der Ständer trägt an seiner Innenseite Nuten, die vier Pole mit je neun Zähnen bilden. Der innere Durchmesser des Ständers beträgt 13, 97 cm (5, 5 Zoll) und der Aussen- durchmesser beträgt 22, 86 cm (9 Zoll), wobei sich der Stator in axialer Richtung auf eine Länge von 6,99 cm (2,75 Zoll) erstreckt. Jeder Pol enthält neun Nuten, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Wicklungen sind den Fig. 2 und 3 entsprechend angeordnet.
Die Erregerwicklung e besitzt 1tri7 Windungen je Pol,
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wobei der Querschnitt des Kupferdrahtes 0, 245 mm2 beträgt. Die Erregerwicklung ist in sechs Nuten jedes Poles angeordnet und umschliesst mit 83 Windungen acht Zähne, mit 83 Windungen sechs Zähne und mit 21 Windungen vier Zähne. Die Kompensationswicklung m besteht aus 53 Windungen eines Kupferdrahtes von 2, 94 mm2 Querschnitt und liegt in acht Nuten jedes Poles, wodurch insgesamt 212 Windungen in Serie geschaltet sind. Die im Nebenschluss geschaltete Wendepolwicklung o besteht aus 450 Windungen eines Kupferdrahtes mit 0,0937 mm2 Querschnitt und ist um einen Zahn zwischen benachbarten Polen gewickelt.
Die in Serie geschaltete Wendepolwicklung n besteht aus 13 Windungen eines Kupferdrahtes mit einem Querschnitt von 2,94 mm2, welche um drei benachbarte Zähne zwischen benachbarten Polen gewickelt ist.
Der Anker trägt 25 Nuten und die darin angeordnete einfache Wellenwicklung a besitzt 625 Windungen eines Kupferdrahtes mit einem Querschnitt von 0, 98 mm2.
Der in Fig. 4 dargestellte Stromwender besteht aus 125 Segmenten, von denen jedes mit der zugehörigen Wicklung a durch einen Widerstand c von 1, 4 Ohm entsprechend Fig. 1 verbunden ist. Es sind
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schliesst, der nur wenig von einem rechten Winkel abweicht. Die Stärke der Bürsten ist so bemessen, dass sie nicht grösser ist als die Breite zweier Segmente. Weiters ist die Anordnung der Bürsten so getroffen, dass dann, wenn eine Bürste zwei benachbarte Segmente bedeckt, die andern Bürsten ein Segment zur Gänze und die diesem Segment unmittelbar benachbarten Segmente wie in Fig. 4 gezeigt, teilweise bedecken, um Fehlströme in den zugeordneten Wicklungen a auf ein Mindestmass zu bringen.
Die in Serie zur Erregerwicklung e geschaltete Kapazität besitzt annähernd 9/l F und der zugehörige Autotransformator h ist zusammen mit dem Regeltransformator k so bemessen, dass die an die Erregerwicklung gelegte Spannung in dem Masse abnimmt, als die bei Erhöhung der Drehzahl an den Anker gelegte Spannung zunimmt, wobei der mit der Erregerwicklunge verkettete Fluss im wesentlichen konstant gehalten wird.
Die im Nebenschluss geschalteten Wendepolwicklungen o der vier Pole des Ständers sind untereinander parallel an eine 45 Volt-Abzapfung des Regeltransformators k angeschlossen.
Die Regelung der Drehzahl des Ankers wird durch Veränderung der Ausgangsspannung des Regeltransformators k bewirkt. Die Umkehr der Drehrichtung erfolgt in an sich bekannter Weise, mit Hilfe von Vorrichtungen, die die Stromrichtung in der Felderregerwicklung oder im Anker und der im Nebenschluss geschalteten Wendepolwicklung umkehren.
Die Erfindung ist keinesfalls auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt und die oben angegebenen erfindungsgemässen Massnahmen können auch für Motore anderer Leistungen oder anderer Drehzahlregelbereiche verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wechselstrommotor regelbarer Drehzahl für einphasigen od. dgl. Anschluss mit einem Feldsystem, bestehend aus einer Felderregerwicklung und einer Kompensationswicklung zur Kompensation der Ankerrückwirkung, einem Anker, einem Stromwender und Bürsten, wobei jedes Stromwendersegment mit der Ankerwicklung über einen Widerstand verbunden ist, der die Stromwendung verbessert und die Feldverzerrung vermindert, welche durch die, in den durch die Bürsten kurzgeschlossenen Windungen induzierten Spannungen bewirkt wird und mit Vorrichtungen, die mit einer Kapazität im Felderregerkreis ausgestattet sind und den Felderregerstrom im wesentlichen mit der an den Anker gelegten Spannung des Stromversorgungsnetzes in Phase halten, dadurch gekennzeichnet,
dass diese Vorrichtungen einen Autotransformator zur Regelung der Phase und der Stärke des Erregerstromes enthalten.