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Schaltung für Wechselstrommotoren
Die Erfindung betrifft eine Schaltung für Wechselstrommotoren, insbesondere für Einphasenwechselstrommotoren.
Die erfindungsgemässe Schaltung findet insbesondere bei langsam anlaufenden Wechselstrommotoren, wie sie beispielsweise bei Schleuderantrieben von Waschmaschinen benötigt werden, Anwendung.
Es ist bekannt, bei Wechselstrommotoren mit in einer Motorzuleitung, beispielsweise in der Hilfsphasenleitung liegender Kapazität, diese Kapazität umschaltbar auszubilden, so dass von einem Anlaufswert auf einen Betriebswert umgeschaltet werden kann. Diese Umschaltbarkeit der Kapazität trägt der Tatsache Rechnung, dass im Anlaufzustand des Motors zur Herbeiführung günstigsten Wirkungsgrades ein anderer Kapazitätswert erforderlich ist, als im Betriebszustand.
Es gibt Motoren, bei denen ein langsames Anlaufen erwünscht ist, beispielsweise gilt dies für Motoren für den Schleuderantrieb von Waschmaschinen. Läuft nämlich bei Schleuderantrieb von Waschmaschinen der Motor zu schnell hoch, so kann sich die Wäsche in der Trommel nicht entfalten und kommt an eine eng begrenzte Fläche an der Trommelwandung zu liegen. Es tritt dann eine merkliche Unwucht ein, so dass die Maschine in heftige Schwingungen gerät. Wenn ein Motor langsam auf seine Betriebsdrehzahl hoch läuft, so bedeutet dies, dass zwischen dem Zeitpunkt des Anlaufs, auf den der Anlaufkondensator abgestimmt ist, und dem Zeitpunkt der Erreichung des Betriebszustandes eine lange Zeit vergeht. Während dieser Zeit behält bei den bisher bekannten Motoren die Kapazität ihren Anlaufswert bei.
Dieser Anlaufs-
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dass während dieser Zeit ein symmetrischer Betrieb nicht möglich ist und der Wirkungsgrad des Motors gering ist. Dies bedeutet, dass eine hohe Verlustwärme entsteht, und diese Verlustwärme gefährdet die temperaturempfindlichen Teile des Motors. Während bei schnell anlaufenden Motoren wegen des verhältnismässig kurzen Intervalls zwischen dem Anlaufszeitpunkt und dem Zeitpunkt der Erreichung des Betriebszustandes dieser Nachteil in Kauf genommen werden kann, führt er bei den langsam anlaufenden Motoren zu starker Überhitzung.
Es ist bereits bekannt, den Kondensator in der Motorzuleitung in mehr als zwei Teile zu unterteilen, die selbsttätig geschaltet werden. Die Anordnung von mehreren Kondensatoren ist teuer. Bei Massenprodukten, wie sie Waschmaschinen heute darstellen, sucht man auch in der elektrischen Ausrüstung Einsparungen vorzunehmen.
Dies ist bei Waschmaschinen, welche neben einem Schleuderantriebsmotor einen gesonderten Wasch antriebsmotor umfassen, dadurch gelungen, dass mindestens ein Betriebskondensator des Waschantriebsmotors in die Motorzuleitung des Schleuderantriebsmotors zuschaltbar ist. Dadurch, dass man mindestens einen Betriebskondensator des Waschmaschinenantriebsmotors in die otorzuleu. ung des Schleuderantriebsmotors zuschaltbar macht, kann nämlich die Zahl der notwendigen Umschaltkondensatoren in der Motorzuleitung des Schleuderantriebsmotors mindestens um eins herabgesetzt vierden,
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die verschiedenen Kapazitätswerte von verschiedenen Kondensatoren gebildet, welche mit Ausnahme eines von ihnen, nämlich des Betriebskondensators, ein-
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Die Schaltkontakte gehören zweckmässig Schaltern an, welche mit in einer Motorzuleitung, zweck- mässig in einer Hilfsphasenleitung liegenden stromempfindlichen Betätigungsorganen für die Betätigung der Schaltkontakte ausgerüstet sind.
Beispielsweise können die stromempfindlichen Organe von Heizwicklungen in Verbindung mit Bii metallkörpern gebildet sein. In diesem Fall sind die Bimetal1körper, die Heizwicklungen und die Strom- durchgänge durch die Heizwicklung der verschiedenen Schalter derart aufeinander abgestimmt, dass zu- nächst ein erster Kondensator abgeschaltet wird (Übergang vom Anlaufswert der Kapazität auf einen Zwi- schenwert, den sogenannten Stützwert) und später ein zweiter Kondensator (Übergang von dem Stützwert auf den Betriebswert der Kapazität).
Die beiliegenden Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es stellen dar : Fig. 1 die An- laufscharakteristik eines für den Schleuderantrieb einer Waschmaschine verwendeten Wechselstrommotors ;
Fig. 2 die erfindungsgemässe Schaltung in Anwendung auf einen Einphaseninduktionsmotor ; Fig. 3 eine ab- geänderte Ausführungsform der Schaltung gemäss Fig. 2.
In dem Diagramm der Fig. l ist auf der Abszisse die Drehzahl n und auf der Ordinate das Drehmoment
Md aufgetragen. Die Kurve stellt somit die Drehmomentenkennlinie'Md = f (n) dar, welche bekanntlich eine charakteristische Motorkennlinie ist. Auf der Drehmomentenkennlinie liegt der Anfangszustand im
Punkte Pl. In diesem Punkt tritt wegen des hohen Trägheitsmoments der Waschtrommeln eine besondere
Belastung des Motors ein. Es soll deshalb in diesem Punkt ein möglichst hoher Wirkungsgrad vorliegen, d. h. das Drehfeld soll möglichst symmetrisch sein. Der Anlaufswert der Kapazität ist somit durch den Punkt P vorgeschrieben. Im Punkt P der Drehmomentenkennlinie tritt das grösste Drehmoment, das sogenannte
Kippmoment, ein. Der Nenndrehzahl entspricht auf der Drehmomentenkennlinie der Punkt P.
In diesem
Punkt ist das Drehmoment bereits abgesunken. Der Betriebszustand ist auf der Drehmomentenkennlinie P angedeutet. Der Betriebskondensator wird bekanntlich so bemessen, dass in dem Betriebspunkt P, d. h. im
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einen Zwischenwert der Kapazität vorzusehen, durch welchen in diesem Punkt ein annähernd symmetrisches Drehfeld und damit ein hoher Wirkungsgrad gewonnen wird.
Durch die Drehzahl nx ist zum Ausdruck gebracht, dass eine Vielzahl von Kondensatoren vorgesehen sein kann, welche beim Durchfahren vom Anlaufspunkt P bis zum Betriebspunkt P einzeln oder in Serien zu-und abgeschaltet werden, so dass in mehreren Punkten die Symmetrie des Drehfeldes in Abhängigkeit von der Belastung hergestellt wird.
In Fig. 2 ist mit 10 der Schleudermotor einer Waschmaschine bezeichnet, mit 12 der Waschmotor der gleichen Waschmaschine. Beide Motoren werden von einem Netz R. Mp aus mit Strom versorgt.
Die Stromzuleitung des Schleudermotors 10 ist von zwei Leitungen 14,16 der Hauptphase gebildet, welche über Schaltkontakte 18, 20 eines Schleuderschützes 22 betätigt werden. Von der Hauptphase zweigt bei 24 eine Hilfsphase 26 ab. Die Hilfsphase zerfällt in parallele Leitungen 28, 30,32.
Die Leitung 28 enthält einen Schaltkontakt 34, einen Widerstand 36 und einen Kondensator C. Die Leitung 30 enthält einen Schaltkontakt 38, einen Widerstand 40 und einen Kondensator C,. Ausserdem ist die Leitung 28 zwischen dem Widerstand 36 und dem Kondensator Cl durch einen Widerstand 42 mit der Leitung 30 verbunden. u. zw. an einer Stelle zwischen dem Widerstand 40 und dem Kondensator C2'
Die Leitung 32 enthält einen Schaltkontakt 41 des Schleuderschützes 22 und einen Kondensator C.
An einer Stelle zwischen dem Schaltkontakt 41 und dem Kondensator C3 ist die Leitung 32 über einen Widerstand 44 mit der Leitung 30 verbunden, u. zw. an einem Punkt zwischem dem Kondensator C, und dem Widerstand 40.
In der Hilfsphase 26 liegen ein Schalter 68 mit einer stromdurchflossenen Heizwicklung für einen Bimetallkörper, welcher den Schaltkontakt 34 betätigt, und weiter ein Schalter 70, ebenfalls mit einer stromdurchflossenen Heizwicklung. welche einen Bimetallkörper für die Betätigung des Schaltkontaktes 38 beeinflusst. Während der Schalter 68 vor der Abzweigung der Leitung 28 liegt, befindet sich der Schalter 70 hinter der Abzweigung der Leitung 28.
Der Waschmotor 12 ist ein Drehstrommotor. Er ist über drei Phasenleitungen 46,48, 50 an die Stromversorgung angeschlossen. Die Phasenleitungen 46,48 sind durch Schaltkontakte 52, 54 eines
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Reversierschützes 56 umpolbar. Die Phasenleitung 50, welche den Kondensator Cs enthält, zweigt bei 58 von der Phasenleitung 46,48 ab. In den Phasenleitungen 46, 48, 50 liegen Schaltkontakte 60, 62, 64 eines Schützes 66.
Beim Einschalten des Schleuderbetriebs spielen sich folgende Vorgänge ab :
Wenn das Schleuderschütz 22 geschlossen wird, schliessen sich die Kontakte 18, 20, 22. Der Einphaseninduktionsmotor 10 erhält dann Strom über die Hauptphasenleitungen 14,16 und über die Hilfsphase 26. Da die Kontakte 34 und 38 vorläufig geschlossen sind, liegen in der Hilfsphase die Kondensatoren CCundC parallel. Infolge des Stromflusses durch die Heizwicklungen der Schalter 68 und 70 werden die Bimetallkörper in diesen Schaltern erhitzt, u. zw. erfolgt die Erhitzung der Bimetallkörper im Schalter 68 rascher als die Erhitzung des Bimetallkörpers im Schalter 70, dies wegen des grösseren Stromdurchflusses durch den Schalter 68.
Es wird deshalb zunächst der Schaltkontakt 34 geöffnet und damit der Kon-
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fens des Motors wird auch der Bimetallkörper des Schalters 70 so weit erhitzt, dass der Schaltkontakt 38 geöffnet wird, d. h. er wird von dem Zwischenwert C2 + C3 der Kapazität auf den Betriebswert Cs umgeschaltet, welcher dem Betriebspunkt P auf der Drehmomentenkennl1nie der Fig. 1 entspricht.
Wird das Schleuderschütz 22 geöffnet, so hört der Stromfluss durch die Heizwicklungen der Schalter 68,70 auf, die Bimetallkörper kühlen sich wieder ab, und die Schaltkontakte 34. 38 werden wieder ge- öffnet.
Im Waschbetrieb spielensich folgende Vorgänge ab :
Bei Betätigung des Schützes 66 werden die Schaltkontakte 60,62, 64 geschlossen, während der Schaltkontakt 41 geöffnet ist. Der Waschmotor 12 läuft, u. zw. wird eine Phase durch Phasenverschiebung mittels des Kondensators C erzeugt. Der Reversierbetrieb wird durch das Reversierschütz 56 eingeleitet, welches periodisch die Schaltkontakte 52, 54 betätigt.
In der Ausführungsform der Fig. 3 ist wiederum der Schleudermotor 10 dargestellt. Dieser Schleudermotor ist an zwei Hauptphasenleitungen 72,74 angeschlossen. Von der Leitung 74 zweigt die Hilfsphase
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Schaltern 82,84 an. Diese Schalter 82, 84 enthalten beispielsweise wieder Heizwicklungen, welche auf Bimetallkörper einwirken, wobei die Bimetallkörper die Kontakte 78, 80 betätigen. Der einzige Unterschied gegenüber der Schaltung der Fig. 2 liegt darin, dass die Heizwicklungen der Schalter 82, 84 in der Hauptphasenleitung 72 liegen.
Da der Stromfluss durch die beiden Heizwicklungen der gleiche ist, werden hier, um ein Ansprechen beider Schalter bei verschiedenen Drehzahlen zu erreichen, die Bimetallkörper und/oder Heizwicklungen der beiden Schalter unterschiedlich bemessen, u. zw. so, dass die Abschaltung
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zum Schleudervorgang einen günstigen Wirkungsgrad unter weitgehender Schonung des Schleudermotors zu erreichen, weniger empfehlenswert.
Bei Wechselstrommotoren mit Hilfsphase ist nämlich die Stromspeisung in der Hilfsphase, gemessen zwischen dem Anlaufpunkt und dem Betriebspunkt, beträchtlich grösser als in der Hauptphase, so dass die Abschaltzeitpunkte der einzelnen Kapazitäten bei der Schaltung gemäss Fig. 2 genauer eingestuft werden können.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Schaltung für Schleuderantriebsmotoren von Waschmaschinen, welche neben dem Schleuderantriebsmotor einen Waschantriebsmotor aufweisen, wobei in der Motorzuleitung des Schleuderantriebsmo-
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schenwert (C + CJ umschaltbare Kapazität liegt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebskondensator (CR) des Waschantriebsmotors in die Motorzuleitung des Schleuderantriebsmotors zuschaltbar ist.