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Polumschaltbarer Drehstromasynchronmotor
Bei Antrieben wird oft verlangt, dass diese je nach den Betriebserfordernissen mit stark unterschiedlichen Drehzahlen und Leistungen gefahren werden.
Diesem Verlangen kann durch Verwendung von mechanischen Umlaufgetrieben, die durch je zwei Motoren mit gleicher oder auch verschiedener Drehzahl wechselweise angetrieben werden, entsprochen werden. Diese Anordnung erfordert jedoch, dass das Umlaufgetriebe sehr präzise gefertigt sein muss, wodurch sich diese Anordnung sehr teuer stellt.
Für eingangs geforderte Zwecke gibt es auch Antriebsanordnungen mit Umlaufgetriebe unter Verwendung nur eines Motors, wobei die Geschwindigkeitsumschaltungen über Kupplungen od. dgl. erfolgen. Neben dem hohen Preis des Umlaufgetriebes kommt hier noch ein Unsicherheitsfaktor durch die meist elektrisch betätigten Schaltkupplungen hinzu.
Ferner ist der Einsatz von polumschaltbaren Drehstromasynchronmotoren in der herkömmlichen Ausführung zur Änderung der Drehzahl des Antriebes bekannt. So geeignet polumschaltbare Motoren auch erscheinen mögen, so sind sie infolge der starken Einsattelungen in ihren Drehmomenten-Drehzahlkennlinien für manche Antriebe, besonders für jene, die Motoren mit speziellem Drehmomenten-Drehzahlkennlinienverlauf, kleinen Anlaufströmen und geringem Schwungmoment benötigen, unbrauchbar. Diese starken Einsattelungen in den Drehmomenten-Drehzahlkennlinien der polumschaltbaren Drehstromasynchronmotoren herkömmlicher Bauart können nicht wie bei einem einfachen Asynchronmotor durch konstruktive Massnahmen behoben werden.
Wird beim polumschaltbaren Drehstromasynchronmotor die Einsattelung der Drehmomenten-Drehzahlkennlinie für eine Drehzahlstufe durch konstruktive Massnahmen behoben, so werden die Einsattelungen in den Drehmomenten-Drehzahlkennlinien für die andern Drehzahlstufen grösser.
Weiters ist eine Lüftung für polumschaltbare Elektromotoren bekanntgeworden, die aus einem oder mehreren Fremdlüftern besteht.
Weiters ist für Antriebe bekannt, bei erforderlichen zwei verschiedenen Drehzahlen zwei Motoren zu verwenden, die für die verschiedenen Drehzahlen und verschiedene Leistungen ausgelegt sind und hintereinander aufgestellt, direkt gekuppelt werden. Diese Lösung hat den Nachteil, dass die zwei hintereinander aufgestellten Motoren eine relativ grosse Baulänge beanspruchen, dass viele Lagerstellen vorhanden sind, ferner dass durch die zwischen den beiden Antriebsmotoren benötigte Kupplung das Schwungmoment des Antriebes zusätzlich erhöht wird und dass jeder der Motoren mit einem Eigenlüfter versehen werden muss, wodurch sich durch den Eigenlüfter des langsamlaufenden Motors grosse Ventilationsverluste bei Betrieb des schnellerlaufenden andern Motors ergeben.
Zur Behebung des letztgenannten Nachteiles wurde vorgeschlagen, den langsamlaufenden Motor als letzten in der Antriebsmotorenreihe anzuordnen und ihn von dem vorhergehenden schnellerlaufenden Antriebsmotor abkuppelbar zu machen. Diese abschaltbare Kupplung verteuert nicht nur den Antrieb, sondern sie vermindert auch die Sicherheit der Einrichtung und macht ausserdem noch eine überwachung. einrichtung für die abschaltbare Kupplung erforderlich. Weiters kann noch als nachteilig angesehen werden, dass Motoren verschiedener Leistung und Drehzahl meist unterschiedliche Wellenhöhen und Fussmassc besitzen, wodurch relativ aufwendige Fundamentrahmen benötigt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein polumschaltbarer Drchstromasynchronmotor mit stark
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unterschiedlichen Drehzahlstufen, wobei die niedrigeren Drehzahlstufen für eine Drehrichtung und starke Belastung ausgelegt sind und die höchste Drehzahlstufe für die andere Drehrichtung und geringe Belastung vorgesehen ist und entsprechend der Anzahl der Drehzahlstufen Ständer- und Läuferpakete mit voneinander getrennten Wicklungen verschiedener Polzahl ausgebildet sind. Oben angeführte Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass für die niedrigen Drehzahlstufen die Eigenlüftung durch Lüfter mit gerichteten Lüfterflügeln oder durch Radiallüfter mit Rücklaufsperre erfolgt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist, wenn der polumschaltbare Drehstromasynchronmotor mit nur zwei Drehzahlstufen ausgelegt ist, für die höchste Drehzahlstufe ein Radiallüfter für Eigenlüftung vorgesehen.
Der erfindungsgemässe polumschaltbare Drehstromasynchronmotor kann wahlweise mit Kurzschlussoder Schleifringläufern ausgestattet sein.
Der erfindungsgemässe polumschaltbare Drehstromasynchronmotor hat den Vorteil, dass er mit stark unterschiedlichen Drehzahlstufen rationell gefahren werden kann, was bei einem polumschaltbaren Motor herkömmlicher Bauweise bei einem Drehzahlverhältnis, das grösser als 1 : 3 ist, bereits unwirtschaftlich wird. Der Vorteil, den der Erfindungsgegenstand gegenüber den herkömmlichen polumschaltbaren Drehstromasynchronmotoren aufweist, wird besonders anschaulich beim Vergleich der beiden an einem speziellen Beispiel : Die Motoren seien in zwei Drehzahlstufen, u. zw. zweipolig (d. h. die Synchrondrehzahl ist 3000) und zwölfpolig (d. h. die Synchrondrehzahl ist 500) ausgelegt.
Die Drehmomenten-Drehzahlkennlinie der Motoren mit zwölf Polen ist in Fig. l der Zeichnungen dargestellt. Die Kennlinie--l--gilt für einen Drehstromasynchronmotor, der lediglich nur eine zwölfpolige Wicklung in seinen Blechpaketen untergebracht hat, und gilt daher auch für den Erfindungsgegenstand. Die Kennlinie--2--ist die bei einem polumschaltbaren Motor herkömmlicher Bauweise bestenfalls zu erreichende. Wie man sieht, zeigt diese Kennlinie--2--bereits eine leichte Einsattelung, die das Drehmoment herabsetzt. Die Drehmomenten-Drehzahlkennlinie der Motoren mit zwei Polen ist in Fig. 2 der Zeichnungen zur Darstellung gebracht.
Die Kennlinie --3-- gilt für einen Drehstromasynchronmotor, der lediglich nur eine zweipolige Wicklung in seinen Blechpaketen untergebracht hat, und gilt daher auch für den Erfindungsgegenstand. Die Kennlinie--4--ist die bei einem polumschaltbaren Motor herkömmlicher Bauweise bestenfalls zu erreichende. Hier zeigt aber diese Kennlinie--4--bereits eine so starke Einsattelung, dass man den Motor sehr krass überdimensionieren müsste, um beim Anlassen das Drehmoment in der Einsattelung der Kennlinie--4--grösser als das benötigte Anfahrdrehmoment zu erhalten.
Die Fig. 2 der Zeichnungen zeigt besonders anschaulich den Vorteil, den der erfindungsgemässe polumschaltbare Drehstromasynchronmotor gegenüber dem polumschaltbaren Drehstromasynchronmotor herkömmlicher Bauart liefert.
Als weiterer Vorteil in diesem Beispiel des erfindungsgemässen polumschaltbaren Drehstromasynchronmotors mit zwei Drehzahlstufen sei angeführt, dass der Erfindungsgegenstand bei Eigenlüftung nur einen Lüfter benötigt, wenn dieser Lüfter für die niedrige Drehzahlstufe, hier für die Synchrondrehzahl 500, als Lüfter mit gerichteten Lüfterflügeln ausgebildet ist, d. h. als Lüfter, der in beiden Drehrichtungen stark unterschiedliche Lüfterleistung ergibt.
Die Verwendung eines Lüfters mit gerichteten Lüfterflügeln, ausgelegt für die niedrige Drehzahlstufe und eine bestimmte Drehrichtung,
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die niedrige Drehzahlstufe und eine bestimmte Drehrichtung, noch genügend, wenn der Motor in der andern Drehrichtung bei der niedrigen Drehzahlstufe und geringer Belastung läuft, wie es bei oben erwähnten Antrieben für Hebezeuge der Fall ist.
Will man jedoch den Eigenlüfter mit gerichteten Lüfterflügeln vermeiden, muss man je einen Radiallüfter für jede der beiden Drehzahlstufen verwenden. Hiebei muss man wegen der hohen Ventilationsverluste des Radiallüfters, der für die niedrige Drehzahlstufe und hohe Belastung ausgelegt ist und der hohe Ventilationsverluste erbringen würde, sobald der Motor mit der hohen Drehzahlstufe läuft, diesen mit einer Rücklaufsperre ausbilden, damit er lose auf der Welle aufsitzt, wenn der Motor mit der hohen Drehzahlstufe läuft.
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Eigenlütter für die höchste Drehzahlstufe beim Lauf des Motors auf einer der niedrigeren Drehzahlstufen auf elektromagnetischem Wege od. ähnl. ein dieser Drehzahlstufe angepasster Lüfter zugeschaltet werden.
Erfolgt die Lüftung des Motors durch einen Fremdlüftcr--5--, wie Fig. 3 der Zeichnungen ihn
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schematisch zeigt, so kann die Lüftung leicht dem jeweiligen Betriebszustand oder der Art der Verwendung des Motors angepasst werden, wobei für den Motor selbst keinerlei zusätzliche Belastung durch Ventilationsverluste auftritt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Polumschaltbarer Drehstromasynchronmotor mit stark unterschiedlichen Drehzahlstufen, wobei die niedrigeren Drehzahlstufen für eine Drchrichtung und starke Belastung ausgelegt sind und die höchste Drehzahlstufe für die andere Drehrichtung und geringe Belastung vorgesehen ist und entsprechend der Anzahl der Drehzahlstufen Ständer- und Läuferpakete mit voneinander getrennten Wicklungen
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Drehzahlstufen die Eigenlüftung durch Lüfter mit gerichteten Lüfterflügeln oder durch Radiallüfter mit Rücklaufsperre erfolgt.
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