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Asynchronmotor mit stufenweiser Drehzahlregelung
Die Erfindung betrifft einen Asynchronmotor mit stufenweiser Drehzahlregelung mit Speisung des
Rotors, bei dem sowohl der Rotor als auch der vorzugsweise einen Kurzschlusskäfig aufweisende Stator drehbar ausgebildet sind, wobei der Stator in seiner Drehung gebremst werden kann.
Es ist bekannt, dass Asynchronmotoren eine praktisch konstante Drehzahl haben, die in Abhängig- keit der Belastung nur um einige Prozente schwankt. Um die Verwendungsmöglichkeiten solcher Motoren zu vergrössern, hat man versucht, Asynchronmotoren mit veränderlicher Drehzahl zu konstruieren.
Vorschläge zur Lösung dieses Problems sind seit langem bekannt, wie z. B. die Veränderung der Anzahl der Polpaare, die Einschaltung zusätzlicher rotierender Widerstände, die Speisung mit variabler Spannung oder eine Kaskadenschaltung der Motoren.
Alle diese Vorschläge haben kein befriedigendes Resultat ergeben, sei es, dass die Änderungen der Drehzahl zu gering oder stossweise waren, sei es, dass der Regelbereich zu klein war oder dass die Drehzahländerungen zu hohe Verluste verursachten. Überdies wurden die Konstruktionen der Motoren sehr kompliziert und die Herstellungskosten stark erhöht
Es sind auch drehzahlregulierbare Asynchronmotoren bekannt, bei denen im Gegensatz zur üblichen Funktionsweise der Rotor stillsteht und der Stator rotiert. Bei solchen Motoren ist jedoch die erreichbare Drehzahländerung unbefriedigend und der variable Drehzahlbereich sehr beschränkt. Überdies sind auch Motoren bekannt, bei denen Stator und Rotor drehbar angeordnet sind, und der Stator abgebremst werden kann.
Jedoch dient diese Bremsung, die meist mechanisch und, wenn elektrisch, dann nur mit grossem Aufwand und unter grossen Verlusten, vorgenommen wird, in erster Linie zur Startverbesserung und nur als Nebenzweck zur Drehzahlregulierung, da entweder die Leistung klein oder die Drehzahl nieder ist.
Die besondere Aufgabe dieser Erfindung besteht jedoch in der Konstruktion eines Asynchronmotors, bei welchem in beiden Drehrichtungen eine stufenlose und stufenweise Drehzahlregulierung möglich ist, u. zw. bei geringem Energieverbrauch für die Regulierung und damit hohem Wirkungsgrad, wobei die zur Erzielung dieser Aufgabe verwendeten Mittel einfach und wirtschaftlich sind.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass ein mit dem Gehäuse des Motors starr verbundener Körper aus magnetischem Material vorgesehen ist, der den Statorkäfig aussen umgibt und eine Erregerwicklung trägt die zur Erzeugung der Bremswirkung auf den Statorkäfig an einen stufenweise regelbaren Gleichstromkreis angeschlossen ist.
Der Gegenstand der Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschieben : Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild unter Verwendung eines Dreiphasen-Asynchronmotors mit Kurzschlusskäfig, Fig. 2 zeigt den Motor im Längsschnitt, Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Motors.
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Der Asynchronmotor hat einen Rotor --16-- und einen Statorkäfig --17--. Der Rorot--16-besteht aus Eisensiliciumblechen und ist auf die Welle --1-- aufgekeilt. Der Käfig--17-- besteht aus Kupferstäben --8--, die über Ringe --9-- kurzgeschlossen sind. Der Käfig --17-- ist vom Rotor --16-durch einen Luftspalt --7-- getrennt. Über Kugellager --2-- ist der Käfig --17-- um die Motorwelle - drehbar. Auf der zylindrischen Oberfläche des Stators --17-- sind in gleichmässigem Abstand Polelemente --10-- angeordnet, wobei zu einem den Käfig --17-- umschliessenden, nicht beweglichen, zylindrischen Körper --18-- sehr kleine Luftspalte --11-- vorhanden sind.
In der Wand dieses Körpers - befinden sich Aussparungen --3-- zur Aufnahme von Gleichstromwicklungen --21--. Das Mo- torgehäuse --19-- trägt mittels Lager --4-- die Motorwelle --1--. Die Schleifringe --20-- mit den Bürsten für die Wechselstromzuleitung zum Motor sind durch den am Gehäuse --19-- befestigten Dek- kel-5-geschützt. Zur Kühlung ist ein axial gelagerter Ventilator --27-- vorgesehen.
Die Rotorwicklungen --22, 23, 24--, sind in Aussparungen --6-- am Umfang des Rotors --16-angeordnet.
Der Körper --18-- ist zur Verminderung der durch Eisen verursachten Verluste aus eng gepressten Siliciumblechen gefertigt und mit dem Motorgehäuse --19-- starr verbunden. Die Wicklungen --21-sind mit einem Gleichstromkreis verbunden, und wenn ein Gleichstrom diese Wicklungen durchfliesst, wird der Körper --18-- magnetisiert.
Der Gleichstromkreis ist über Anschlussklemmen --12-- an das Drehstromnetz angeschlossen. Es ist ein Transformator --26-- vorgesehen, dessen Sekundärwicklung mit einem Gleichrichterpaar verbunden ist. Das Gleichrichterpaar wird durch zwei Halbleiter, z. B. Dioden in Gegenphase gebildet. Das eine Ende --14-- der Wicklung --21-- ist mit dem Nullpunkt --0-- der Sekundärwicklung verbunden. Das andere Ende --15-- ist über das Potentiometer --25-- an die Sekundärwicklung angeschlossen. Mit Hilfe des Potentiometers --25-- kann man die Gleichstromzufuhr und somit auch die Drehzahl des Motors regulieren.
Auf Grund des Gesetzes von Wirkung und Gegenwirkung rotieren Rotor --16-- und Stator --17-- gegenläufig, wobei die Drehzahl jedes der beiden von der Gesamtheit der entgegenwirkenden mechanischen Widerstände bestimmt wird. Insbesondere wenn der Motor leer läuft, teilt sich bei einer bestimmten Anzahl-"p"-der Polpaare und einer bestimmten Frequenz des Speisestromes die Dreh-
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den Widerständen auf, die jedem der rotierenden Körper entgegenwirken, wobei in jedem Fall die Summe der beiden der Drehzahl des rotierenden magnetischen Feldes gleich sein wird.
Da in der Praxis diese passiven Widerstände vernachlässigt werden können, dreht sich der Motor im Leerlauf ohne Leistung aufzunehmen (abgesehen von jener, die den Verlusten entspricht).
Wenn dagegen die Motorwelle belastet wird, wird der Rotor --16-- die Tendenz haben, stehenzu-
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--17-- theoretischlung --21-- an eine Stromquelle anschliesst. Nur unter diesen Umständen kann der Rotor einen Widerstand entfalten, der dann der gewünschten Leistung entspricht.
Die Bremswirkung, die von dem vom Gleichstrom erzeugten Magnetfluss auf den Statorkäfig ausge- übt wird, ist durch Änderung des Gleichstromes regelbar, hiebei ist die Drehzahl des rotierenden Feldes konstant. Die Drehzahl des Rotors ergibt sich daher aus der Differenz der Umdrehungszahl des rotierenden Magnetfeldes und der Umdrehungszahl des Kurzschlusskäfiges des Stators.
Man erhält auf diese Weise die Möglichkeit, die Drehzahl des Motors kontinuierlich in einem weiten Bereiche regulieren zu können. So variiert beispielsweise bei einem Motor gemäss dieser Erfindung mit einem Drehfeld von 1500 Umdr/min die Drehzahl zwischen einem Maximalwert (bei stillstehendem Statorkäfig mit 51o Schlupf) von U = 1425/min und einem Minimalwert, der dem Wert U = 0/min gleichkommt.
In der nachstehenden Tabelle sind Versuchsergebnisse eingetragen worden, die mit einem zweipoligen Motor mit gleichem Drehmoment durchgeführt worden sind.
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<tb>
<tb>
Wechselstrom <SEP> Gleichstrom
<tb> Drehmoment <SEP> Umdr/min <SEP> Volt <SEP> Ampère <SEP> Volt <SEP> Ampère
<tb> 1. <SEP> Probe <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 2500 <SEP> 220 <SEP> 23 <SEP> 170 <SEP> 3,5
<tb> 2. <SEP> Probe <SEP> 3,1 <SEP> 1700 <SEP> 220 <SEP> 23 <SEP> 150 <SEP> 3
<tb> 3. <SEP> Probe <SEP> 3,2 <SEP> 1000 <SEP> 220 <SEP> 23 <SEP> 135 <SEP> 2,5
<tb>
Aus diesen Werten folgt, dass unter der Voraussetzung gleichen Drehmomentes Änderungen der
Drehzahl entsprechende Änderungen der Gleichstromzufuhr bei gleichbleibender Wechselstromspeisung erfordern. Alle für diese Belastungen aufgenommenen Leistungskurven haben die oben dargestellten
Eigenschaften des Motors bestätigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Asynchronmotor mit stufenweiser Drehzahlregelung mit Speisung des Rotors, bei dem sowohl der Rotor als auch der vorzugsweise einen Kurzschlusskäfig aufweisende Stator drehbar ausgebildet sind, wobei der Stator in seinerDrehunggebremst werdenkann, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Gehäuse (19) des Motors starr verbundener Körper (18) aus magnetischem Material vorgesehen ist, der den Statorkäfig (17) aussen umgibt und eine Erregerwicklung (21) trägt, die zur Erzeugung der Bremswirkung auf den Statorkäfig an einen stufenweise regelbaren Gleichstromkreis (13, 25) angeschlossen ist.