CH373453A - Wechselstrom-Antriebsaggregat mit regelbarer Drehzahl - Google Patents

Description

      Wechselstrom-Antriebsaggregat    mit regelbarer Drehzahl    Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechsel  strom-Antriebsaggregat mit regelbarer Drehzahl. Die  übliche Methode, verschiedene Drehzahlen bei einem       Wechselstrommotor    zu erzielen, ist die Verwen  dung eines     Schleifringläufers    mit veränderlichem  Widerstand. Diese Regelungsart hat mehrere Nach  teile, vor allem ergibt sich ein geringer Wirkungs  grad bei niedrigen Drehzahlen. Bei niedrigen Dreh  zahlen geht der Läuferwirkungsgrad im gleichen  Verhältnis wie die Drehzahl zurück und der Gesamt  wirkungsgrad wird wegen der     Ständerverluste    noch  geringer.  



  Man ist bestrebt, für einen Antrieb mit regel  barer Drehzahl die mechanische Leistung bei Dreh  zahlrückgang ohne Erhöhung des Stromes oder der  elektrischen Leistungsaufnahme konstant     zu    halten  oder ein konstantes Drehmoment bei verminderter  Leistungsaufnahme oder vermindertem Strom zu  halten. Bei     bestimmten    Anwendungsarten wird eine  Drehzahlregelung von 3 : 1 gefordert, z. B. bei Werk  zeugmaschinen, Hebezeugen, Aufzügen und Bohr  maschinen. Eine gute     Drehzahlregelbarkeit    ist daher  sehr wichtig.  



  Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wechsel  strom-Antriebsaggregat mit regelbarer Drehzahl zu  schaffen, das einen besseren Wirkungsgrad als ein       Schleifringläufermotor    hat. Erfindungsgemäss ist der       Schleifringläufer    des     Wechselstrommotors    mit dem  Anker eines Gleichstrommotors auf einer gemein  samen Welle angeordnet und die     Schlupfleistung    des       Schleifringläufers    über einen Gleichrichter der An  kerwicklung zugeführt.  



  Die Erfindung soll an Hand der in den     Fig.    l  bis 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei  spiele näher erläutert werden. Die     Fig.1    und 2 zei  gen je einen Längsschnitt durch ein Wechselstrom-    Antriebsaggregat. Die     Fig.3    zeigt ein Schaltschema  der Erfindung.  



  Das Gehäuse 10 des Aggregats nach der     Fig.    1  besteht aus dem     Ständergehäuse    12 für einen     Wech-          selstrommotor    und einem Magnetgestell 14 für einen  Gleichstrommotor. Zwischen diesen beiden Gehäu  sen ist ein Zwischenring 16 angeordnet. Das Magnet  gestell 14, das     Ständergehäuse    12 und der Zwischen  ring 16 können auf irgendeine Weise miteinander  verbunden sein, beispielsweise     mittels    nicht darge  stellter Schrauben. Eine Deckscheibe 18 ist mittels  eines Flansches 19 und Schrauben zwischen dem  Zwischenring 16 und dem Magnetgestell des Gleich  strommotors befestigt.

   Die äusseren Enden der Teil  gehäuse 12 und 14 sind mittels der Lagerschilde 22  und 24 abgeschlossen. In den Lagergehäusen 26 und  28 der Lagerschilde sind die Wälzlager 30 und 32  gelagert. Die Lager tragen eine Hohlwelle 34.  



  Die Maschine besteht aus zwei Motoren, und  zwar aus einem     Wechselstrommotor    35 mit Schleif  ringläufer und einem fremderregten Gleichstrom  motor 33. Der     Wechselstrommotor    hat ein     Stän-          derblechpaket    36 mit einer     Ständerwicklung    37.  Der Gleichstrommotor hat Pole 38 mit den Pol  wicklungen 39. Der Läufer 40 des Wechsel  strommotors hat eine dreiphasige     Wicklung    41  und ist auf der Welle innerhalb des     Ständerblech-          paketes    36 angeordnet. Der Anker 42 des Gleich  strommotors hat eine Ankerwicklung 43 und ist auf  der gleichen Welle innerhalb der Pole 38 angeord  net.

   Ein     Kommutator    44 ist mit den dem     Scheif-          ringläufer    40 abgekehrten Enden der Ankerwicklung  43 verbunden. Anschliessend an den     Kommutator    44  ist auf der Welle ein     Schleifringkörper    46 mit den  Schleifringen 46a, 46b und 46c angeordnet. Durch  die     Bohrung    der Welle 34 führen Leitungen 48 von  der Läuferwicklung 41 des     Wechselstrommotors    zu      dem     Schleifringkörper    46.

   Die Schleifringe sind durch  Bürsten 50 mit einem Gleichrichter 52 in Zweiweg  schaltung verbunden (siehe     Fig.3).    Die Ausgangs  klemmen des Gleichrichters sind mit den     Kommu-          tatorbürsten    54 verbunden, über die die Ankerwick  lung 43 durch Verbindungsleitungen 56 gespeist  wird. Die Gleichrichter können entweder ausserhalb  des Motors oder als rotierende Gleichrichter auf  der Motorwelle angeordnet sein, wie in     Fig.2    dar  gestellt (120). Die Gleichrichter können von irgend  einer bekannten Art     sein,    beispielsweise Trocken  gleichrichter oder Halbleitergleichrichter aus Sili  zium oder Germanium.

   Eine Deckplatte oder Kappe  60 ist auf irgendeine Weise, beispielsweise durch  Schrauben an dem Lagerschild 24 befestigt. Inner  halb der Deckplatte und ausserhalb des Lagerschildes  24 ist ein Lüfter 64 angeordnet. An dem anderen  Ende der Welle ist innerhalb des Lagerschildes 22  ein zweiter Lüfter 66 angeordnet.  



  Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass  der Antrieb mit regelbarer Drehzahl aus einem       Schlenfringläufermotor    35 und einem Gleichstrom  motor 33 besteht, wobei beide Motoren auf der glei  chen Antriebswelle angeordnet sind und einen Halb  leitergleichrichter haben. Der Gleichrichter richtet die       Schlupfleistung    des Läufers 40 des Motors 35 gleich  und speist die Ankerwicklung 43 des Gleichstrom  motors 33. Der Gleichstrommotor wandelt die       Schlupfleistung    des     Schleifringmotors    in mechani  sche Ausgangsleistung um. Die     Arbentskennlinien    des  Antriebes weisen eine konstante Ausgangsleistung  auf. Das Feld des Gleichstrommotors wird fremd  erregt, um eine Drehzahlsteuerung zu ermöglichen.

    Der Drehzahlbereich ist durch die Grunddrehzahl  des Gleichstrommotors und durch das Verhältnis der  Nennspannung zu der Läuferspannung des Induk  tionsmotors bestimmt.  



  Die Erregung für das Gleichstromfeld wird durch  einen     Zweiweggleichrichter    58 von irgendeiner     Wech-          selstromquelle    her geliefert. Ein Regelwiderstand 59  ist mit dem Ausgang des Gleichrichters 58 und mit  der Feldwicklung 39 des Gleichstrommotors in Reihe  geschaltet.  



  Die Wirkungsweise des     Wechselstrommotors    ist  die eines üblichen Schleifring     läufermotors.    Die Gleich  strommaschine bewirkt anderseits die neue     Arbeits-          kennlinie.    Durch den Gleichstrommotor wird eine       gegenelektromotorische    Kraft erzeugt, die die gleich  gerichtete     Wechselstromläuferspannung    herabsetzt.  



  Die gleichgerichtete Läuferspannung reicht gerade  aus, um den Laststrom durch den     Wechselstromläu-          fer,    den Gleichrichter und den Gleichstromanker zu  treiben. Wenn das     Gleichstrommotorfeld    während  des Betriebes geschwächt wird, vermindert sich die       gegenelektromotorische    Kraft, wodurch mehr Strom       fliessen    kann. Dadurch wird in beiden Maschinen ein  grösseres Drehmoment hervorgerufen und die Dreh  zahl des Antriebes erhöht sich. Wenn die     Drehzahl     wächst, sinkt die     Läuferschlupfspannung    und die       gegenelektromotorische    Kraft steigt.

   Die Beschleu-         nigung    hört auf, wenn die Spannungen sich um einen  Betrag unterscheiden, der erforderlich ;ist, um den  Laststrom bei der neuen Drehzahl aufrechtzuer  halten.  



  Eine Abwandlung der Erfindung zeigt die     Fig.    2,  in der ein einfaches Ausführungsbeispiel ohne un  nötige     Einzelheiten    dargestellt ist. .Sie zeigt nur diese  Teile des Antriebes, die notwendig sind, um den  Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel  und dem Ausführungsbeispiel nach     Fig.l    zu er  klären.  



  Es ist ein     Wechselstromantrieb    mit regelbarer  Drehzahl dargestellt, der aus einem     Schleifringmotor     110 und einem Gleichstrommotor 112 besteht, die  Läufer 114 bzw. Anker 116 haben, die auf der  gleichen Welle 118 in entsprechendem Abstand von  einander angeordnet sind. In diesem Ausführungsbei  spiel ist der Gleichrichter 120, der dem Gleichrichter  52 nach dem Ausführungsbeispiel der     Fig.l    ent  spricht, auf der Welle 118 angeordnet und läuft mit  dieser um.

   Während des Umlaufes der     Germanium-          oder        Siliziumgleichrichter,    die bei diesem Ausfüh  rungsbeispiel vorzugsweise verwendet werden, ist die  Kapazität des Gleichrichters beträchtlich erhöht, wo  bei eine in sich abgeschlossene Einheit vorgesehen ist.  Durch die Anordnung des rotierenden Gleichrichters  auf der Welle     iist    es möglich, einen Schleifring weg  zulassen und damit den Motor kürzer zu bauen. Ein       Kommutator    122 und ein Paar Schleifringe 124 und  126 sind nebeneinander auf der Welle neben dem  Gleichstromanker auf der dem     Wechselstrommotor     abgekehrten Seite angeordnet.

   Die Welle 118 ist hohl,  so dass die Ausgangsleitungen 128 des Gleichrichters  120 durch die Welle geführt und mit den Schleif  ringen 124 und 126 verbunden werden können. Die  Eingangsleitungen des Gleichrichters sind mit der       Schleifringwicklung    verbunden, wie bei 130 darge  stellt. Die     Schleifringbürsten    132 und 134 verbin  den die Schleifringe 124 und 126 mit den     Kommu-          tatorbürsten    136. Der     Schlüpfstrom    des Schleifring  läufers wird durch den Gleichrichter 120 gleich  gerichtet.

   Der Ausgangsgleichstrom des Gleichrich  ters wird zu dem Gleichstromanker über die Schleif  ringe 124 und 126 und die Bürsten 132 und 134  mittels des     Kommutators    122 und der Bürsten 136       geführt.    Mit Ausnahme des Wegfalles des einen  Schleifringes und der Montage des Gleichrichters  auf der Antriebswelle ist der Antrieb nach     Fig.2     völlig gleich im Aufbau mit dem nach     Fig.    1.  



  Mit der Erfindung ist eine neue Art eines     Wech-          selstromantriebsmotors    mit regelbarer Drehzahl offen  bart, der imstande ist, eine konstante Ausgangslei  stung ohne Erhöhung des Stromes zu liefern. Durch  diese Anordnung wird die     Schlupfleistung    des Läufer  motors in mechanische Ausgangsleistung umgewan  delt,     woben    sich ein hoher Wirkungsgrad des Motors  ergibt, der über einen Drehzahlbereich von 3:1  konstant bleibt. Das     Anzugmoment    des Motors ist  ausserordentlich gross. Da normale Motoren verwen  det werden können, ist der Aufbau und die Instand-           haltung    sehr einfach.

   Der Motor kann für nahezu  alle Antriebe verwendet werden, bei denen bei kon  stanter Leistung eine Drehzahlregelung erwünscht ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Wechselstrom-Antriebsaggregat mit regelbarer Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleif ringläufer des Wechselstrommotors mit dem Anker eines Gleichstrommotors auf einer gemeinsamen Welle angeordnet ist und die Schlupfleistung des Schleifringläufers über einen Gleichrichter der An kerwicklung zugeführt ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Antriebsaggregat nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor fremd erregt ist und der Erregerwicklung ein Regelwider stand vorgeschaltet ist. 2. Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter auf der Motorwelle angeordnet ist. 3.

   Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter zwischen dem Wechselstrom- und dem Gleichstrommotor angeordnet ist. 4. Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter ein Siliziumgleichrichter ist. 5. Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter ein Germaniumgleichrnichter ist. 6.

   Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unterasprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerwicklung des Gleichstrommotors von einer Wechselstromquelle über einen Gleichrichter gespeist ist. 7. Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringe des Wechselstrommotors neben dem Kommutator des Gleichstrommotors auf der den beiden Motoren abgekehrten Seite angeordnet und über durch eine Bohrung der Welle geführte Leitun gen mit der Wechselstromläuferwicklung bzw. dem Gleichrichter verbunden ist. B.

   Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ständergehäuse des Wechselstrommotors und das Magnetgestell des Gleichstrommotors über einen Zwischenring miteinander verbunden sind. 9. Antriebsaggregat nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Stirnseiten des Aggregats Lüfter angeordnet sind.