Schaltungsanordnung mit einem polumschaltbaren Einphasenmotor für zwei verschiedene Drehzahlen Ein typisches Beispiel für die Anwendung eines Einphasenmotors für zwei verschiedene Drehzahlen ist eine Haushalts-Ölfeuerung, wobei der Motor zum An trieb des Luftumwälzventilators dient.
Der Motor läuft kontinuierlich mit kleiner Drehzahl während der Perio den, in welchen der Brenner nicht arbeitet, um eine gewünschte kontinuierliche Luftzirkulation in der durch den Brenner erhitzten Zone zu erhalten. Wenn der Brenner in Tätigkeit ist, ist der Motor auf hohe Drehzahl geschaltet, um die durch den Brenner erzeugte heisse Luft abzuführen.
Bei einer bekannten Motorkonstruktion sind für jede Drehzahl je eine separate Hauptwicklung und eine einzelne Anlasswicklung vorgesehen. Die Anlasswick- lung wird mit Hilfe eines Anlass-Fliehkraftschalters bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl abgeschaltet. Der drehzahlabhängige Anlass-Fliehkraftschalter, welcher in einem solchen Motor eingebaut ist, muss normalerweise mehrpolig sein.
Ein Nachteil der bekannten Motoren dieser Art ist, dass wenn beim Lauf des Motors mit hoher Drehzahl der äussere Drehzahlwalschalter betätigt wird, um die niedri ge Drehzahl einzuschalten, ein relativ hohes negatives Drehmoment in der Wicklung für die langsame Drehzahl erzeugt wird, solange die Geschwindigkeit des Motors über dieser Drehzahl liegt. Dieses negative Drehmoment verursacht eine unerwünschte mechanische Beanspru chung des Motors und seiner Befestigung, insbesondere bei Ofenkonstruktionen, bei welchen der Motor an einem Rohrsystem befestigt ist. Es ruft eine unerwünsch te Vibration des Motors und der Rohre hervor mit unangenehmem Geräusch.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Einphasenmotor mit zwei Drehzahlen zu schaffen, der die erwähnten Nachteile der bekannten Motoren dieser Art nicht aufweist und der für den Gebrauch in Haushaltsheizungen besonders geeignet ist: Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung mit einem polumschaltbaren Einphasenmotor für zwei verschiedene Drehzahlen mit einer Wicklung bzw. Wick lungsteilen für eine niedrige Drehzahl, einer Wicklung bzw.
Wicklungsteilen für eine höhere Drehzahl, einer Anlasswicklung und einem Anlass-Fliehkraftschalter, welcher unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl die Anlasswicklung eingeschaltet hält und die Wirkung der Wicklung bzw. Wicklungsteile für die niedrige Drehzahl unwirksam macht, und welcher bei darüberliegender Drehzahl die Anlasswicklung abschaltet und bei Vor wahl der niedrigen Drehzahl die Wicklung bzw. die betreffenden Wicklungsteile für diese zur Wirkung bringt, erfindungsgemäss. dadurch gelöst, dass die Wick lung für die niedrige Drhzahl und die Wicklung für die höhere Drehzahl bzw.
die betreffenden Wicklungsteile bei Betrieb mit niedriger Drehzahl in Reihe geschaltet an die Netzspannung (Klemmen) geschaltet sind, und dass die Wicklung bzw. die Wicklungsteile für die niedrige Drehzahl in Bezug auf die Wicklung bzw. die Wicklungs teile für die höhere Drehzahl so ausgelegt ist bzw. sind, dass die durch diese gebildeten Pole stärker erregt sind als die der höheren Drehzahl entsprechenden Pole.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Schaltungsan ordnung nach Patentanspruch wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein Wicklungsteil für die niedrige Drehzahl und ein Wicklungsteil für die höhere Drehzahl zu einer einzigen Wicklung zusammengefasst sind, wel cher eine Gegenwicklung zugordnet ist, die nach an Spannunglegen die Wirkung des der niedrigen Drehzahl entsprechenden Wicklungsteils aufhebt, so dass nur der Wicklungsteil für die höhere Drehzahl zur Wirkung gelangt.
An Hand der Zeichnung, in der mehrere Ausfüh rungsbeispiele schematisch dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Wicklungsanordnung eines an sich bekannten Motors und Fig. 2 bis 4 Wicklungsanordnungen für Motoren gemäss der Erfindung.
In allen Figuren der Zeichnung sind ähnlich wirken de Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei einer bekannten Ausführung des Motors, welche in Fig. 1 dargestellt ist, sind eine Wicklung 10 für eine niedrige Drehzahl, eine Wicklung 11 für eine höhere Drehzahl und eine Anlasswicklung 12 vorgesehen. Die letzter wähnte Wicklung hat dieselbe Polzahl wie die Wicklung 11 für die hohe Drehzahl. Bei einem typischen Ausfüh rungsbeispiel ist die Wicklung 10 sechs- oder achtpolig, während die Wicklungen 11 und 12 vierpolig ausgeführt sind. Der Motor wird über Klemmen 13 und 14 gespeist.
Ein einpoliger Umschalter 15 ist vorgesehen, um die Wicklungen 10 und 11 wechselsweise in den Stromkreis einzuschalten. Er hat zwei feststehende Kontakte 16 und 17. Ein Anlass-Fliehkraftschalter 18 dient zum Steuern der Anlasswicklung 12. Er ist doppelpolig ausgeführt und hat zwei Kontaktarme 19 und 20. Der bewegliche Kontaktarm 19 kann wahlweise mit den Kontakten 21 und 22 verbunden sein, während der Kontaktarm 20 mit dem Kontakt 23 und einem unbenutzten Kontakt ver bunden sein kann.
Zur Erzielung der niederen Drehzahl liegt der Schaltarm 15 auf Kontakt 16. Bei ruhendem Motor ist der Kontaktarm 19 mit dem Kontakt 21 verbunden, so dass die Wicklung 11 für die höhere Drehzahl in den Stromkreis eingeschaltet ist. Gleichzeitig ist der Arm 20 mit dem Kontakt 23 verbunden, so dass die Anlasswick- lung 12 parallel zur Wicklung 11 für die höhere Drehzahl liegt. Wenn der Anlasschalter seine öffnungs- geschwindigkeit erreicht, wird der Arm 19 auf Kontakt 22 umgelegt, wodurch die Wicklung 11 für die höhere Drehzahl abgeschaltet und die Wicklung 10 für die niedrige Drehzahl in den Stromkreis eingeschaltet wird, so dass der Motor jetzt mit seiner niedrigen Drehzahl läuft.
Gleichzeitig wird der Schaltarm 20 betätigt, der die Anlasswicklung 12 abschaltet.
Zur Erzielung der höheren Drehzahl wird der Arm 15 des Wahlschalters in Eingriff mit dem Kontakt 17 gebracht, so dass nunmehr die Wicklung 11 für die hohe Drehzahl eingeschaltet und die Wicklung 10 für die niedrige Drehzahl abgeschaltet ist. Mit 25, 26 und 27 sind die äusseren Motorklemmen bezeichnet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen. Gemäss der Erfindung sind die Wicklung 10 für die niedrige Drehzahl und die Wicklung 11 für die hohe Drehzahl in Serie geschaltet und liegen an den Klemmen 13 und 14. Der Anlasschalter 18 ist zweipolig und hat einen Arm 19, welcher nur mit dem Kontakt 22 in Eingriff treten kann. Der Drehzahlwahl schalter 15 ist ein einpoliger Schalter und hat einen Kontakt 16, welcher mit der Wicklung 10 verbunden ist.
Zur Erzielung der höheren Drehzahl wird der Schal ter 15 geschlossen; er schliesst hierbei die Wicklung 10 kurz. Die Wicklung 11 für die höhere Drehzahl und die Anlasswicklung 12 sind parallel geschaltet. Sobald der Fliehkraftschalter 18 seine Öffnungsgeschwindigkeit er reicht, wird der Arm 20 vom Kontakt 23 abgehoben und dadurch die Anlasswicklung 12 ausgeschaltet. Zur Erzie lung der niederen Drehzahl bleibt der Schalter 15 offen, der Kontakt 19 des Fliehkraftschalters 18 ist geschlossen und schliesst hiermit die Wicklung 10 für die niedere Drehzahl kurz.
Nachdem der Schalter 18 seine Um schaltgeschwindigkeit erreicht hat, öffnet sich der Kon takt 19 und die beiden in Serie vebundenen Wicklungen 10 und 11 erlauben dem Motor mit seiner niedrigen Drehzahl zu arbeiten.
Die Wirkungsweise des Motors ist wie folgt: Der Motor ist so ausgelegt, dass er seine maximale Leistung erzeugt, wenn nur die Wicklung 11 für die hohe Drehzahl wirksam ist. Daher ist diese Wicklung in üblicher Weise ausgeführt. Wegen der Serienverbindung der beiden Wicklungen wird der Strom bei der niederen Drehzahl, welcher durch die beiden Wicklungen geht, kleiner sein, als jener bei der hohen Drehzahl, wenn nur die Wicklung 11 allein eingeschaltet ist. Die geforderte Kraft bei der niedrigen Drehzahl ist in der Praxis sehr viel kleiner als bei der hohen Drehzahl. Wenn z.
B. der Motor bei der hohen Drehzahl 1/4 PS erzeugt, so mag bei der niederen Drehzahl nur eine Kraft von 1/12 oder 1/15 PS erforderlich sein. Aus diesem Grund kann die Reduzie rung der Kraft, welche bei der niedrigen Drehzahl erfolgt, ertragen werden.
Die Zahl der Windungen, ihre Verteilung und die Leitergrösse der Wicklungen für die niedrige Drehzahl wird so ausgelegt, dass die magnetische Feldverteilung, welche durch die Wicklung für die niedrige Drehzahl erzeugt wird, wenn sie wirksam ist, ausreicht, um das Feld der Wicklung für die höhere Drehzahl zu überwie gen.
Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Wicklungsanordnung wie folgt: Der Motor ist bestimmt zu arbeiten bei 110 V, 60 Perioden mit einer hohen Drehzahl von 1725 U/Min. und einer niedrigen Dreh zahl von 850 U/Min., wobei er bei der hohen Drehzahl 1/4 PS und bei der niederen Drehzahl 1/15 PS erzeugt. Der Stator hat 36 Nuten, welche eine vierpolige und eine achtpolige Wicklung enthalten. Beide Wicklungen sind mit der gleichen Spulengrösse ausgeführt, wobei die vierpolige Hauptwicklung zuerst und dann die achtpolige Wicklung in die Nuten eingelegt wird.
Der Läufer ist ein Käfigläufer und hat 48 Nuten.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. In dieser Figur ist mit 10' eine Wicklung bezeichnet die eine Reihenschaltung der Wicklung 10 und 11 gemäss Fig. 2 darstellt. Die Wicklung 10' enthält demnach einen Wicklungsteil für die niedrige Drehzahl und einen Wicklungsteil für die höhere Drehzahl.
Liegt bei geöffnetem Schalter 15 und geöffneten Kontakten 19 und 20 des Anlass-Fliehkraft- schalters 18 nur die Wicklung 10' an der vollen Netzspannung, so läuft auch bei diesem Ausführungsbei- spiel der Motor mit seiner niedrigen Drehzahl, weil die in der Wicklung 10' enthaltenen Wicklungsteile für die niedrige Drehzahl und die höhere Drehzahl so bemessen sind, dass die der niedrigen Drehzahl entsprechenden Pole stärker erregt sind als diejenigen der hohen Dreh zahl entsprechenden Pole. Wird zum Zwecke des über gangs auf die höhere Drehzahl der Schalter 15 geschlos sen, so wird die Gegenwicklung 11' an volle Netzspan nung gelegt.
Die Wicklung l l' hat eine der niedrigen Drehzahl entsprechende Polzahl. Entsprechend der Be zeichnung dieser Wicklung 11' als Gegenwicklung ist die Wirkung der durch diese Wicklung erregten Pole der Wir kung derjenigen Pole entgegengerichtet, die in der Wick lung 10' durch den der niedrigen Drehzahl entsprechen den Wicklungsteil erregt sind. Damit sind die der niedri gen Drehzahl entsprechende Pole insgesamt unwirksam gemacht, so dass in der Wicklung 10' nur der für die höhere Drehzahl ausgelegte Wicklungsteil für den Be trieb des Motors wirksam ist. Wie bei dem Ausführungs beispiel nach Fig. 2 braucht auch bei dieser Ausführung der Wahlschalter nur einpolig zu sein.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ist eine etwas abgewandelte Ausführungsform nach Fig. 3. An stelle der beiden Wicklungen 10' und 11' werden drei Wicklungen 10A, 11A und 24 verwendet.
Für die höhere Drehzahl sind die für die niedrige Drehzahl ausgelegten Wicklungen 10A und 11A einander parallel geschaltet in Reihe mit der für die höhere Drehzahl ausgelegte Wicklung 24 an die Netzspannung gelegt. Ist entsprechend dem Betrieb für die niedrige Drehzahl der Schalter 15 geöffnet und sind auch nach Ansprechen des Anlass-Fliehkraftschalters die Kontakte 19 und 20 geöff net, so liegen die Wicklungen 10A und 24 in Reihe an der Netzspannung. Die Wicklung 10A ist auch bei diesem Beispiel so ausgelegt, dass die durch sie erregten, der niedrigen Drehzahl entsprechenden Pole stärker sind,
als die durch die Wicklung 24 der höheren Drehzahl entsprechenden Pole. Wird zum Zwecke des Übergangs auf die höhere Drehzahl der Kontakt 15 geschlossen, so wird damit die Wicklung 11A der Wicklung 10A parallelgeschaltet. Die durch die Wick lung 11A erregten Pole sind in ihrer Wirkung der durch die Wicklung 10A erregten Pole entgegengerichtet, so dass sich die Wirkung dieser beiden Wicklungen gegen seitig aufhebt. Dieses Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes hat den Vorteil, dass der Aufwand an Leitern für die Wicklungen reduziert werden kann.
Bei den bekannten Induktionsmotoren, bei welchen die Drehzahländerung durch Umschaltung einer Wick lung auf eine andere vorgenommen wird, erfolgt nach Umschaltung der Wicklung für die hohe Drehzahl auf die Wicklung für die niedrige Drehzahl ein plötzlicher Wechsel von dem relativ hohen positiven Drehmoment der Wicklung für die hohe Drehzahl auf das relativ hohe negative Drehmoment der Wicklung für die niedrige Drehzahl, wenn der Schaltvorgang bei einer über seiner synchronen Drehzahl liegenden Drehzahl stattfindet.
Bei dem Motor gemäss der Erfindung erscheint das Drehmo ment nach Umschaltung auf die langsame Drehzahl als eine Kombination des positiven Drehmomentes der Wicklung für die hohe Drehzahl und des negativen Drehmomentes der Wicklung für die niedrige Drehzahl. Bei entsprechender Einstellung dieser beiden Drehmo mente kann es bis auf Null herabgesetzt werden, um die eingangs beschriebenen mechanischen Effekte am Motor und seiner Befestigung zu vermeiden. Wenn der Motor sich unter der synchronen Drehzahl der Wicklung für die niedrige Drehzahl verlangsamt, sind die Drehmomente der beiden Wicklungen positiv, so dass stabile Verhält nisse bei der niedrigen Drehzahl erreicht werden.
Ein Effekt, welcher noch bemerkenswert ist, dass nach Umschaltung von der hohen auf die niedrige Drehzahl unter Nullast (Leerlauf) das resultierende negative Dreh moment so niedrig sein würde, dass der Motor konti nuierlich mit derselben Drehzahl solange weiterlaufen würde, bis ein äusseres Drehmoment angreift, z. B. durch Bremsen der Welle.