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Einphasenmotor für zwei verschiedene Drehzahlen Ein typisches Beispiel
für die Anwendung eines Einphasenmotors für zwei verschiedene Drehzahlen ist z.
B. eine Haushaltsölfeuerung, wobei der Motor zum Antrieb des Luftumwälzventilators
dient. Der Motor läuft kontinuierlich mit kleiner Drehzahl, während 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.
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Bei einer bekannten Motorkonstruktion sind für jede Drehzahl
je eine separate Hauptwicklung und eine einzelne Anlaßwicklung vorgesehen.
Die Anlaßwicklung wird mit Hilfe eines Fliehkraftschalters bei Erreichen einer bestimmten
Drehzahl abgeschaltet. Der drehzahlabhängige Fliehkraftschalter, welcher in einem
solchen Motor eingebaut ist, muß normalerweise mehrpolig sein.
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Ein Nachteil der bekannten Motoren dieser Art ist, daß beim Umschalten
des Motors von der hohen auf die niedrige Drehzahl ein relativ hohes negatives Drehmoment
in der Wicklung für die niedrige Drehzahl erzeugt wird, solange die Drehzahl des
Motors Über dieser Geschwindigkeit liegt. Dieses negative Drehmoment verursacht
eine unerwünschte mechanische Beanspruchung des Motors und seiner Befestigung, insbesondere
bei Ofenkonstruktionen, bei welchen der Motor an einem Rohrsystem befestigt ist.
Es ruft eine unerwünschte Vibration des Motors und der Rohre hervor mit unangenehmem
Geräusch.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Einphasenmotor
für zwei Drehzahlen zu schaffen, der die erwähnten Nachteile der bekannten Motoren
dieser Art nicht aufweist und der deshalb für den Gebrauch in Haushaltsheizungen
besonders geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Einphasenmotor für zwei verschiedene
Drehzahlen mit einer Wicklung für eine niedrige Drehzahl, einer Wicklung für eine
höhere Drehzahl, einer Anlaßwicklung und einem Fliehkraftschalter, welcher unter
einer vorbestimmten Drehzahl die Anlaßwicklung parallel zur Wicklung für die höhere
Drehzahl schaltet und diese beiden Wicklungen an Spannung legt, während er die Wicklung
für die niedrige Drehzahl unwirksam macht, und welcher bei darüberliegender Drehzahl
die Anlaßwicklung abschaltet und bei Vorwahl der niedrigen Drehzahl die Wicklung
für diese zur Wirkung bringt, dadurch gelöst, daß die Wicklung für die niedrige
Drehzahl und die Wicklung für die höhere Drehzahl in Reihe und unmittelbar an das
Netz geschaltet und derart ausgelegt sind, daß das Feld der Wicklung für die niedere
Drehzahl bei der Reihenschaltung der Wicklungen das Feld der Wicklung für die höhere
Drehzahl überwiegt.
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An Hand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele schematisch
dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine
Wicklungsanordnung eines bekannten Motors und F i g. 2 bis 4 Wicklungsanordnungen
für Motoren gemäß der Erfindung.
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In allen Figuren der Zeichnung sind gleich wirkende Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Bei einer bekannten Ausführung des Motors, welche in F i
g. 1 dargestellt ist, sind eine Wicklung 10 für eine niedrige Drehzahl,
eine Wicklung 11 für eine höhere Drehzahl und eine Anlaßwicklung 12 vorgesehen.
Die letzterwähnte Wicklung hat dieselbe Polzahl wie die Wicklung 11 für die
hohe Drehzahl. Beispielsweise 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 Wahlschalter mit zwei feststehenden
Kontaktstücken 16, 17 und einem Kontaktarm 15 ist vorgesehen, um die
Wicklungen 10
und 11 wechselweise in den Stromkreis einzuschalten.
Ein Fliebkraftschalter 18 dient zum Steuern der Anlaßwicklung 12. Er ist
doppelpolig ausgeführt und hat zwei Kontaktarme 19 und 20. Der bewegliche
Kontaktarm 19 ist wahlweise mit den Kontaktstücken
21 und
22 verbunden, während der Kontaktarm 20 mit dem Kontaktstück 23 verbunden
sein kann.
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Zur Erzielung der niederen Drehzahl liegt der Kontaktarm
15 auf dem Kontaktstück 16. Bei ruhendem Motor ist der Kontaktarm
19 mit dem Kontaktstück 21 verbunden, so daß die Wicklung 11 für die
höhere Drehzahl eingeschaltet ist. Gleichzeitig ist der Kontaktarm 20 mit dem Kontaktstück
23 verbunden, so daß die Anlaßwicklung 12 parallel zur Wicklung
11 für die höhere Drehzahl liegt. Wenn die Betätigungsdrehzahl des Fliehkraftschalters
18 erreicht wird, wird der Kontaktarm 19 auf das Kontaktstück 22 umgelegt,
wodurch die Wicklung 11 für die höhere Drehzahl abgeschaltet und die Wicklung
10 für die niedrige Drehzahl eingeschaltet wird, so daß der Motor jetzt mit
seiner niedrigen Drehzahl läuft. Gleichzeitia wird der Kontaktarm 20 betätigt, der
die Anlaßwicklung 12 abschaltet.
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Die Erzielung der höheren Drehzahl wird der Kontaktarm 15 des
Wahlschalters in Eingriff mit dem Kontaktstück 17 gebracht, so daß nunmehr
die Wicklung 11 für die hohe Drehzahl eingeschaltet und die Wicklung
10 für die niedrige Drehzahl abgeschaltet ist.
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Mit 25, 26 und 27 sind die äußeren Motorklemmen bezeichnet.
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In F i g. 2 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 Fliehkraftschalter 18 ist zweipolig und
hat einen Kontaktarm 19, welcher nur mit dem Kontaktstück 22 in Eingriff
treten kann. Der Drehzahlwahlschalter ist ein einpoliger Schalter mit Kontaktarm
15 und Kontaktstück 16, welches mit der Wicklung 10 verbunden
ist.
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Zur Erzielung der höheren Drehzahl wird der Wahlschalter geschlossen;
er schließt hierbei die Wicklung 10 kurz. Die Wicklung 11 für die
hohe Drehzahl und die Anlaßwicklung 12 sind parallel geschaltet. Sobald die Betätigungsdrehzahl
des Flieh kraftschalters 18 erreicht wird, wird der Kontaktarm 20 vom Kontaktstück
23 abgehoben und dadurch die Anlaßwicklung 112 abgeschaltet. Zur Erzielung
der niederen Drehzahl bleibt der Wahlschalter offen, und der Kontaktarm
19 des Fliehkraftschalters 18 schließt die Wicklung 10 für
die niedere Drehzahl kurz. Bei Betätigung des Fliehkraftschalters 18 öffnet
der Kontaktarm 19, und die beiden in Reihe geschalteten Wicklungen
10 und 11 erlauben dem Motor mit seiner niedrigen Drehzahl zu laufen.
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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 Reihenschaltung 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
Leistung 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 '/4 PS erzeugt,
so wird bei der niederen Drehzahl nur eine Leistung von 1/12 oder 1/,5
PS
erforderlich sein. Aus diesem Grund kann die Reduzierung der Leistung,
welche bei der niedrigen Drehzahl erfolgt, in Kauf genommen werden.
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Die Zahl der Windungen, ihre Verteilung und der Leiterquerschnitt
der Wicklungen für die niedrige Drehzahl wird so ausgelegt, daß das magnetische
Feld, welches durch die Wicklung für die niedrige Drehzahl erzeugt wird, das Feld
der Wicklung für die höhere Drehzahl überwiegt.
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Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Wicklungsanordnung
wie folgt: Der Motor ist ausgelegt für eine Spannung von 110 V,
60 Hz, eine hohe Drehzahl von 1725 U/min und eine niedrige Drehzahl
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 zuerst die vierpolige und dann die achtpolige
Wicklung in die Nuten eingelegt wird. Der Läufer ist ein Käfigläufer und hat 48
Nuten.
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In F i g. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt.
Der Motor hat drei Wicklungen lO', 11'
und 12, wobei die Wicklung
10' eine Kombination einer Wicklung für hohe und niedere Drehzahl und die
Wicklung 11' eine Gegenwicklung ist. Die Wirkungsweise ist wie folgt: Wenn
die Wahlschalter "eöffnet ist, ist nach dem Ansprechen des Fliehkraft schalters
18 nur die Wicklung 10' wirksam; diese ist so angeordnet und ausgelegt,
daß sie sowohl die Charakteristik einer niederen Drehzahl als auch die Charakteristik
einer hohen Drehzahl hat, wobei die Charakteristik für die niedere Drehzahl überwiegt,
so daß mit dieser Wicklung nur die niedere Drehzahl erreicht wird. Zur Erzielung
der hohen Drehzahl wird der Wahlschalter geschlossen, wodurch die Gegenwicklung
11' zugeschaltet wird. Diese Wicklung ist so angeordnet und ausgelegt, daß
ihr magnetisches Feld dem Feld der Wicklung 10' entgegenwirkt, so daß nur
das Feld für die hohe Drehzahl zur Wirkung gelangt und der Motor mit der hohen Drehzahl
läuft. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 braucht auch bei dieser Ausführung
der Wahlschalter nur einpolig sein.
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Die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform ist eine etwas
abgewandelte Form der in F i g. 3 dargestellten Anordnung. An Stelle der
beiden Wicklungen 10' und 11' werden drei Wicklungsteile
10 A, 11 A
und 24 verwendet, wobei der Teil 24 für beide Wicklunaen
gemeinsam ist. Solch eine Ausführung ist an sich bekannt und hat den Vorteil, daß
der Aufwand an Leitern für die Wicklungen reduziert werden kann.
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Bei den bekannten Induktionsmotoren, bei welchen die Drehzahländerung
durch Umschaltung einer Wicklung 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 Schaltvort' Crang bei einer über seiner synchronen
Drehzahl liegenden Drehzahl stattfindet. Bei dem Motor gemäß der Erfindung erscheint
das Drehmoment nach Umschaltung auf die niedrige 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
Drehmomente kann es bis auf Null herabgesetzt werden, um die eingangs beschriebenen
mechanischen Effekte am Motor und seiner Befestigung zu vermeiden. Wenn der Motor
unter die synchrone Drehzahl der
Wicklung für die niedrige Drehzahl
absinkt, sind die Drehmomente der beiden Wicklungen positiv, so daß stabile Verhältnisse
bei der niedrigen Drehzahl erreicht werden.