DE2151489C3 - Drehstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehstrommotor mit drei Wicklungen, bei dem bei einem Drehphasenanschluß nur zwei der Wicklungen im Sternpunkt verbunden sind, während die dritte Wicklung zwischen der übrigen Phase und einem Mittelpunkt-Jeiter licjM.

Bekannt sind Drehstrommotoren nach Fig. 1 mit drei ein (läuferdurchsetzendes) Drehfeld erzeugende η (Ständer-)Wicklungen L₁, L₂ und L₃, die in Stern schaltung mit einem Stern- (oder Mittel-)punkt 0 gc-

»5 schaltet sind und bei denen an jedem eingangsseitige.i Wicklungsende eine (Netz-)Phase Ä.Sbzw. Tanliegt, die jeweils zur anderen Phase um 120° phasenverschoben ist. Die Umkehr von der einen zur anderen Drehrichtung geschieht durch Vertauschen zweier

Phasen zueinander (vgl. z. B. Hütte IVA, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1957, S. 319). Dieses Vertauschen oder Umschalten erfolgt durch mechanische oder elektromechanische Schaltungsanordnun gen, z. B. durch Wendeschütze, jedoch zur Verringe-

rung der Umschaltzeit auch elektronisch durch Halbleiterbauelemente wie Thyristoren oder Triacs (Zweirichtungs-Thyristorlrioden). Die Umschaltung durch Halbleiterbauelemente ist sehr problematisch, da bei Spannungsdurdibrüchen im Halbleiterbauele-

ment ein Kurzschluß zwischen zwei Phasen erfolgt. Die Vermeidung solcher Kurzschlüsse erfordert umfangreiche Schutzmaßnahmen, die einen großen Schaltungsaufwand bedingen.

Bekannt sind ferner Drehstrommotoren mit zwei getrennten Wickluiigspaketen jeweils gemäß Fig. 1, bei denen das eine Wicklungspaket den Vorlauf, das andere Wkklungspaket den Rücklauf übernimmt. Diese Anoi Jnung wird bei polumschaltbaren Motoren angewendet, jedoch läßt sich ein solcher Motor durch seine zwei getrennten Wicklungspakete auch durch (elektronische) Schalter kurzschlußsicher von einer zur anderen Drehrichtung umschalten.

Die Herstellung dieses Drehstrommotors ist jedoch teuer, zumal der Drehstrommotor entsprechend größer gebaut werden muß.

Bekannt ist außerdem die Steinmetz- und Hilgcnbcrg-Schaltung(vgl. Meyers Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, Bibliographisches Institut, Mannhein/Wien/Zürich, 1970, S. 2436), bei derein Drehstrommotor an einZweiphasennetz angeschlossen und die dritte Phase durch einen Betriebskondensator gebildet wird. Durch Umschaltung des Betriebskondensators läßt sich eine Drehrichtungsumkehr verwirklichen, jedoch ist die Kondensatorumschaltung durch Halbleiterbauelemente gefährlich und kann sehr leicht die Halbleiterbauelemente zerstören Außerdem besitzt dieser Drehstrommotor ein stark verringertes Drehmoment und kommt daher nur

in seltenen Fällen zur Anwendung.

Schließlich ist bereits vor längerer Zeit eine Einrichtung zur kontaktlosen Umsteuerung der Drehrichtung eines Drehstrommotors bekanntgeworden (vgl. deutsche Auslegeschrift 1079 168), bei der zwischen zwei Wicklungssträ.igeii und zwei Phasen des Drehstromnetzes je ein magnotfeldabhängiger Halbleiterwiderstand unmittelbar und über Kreuz angeordnet ist und wahlweise ein Paar davon einem Magnetfeld ausgesetzt ist, so daß durch Wechsel der Einwirkung des Magnetfelds vom einen Halbleiterpaar Jiaf das andere im Ergebnis eine Vertauschung der beiden betreffenden Phasen erreicht wird. Dabei ist zunächst die Ansteuerung dieser Halbleiterwiderstände schwierig, da sie magnetisch erfolgt, so daß gesonderte Ansteuerspulen vorgesehen werden müssen. Außerdem ist die Betriebssicherheit durch Störmagnetfelder gefährdet. Schließlich tritt auch hier die Gefahr auf, daß bei Spannungsdurchbrüchen in den Halbieiterwiderständen ein Kurzsrhluß zwischen den beiden verbundenen Phasen erfolgt, d. h., zu dessen Vermeidung umfangreiche Schutzmaßnahmen notwendig wären.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehstrommotor so auszubilden, daß er sich vor allem kurzschlußsicherer durch einfache, insbesondere elektronische Schalter, also mit möglichst geringem Aufwand, reversieren läßt, eine möglichst geringe Leistungsminderung gegenüber üblichen Drehstrommotoren hat und weder einen Anlauf- noch einen Betriebskondensator benötigt.

Diese Aufgabe wird bei einem Drehstrommotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehstrommotor reversierbar ist, wozu jedes Ende der dritten Wicklung (zur Umkehr der Stromflußrichtung) durch eine ' '.risrhalteinheit wahlweise an die übrige Phase und den Mittelpunktleiter anschließbar ist.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Drehstrommotors ist, daß die Umschalteinheit nur zwischen einer Phase und dem Mittelpunktleiter liegt, so daß es bei einem Spannungsdurchbruch in einem Halbleiterbauelement der Umschalteinheit vorteilhafterweise nicht zu einem Kurzschluß zwischen zwei Phasen kommen kann, wie dies bei den bekannten Drehstrommotoren der Falle ist.

Es ist zwar bereits ein Drehstrummotor der eingangs genannten Art bekannt, (vgl. schweizerische Patentschrift 313038), doch wird dort das Problem des Reversierens gar nicht angesprochen, sondern es geht lediglich darum einen derartigen Drehstrommotor durch asymmetrische Ausbildung des Stators stoßfrei anzulassen, ohne daß zusätzliche Einrichtungen benötigt werden. Dieser bekannte Motor befindet sich also in einer derartigen Schaltung nur während des Anlassens.

Es ist ferner zweckmäßig, daß die ersten beiden Wicklungen bezüglich der Impedanz so unterschiedlich zur dritten Wicklung ausgebildet sind, daß sie die gleiche Leistungsaufnahme wie die dritte Wicklung haben.

Eine bevorzugte Ausführung wird dadurch erreicht, daß einerseits zwischen der übrigen Phase und dem Mitteipunktleiter und andererseits zwischen den Enden der dritten Wicklung angeschlossen ist eine in jedem Zweig einen Triac enthaltende Brückenschaltung, und daß die Steueranschlüsse der zwei jeweils nicht unmittelbar miteinander verbundenen Triacs der Brückenschaltung über Widerstände und einen Steuerschalter verbindbar sind.

Eine andere Lösung der obengenannten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die dritte Wick-

lung fest mit der übrigen Phase und dem Mittelpunktleiter über einen ersten Schalter verbunden ist, daß parallel zur dritten Wicklung eine vierte Wicklung in Reihe mit einem zweiten Schalter liegt, daß die vierte Wicklung einen zur dritten Wicklung entgegengesetz-

ten Wicklungssinn hat und daß die beiden Schalter wahlweise betätigbar sind.

Zwar wird in diesem Fall die vierte Wicklung zusätzlich benötigt, doch ist bei dieser Ausführung eine absolute Kurzschlußsicherheit gewährleistet.

'5 Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß jeder Schalter aus einem Triac und einem zugeordneten Steuerschalter besteht, wobei jeder Triac mit seinen Hauptanschlüssen zwischen dem einen Ende der zugeordneten Wicklung und dem Mittelpunktleiter liegt, während der zugeordnete Steuerschalter den Steueranschluß des betreffenden Triacs mit dem Mittelpunktleiter verbindet.

Um in einfacher Weise gleichzeitig den Drehstrommotor vollständig abschalten zu können, ist es zweck-

^a5 mäßig, daß zwischen den wicklungsabgewandten Hauptanschlüssen beider Triacs zwei weitere Triacs in Reihe liegen, deren Verbindungspunkt an den Mitteipunktleiter angeschlossen ist und deren Steueranschlüsse untereinander verbunden sind, und daß die Verbindungen jedes ersten Triacs mit dem benachbarten weiteren Triac zusammengefaßt an den Steueranschluß eines fünften Triacs angeschlossen sind, der mit seinen Hauptanschlüssen den ersten beiden Wicklungen liegt.

Zu diesem Zweck müssen lediglich beide Steuerschalter gleichzeitig geöffnet werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines bekannten reversierbaren Drehstrommotors,

Fig. 2 das Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen reversierbaren Drehstrommotors,

Fig. 3 eine genaue Realisierung des Ausführungs-

♦5 beispiels von Fig. 3,

Fig. 4 das Schaltbild einer vorteilhaften Weiterbildung des Drehstrommotors von Fig. 3,

Fig. 5 eine genaue Realisierung des Ausführungsbeispiels von Fig. 4 und

Fig. 6 eine Weiterentwicklung des Ausführungsbeispiels von Fig. 5.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen reversierbaren Drehstrommotors abgebildet. Wie ein Vergleich mit dem bekannten

Drehstrommotor von Fig. 1 zeigt, ist erfindungsgemäß die dritte Wicklung L₃ vom Sternpunkt 0 in Fig. 1 getrennt und mit einem Mittelpunktleiter Mp verbunden. Mittels einer Umschalteinheit 10 sind die beiden Wicklungsenden der dritten Wicklung L₃ wahlweise an T und Mp (in Vollinie abgebildet) bzw. an Mp und T (in Strichlinie abgebildet) anschließbar. Durch das Umschalten von der in Vollinie gezeigten Verbindung in die strichlinierte wird die Richtung des Stromdurchflusses durch die dritte Wicklung L₃ umgekehrt, so daß auch die Drehrichtung des Drehstrommotors von Fig. 2 umgekehrt wird.

Es ist ersichtlich, daß neben R, S und T erfindungsgemäß der Mittelpunktleiter Mp praktisch als vierte

Phase verwendet wird, da seine Verbindung mit dem ursprünglichen Sternpunkt O (vgl. Fig. 1) weggefallen

Beim erfindungsgemäßen Drehstrommotor von F i g. 2 werden wegen der Abweichung von F i g. 1 offensichtlich die Wicklungen L₁, L₂ einerseits und L₃ andererseits mit verschieden großer Spannung beaufschlagt. Wenn die verkettete odet Leiterspamuing zwischen R und S z. B. 380 V beträgt, liegt zwischen T und Mp eine Phasen- oder Strangspannung von 220 V an, wie sich aus dem allgemeinen Fachwissen über Drehstrom ergibt (vgl. z. B. Meyers Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, a.a.O., Seite 628/629).

Das bedeutet, daß die Wicklungen L₁ und L₂ mit 380 V/2 gleich 190 V beaufschlagt werden, während an der Wicklung L₃ 220 V anliegen. Um trotz dieses verschieden großen Spannungsabfalls an allen drei Wicklungen L₁, L₂ und L₃ die gleiche Leistungsaufnahme zu erreichen, können gcwünschtenfalls die Wicklungen L₁ und L₂ so ausgebildet werden, daß ihr induktiver Widerstand größer ist als der der Wicklung L₃. Zu diesem Zweck kann z. B. die Wicklungszahl der Wicklungen L₁ und L₂ erhöht werden; eine andere Möglichkeit ist die Wahl anderer Spulenkerne. Die Umschalteinheit 10 besteht gemäß Fig. 2 aus zwei miteinander gekoppelten Umschaltern, wobei jeder Umschalter einem der in Fig. 2 abgebildeten Blöcke entspricht.

Die Umschalteinheit 10 in Fig. 2 kann aber auch als Brückenschaltung ausgeführt sein, wie H g. 3 zeigt, wo die Wicklungen L₁ und L₂ der Übersichtlichkeit wegen weggelassen sind.

Je ein Paar Triacs 1, la bzw. 2, '2a wird bei der Betätigung eines Steuerschalters S/,' bzw. Sf₂' durch Widerstände Rl, Ria bzw. R2, R2a gegenseitig aufgesteuert, wobei der Drehstrommotor in einem Fall rechts-, im anderen lall linksherum läuft. Im einzelnen fließen folgende Ströme: Schließt man den Schalter Sf₁, so steuern sich die Triacs 1 und la über die Widerstände Rl und Ria gegenseitig auf und setzen sich in den leitenden Zustand.

Dabei fließt ein Wechselstrom von der Phase S über den geöffneten Triac 1 durch die dritte Wicklung L₃ und weiter über den geöffneten Triac Ια zum Mittelpunktleiter Mp zurück oder umgekehrt.

Ist der Schalter St₁' wieder geöffnet, der Schalter St₂' dagegen geschlossen, ergibt sich in entsprechender Weise ein Stromdurchgang von der Phase T über den geöffneten Triac 2 zur dritten Wicklung L₃ über den Triac la zum Mittelpunktleiter Mp zurück oder umgekehrt. Die Phase T wird also beim Schließen des Schalters St₁' an das (in F i g. 3) linke Ende der Wicklung Lj, beim Schließen des Schalters St₂' dagegen an das rechte Ende gelegt, so daß sich eine Umpolung und Änderung der Drehrichtung ergibt.

Die Widerstände Rl, Ria, R2 und R2a sind entsprechend hochohmig gewählt, um den Steuerstrom zu begrenzen. Eine Triggcrung durch Diacs ist nicht erforderlich. Die Steuerschalter Si₁' und St₂' können insbesondere als Photowiderständc, elektronische Druckiastcr od. dgl. ausgebildet sein.

Eine Abwandlung des Allsführungsbeispiels von Fiß. 2 i^t i" Fig. 4 zu sehen, wo einerseits die dritte Wicklung L, f«--st zwischen der Phase Tund dem Mittelpunktleiter Mp über einen Schalter S₁ liegt und andererseits parallel zur dritten Wicklung L₃ eine vierte Wicklung L₄ mit entgegengesetztem Wicklungssinn (bezogen auf die Wicklung L₃), ebenfalls

über einen Schalter S₂, parallel geschaltet ist. Vorzugsweise ist die vierte Wicklung L₄ bis auf den Wicklungssinn mit der dritten Wicklung L₁ identisch. Selbstverständlich können der Schalter S₁ und/oder der Schalter S₂ auch am T-scitigen Ende der zugeordrieten Wicklung L₃ bzw. L₄ liegen.

Die Schalter S₁ und S₂ werden normalerweise abwechselnd betätigt, d.h. bei geschlossenem Schalter

5₁ ist der Schalter S₂ offen und umgekehrt; durch das Umschalten der Schalter S₁ und S₂ wird die ge-

*5 wünschte Drehrichtungsumkehr des Drehstrommotors erreicht. Nur im ausgeschalteten Zustand des Drehstrommotors sind beide Schalter S, und S₂ offen. Eine zweckmäßige Ausführung der Schalter S₁ und

5₂ von Fig. 4 ist im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 »° zu sehen. Danach bestehen die Schalter S₁ und S₂ jeweils aus einem Triac Tr₁ bzw. Tr₂ und einem zugeordneten Steuerschalter S/, bzw. Si₂. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der eine Pol jedes Steuerschalters Si₁ bzw. Sf₂ mit dem Steueranschluß des zugehörigen

^a5 Triacs Tr₁ bzw. Tr, verbunden ist. Der andere Poί jedes Steuerschalters ist zusammen mit dem wicklungsabgewaridtcn Hauptanschluß des Triacs an den Mittclpunktieiter Mp angeschlossen. Das Schließen des Steuerschalters Sf₁ bewirkt Vorlauf, das Schließen

3" des Steuerschalters Si, Rücklauf des Drehstrommo

tors.

Eine Weiterentwicklung des Ausführungsbcispu-ls von Fig. 5 ist schließlich in Fig. 6 dargestellt. Wie ein Vergleich von Fi g. 6 mit F> g. 5 zeigt, hat erstercs Ausführungsbcispicl zwei zusätzliche Triacs Tr₁' und Tr₂', die in Reihe mit den Triacs Tr₁ und Tr₂ liegen. wobei die beiden Triacs Tr₁' und /V₂' unmittelbar zinn Mittelpunk'lciicr Mp benachbart sind. Die Stcucnin-Schlüsse der beiden zusätzlichen Triacs 7V₁' und 7V, sind untereinander durch eine einfache elektrische Leitung verbunden. Djf Verbindungen der Triacs Tr, und Tr,' einerseits sowie Tr₇ und Tr₂' andcrcrse't*- sind ihrerseits zusammengefaßt an den Steuer.v.. Schluß eines weiteren Triacs Tr₃ geführt, dessen Hauptanschlüsse zwischen die beiden Wicklungen /., und L, geschaltet sind.

Die Beschattung der dritten und vierten Wicklung L, bzw. L₄ mit den vier Triacs Tr₁, Tr₁', Tr₂, Tr₂ ist in gewisser Weise ähnlich der Schaltung von F i g. der deutschen Auslegeschrift 1 562 190 derselbcr Anmelderin (Dt. Kl. 21al, 36/18, ausgelegt am 20 8. 1970), wenn man berücksichtigt, daß die mittlere Wicklung in der dortigen Fig. 2 hier durch den Mit telpunktieiter Mp ersetzt ist. Die dort vorgesehener Diacs sind hier weggelassen, ferner finden sich ai Stelle des dort verwendeten einzigen Schalters S hie die beiden Steuerschalter Sf₁ und Sf₂.

Durch die beiden zusätzlichen Triacs Tr₁' und Trin Verbindung mil dem weiteren zusätzlichen Tria 6c TV, wird erreicht, daß durch gleichzeitige Öffnun beider Steuerschalter Sf₁ und Sf₂ nicht nur die Wick lungen L₁, und L₄, sondern auch die Wicklungen L und L-. stromlos gemacht werden, also der ganz Drehstrommotor ontregl wird. Bei nac'n*>M"ondcr 65 Schließen eines der Steuerschalter Sf₁ unü > erde dagegen die Wicklungen L₁ und L₂ wieder mögt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Drehstrommotor mit drei Wicklungen, bei dem bei einem Dreiphasenanschiuß nur zwei der Wicklungen im Sternpunkt verbunden sind, während die dritte Wicklung zwischen der übrigen Phase und einem Mittelpunktleiter liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor reversierbar ist, wozu jedes Ende der dritten Wicklung (L₃) durch eine Umschalteinheit (10) wahlweise an die übrige Phase (7") und den Mittelpunktleiter (Mp) anschließbar ist (Fig. 2).

2. Drehstrommotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten beiden Wicklungen (L₁, L₂) bezüglich der Impedanz so unterschiedlich zur dritten Wicklung (L₃) ausgebildet sind, daß sie die gleiche Leistungsaufnahme wie die dritte Wicklung (L₃) haben (Fig. 2).

3. Drehstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits zwischen der übrigen Phase (T) und dem Mittelpunktleiter (Mp) und andererseits zwischen den Enden der dritten Wicklung (L₃) angeschlossen ist eine in jedem Zweig einen Triac (1, la, 2, la) enthaltende Brückenschaltung, und daß die Steueranschlüsse der zwei jeweils nicht unmittelbar miteinander verbundenen Triacs (1, la; 2, la) der Brückenschaltung über Widerstände (Al, Ria; Rl, RIa) und einen Steuerschalter (St₁', St₂') verbindbar sind (Fig. 3).

4. Drehstrommotor mit drei Wicklungen, bei dem bei einem Dreiphasenanschluß nur zwei der Wicklungen im Sternpunkt verbunden sind, während die dritte Wicklung zwischen der übrigen Phase und einem Mittelpunktleiter liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wicklung (L₃) fest mit der übrigen Phase (T) und dem Mitlelpunktlciter (Mp) über einen ersten Schalter (S₁) verbunden ist, daß parallel zur dritten Wicklung (L₃) eine vierte Wicklung (L₄) in Reihe mit einem zweiten Schalter (S₂) liegt, daß die vierte Wicklung (L₄) einen zur dritten Wicklung (L,) entgegengesetzten Wicklungssinn hut und daß die beiden Schalter (S₁, S₂) wahlweise betätigbar sind (Fig. 4).

5. Drehstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Wicklung (L₄) bis auf den Wicklungssinn mit der dritten Wicklung (L₃) identisch ist (Fig. 4).

6. Drehstrommotor nach Anspruch 4, dadurch ' gekennzeichnet, daß die Schalter (S₁, S₂) Halbleiterbauelemente sind.

7. Drehstrommotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schalter (S₁, S₂) aus einem Triac (Tr₁, Tr₂) und einem zugeordneten Steuerschalter (Si₁, St₂) besteht, wobei jeder Triac mit seinen Hauptanschlüssen zwischen dem einen Ende der zugeordneten Wicklung (L₃, L₄) und dem Mittelpunktleiter (Mp) liegt, während der zugeordnete Steuerschalter (Si₁, St₁) den Steueranschluß des betreffenden Triacs mit dem Mittclpunktleitcr (Mp) verbindet (Fig. 5).

8. Drehstrommotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den wicklungsabgewandten Hauptanschlüssen beider Triacs (Tr₁, Tr₂) zwei weitere Triacs (Tr₁', Tr₂) in Reihe liegen, deren Verbindungspunkt an den Mittelpunktleiter (Mp) angeschlossen ist und deren Steueranschlüsse untereinander verbunden sind, und daß die Verbindungen jedes ersten Triacs (Tr , Tr₂) mit dem benachbarten weiteren Triac (Tr' Tr-,') zusammengefaßt an den Steueranschluß eines fünften Triacs (Tr₃) angeschlossen sind, der mit seinen Hauptanschlüssen zwischen den ersten beiden Wicklungen (L₁, L₂) liegt (Fig. 6).