DE2155936C3 - Einphasiger Spaltpol Asynchron motor - Google Patents

Description

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«/•rkunesgrad des Motors beträchtlich vermindert. Das Halbleiterelement mit _u ^auslö*k^ar^

?.kann außerdem aus einer nach dem Hochlauf kann sowohl ein symmetrischer ¹^"*".

j rrh einen Schalter, insbesondere einen Zentrifugal- TRIAC als auch ein einfacher, von e in«; γ tu β

Schalter, unterbrechbaren Wicklung bestehen, schützter Thyristor sein. Im ersten,Fall Bt aas

Äoch die Bedienung bzw. den Aufbau kompli- S ^-^^^^^

demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe von einer beträchtlichen Verringerung der^ Herste -

«mrunde, einen Spaltpol-Asynchronmotor zu schaf- lungskosten begleitet ist. In besonderen «J*?¹!™

Sfder unur vertretbarem baulichem Aufwand für die Spaltpolwicklung des Motors durch zwei I h/n

* ' Anlauf in der gewünschten Richtung ein aus- to stören kurzgeschlossen werden, die anupar &

Siende" Drehmoment gewährleistet, ohne daß dar- schaltet sind und mit voneinander isolierten Steuer

¹L eine Verminderung des Wirkungsgrads bei Nenn- kreisen versehen sind Merkmale der

Shzahl entsteht. Diese Aufgabe wird gemäß der Er- Weitere Vorteile, Einzelheiten und^Me™£ _hrei_

Sng dadurch gelöst, daß die Spaltpolwicklung Erfindung ergeben sich aus der folgender,Be Sι wenigstens ein steuerbares Halbleiterelement i₅ bung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung oei _P

L/geschlossen ist, über dessen Steuerelektrode ein weise dargestellt, und zwar zeigen

£ wesentlichen dem Strom in der H.-uptwicklung Fig. 1 bis 4 Scha tplane ^ν°"Χ

d« Motor, proportionaler Zündstrom fließt, dessen ten der Erfindung, die symmetrische

dart ist, daß während der Anlaufphase die wenden und .

ung durch das Halbleiterelement kurzge- _M Fig. 5 bis 7 Schaltpläne von ^e.^mf^JJjJ

und am Ende der Anlaufphase elektrisch verwendenden ^™»^^^ f S? einen

TifipaHiSolwicklung ist dabei wirksam kurzge- kurzgeschToTn™ Rotor R, der sich in dem Feld

schlossen, wenn der Motor einen starken Strom auf- einer Stator-Haupiwick ung S 1-i 2, drcni nimmt «lh. wenn er eine schwache elektromotori- ,- zwei symmetrischen Hälften gebildet wira, me

X Gegenkraft entwickelt und also mit einer im Reihe an die Klemmen einer Stromquelle mit einpna

Verhältnis zu seiner Nenndrehzahl geringen Dreh- sigem Wechselstrom angeschlosser, sind^

S umlauft, also wählend des Anlaufens des Mo- Die jeweils die' H^cUung ^l^*W*

mrs Wenn der Motor im wesentlichen mit seiner induzierenden Pole sind gespaiien u _fhi]f SnndrShl umläuft, ist die Stromaufnahme be- 30 durch symmetrische Teile B L « «^_ic^_Ung um-

Sul.ch vermindert, so daß das Halbleiterelement wicklung, einer .sogenannten ^Spalgo^ÄIung

,nerrt und der Kreis der Spaltpolwicklung unterbro- geben, die in Reihe in einem geschlossenen λ

chen is" deren Vorhandensein sich dann auf die Ar- einr Sicherung F und einem symmetrischen^ Thyr

Si" des Motors und insbesondere auf seinen Wir- stör Tr liegen. J.^'?^ sTnd

- -bei die Spaltpolwick-

Sei auf Grund ihrer Windungszahl und ihres Wenn d.e Hauptwicklung S1 «

Widerstands die zum Anlauf erforderlichen Ampere- 40 Strom/ durchflossen wird, erhal cue

windungen auftreten, ohne daß die Höchststärke des de G des ^™^™^™™1™ de" stellung

Stron.es die Dauerbelastbarkeit des Halbleiterele- ^^^SS^P abhängt. Diese

tSr mit der Spaltpolwicklung und Wist so besumm, ^ f

leich dem Höchststrom ist, den das Halbleiterele- Gegenkraf t tavonuft ^SugtoThyAton Tr

Lnt im Dauerbetrieb ertragen kann. Dies hat den ßen Strom / zieM ur d«Zκ. R p_otentiome-

Vorteil eines vollkommenen Schutzes de, Halbleiter- ausreicht die Stel ung des A^ _Ende ^

elementn gegen Zerstörung, die durch Oberstrom- 50 tor sP wirdlunub, gen so be—^ _Motßrs ^

stärke während der Anlaufphase des Motors oder in- Anlaufpenode der vom Nenn _symmetri-

folge eines Isolationsschadens der Hilfswicklung her- zeugte Strom, mch «jSn 'Der Thyristor Tr ist

vorgerufen werden könnte. . sehen ^Υ"^^0Γ J> zu zuno ^y _nachdem, ob

Nach einer einfachen Ausführung der Erfindung als ο entwed „1e.tc ndj^ ¹JgJJ₀^ ^_{ίη(1ε1 od}er

wird der Zündstrom für die Steuerelektrode des 55 der Motoi: sch^m der An. P _hzah, ,_iegendc

Halbleiterelementes von einem Potentiometer gehe- eine vorbestimmte nane aer

to das Z den Speisekreis der Hauptwicklung des Drehzahl en«c Jt hat _{s ltpolwicWung} beMotors eingesetzt sein oder von e.nem Stromwandler Die Wicklung ^n » ^ ^_{0 daß sie die ma}gespeist werden kann, der in diesen Stromkreis ein- stehen ^^™¹^"^'"^^,; können, die unter fesetzt ist. In diesem zweiten Fall kann die Spaltpol· 60 g«g»Mt^ _{des Rotors R für} wicklung vom Speisekreis der Hauptw.cklung isoliert ^^J^fJ _des Motors nötig ist, ohne von

^ Αϊί

^"diesen Maßnahmen kann dank der einfachen, ^^^Αί robusten und einstellbare^ Mittel d-gewunschte ^ Jn Ifur^n^nsjor^T _w._{ckiungen ß}

robusten und einsteimaren iviiuci _u<» ^v,_u„^„.. ._. .

Verhältnis des Zündstroms zum Speisestrom der 65 Strom überschreitet. Die Wicklungen Ii l-ö ί müssen

Hauptwicklung eingestellt und demzufolge nach also die erforderliche Amperewindungszahl liefern

Wunsch die Drehzahl festgelegt werden, bei der die und einen Scheinwiderstand darstellen, der groß ge-

Spaltpolwicklung unterbrochen werden kann. nug ist, um die Stärke des Stromes, der sie durch-

ließt, auf einen Wert zu begrenzen, der mit den Eigenschaften des Thyristors Tr vereinbar ist. Die Sicherung F könnte wegen ihrer Durchbruchverzögerung allein nicht den guten Schutz des Thyristors Tr gewährleisten, z.B. im Fall einer Blockierung des Motors bei einem sehr starken Bremsmoment, die einen starken Strom/ zur Folge haben würde. Dies würde auch die Versorgung der Steuerelektrode G des Thyristors Tr mit einem Strom ι zur Folge haben, der ausreicht, ym ihn leitend zu machen. Ein zusätzlicher Schutz für den Thyristor hinsichtlich schneller Spannungs- oder Slromänderungen kann, wenn es nötig ist, durch den Einbau einer punktiert dargestellten, parallelliegenden Widerstands-Kapazitäts-Schaltung gewährleistet werden.

Die Schaltung der F i g. 1 genügt vollständig, wenn der Spannungsherden nicht zu groß ist, und wenn die Spaltpolwicklung B 1-ß 2 ausreichend gegen die Statormasse isoliert ist. Bei einem gleichen mäßigen Spannungsbereich, aber einer weniger guten Isolierung der Hilfswicklung B 1-ß 2 ist es vorteilhaft, die Schaltung der F i g. 2 zu verwenden.

In dieser Schaltung wird die Steuerelektrode G des symmetrischen Thyristors Tr von einem Potentiometer P' versorgt, das selbst von der Sekundärwicklung eines Stromwandlers J gespeist wird, dessen Primärwicklung in Reihe in den Speisekreis der Hauptwicklung Sl-S 2 eingebaut ist. Auf diese Weise sind der Kreis der Hilfswicklung ß 1-ß 2 und der Steuerkreis des Thyristors Tr vollkommener von der Hauptwicklung S1-S 2 isoliert.

Ist der Änderungsbereich der Spannung relativ groß, so ist es vorteilhaft, die Schaltungen nach den F i g. 3 und 4 zu verwenden:

Der Aufbau der Schaltung nach F i g. 3 ähnelt dem _ nach F i g. 1 mit der Abweichung, daß die Steuerelektrode G des symmetrischen Thyristors Tr zwei polarisierte Kreise besitzt, von denen jeder mit einer Diode D 1 bzw. D 2 gebildet wird, die jeweils an den Abgriff eines Potentiometers Pl, P 2 angeschlossen sind und mit entgegengesetzter Polarität geschaltet sind, während die Potentiometer parallel zu einem festen Widerstand P" geschaltet sind, der wie das Potentiometer P in Reihe in den Speisekreis der llauptwicklung S 1-S 2 geschaltet ist.

Der Aufbau nach Fig.4 zeigt dieselbe Abwandlung wie die Schaltung der F i g. 2, wobei die Steuerelektrode G des Thyristors Tr über die Dioden Dl, D 2 mit den Abgriffen der Potentiometer P' 1, P' 2 verbunden ist, die zueinander parallelliegend von der Sekundärseite eines Stromwandlers J gespeist werden, dessen Primärseite in Reihe mit der Hauptwicklung S 1-S 2 liegt.

Die Schaltungen nach den Fig.5 und6 entsprechen denen nach den Fig. 1 bzw.2, unterscheiden sich aber von diesen im wesentlichen durch den Ersatz des symmetrischen Thyristors Tr durch einen einfachen Thyristor Th, dessen Steuerelektrode G von einer Diode D geschützt ist. Der gezeigten Schaltung und dem gezeigten Aufbau entsprechend wird der Thyristor Th nur während der Halbperioden /1 des Speisestroms der Hauptwicklung S 1-S 2 zur Leitung gebracht. Daraus folgt, daß das Anlaufmoment unregelmäßig ist und nur den halben Wert des vorangegangenen erreicht, da der Kurzschlußkreis der

ίο Spaltpolwicklung ß 1-ß 2 nur während der Halbperioden mit vorbestimmter Polarität des Speisewechselstromes geschlossen ist. Dieser Nachteil kann indessen unter bestimmten Anwendungsbedingungen bei Berücksichtigung der Tatsache hingenommen werden, daß der Preis eines einfachen Thyristors Th weit unter demjenigen eines symmetrischen Thyristors Tr liegt.

Die Schaltung nach der Fi g. 7 ist in all den Fällen anwendbar, in denen ein maximales Anlaufmoment benötigt wird, aber zwei gegeneinander isolierte Steuerkreise gefordert werden:

Diese Schaltung besitzt zwei einfache Thyristoren Th 1, Th 2, die antiparallel geschaltet sind und deren Steuerelektroden G1 bzw. G 2 durch die gleichgerichtet gepolten Dioden Dl, D 2 mit den Abgriffen von Potentiometern P" 1. P" 2 verbunden sind, die durch die getrennten Sekundärwicklungen eines Stromwandlers J' gespeist werden, dessen Primärwicklung mit der Hauptwicklung S 1-S 2 in Reihe geschaltet ist. Bei der gezeigten Schaltung sind die Thyristoren Th 1 und Th 2 abwechselnd während der Halbperioden /1 und / 2 des Speisestromes für die Hauptwicklung S 1-S 2 leitend.

Aus den beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen geht hervor, daß die Erfindung die Möglichkeit bietet, einem einphasigen Asynchronmotor ein Anlaufmoment zu geben, das demjenigen des gleichen, aber mit einfachen Anlaufringen versehenen Motors identisch ist, aber dessen mittlerer Wirkungsgrad weit höher liegt. Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus der Möglichkeit der Ausführung der Spaltpolwicklung mit dünnem Draht, so daß der Platzbedarf gering ist, und ihrer Umschaltung mit Hilfe eines halbleitenden Elementes mit steuerbarer Leitung, größter Zuverlässigkeit und mit geringerem Platzbedarf als ein elektromechanisches Relais. Insgesamt betrachtet ermöglicht die Erfindung die Ausführung eines Motors mit geringeren Abmessungen als die eines Motors mit Ringen bei gleicher Leistung

und dies bei einem wegen der Einfachheit der Schall tungen, die im übrigen die wunschgerechle Festsetzung der Schaltschwelle zulassen, geringen Herstellungspreis. Diese Schaltungen beanspruchen andererseits weniger Platz, kosten weniger und sind zuver-

lässiger als die mit einem phasenschiebenden Kondensator.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

ι 2 12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekenn- Patentansprüche: zeichnet, daß die Steuerelektroden (Gl Gl) der antiparallelgeschalteten Thyristoren (ΤΛ1, ThI)

1. Einphasiger Spaltpol-Asynchronmotor mit mit den Abgriffen des aus zwei von der Sekuneiner Hauptwicklung und einer während des An- 5 därwicklung eines im Speisekreis der Hauptwic*- laufens kurzgeschlossenen Spaltpolwicklung, lung liegenden Stromwandlers (/) gespeisten Todadurch gekennzeichnet, daß die tentiometergliedern (P" 1, P"2) bestehenden Po-Spaltpolwicklung durch wenigstens ein steuerba- tentiometers verbunden sind.

res Halbleiterelement (Tr, Th) kurzgeschlossen 13. Motor nach einem der vorangehenden Anist, über dessen Steuerelektrode (G) ein im we- ίο spräche, dadurch gekennzeichnet, daß das HaIbsentlichen dem Strom in der Hauptwicklung (S) lehrelement (Th, Tr) durch einen Widerdes Motors proportionaler Zündstrom (i) fließt, stands-Kapazitätskreis überbrückbar ist, um dessen Stärke derart ist, daß während der An- starke Spannungs- und Stromschwankungen zu laufphase die Spaltwicklung durch das Halb- dämpfen.

leiterelement kurzgeschlossen und am Ende der 15

Anlaufphase elektrisch unwirksam ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltpolwicklung von zwei Spu- Die Erfindung bezieht sich auf einen einphasigen lenpaaren (B 1, Bl) gebildet ist, die in Reihe mit Spaltpol-Asynchronmotor mit einer Hauptwicklung dem Halbleiterelement (Tr, Th) geschaltet sind. ao und einer während des Anlaufens kurzgeschlossenen

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Spaltpol wicklung, und betrifft Maßnahmen, um den zeichnet, daß eine Sicherung (F) in Reihe mit den Anlauf eines derartigen Motors, ohne Nachteil für Spulenpaaren (öl, Bl) und dem Halbleiterele- seine Arbeitsleistung, bei Normalbetrieb zu erleichment (Tr, Th) zum Schutz desselben geschaltet tem.

ist. 25 Es ist bekannt, daß der Anlauf in eine bestimmte

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Richtung eines einphasen Asynchronmotors nur dadurch gekennzeichnet, daß der Zündstrom (1), durch Kunstgriffe gewährleistet werden kann, durch der über die Steuerelektrode (C) des Halbleiter- die das diesen Motoren eigene Wechselfeld wenigelcmentes (Tr, Th) fließt, von einem Potentiome- stens wahrend der Anlaufphase in ein Drehfeld umter (P) geliefert wird, das in Reihe mit der Haupt- 30 gewandelt wird, das in der gewünschten Richtung wicklung (S) geschallet ist. umläuft.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Es ist zu diesem Zweck bekannt, dem Motor dadurch gekennzeichnet, daß der Zündstrom (/), Blindwiderstände zuzuschalten, die entweder am der über die Steuerelektrode (G) des Halbleiter- Ende der Anlaufphase entfernt werden, oder auch elementes (Tr, Th) fließt, von einem Potentiome- 35 nach dieser im Kreis verbleiben. Im ersten Fall muß ter (P) geliefert wird, das von einem Stromwand- der Motor mit geeigneten Umschaltkreisen versehen ler (J) gespeist wird, dessen Primärseite in Reihe sein, oft Zentrifugalsteuerkreise, die dessen Struktur mit der Hauptwicklung (S) geschaltet ist. komplizieren und seine Betriebszuverlässigkeit ver-

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekenn- nngern. Im zweiten Fall vermindert die Anwesenheit zeichnet, daß die Spaltpolwicklung und der Steu- 40 der Blindwiderstände den Wirkungsgrad des Motors erkreis des Halbleiterelementes (Tr, Th) vom bei Nennbetrieb beträchtlich.

Speisekreis der Hauptwicklung (S) isoliert sind. Es ist auch bekannt (USA.-Pateiitschriften

7. Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 3 549 970, 3 573 579), von der Stromquelle gespeiste dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Po- Anlaßwicklungen vorzusehen, die durch einen HaIbtentiometer (P) und der Steuerelektrode des 45 lciterschalter an die Stromquelle geschaltet bzw. von Halbleiterelementes (Tr, Th) eine Diode (D) ein- ihr getrennt werden. Als Kriterium für den Schaltzugebaut ibt. stand dieses Halbleiterschalters dient die gesamte

8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Stromaufnahme der Schaltung. Hierbei ergeben sich dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterele- jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich des Raumbedarfs ment (Tr) von einem symmetrischen Thyristor 50 der kräftig zu isolierenden Anlaßwicklung und hin- oder TRIAC gebildet ist. sichtlich der Wahl der Charakteristiken des HaIb-

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekenn- leiterelements.

zeichnet, daß die Steuerelektrode (G) des symme- Weiterhin ist es bekannt (USA.-Patentschrift trischen Thyristors durch mit entgegengesetzter 2019 323), gemäß der eingangs genannten Motoren-Polung eingebaute Dioden (D 1, D 2) mit den 55 gattung den Motor mit gespaltenen Statorpolen zu Abgriffen des aus einander parallelgeschalteten versehen, die eine Spaltpol-Hilfswicklung tragen, die Potentiometergliedern (Pl, P2; P'l, P'2) beste- wenigstens während des Anlaufens des Motors kurzhenden Potentiometers verbunden ist. geschlossen ist. Durch eine solche Kurzschluß-Spalt-

10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, polwicklung entstehen kaum bauliche Probleme. Die dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterele- 60 Spaltpolwicklung erzeugt durch Induktion ein Wechment von einem Thyristor gebildet ist, dessen selfeld, das zeitlich und räumlich bezogen auf das Steuerelektrode (G) durch eine Diode (D) mit Hauptfeld verzögert ist und sich mit letzterem so zudem Abgriff des Potentiometers (P) verbunden sammensetzt, daß ein elliptisches Feld entsteht, das ist. in der gewollten Richtung umläuft. Diese Hilfswick-

11. Motor nach einem der Ansprüche I bis7, 65 lung kann aus Kurzschlußringen bestehen, die einen dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterele- Teil jedes Poljoches umgeben. Obgleich diese Löment aus zwei antiparallelgeschalteten Thyristo- sung besonders günstig für den Anlauf des Motors ren (Th 1, ThI) besteht. ist, hat sie dennoch den Hauptnachteil, daß sie den