DE2439068B2

DE2439068B2 - Wechselstrom-Reihenschluß-Universalmotor

Info

Publication number: DE2439068B2
Application number: DE2439068A
Authority: DE
Inventors: Paul Sejr Minnetonka Minn. Petersen (V.St.A.)
Original assignee: Cordem Corp., Minneapolis, Minn. (V.St.A.)
Priority date: 1973-08-17
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1978-09-14
Also published as: FR2241159A1; DE2439068C3; GB1449358A; CA998093A; JPS613188B2; IT1030676B; DE2439068A1; ES429790A1; FR2241159B1; US3965404A; JPS5049618A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Reihenschluß-Universalmotor mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Motor ist aus der DT-AS 20 02 768 bekannt.

Bei dem bekannten Motor liegt der Kondensator, der den Stromstoß für den Bremsbetrieb liefern soll, in Reihe mit der Ankerwicklung und mit der Feldwicklung des Motors sowie mit dem natürlich vorgesehenen Bremswiderstand. Die Kondensatorentladung erfolgt mithin auch durch die Ankerwicklung. Dies macht wiederum einen Gleichrichter erforderlich, der den Bremsstrom um den Kondensator herumleitet, wenn der Stromstoß aus diesem abgeklungen ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgleichen Motor zu schaffen, bei dem der Stromstoß aus dem Kondensator optimal genutzt wird und zusätzliche Schaltungskomponenten nur dann vorzusehen sind, wenn auch zusätzliche Effekte, etwa ein mehrfacher Stromimpuls, erwünscht sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1, während die Unteransprüche Weiterbildungen des Motors durch Merkmale definieren, deren Bedeutung im einzelnen sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen ergibt.

Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich beim Anmeldungsgegenstand die unterschiedliche Wirkung, daß mit zunehmendem Bedarf für einen das Feld aufrechterhaltenden Strom dieser ebenfalls anwachsen kann, während bei dem bekannten Motor gerade das Gegenteil der Fall ist Denn vom Kondensator aus gesehen, liegen beim Anmeldungsgegenstand Feld- und Ankerwicklung parallel. Wenn dann, beispielsweise infolge Bürstenverschleiß, der Ankerkreis-Widerstand zunimmt, damit auch die Bremsstronierzeugung, so wird ein entsprechend höheres Feld durch den entsprechend höheren, die Feldwicklung durchfließenden Strom aufgebaut Bei dem bekannten Motor hingegen wird bei Bürstenverschleiß auch der Strom durch die Feldwicklung vermindert Dieser Gesichtspunkt ist von besonderer Bedeutung bei Anwendungsfällen, etwa Hebezeugen, bei denen der Motor von einer durchgehenden Last über seine Betriebsdrehzahl hinaus beschleunigt wird und entsprechend ein starker das Feld entmagnetisierender Strom erzeugt wird.

Ausführungsbeispiele für den Motor gemäß der Erfindung werden nachstehend näher erläutert, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1—3 stellen ein schematisches Schaltkreisdiagramm des Motors in drei Varianten dar.

Gemäß Fig. 1 ist der Anker 12.1 des Universal-Motors in Serie mit der Feldwindung 12.2 geschaltet, so daß der gesamte von dem Motor aufgenommene Strom sowohl durch den Anker als auch durch die Feldwindung fließt. In der Steuerschaltung sind die Stromzuführleitungen 20, 20.1 mit Anschlüssen 20.2, 203 in der Steuerschaltung verbunden. Der Anschluß 203 ist mit einer Speiseleitung 21 verbunden, die zu den Anschlüssen b und c des Vorwärts-Rückwärts-Wählschalters 18 führt, so daß in beiden Stellungen des Schalters 18 die Leitung 21 mit einer Seite des Ankers 12.1 durch einen der Kontakte 18.1, 18.2 des Wählschalters verbunden ist. In der dargestellten Stellung des Schalters 18 ist die Leitung 21 durch den Anschluß cund einen Kontakt 18.2 mit dem Anker verbunden.

Der Anschluß 20.2 ist über eine Speiseleitung 23 mit einem Anschluß a des Druckknopfschalters 19 zum Betätigen oder Stoppen der Winde verbunden. Der Schalter 19 besitzt ein erstes Paar von Anschlüssen a, b und einen Brückenkontakt 19.1 in normalerweise offener Stellung, ein zweites Paar von Anschlüssen c, d und einen zweiten Brückenkontakt 19.2 in normalerweise geschlossener Stellung, ein drittes Paar von Anschlüssen e, /und einen dritten Brückenkontakt 19.3 in normalerweise geschlossener Stellung bezüglich der Anschlüsse e und f, wobei der Brückenkontakt 19.3 sich in normalerweise offener Stellung zu einem anderen Paar von Anschlüssen g, h befindet, so daß dann, wenn der Druckknopfschalter 19 heruntergedrückt wird, der Brückenkontakt 19.3 die Anschlüsse g, h miteinander verbindet, und ein weiteres Paar von Anschlüssen j, k und einen hiermit zusammenwirkenden Brückenkontakt 19.4, der sich in normalerweise geschlossener Stellung in bezug auf die Anschlüsse/ kbefindet.

Jeder der Anschlüsse b und d des Druckknopfschalters 19 ebenso wie die positive Seite eines Impulsgabekondensators 24 sind mit einer Seite der Feldwicklung 12.2 verbunden. Die andere Seite der Feldwicklung 12.2 ist mit jedem der Anschlüsse f, h und k des Schalters 19

bo verbunden. Der Kondensator 24 kann eine Größe von etwa 40 mF besitzen.

Der Anschluß c des Schalters 19 ist direkt mit dem Bremswiderstand 25 verbunden, der ein drahtgewickelter Widerstand ist, um einer erheblichen Verlustleistung standzuhalten, der jedoch einen Widerstand von nur 2,5 Ohm aufweist. Dieser niedrige Widerstand führt für einen kurzen Zeitraum beim Bremsen einen sehr großen Strom und die andere Seite des Bremswiderstandes 25

ist direkt mit jedem der Anschlüsse a und d des Wählschalters 18 und dem Anschluß gdes Druckknopfschalters 19 verbunden.

Die negative Seite des Kondensators 24 ist direkt mit dem Anschluß e des Druckknopfschalters 1? und durch eine Diode 26 und einem strombegrenzenden Widerstand 27 mit der Leitung 21 verbunden. Der Widerstand 27 kann etwa 100 Ohm besitzen. Die Diode 26 und der Widerstand 27 bilden einen Ladekreis für den Kondensator 24, wenn der Druckknopfschalter 19 aus seiner Normalstellung heraus betätigt wird.

Der Anschluß j des Druckknopfschalters 19 ist ebenfalls direkt mit der Leitung 21 verbunden.

Beim Betrieb wird der Wählschalter 18 in die gewünschte Stellung gebracht, so daß, z. B. bei Anwendung des Motors bei einem Hebezeug, das Seil entweder auf die Trommel auf- oder von ihr abläuft. Beim normalen Betrieb wird der Wählschalter betätigt, während der Motor von der Stromquelle abgeschaltet ist

Wenn der Druckknopfschalter 19 aus seiner Ruhestellung betätigt wird, läuft der Motor an und dreht die Windentrommel 13. Wenn der Druckknopfschalter 19 wieder losgelassen wird, liegt am Motor 12 keine Netzspannung mehr und durch dynamisches Bremsen stoppt der Motoranker.

Wenn der Druckknopfschalter 19 betätigt wird, verbindet der Kontakt 19.1 die Anschlüsse a, b, um Netzspannung auf eine Seite der Feldwicklung 12.2 zu schalten; die andere Seite der Feldwicklung 12.2 ist durch die Anschlüsse g, h, die durch den Kontakt 19.3 miteinander verbunden wurden, mit dem Anschluß a und dem Kontakt 18.1 des Wählschalters 18 mit einer Seite des Ankers 12.1 verbunden; die andere Seite des Ankers 12.1 ist mit der anderen Seite der Netzleitung über den Kontakt 18.2 und den Anschluß c des Wählschalters 18 und die Leitung 21 verbunden. In diesem Zustand sind daher die Feldwicklung 12.2 und der Anker 12.1 in Serie miteinander geschaltet und direkt; mit der Netzleitung 20, 20.1 verbunden. Zur gleichen Zeit wird der Kondensator 24 bis zur Netzspannung über die Diode 26 und den Widerstand 27 aufgeladen.

Wenn der Druckknopfschalter 19 sich in Betätigungsstellung befindet, sind die Anschlüsse c, d, die Anschlüsse e, /und die Anschlüsse j, k offen.

Wenn der Druckknopfschalter 19 losgelassen wird, kehren alle Brückenkontakte in ihre Normal- oder Ruhestellungen, die in F i g. 1 dargestellt sind, zurück. Die Anschlüsse a, b werden wieder geöffnet, um die Motor-Feldwicklung 12.2 und den Anker von der Leitung 23 zu trennen, so daß keine äußere Spannung oder Strom danach den Motor erreicht, während der Druckknopfschalter 19 in seiner Ruhestellung bleibt.

Das Freigeben des Schalters 19 bewirkt ferner, daß die Anschlüsse c, d verbunden werden, um den Bremswiderstand 25 zwischen den Anker 12.1 und die Feldwicklung 12.2 zu schalten. Das Freigeben des Druckknopfschalters 19 bewirkt ferner, daß die Anschlüsse g, h geöffnet und die Anschlüsse j, k durch den Kontakt 19.4 geschlossen werden mit dem Effekt, daß die Verbindungen zwischen der Feldwicklung 12.2 und dem Anker 12.1 im Vergleich zu den Verbindungen des Ankers, die vorher bestanden, umgekehrt werden, wobei der Anker 12.1 so geschaltet wird, daß er als Generator und nicht als Motor arbeitet. Schließlich werden die Anschlüsse e, /des Druckknopf schalters 19 bei dessen Freigabe durch den Kontakt 19.3 miteinander verbunden, so daß der geladene Kondensator 24 direkt mit den Anschlüssen der Feldwicklung 12.2 verbunden wird. Wenn der Kondensator 24 direkt mit der Feldwicklung 12.2 in dieser Weise verbunden wird, erzeugt die Ladung des Kondensators einen Stromimpuls in der Feldwicklung 12.2, die ein magnetisches Feld genügender Intensität erzeugt, um bei schneller Drehung des Ankers einen Strom zu erzeugen.
In dem Zeitpunkt, in dem der Kondensator 24 einen

ίο Impuls in der Wicklung 12.2 erzeugt, sind die Feldwicklung 12.2, der Bremswiderstand 25 und der Anker 12.1 in Serie miteinander geschaltet, so daß der in dem Anker erzeugte Strom den Stromfluß durch die Feldwicklung 12.2 fortsetzt, um das magnetische Feld, das bereits im Aufbau ist, weiterzubilden. Diese Stromerzeugung in dem Anker, der in dem magnetischen Feld der Wicklung 12.2 rotiert, bewirkt das dynamische Bremsen des gesamten Motors und der Winde, so daß die Winde bis zu dem Punkt gebremst wird, bei dem in den meisten Fällen das Getriebe 15 die Winde und den Motor gänzlich stoppt

Zusätzlich zum Triggern des dynamischen Bremsens durch Einprägen eines Stromimpulses vom Kondensator auf die Feldwicklung 12.2 besitzt die Schaltung nach F i g. 1 den Vorteil, daß das dynamische Bremsen des Motors und der Winde sogar dann bewirkt wird, wenn der Strom in der Netzleitung 20, 20.1 ausfällt, da der Kondensator 24 für den notwendigen Zweck geladen ist, wenn der Druckknopfschalter 19 zunächst in Laufstellung gebracht worden ist. Nach einer beliebigen Zeit, wenn der Druckknopfschalter 19 freigegeben wird, wird die dynamische Bremsung sogar dann arbeiten und durch den Stromimpuls vom Kondensator getriggert werden, wenn die Stromquelle ausgefallen ist.

Ein alternativer Schaltkreis ist in F i g. 2 dargestellt, wobei der hauptsächliche Unterschied im Ersatz des Druckknopfschalters 19 durch einen zweipoligen Umschalter oder Kippschalter 30 besteht. Ebenso ist der Schaltkreis, der den Triggerimpuls für die Feldwicklung

au 12.2 liefert, notwendigerweise geringfügig geändert.

Bei dieser Ausführungsform sind die Netzleitungen 20, 20.1 direkt mit den Anschlüssen a bzw. d des Kippschalters 30 verbunden. Der Anschluß d des Kippschalters 30 ist direkt mit den Anschlüssen b, c des Wählschalters 18 verbunden.

Bei diesem Schaltkreis ist der niederohmige Widerstand 25 direkt zwischen jedem der Anschlüsse b, c des Kippschalters 30 angeordnet, der Anschluß c des Kippschalters 30 ist direkt mit jedem der Anschlüsse d, a des Wählerschalters 18 verbunden.

Wie bei der vorhergehenden Schaltung ist der Kontakt 18.1, der abwechselnd in Kontakt mit den Anschlüssen a und b bewegbar ist, direkt mit einer Seite des Ankers 12.1 verbunden; die andere Seite des Ankers 12.1 ist direkt mit dem anderen Kontakt 18.1 verbunden, der abwechselnd mit einem der Anschlüsse c, d des Wählschalters 18 verbunden ist.

Die Feldwicklung 12.2 des Motors ist mit ihren beiden Enden mit den Kontakten 30.1 bzw. 30.2 des Kippschalters 30 verbunden. Der Kontakt 30.1 ist alternativ mit den Anschlüssen a, b verbunden, während der Kontakt 30.2 alternativ mit den Anschlüssen c bzw. (/verbunden ist.

Ein Ende der Feldwicklung 12.2 ist mit der

b") Netzleitung 20 durch den Kontakt 30.1 des Kippschalters verbindbar, während das gleiche Ende der Feldwicklung auch mit der Netzleitung durch einen Kondensator 24.1 einen strombegrenzenden Wider-

stand 27.1 und eine Diode 26.1, die hintereinandergeschaltet sind, verbunden ist.

Der Kondensator 24.1 besitzt eine Kapazität von 4OmF, der Widerstand 27.1 kann 100 Ohm besitzen. Wenn der Kontakt 30.1 mit dem Anschluß a des Kippschalters 30 verbunden ist, wird der Kondensator 24.1 entladen. Wenn jedoch der Kontakt 30.1 des Kippschalters vom Anschluß a weg bewegt wird, wird die Leitung 20 von der Feldwicklung 12.2 entfernt, so daß kein Strom mehr durch den Schalter fließt. Nach diesem Zeitpunkt fließt ein Stromimpuls durch die Diode 26.1, den Widerstand 27.1, um den Kondensator 24.1 aufzuladen. Dieser Ladeimpuls fließt ebenfalls durch die Feldwicklung 12.2 und durch den Kontakt 30.2 des Kippschalters zum Anschluß dzur anderen Seite der Leitung 20.1. Wenn der Kippschalter von der Laufstellung in die Bremsstellung umgeschaltet wird, wird die Feldwicklung von der Leitung 20 getrennt und ein Stromimpuls durch Feldwicklung geschickt, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das sicherstellt, daß dynamisch gebremst wird.

In der normalen Laufstellung des Kippschalters 30 ist die Feldwicklung 12.2 in Serie mit dem Anker 12.1 über den Kontakt 30.2 und den Anschluß cdes Kippschalters 30 und den Anschluß a und den Kontakt 18.1 des Wählschalters 18 geschaltet. Die andere Seite des Ankers ist über den Kontakt 18.2 und den Anschluß c des Wählschalters 18 mit der anderen Seite der Leitung 20.1 verbunden.

Wenn der Kippschalter 30 von der Lauf- in die Bremsstellung gekippt wird, wird der Bremswiderstand 25 in Reihe zwischen der Feldwicklung 12.2 und den Anker und insbesondere durch den Kontakt 30.1 des Kippschalters geschaltet, wobei die Verbindungen des Ankers zur Feldwicklung umgekehrt werden, damit der Anker als Generator arbeitet. Die Umkehr der Verbindung des Ankers wird durch Kippen des Kontaktes 30.2 des Kippschalters bewirkt, wobei das Ende der Feldwicklung 12.2 und der Kontakt 30.2 durch den Kontakt 18.2 mit der einen Seite des Ankers 18.1 verbunden wird, während die andere Seite des Ankers durch der. Kontakt 18.1 des Wählschalters mit der Leitung 20.1 verbunden ist.

Mit dem Kippen des Kontaktes 30.2 des Kippschalters wird ein Ende der Feldwicklung mit der Leitung 20.1 verbunden, so daß der Entladestrom des Kondensators durch die Feldwicklung fließen kann. Das Kippen des Kontaktes 30.1 schaltei den Bremswiderstand 25 zwischen den Anker und die Feldwicklung und trennt ferner die Leitung 20 von der Feldwicklung, damit der Kondensator 24.1 geladen werden kann und ein Stromimpuls in der Feldwicklung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes entsteht.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird unterstellt, daß die Spannung auf den Leitungen 20 und 20.1 erhalten bleibt, um die Erzeugung eines Stromimpulses in der Feldwicklung zu ermöglichen, wenn der Kondensator 24.1 sich auflädt. Ein zusätzlicher Widerstand 24.2 ist im Nebenschluß zum Kondensator 24.1 zum Zwecke der Entladung des Kondensators geschaltet, wenn der Kippschalter 30 in Laufstellung gekippt wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung ist im wesentlichen dieselbe wie nach Fig. 1, wobei jedoch einige Zusätze gemacht wurden. Ein Relais 31 ist derart angeordnet, daß im stromlosen Zustand der Bremswiderstand 25 über den Kontakt 31.1 kurzgeschlossen

ist. Das Überbrücken des Bremswiderstandes 25 erzeugt ein zweites dynamisches Bremsen des Motors und des Ankers, nachdem der Effekt des dynamischen Bremsens aufgrund der beträchtlichen Abbremsung des Ankers als Ergebnis des anfänglichen dynamischen Bremsens verloren gegangen ist, bei dem der Strom den Bremswiderstand durchfließt.

Das Kurzschließen des Bremswiderstandes reduzieri

ίο die Gesamtimpedanz des Ankers 12.1 und der Feldwicklung 12.2, die in Serie geschaltet sind, so daß der durch die Feldwicklung fließende Strom vergrößert und ein zusätzliches magnetisches Feld erzeugt wird, wodurch die Erzeugung von zusätzlichem Strom in dem Anker aufgrund der fortgesetzten Drehung des Ankers durch das vergrößerte magnetische Feld erzeugt wird.

Die Relaisspule 31.2 ist stromführend, während der Motor läuft. Nach Freigabe des Druckknopfschalters 19 bleibt sie für etwa einer halben Sekunde noch stromführend und wird dann erst stromlos, so daß die Relaiskontakte in ihre Normalstellung zurückkehrer und das Kurzschließen des Bremswiderstandes bewirken, um ein zweites dynamisches Bremsen zu bewirken Die Relaiswicklung 13.2 ist über einen Kondensator 32 der von einer erheblichen Größe ist und eine Kapazität von etwa 3OmF aufweisen kann, geschaltet. Dei Kondensator 32 ist in Reihe mit einer Diode 33 unc ebenso mit einem strombegrenzenden Widerstand 34 geschaltet, der etwa 100 Ohm haben kann. Die Serienschaltung aus Kondensator 32, Diode 33 unc Widerstand 34 liegt zwischen dem Anschluß b de; Druckknopfschalters 19 und der Leitung 21, um da! Laden des Kondensators 32 zu jeder Zeit zu bewirken wenn der Druckknopfschalter 19 geschlossen ist. Strorr von dem Widerstand 34 und der Diode 33 fließt fernei durch die Relaisspule 31.2, solange der Druckknopfschalter gedrückt ist, um den Kontakt 31.1 mit Abstanc zum Anschluß a des Relais zu halten. Jedesmal, wenn der Druckknopfschalter 19 freigege-

to ben wird, erfolgt augenblicklich das dynamische Bremsen des Motors und der Winde und nach etws einer Viertelsekunde ist der Bremseffekt aufgrund de! reduzierten Stromflusses durch den Anker beträchtlich reduziert. Etwa eine halbe Sekunde nach Freigeben de; Druckknopfschalters 19 hat sich der Kondensator 32 vollkommen durch die Relaisspule 31.2 entladen, und di der Strom durch die Relaiswicklung abnimmt, kehrt dei Kontakt 31.1 des Relais in seine normalerweise geschlossene Stellung zum Anschluß a zurück.

so Wenn dies eintritt, ist der Bremswiderstand 2i kurzgeschlossen, was dazu führt, die Gesamtimpedana von Anker und Feldwicklung, die in Reihe geschalte! sind, zu vermindern, so daß der Strom sofort wiedei ansteigt, um ein erhebliches zweites Bremsmoment de!

" Motorankers zu verursachen, wodurch die Drehzahl de: Ankers gestoppt wird. Die Schaltung nach Fig.2 ml· dem doppelpoligem Umschaltkippschalter kann eben falls mit einem Zeitverzögerungsrelais und Relaisan Schlüssen derart modifiziert werden, daß der Brems·

w widerstand kurzgeschlossen wird. Bei einer derartiger Modifikation schließt die Relaisspule den das Relaii haltenden Kondensator kurz, der in Reihe mit den Ladekreis geschaltet ist, der eine Diode und einer Widerstand aufweist und zwischen dem Kontakt 30.1

^h"> des Kippschalters und der Leitung 20.1 in ähnlichei Weise wie bei F i g. 3 geschallet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wechselstrom-Reihenschluß-Universalmotor mit einem Schalter zum Umschalten des Motors in Bremsbetrieb und mit einem Kondensator zum Erzeugen eines Stromstoßes, mittels dem zur Einleitung des Bremsbetriebes das Erregerfeld aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator im Bremsbetrieb ausschließlich der Feldwicklung zugeschaltet ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (30.1) zwischen die Feldwicklung (12.2) und eine Klemme (20) einer Stromversorgungsleitung gelegt ist und daß der Kondensator (24.1) und eine Diode (26.1) in Reihe zwischen dieselbe Klemme (20) und die Feldwicklung (12.2), parallel zum Schalter (30.1) gelegt sind, derart, daß der Kondensator bei geöffnetem Schalter geladen wird.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Zeitverzögerungskreis (31.1,31.2,32,33, 34) mit einem Zeit-Schalter (31.1) im Nebenschluß mit einem Bremswiderstand (25), der zeitlich verzögert nach der Betätigung des Schalters (19) schließt unter erneuter Erhöhung des Stroms in der Feldwicklung und entsprechend erneut erhöhter Bremswirkung.

4. Motor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Relais (31) mit einer Ruhekontaktanordnung (31.1) und mit einer Erregerspule (31.2), die in Serie mit einer Diode (33) und der Feldwicklung (12.2) liegt und zu der parallel ein das Relais haltender Hilfskondensator (32) liegt, der bei an die Zuleitung (20) angeschlossener Feldwicklung geladen wird.