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Einphasen-Induktionsmotor Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Induktionsmotor.
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Bekanntlich ist bei einem Einphasen-Induktionsmotor, insbesondere
bei einem Induktionsmotor mit einer Nennleistung von 0,5 PS bis 10 PS, wenn der
Läufer des Motors still -steht, der vorwärts gerichtete, durch den Strom in dem
Ständer und dem Rotor erzeugte Fluß in dem Luftspalt gleich dem rückwärts gerichteten
Fluß in dem Luftspalt, und ihre Komponenten-Drehmomente sind dann gleichtaber entgegenge
-setzt; infolgedessen ist das zusammengesetzte Drehmoment,
ohne
daß irgendein Anlaufdrehmoment erzeugt wird, null. Es muß daher eine äußere Kraft
angelegt werden, um den Läufer des Einphasen-Induktionsmotors in Bewegung zu versetzen.
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Um die verschiedenen Ausführungen eines Einphasen-Induk -tionsmotors
beim Anlaufen bzw. Anlassen und während des Betriebs aneinander anzupassen, sind
bei einem herkömmlichen Einphasen-lnduktionsmotor mit einer (Anlaß-)Hilfsphase zwei
unterschiedlich große Kondensatoren verwendet; beim Anlas -sen ist nämlich ein großes
Anlaufmoment erforderlich, so daß der größere der beiden Kondensatoren mit einem
Flieh -kraftschalter verbunden ist und dann zu dem anderen Kondensator (mit der
kleineren Kapazität) parallel geschaltet ist; wenn dann während des Betriebs etwa
75% der synchronen Drehzahl erreicht ist, wird der Kondensator mit der größeren
Kapazität mittels des Fliehkraftschalters abge -schaltet1 und es ist nur noch der
Kondensator mit der kleineren Kapazität in der Schaltung in Reihe mit der Anlaß
-wicklung geschaltet, wodurch dann ein gleichmäßiger, konstanter Betrieb erhalten
ist. Selbst wenn bei dieser Art Motor zwei Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten
verwendet werden, hat sich bei einer stärkeren Belastung das Anlaufdrehmoment als
zu klein und nicht ausreichend herausgestellt, und auch während des Betriebs fällt
das Leistungsvermögen ab und es ergeben sich beim Einsatz viele Störungen und Schwierigkeiten,
da um das Anlaufmoment weiter zu erhöhen, die Kapazität der Kondensatoren vergrößert
werden muß, wodurch wiederum das Volumen des Motors zunimmt und auch seine Erstehungskosten
größer werden; obendrein wird sowohl der Einbau als auch die Handhabung unbequem.
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Bei einer anderen Ausführungsform eines Einphasen-Induk -tionsmotors
wird nur ein Kondensator und ein Auto- bzw.
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Spartransformator verwendet, mit welchem die Spannung an den zwei
Anschlüssen des Kondensators herauftransformiert
werden kann; infolgedessen
wird durch die Erhöhung der Spannung am Kondensator ein größeres Anlaufdrehmoment
erhalten.
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Nachdem der Motor dann angelaufen ist, schaltet, wenn die Umlaufgeschwindigkeit
75% der Nennleistung erreicht, der Fliehkraftschalter automatisch die Kontakte des
Spartransforma -tors, wodurch der Kondensator dann mit einer Nennspannung versorgt
wird und der Motor kontinuierlich und gleichmäßig ar -beitet. Obwohl somit bei dieser
Art Einphasen-Induktionsmo -tor nur ein Kondensator mit kleinerer Kapazität verwendet
ist, ist darüber hinaus noch ein Spartransformator mib einem sehr großen Volumen
erforderlich, wodurch die Kosten und die Schwierigkeiten beim Einbau noch größer
sind als bei dem vorher beschriebenen Motor, bei welchem zwei Kondensatoren un -terschiedlicher
Kapazität verwendet sind; da auch das Um -schalten der Kontakte zu dem Spartransformator
mittels eines Fliehkraftschalters durchgeführt wird, ist die Konstruktion und der
Aufbau dieses Motors sehr kompliziert und er neigt leicht zu Störungen.
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Gemäß der Erfindung soll daher ein Einphasen-Induktionsmotor mit zwei
Satz Anlaßwicklungen geschaffen werden, um die Spannung des Anlaßkondensators wie
bei der Ausführung mit einem Spartransformator zu erhöhen, um dadurch das Anlaufdrehmoment
zu vergrößern. Ferner soll ein Einphasen-Induktionsmotor mit zwei Satz Anlaßwicklungen
zur Verbesserung des Leistungsfak -tors und des Laufdrehmoments geschaffen werden.
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Darüber hinaus soll ein Einphasen-Induktionsmotor mit zwei Satz in
Reihe geschalteter Anlaßwicklungen geschaffen werden, wodurch das Volumen des Anlaßkondensators
und das des Lauf -kondensators (d.h. des während des Laufs angeschalteten Kondensators)
verkleinert werden kann. Schließlich soll noch ein Einphasen-Induktionsmotor mit
zwei Satz Anlaßwicklungen ge -schaffen werden, bei welchem der Wirkungsgrad und
die Stabilität des Motors erhöht ist.
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Dies ist bei einem Einphasen-Induktionsmotor durch die Merkmale im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Hierbei betrifft die Erfindung einen
Induktionsmotor, und insbesondere einen Einphasen-Induktionsmotor mit einer (Anlaß-)
Hilfsphase für eine Nennleistung von 0,5 PS bis 10 PS, wel -cher einen Laufkondensator
mit einer kleineren Kapazität, welcher in Reihe mit einer ersten und einer zweiten
Anlaß -wicklung geschaltet ist, welche ebenfalls in Reihe geschaltet sind, und einen
Anlaßkondensator mit einer größeren Kapazität sowie einen Fliehkraftschalter aufweist,
die in Reihe geschaltet sind und zusammen mit dem sogenannten Laufkondensator parallel
zwischen die Verbindung der ersten und zweiten Anlaßwicklung und eine Anschlußklemme
des Netzanschlusses geschaltet sind; die andere Seite der ersten Anlaßwicklung ist
mit der anderen Anschlußklemme des Netzanschlusses verbunden und ein Satz sogenannter
Laufwicklungen ist unmittelbar mit den zwei Anschlußklemmen des Netzanschlusses
verbunden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig.1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Er -findung; Fig.2 ein Schaltbild
einer zweiten Ausführungsform der Er -findung; Fig.3 eine Schnittansicht durch den
Ständer des erfindungsgemäßen Induktionsmotors; Fig.4 ein Verdrahtungsschema eines
Satzes sogenannter Laufwicklungen und von zwei Anlaßwicklungen gemäß der Erfindung;
und
Fig.5 eine Kurve, in welcher das Drehmoment über der synchronen
Drehzahl eines E^nphasen-lnd-Sktiollsmotors aufgetragen ist.
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Wie in Fig.1 dargestellt, weist eine erste Laufwicklung 1 (die Hauptwicklung,
d.h. die während des Laufs bz, des Be triebs angeschaltete Wicklung, wobei im folgenden
der Einfachheit halber nur von Laufwicklung gesprochen wird) der ersten Ausführungsform
der Erfindung zwei Zuleitungsdrähte 11, 12 auf, welche unmittelbar mit einem Netzanschluß
von llOV verbunden sind; die andere Laufwicklung 2 ist mittels zwei Zuführungsdrähten
21 und 22 parallel zu der ersten Laufwicklung 1 geschaltet. Der Hauptgrund dafür,
die Lauf -wicklungen in zwei Sätze bzw. Gruppen 1 und 2 aufzuteilen und vier Zuleitungsdrähte
i1, 12 und 21, 22 herauszuführen, liegt darin, daß dadurch diese Art von Motor bei
zwei un -terschiedlichen Spannungen, nämlich bei 110V oder 220V verwendet werden
kann. Wenn beispielsweise der Netzanschluß 110V beträgt, dann können die zwei Laufwicklungen
1 und 2 zu dem Netzanschluß parallel geschaltet werden, wie in Fig.1 dargestellt
ist. Wenn dagegen der Netzanschluß 220V beträgt, kann, wie in Fig.2 dargestellt
ist, einer der Zuleitungs -drähte 12, 22 der zwei Satz oder Gruppen Laufwicklungen
1 und 2 mit dem jeweils anderen verbunden werden, während die beiden anderen Zuleitungsdrähte
11 und 21 getrennt mit dem Netzanschluß verbunden sind; auf diese Weise sind die
zwei Laufwicklungen 1 und 2 in Reihe geschaltet und an jeder liegt eine Spannung
von llOV an.
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Nachdem ein Ende 31 einer ersten Anlaßwicklung 3 und ein Ende 41 einer
zweiten Anlaßwicklung 4 mit einer Verbindung 63 verbunden sind, ist das andere Ende
32 der ersten Anlaßwicklung 4 unmittelbar mit einer Anschlußklemme des Netzanschlusses
und das andere Ende 42 der zweiten Anlaßwicklung 4 in Reihe mit einer Seite 52 des
Laufkondensators 5 geschaltet; die andere Seite 51 des Laufkondensators 5 ist mit
der
anderen Anschlußklemme des Netzanschlusses verbunden. Nachdem
ein Anlaßkondensator 6 in Reihe mit einem Fliehkraft -schalter 7 geschaltet ist,
ist eine Seite 71 des Fliehkraftschalters 7 zusammen mit dem Zuleitungsdraht 51
mit der an -deren Anschlußklemme des Netzanschlusses verbunden, während die andere
Seite 61 des Anlaßkondensators 6 mit der Verbindung 63 der zwei Anlaßwicklungen
3 und 4 verbunden ist, wo -durch der Schaltungsaufbau der Erfindung vervollständigt
ist.
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Bei der Bemessung werden die Anlaßwicklungen 3 und 4, die Größe der
Leiter sowie die Anzahl der Windungen für die Wicklungen auf der Grundlage des halben
Werts der Nennspannung festgelegt; der Flehkraftschalter 7 und die Lauf -wicklungen
i und 2 sind dieselben, wie sie bei einem herkömmlichen Einphasen-Induktionsmotor
mit (Anlaß-)Hilfsphase verwendet sind, um automatisch den Anlaßkondensator 6 abzuschalten,
wenn die Laufgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors etwa 75% der Nenndrehzahl
erreicht. Die Kapazität des An -laßkondensators 6 ist groß genug, um das Anlaufmoment
zu erhöhen; die Kapazität des Laufkondensators 5 ist im Vergleich hierzu kleiner,
um einen Unterschied im Phasenwinkel zwi -schen der Laufwicklung und den Anlaßwicklungen
3 und 4 wie bei einem Dreiphasen-Induktionsmotor zu schaffen.
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In Fig.3 ist eine Ausführungsform einer Anordnung eines Vierpol-Induktionsmotors
gemäß der Erfindung dargestellt, wobei die Laufwicklung 1 in der untersten Lage
von Nuten 81 des Ständers 8 angeordnet ist und die erste sowie die zweite Anlaßwicklung
3 und 4 zwischen die Pole der Laufwicklung 1 gewickelt sind, wobei sich zwei Lagen
überdecken, um da -durch einen Aufbau aus drei überlappten Lagen zu bilden.
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In Fig.4 ist ein Verdrahtungsschema der Laufwicklung 1 und der Anlaßwicklungen3
und 4 bei einem vierpoligen Einphasen-Induktionsmotor gemäß der Erfindung dargestellt,
wobei die durch jeden Pol erzeugte Flußrichtung durch eine Pfeilspitze
angezeigt
ist.
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Wenn in Fig.1 der Motor mit dem Netzanschluß verbunden ist, dann transformieren
die Anlaßwicklungen 3 und 4 automatisch die Spannung (in Abhängigkeit von der Belastung
auf etwa 150V bis 440V, wie Versuche des Erfinders gezeigt haben) an den zwei Anschlüssen
des Anlaßkondensators 6 in derselben Form wie ein Spartransformator hinauf. Da die
Kapazität des An -laßkondensators 6 etwa proportional dem Quadrat der angelegten
Spannung ist, und da sich das Anlaufdrehmoment eines Einphasen-Indukiionsmotors
mit (Anlaß-)Hilfsphase unmittelbar mit der Kapazität ändert, gilt: Q X E2 T « Q
,. T oe E2 wobei Q die Kapazität des Kondensators, E die Spannung und T das Drehmoment
ist. Infolgedessen wird bei einem Spannungsanstieg an dem Anlaßkondensator 6 das
Anlaufmoment in gro -ßem Umfang erhöht.
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Mit anderen Worten bei derselben Nennleistung kann infolgedessen die
Kapazität des Laufkondensators und die des Anlaßkondensators bei der Erfindung herabgesetzt
werden, wie durch die folgenden Beispiele gezeigt wird: (Siehe die auf der nächsten
Seite dargestellte Tabelle)
| Nennleistung des Kapazität des An- Kapazität des Lauf- Spannung
an der An- Einphasen-Netz- |
| (Einphasen-)In - laßkondensators kondensators laßwicklung anschluß |
| duktionsmotors herk. Erf. herk. Erf. herk. Erf. |
| 1 PS 400 µF 200 µF 150 µF 10-15 µf niedriger 200V-440V 110V
oder 220V |
| und mehr 400 µF und mehr als 130V Wechselspannung |
| 2 PS " " " 15-20 µF " " " |
| 3 PS " " " 20-30 µF " " " |
| 5 PS " " 200 µF 30-50 µF " " " |
| 7,5 PS 2 000 µF " 50-75 µF " " " |
| und mehr 800 µF |
| 10 PS " " " 75-100 µF " " " |
herk. = herkömmlich; Erf.= Erfindung
In Fig.5 ist die Drehmoment-Drehzahlkennlinie
eines Einphasen-Induktionsmotors mit (Anlaß-)Hilfsphase dargestellt; aus dieser
Kurve ist zu ersehen, daß wenn die prozentuale, synchrone Drehzahl null ist, d.h.
unmittelbar nach dem Anlassen, das durch einen Anlaßkondensator großer Kapazität
erzeugte Drehmoment weitaus größer ist als das von einem Kondensator kleinerer Kapazität
erzeugte Drehmoment.
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Darüber hinaus ist beim Anlaufen des Motors gemäß der Erfindung die
erste Anlaßwicklung 3 unmittelbar mit dem Netzanschluß verbunden; jedoch sind die
erste und die zweite An -laßwicklung 3 und 4 auf der Grundlage der halben Nennspannung
gewickelt, wenn sie unmittelbar bei Nennspannung mit dem Netzanschluß verbunden
sind; ähnliches gilt, wenn eine zweifache Spannung an die erste Anlaßwicklung 3
angelegt wird.
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Infolgedessen führt ein Spannungsanstieg an den beiden Enden der Anlaßwicklung
3 auch zu einer Zunahme des Anlaufmomentes.
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Wenn die Drehzahl eines Einphasen-Induktionsmotors gemäß der Erfindung
während des Betriebs, nachdem er angelaufen ist, etwa 75% der Nenndrehzahl erreicht,
dann schaltet der Fliehkraftschalter 7 den Anlaßkondensator 6 automatisch ab; die
erste und die zweite Anlaßwicklung 3 und 4 werden dann zusammen mit dem eine kleinere
Kapazität aufweisenden Laufkondensator 6 in Reihe mit dem Netzanschluß geschaltet,
und die Nennspannung des Netzanschlusses wird in zwei Hälften aufgeteilt, welche
gesondert an die erste und zweite Anlaßwick -lung 3 und 4 angelegt werden, so daß
die Anlaßwicklungen 3 und 4 mit den für sie vorgesehenen Spannungen betrieben werden.
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Nach dem Anlassen werden die zweilagigen Anlaßwicklungen 3 und 4 in
Reihe geschaltet, das heißt, die Wicklung der Anlaßwicklungen wird verlängert bzw.
vergrößert und der Wider -stand der gesamten Schaltung wird erhöht; gleichzeitig
wird das Verhältnis des Widerstandswertes R und der Reaktanz X
vergrößert;
infolgedessen wird dann auch ihr Leistungsfaktor cos # (# = tan-1 R/X) auf diese
Weise erhöht; bei derselben Ausgangsleistung ist dann der Nennstrom bei der Erfindung
notwendigerweise kleiner. Durch die Abnahme des Motorstroms wird dann auch der Verlust,
welcher durch das Produkt aus dem Strom im Quadrat und dem Widerstandswert (PVerl
=I R) erhalten wird, entsprechend kleiner; sobald der Verlust kleiner wird, wird
natürlich der Wirkungsgrad des Motors erhöht, da für den Wirkungsgrad gilt: Wirkungsgrad=
Eingang - Verlust . Durch die Erhöhung des Leistungsfaktors Eingang eines Einphasen-Induktionsmotors
ist dann auch eine Zunahme der durch einenvorwärts gerichteten Fluß erzeugten Leistung
in Vorwärtsrichtung gewährleistet; dementsprechend wird dann auch das Laufdrehmoment
vergrößert, wie in den folgenden Formeln gezeigt ist: Pf Pb Tf = Tb = T = Tf - Tb
Ws Ws in welchen Tf das von dem vorwärts gerichteten Fluß erzeugte Drehmoment, Tb
das durch den rückwärts gerichteten Fluß erzeugte Drehmoment, Pf die durch den vorwärts
gerichteten Fluß erzeugte Leistung, Pb die durch den rückwärts gerichteten Fluß
erzeugte Leistung, W5 die Winkelgeschwindigkeit und T das Laufdrehmoment sind.
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Wenn die Winkelgeschwindigkeit W konstant ist und die Lei-5 stung
Pb, welche von dem von dem Läufer erhaltenen, rück -wärts gerichteten Fluß erzeugt
wird, ebenfalls konstant ist, dann kann das durch den rückwärts gerichteten Fluß
erzeugte Rückwärtsdrehmoment Tb als ein unveränderlicher Wert betrachtet werden.
Wenn dann die von dem vorwärts gerichteten Fluß erzeugte Leistung Pf zunimmt, dann
wird natürlich auch das in Vorwärtsrichtung wirkende Drehmoment Tf und das Laufdrehmoment
T größer. Wie aus den oben wiedergegebenen Formeln zu ersehen ist, ist somit das
Laufdrehmoment eines Einphasen-Induktionsmotors gemäß der Erfindung größer als das
eines
normalen Einphasen-Induktionsmotors.
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Wenn dann der Einphasen-Induktionsmotor gemäß der Erfindung in Betrieb
ist und die Anlaßwicklungen noch mit der Schal -tung verbunden sind, dann weist
er die Kenndaten eines halben Vierphasen-Motors (nämlich eines Zweiphasen-Motors)
auf, und seine Drehmomentschwnnkungen sind sehr klein; folglich ist seine Betriebsweise
gleichmäßiger, ruhiger und konstanter.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen ist, ist aufgrund
der neuen Verdrahtung bei dem Einphasen-Induktionsmotor gemäß der Erfindung ein
Satz Anlaßwicklungen mehr verwendet, um die Spannung des Anlaßkondensators zu erhöhen,
um dadurch wiederum das Volumen des Anlaßkondensators und das des sogenannten Laufkondensators
auf ein Minimum herabzu -setzen und um den Leistungsfaktor, den Wirkungsgrad und
das Drehmoment während des Laufes des Motors wesentlich zu vergrößern, ohne daß
ein Spartransformator verwendet wird. Bei einem Vergleich mit einem Motor mit der
gleichen Ausgangs -leistung ist die bei dem Motor gemäß der Erfindung erforderliche
Eingangsleistung wesentlich herabgesetzt, wodurch sich eine Einsparung an elektrischer
Energie ergibt.
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Patentansprüche