DE2524519B1

DE2524519B1 - Selbstanlaufender einphasensynchronmotor

Info

Publication number: DE2524519B1
Application number: DE19752524519
Authority: DE
Inventors: Leo Bertram; Hugo Dipl-Ing Dr Schemmann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1975-06-03
Filing date: 1975-06-03
Publication date: 1976-09-02
Also published as: DE2524519A1

Description

In Formel ausgedrückt, errechnet sich die Anlaufzeitkonstante wie folgt: In dieser Beziehung bedeuten: r die mechanische Anlaufzeitkonstante des Rotors, T die Periode der treibenden Spannung, Ekin die bei der Synchrondrehzahl erhaltene oder vorhandene kinetische Energie, Ps die elektrische Scheinleistung des Motors, xe die Netzfrequenz, Jan das Anlaufträgheitsmoment, U/Zden Effektivwert des Kurzschlußstromes, E den Effektivwert der bei synchronem Lauf induzierten Spannung der Drehung.
Die elektromechanische Scheinleistung Ps ist dabei das Produkt aus den Effektivwerten von Kurzschlußstrom U/Z und der bei synchronem Lauf induzierten Spannung der Drehung E: Werden Motoren der eingangs erwähnten Art mit einer derartigen Anlaufzeitkonstante betrieben, dann sind sie eindeutig selbstanlaufend. Motoren der eingangs erwähnten Art konnten bisher nur mit einer Kippleistung von weniger als 10 W konstruiert werden, weil man die Bedeutung der mechanischen Zeitkonstanten noch nicht erkannt hatte. Zur Erzielung einer größeren Leistung muß, ausgehend von den bestehenden Motoren kleinerer Leistung, das Wickelvolumen vergrößert werden, da man dickeren Draht verwenden muß, um den ohmschen Widerstand herabzusetzen.
Außerdem muß die Windungszahl reduziert werden, um bei kleinerem Widerstand die Spulengüte konstant zu halten (Verkleinerung der Induktivität). Dies wiederum hat zur Folge, daß der Magnetfluß des Rotors vergrößert werden muß, damit die induzierte Gegenspannung nicht absinkt. Beide Maßnahmen, die Vergrößerung des Wickelraumes und die Erhöhung des Magnetflusses, gehen mit einer Vergrößerung des Rotorvolumens einher. In Unkenntnis der kritischen Rolle der mechanischen Zeitkonstanten gerät man bei der Volumenvergrößerung schnell außerhalb des kritischen Bereiches derselben. Wird ein Synchronmotor der eingangs erwähnten Art jedoch so konstruiert, daß er mit der angegebenen Anlaufzeitkonstante anläuft, dann können nach dem Prinzip auch Motoren mit größerer Kippleistung gebaut werden.
Erst als diese Zusammenhänge aufgeklärt waren, gelang auch die Konstruktion von größeren Motoren mit Leistungen bis etwa 50 W.
Allgemein ist festzustellen, daß bei den in Betracht kommenden Motoren, wenn sie zum Antrieb von Geräten eingesetzt werden, immer das zusätzliche Gesamtträgheitsmoment entsprechend der obigen Beziehung berücksichtigt und beachtet werden muß.
Werden Synchronmotoren der eingangs erwähnten Art so konstruiert, daß die Anlaufzeitkonstante der angegebenen Regel entsprechend ausgewählt ist, dann können diese Synchronmotoren unmittelbar zum Antreiben beispielsweise von Pumpen mit unelastischen Flügeln eingesetzt werden, da der Selbstanlauf gesichert ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Selbstanlaufender Einphasensynchronmotor mit einem Stator, einer oder zwei Statorspulen und einem diametral magnetisierten permanentmagnetischen Rotor, bei dem E a) der Wert von U zwischen 0,5 und 1,2 liegt, wobei E der Effektivwert der Klemmenspannung ist, die an der Statorspule gemessen wird, wenn der Motor mit synchroner Drehzahl angetrieben wird und der Stator vom Netz abgeklemmt ist, und wobei U der Effektivwert der angelegten Klemmenspannung ist; b) der Wert ,,L tg,= R zwischen größer als 0 und 5 liegt, wobei L die Induktivität der Statorspule und R der gesamte Wirkwiderstand des Motors ist; c) tga größer als jeder positive Wert von 4 minus 6,5 E/Uist; d) das beim Starten wirksame Reibungsmoment kleiner ist als ein nicht vom Spulenstrom abhängiges Moment, welches den Rotor aus der Stellung zu drehen versucht, in welcher das Strommoment gleich Null ist; dadurch gekennzeichnet, daß e) die auf ein Viertel der Periodendauer T der treibenden Spannung normierte mechanische Anlaufzeitkonstante x, das ist der Quotient aus der in den beim Anlauf wirksamen trägen Massen des Motors gespeicherten, bei der synchronen Drehzahl auftretenden kinetischen Energie und der elektrischen Scheinleistung des Motors, die während einer Zeitdauer entsprechend dem vierten Teil der Periodendauer Tder treibenden Spannung umgesetzt wird, einen Wert hat, der zwischen 0,4 und 1,2 liegt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstanlaufenden Einphasensynchronmotor mit einem Stator, einer oder zwei Statorspulen und einem diametral magnetisierten permanentmagnetischen Rotor, bei dem a) der Wert von U zwischen 0,5 und 1,2 liegt, wobei E der Effektivwert der Klemmenspannung ist, die an der Statorspule gemessen wird, wenn der Motor mit synchroner Drehzahl angetrieben wird und der Stator vom Netz abgeklemmt ist, und wobei Uder Effektivwert der angelegten Klemmenspannung ist; b) der Wert tg.Æ= R zwischen größer als 0 und 5 liegt, wobei L die Induktivität der Statorspule und R der gesamte Wirkwiderstand des Motors ist; c) tg a größer als jeder positive Wert von 4 minus 6,5 E/Uist (DT-AS 1483 569); d) das beim Starten wirksame Reibungsmoment kleiner ist als ein nicht vom Spulenstrom abhängiges Moment, welches den Rotor aus der Stellung zu drehen versucht, in welcher das Strommoment gleich Null ist.

Nach diesen Regeln konstruierte Synchronmotoren sollen im allgemeinen durch Einschwingen selbstanlaufend sein. Viele Motoren, die den obigen Bedingungen genügen, sind aber dennoch nicht selbstanlaufend. Aus den Dimensionierungsvorschriften des Motors läßt sich auch keine Methode ableiten, die zu einem selbstanlaufenden Synchronmotor führt.

Es ist bereits bekannt (PHILIPS Technische Rundschau 1973/74, Nr. 8/9, 33. Jahrgang, Seite 250), daß bei einem Einphasensynchronmotor dem beim Anlauf wirksamen Reibungsmoment Grenzen gesetzt sind, und zwar derart, daß dieses Reibungsmoment kleiner sein muß als das magnetische Klebemoment, welches den Rotor aus einer Stellung zu drehen versucht, in welcher das Strommoment gleich Null ist. Weiterhin ist es bekannt, daß Synchronmotoren zum Antreiben von Geräten, bei denen das Massenträgheitsmoment nicht verschwindend klein ist, ohne die Verwendung von zusätzlichen Anlaufhilfsmitteln, wie beispielsweise Kurzschlußwicklungen, nicht geeignet sind, weil sie nicht in die Synchrondrehzahl einlaufen. Geräte mit zu großen Massenträgheitsmomenten sind beispielsweise im allgemeinen direkt auf die Motorwelle aufgeflanschte Pumpen oder Ventilatorenräder.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Synchronmotor der eingangs erwähnten Art derart auszulegen, daß er selbstanlaufend ist. Hierzu ist es erforderlich, die Größe des bei einer bestimmten Motordimensionierung zulässigen Gesamtträgheitsmomentes von Motor und direkt an die Motorwelle gekoppeltem Gerät anzugeben.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem selbstanlaufenden Einphasensynchronmotor der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß e) die auf ein Viertel der Periodendauer T der treibenden Spannung normierte mechanische Anlaufzeitkonstante x, das ist der Quotient aus der in den beim Anlauf wirksamen trägen Massen des Motors gespeicherten, bei der synchronen Drehzahl auftretenden kinetischen Energie und der elektrischen Scheinleistung des Motors, die während einer Zeitdauer entsprechend dem vierten Teil der Periodendauer T der treibenden Spannung umgesetzt wird, einen Wert hat, der zwischen 0,4 und 1,2 liegt.