DE2530259C3 - Drehzahlstellbare Anordnung mit einem Einphasen-Komutatormotor - Google Patents

Description

2. Drehzahlstellbare Anordnui.^ mit einem Ein- J5 phasen-Kommutatormotor mit zwei 90° elektrisch zueinander angeordneten Ständerwicklungen, mit einem kurzschließbaren Hauptbürstensatz und einem gegenüber dem Hauptbürstensatz verschoben angeordneten Nebenbürstensatz, wobei der 4« Hauptbürstensatz gegenüber der magnetischen Achse einer ersten Ständerwicklung um 90° elektrisch verschoben angeordnet ist, bei welchem Einphasen-Kommutatormotor, Ständerwicklungen und Hauptbürstensatz durch äußere Beschaltung derart untereinander und mit dem speisenden Einphasennetz verbindbar sind, daß der Motor bei einer niedrigen Drehzahl als Induktionsmotor und bei einer hohen Drehzahl als Universalmotor betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf einen Waschautomatenantrieb bei Betrieb mit niedriger Drehzahl entsprechend einer maximalen Waschdrehzahl die beiden Ständerwicklungen mit Haupt- und Hilfsphase mit Kondensator im Sinne eines Einphasen-Induktionsmotors an das speisende Einphasennetz angeschlossen sind, wobei die erste Ständerwicklung Hauptphase ist und daß von den um einen kleineren elektrischen Winkel als 90° gegeneinander verschobenen Haupt- und Nebenbürstensätzen der Hauptbürstemsatz unmit- μ telbar und der Nebenbürstensatz über einen Vorwiderstand kurzgeschlossen sind, und daß bei Betrieb mit hoher Drehzahl entsprechend einer maximalen Schleuderdrehzahl nur die erste Ständerwicklung, ganz oder teilweise, in Reihe mit dem Hauptbürstensatz an das speisende Einphasennetz angeschlossen ist.

3. Drehzahlstellbare Anordnung mit einem Einphasen-Kommutatormotor mit zwei 90° elektrisch zueinander angeordneten Ständerwicklungen, mit einem kurzschließbaren Hauptbürstensatz und einem gegenüber dem Hauptbürstensatz verschoben angeordneten Nebenbürstensatz, wobei der Hauptbürstensatz gegenüber der magnetischen Achse einer ersten Ständerwicklung um 90" elektrisch verschoben angeordnet ist, bei welchem Einphasen-Kommutatormotor, Ständerwickiungen und Hauptbürstensatz durch äußere Beschaltung derart untereinander und mit dem speisenden Einphasennetz verbindbar sind, daß der Motor bei einer niedrigen Drehzahl als Induktionsmotor und bei einer hohen Drehzahl als Universalmotor betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf einen Waschautomatenantrieb bei Betrieb mit niedriger Drehzahl entsprechend einer maximalen Waschdrehzahl die beiden Ständsrwicklungen mit Haupt- und Hilfsphase mit Kondensator im Sinne eines Einphasen-Induktionsmotors an das speisende Einphasennetz angeschlossen sind, wobei die erste Ständerwicklung Hauptphase ist und daß von den um einen kleineren elektrischen Winkel als 90° gegeneinander verschobenen Haupt- und Nebenbürstensätzen der Haupt- und der Nebenbürstensatz jeweils über einen Vorwiderstand kurzgeschlossen sind, tad daß bei Betrieb mit hoher Drehzahl entsprechend einer maximalen Schleuderdrehzahl nur der erste Ständerwicklung, ganz oder teilweise, in Reihe mit dem Hauptbürstensatz an das speisende Einphasennetz angeschlossen ist

4. Drehzahlstellbare Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei hoher Drehzahl der Nebenbürstensatz unmittelbar oder über einen Vorwiderstand kurgeschlossen ist

5. Drehzahlstellbare Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor im Bereich zwischen Wasr-h- und Schleuderbetrieb als Repulsionsmotor betreibbar und nur die erste Ständerwicklung an das speisende Einphasennetz (R, Mp) angeschlossen und der Nebenbürstensatz bei geöffnetem Hauptbürstensatz kurzgeschlossen ist

6. Drehzahlstellbare Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor im Bereich zwischen Wasch- und Schleuderdrehzahl als Repulsionsmotor betreibbar und nur die erste Ständerwicklung an das speisende Einphasennetz (R, Mp) angeschlossen und jeweils eine Bürste des Hauptbürstensatzes mit einer Bürste des Nebenbürstensatzes kurzgeschlossen ist, wobei vorzugsweise jeweils die um den größeren elektrischen Winkel gegeneinander versetzten Bürsten miteinander verbunden sind.

7. Drehzahlstellbare Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb des Repulsionsmotors die Ständerwicklungen in Reihe an das speisende Netz angeschlossen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehzahlstellbare Anordnung mit einem Einphasen-Kommutatormotor mit zwei 90° elektrisch zueinander angeordneten Ständerwicklungen, mit einem kurzschließbaren Haupt-

bürstensatz und einem gegenüber dem Hauptbürstensatz verschoben angeordneten Nebenbürstensatz, wobei der Hauptbürstensatz gegenüber der magnetischen Achse einer ersten Ständerwicklung um 90° elektrisch verschoben angeordnet ist, bei welchem Emphasen- "> Kommutatormotor, Ständerwicklungen und Hauptbürstensatz durch äußere Beschattung derart untereinander und mit dem speisenden Einphasennetz verbindbar sind, daß der Motor bei einer niedrigen Drehzahl als Induktionsmotor und bei einer hohen Drehzahl als Universalmotor betreibbar ist.

Bei einer bekannten derartigen Anordnung (DE-PS 1 67 142) arbeitet der Einphasenmotor bei der niedrigen Geschwindigkeit als Repulsionsmotor und bei der höheren Geschwindigkeit als Serienmotor (Universalmotor) mit kompensiertem Anksrfelde. Die Ständerwicklung besteht aus zwei Wicklungen, die in Reihe geschaltet und vom gleichen Strom durchflossen sind und somit einen einzigen Strang darstellen. Bei Betrieb als Repulsionsmotor sind die aus einer Erregerwicklung und einer demgegenüber um 90° versetzten Kompensationswicklung bestehende Ständerwicklung direkt an das speisende Wechselstromnetz angeschlossen und die Bürsten des Bürstensatzes, dessen Achse mit der der Erregerwicklung zusammenfällt, kurzgeschlossen. Bei Betrieb als Serienmotor mit kompensiertem Ankerfelde sind beide Ständerwicklungen in Reihe mit der Ankerwicklung über den Bürstensatz an das speisende Netz angeschlossen. Die Bürsten des weiteren, in beiden Betriebsfällen nicht benutzten Bürstensatzes sind dabei vom Kollektor abgehoben, um einer Funkenbildung vorzubeugen.

Durch die DE-PS 2 45 345 ist eine Wechselstrom-Kollektormaschinc mit einem festen und einem beweglichen Bürstensatz bekannt, deren Stromkreise untereinander verbunden sind; als Ständerwicklung ist dabei eine einzige Wicklung vorgesehen. Angaben für spezielle Anwendungfzwecke und die dazu vorteilhafte Auslegung und äußere Beschallung der Kollektormaschine sowie über eine bestimmte Winkelstellung zwischen den beiden Bürstensätzen werden nicht gegeben.

Außerdem ist es bei einem Einphasen-Repulsionsmotor mit einer ersten, an einen Kollektor geführten und einer zweiten kurzgeschlossenen Ankerwicklung (DE-AS 10 58 805) bekannt, im Stator neben einer ersten netzgespeisten Wicklung noch eine zweite Wicklung vorzusehen, welche gegenüber der ersten Wicklung um 90 elektrische Grade versetzt und vom Netz aus über einen kleinen Kondensator gespeist ist. Für den einzigen kurzgeschlossenen Bürstensatz ist dabei ein Bctriebswinkel von etwa 70°, gemessen von der Leerlaufstellung (Bürstenachse senkrecht zur Wicklungsachse) anzunehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Zugrundelegung der eingangs beschriebenen drehzahlstellbaren Anordnung mit einem Einphasenkommutatormotor mit geringem Aufwand einen Waschautomatenantrieb mit hober Drehzahlspreizung und unter alien Betriebsbedingungen gewährleisteter nahezu konstan- mi ter niedertouriger Nenndrehzahl im Waschbetrieb zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 bis 3 möglich. Die Gegenstände der Unteransprüche enthalten vorteilhaf- £5 te Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine Erfindung wird jev eils nur in der Gesamtheit der Merkmale der einzelnen Ansprüche I bis 3 gesr.hpn.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ohne einen konstruktiv und betriebstechnisch aufwendigen verstellbaren Bürstensatz die Möglichkeit einer Drehzahlsteuerung über einen großen Drehzahlbereich ermöglicht und im niedertourigen Waschbetrieb, insbesondere bei unmittelbar kurzgeschlossenem Haupt- und Nebenbürstensatz eine weitestgehende Unabhängigkeit von Belastungs- und Netzspannungsschwankungen gewährleistet Die Übersetzung ist dabei im Waschbetrieb zwischen Antriebsscheibe des Einphasen-Kommutatormotors und der Riemenscheibe der Waschtrommel in bekannter Weise derart gewählt, daß die Waschtrommel im normalen Waschgang mit etwa 50 Umdrehungen pro Minute rotiert.

Zur Erzielung eines Schonwaschvorganges mit etwa 25 — 30 Waschtrommel-Umdrehungen pro Minute (Wolle-Programm) bzw. für eine Park-Drehzahl von etwa 5 — 15 Waschtrommel-Umdrehungen pro Minute bei sogenannten Top-Ladern ist es vorteilhaft, daß bei ansonsten unveränderter Anordnur.: bei Betrieb als Induktionsmotor die Ständen.vicklung rrit Haupt- und Hilfsphase mit Kondensator im Sinne eines Einphaseninduktionsmotor an das speisende Einphasennetz angeschlossen und der Hauptbürstensatz direkt kurzgeschlossen, jedoch der Nebenbürstensatz über einen Vorwiderstand kurzgeschlossen oder sogar im Leerlauf geschaltet wird. Dadurch ergibt sich ein Induktionsmotor-Betrieb mit gegenüber dem vorgenannten Betrieb jeweils entsprechend verminderter Nenndrehzahl Um Schlupfverluste im Läufer zu vermeiden, ist vorgesehen, daß bei ansonsten gleicher Schaltung der Hauptbürstensatz und der Nebenbürstensatz jeweils über einen Vorwiderstand kurzgeschlossen sind.

Um im Sinne einer weichen Drehmomentenkennlinie beim Übergang von der Waschdrehzahl (50 Waschtrommel-Umdrehungen pro Minute) zur hochtourigen Schleuderdrehzahl mit einer Leerlaufdrehzahl vom 10-bis 20-fachen Wert der Nenndrehzahl im Waschbetrieb auf einfache Weise eine sogenannte Anlegedrehzahl von etwa 80 Waschtrommel-Umdrehungen pro Minute erzklen zu können, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Motor im Bereich zwischen Wasch- und Sch'euderoetrieb als Repulsionsmotor betreibbar und nur die erste Ständerwicklung an das speisende Einphasennetz angeschlossen und der Nebenbürstensatz bei geöffnetem Hauptbürstensatz kurzgeschlossen ist. Zwei zweckmäßige Alternativen des Waschautomatenantriebs bei Betrieb als Repulsionsmotor einerseits hinsichtlich einer besonderen Schaltung der Ständerwicklung und andererseits hinsichtlich einer besonderen Schaltung der Bürstensätze sind dadurch gekennzeichnet, daß zum einen nur die erste Str.nderwicklung an das speisende Einphasennetz angeschlossen und jeweils eine Bürste des Hauptbürstensatzes mit einer Bürste des Nebenbürstensatzes kurzgeschlossen ist, wobei vorzugsweise jeweils die um den größeren elektrischen Winkel gegeneinander versetzten Bürsten miteinander verbunden sind und zum anderen die Jtänderwicklungen in Reihe an das speisende Nstz angeschlossen sind.

Zur Erzielung einer maximalen Schleuderd'ehz.ahl arbeitet die drehzahlstellbare Anordnung durch äußere Beschattung im Sinne eines Universalmotors, bei dem zumindest ein Teil der ersten Ständerwicklung in Reihe mit dem Hauptbürstensatz an das speisende Einphasennetz angeschlossen und der Nebenbürstensatz im Leerlauf geschaltet ist. Um beim Hochfahren zur Endschleuderdrehzahl ein hohes Anzugsmoment zu

erreichen und den kritischen Drehzahlbereich (100 bis JOO Waschtrommel- Umdrehungen pro Minute) schnell durchfahren zu können, ist es zweckmäßig, wenn beispielsweise über eine Kennliniensteuerung der Nebenbürstensatz zunächst unmittelbar oder über einen s Vorwiderstand von außen beschaltet und kurzgeschlossen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung naher erläutert. Darin zeigt in

F i g. I den grundsätzlichen Schaltungsaufbau von Ständer und Läufer,

Fig. 2 bis 7 jeweils spezielle Schaltungen und die zugehörigen Kennlinien (M = f(n)) mit eingetragenem Betriebspunkt für den Betrieb als Induktionsmotor |-> (Fig. 2, 3), als Repulsionsmotor (Fig. 4) und als Universalmotor (I- i g. 5 bis 7).

Der Ständer besteht aus einer Hauptphase 1 und

Der gemeinsame Verbindungspunkt von Hauptphase 1 und Hilfsphase 2 ist mit 12 bezeichnet, das jeweils andere Wicklungsende der Hauptphase 1 bzw. der Hilfsphase 2 trägt das Bezugszeichen 10 bzw. 11. Parallel zu den Wicklungsenden 10, 11 liegen die Reihenschaltung des Betriebskondensators 17 mit ;-, einem Schalter 9 sowie die beide.. Anschlußpole eines Wechselschalters 8, dessen Eingangsanschluß an die eine Phase R des speisenden Einphasennetzes angeschlossen ist, dessen zweite Phase M_n mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 12 von Hauptphase 1 m und Hilfsphase 2 verbunden ist. Der Ständer weist ein genutetes Ständerblechpaket auf. wobei anstelle einer gleichmäßigen Nutung und Zahnteilung auch ein Blechschnitt mit ungleichförmiger Nut- bzw. Zahnteilung und ungleichförmiger Zahnkopfgestaltung vorge- j, sehen werden kann, derart daß im Sinne einer verringerten Zahnhöhe im Bereich der Kommutierungszone der Bürsten die Zahnköpfe vom Bohrungsdurchmesser abgesetzt sind.

Der Läufer ist gleichmäßig genutet und mit einer 4η einzigen Wicklung als Stromwenderwicklung gleicher Polpa?rzahl 2p wie der Ständer ausgeführt. Als Läuferwicklung wird bei 2p > 4 bzw. bei 2p > 2 eine Schleifenwicklung vorgesehen. Auf dem Kommutator ist ein aus jeweils zwei 180° el gegeneinander versetzten Bürsten bestehender Hauptbürstensatz 4, 5 sowie ein gegenüber diesem um einen Winkel λ versetzter Nebenbürstensatz 6, 7 aufgesetzt; die Bürstenachse des Hauptbürstensatzes 4, 5 ist senkrecht zur Wicklungsachse einer der beiden Phasen des Ständers anzuordnen; im Schaltun^saufbau nach Fig. 1 liegt die Bürstenachse des Hauptbürstensatzes 4, 5 senkrecht zum Ständerstrang der Hauptphase 1. Für den Winkel <x kommen Werte zwischen 30° und 80° el in Frage. Vorzugsweise wird ein Verschiebungswinkel von λ = etwa 70° el vorgesehen. Der Nebenbürstensatz 6, 7 muß nicht unbedingt innerhalb des Hauptbürstensatzes 4, 5 angeordnet sein, sondern kann auch an elektrisch gleichwertiger, räumlich verschobener Stelle am Um fang der Bürstenapparatur auf den Kommutator eo aufgesetzt sein. Das Obersetzungsverhältnis des aus dem Einphasennetz gespeisten Kommutatormotors mit Betriebskondensator kann von 1 abweichen, wobei die Hauptbürsterachse des Läufers wahlweise auch senkrecht zur Achse der Hilfsphasenwicklung angeordnet werden kann.

F i g. 2 zeigt die Schaltung für die Betriebsweise »Waschen«. Die Bürstensätze 4, 5 und 6, 7 sind kurzgeschlossen. Im Ständer sind Hauptphase I und Hilfsphase 2 mit Betriebskondensator 17 im Sinne eines Einphaseninduktionsmotor* an das speisende Einphasennetz R. M_n angeschlossen. Eis ergibt sich ein Induktionsmotor-Betrieb mit großer Drehzahlsteifigkeit im Nennpunkt n₀. Auf der Drehmomentenkennlinie M= f (n). die derjenigen eines Schleifringläufers mit relativ kleinem Nennschlupf und ausgeprägtem Kipp- und Anzugsmoment entspricht. Die Nenndrehzahl ne ist weitgehend unabhängig von Netzspannungsänderungen. Laständerungen und einer Wicklungserwärmung. Oie Übersetzung zwischen Motor und Waschtrommel ist in an sich bekannter Weise derart gewählt, daß sich bei einer Betriebsweise nach F i g. 2 im Nennpunkt /i₀ eine Trommeldrehzahl von etwa 50 Umdrehungen pro Minute ergibt.

Bei der Betriebsweise nach F i g. 3 ist bei sonst unveränderter Schaltung der Nebenbürstensatz 6, 7

*ist muLMiaiiu

kurzgeschlossen oder sogar geöffnet; die entsprechende Kennlinie entspricht der eines Schleifringläufers mit Vorwiderstand im Läuferkreis, bei Nennlast ergibt sich etwa die halbe Motordrehzahl im Vergleich zur Betriebsweise nach Fig. 2. Um Schlupfverluste im Läufer zu vermeiden (Läufererwärmung im Dauerbetrieb) kann es vorteilhaft sein, auch den Hauptbürstensatz 4, 5 nicht unmittelbar sondern über einen außenlicg,nden Vorwiderstand kurzzuschließen. Die Betriebsweise für einen Schonwaschgang mit etwa 35 bis 30 Trommelumdrehungen pro Minute (Wolle-Programm) oder zur Erzielung einer Park-Drehzahl von etwa 5 bis 15 Trommelumdrehungen pro Minute je nach Größe der gewählten Widerstandswerte für einen sogenannten »Top-Lader« benutzt werden.

Fig. 4 zeigt die spezielle Schaltung und die zugehörige Kennlinie für den Betrieb des erfindungsgemäßen Waschautomatenantriebes als Repulsionsmotor mit Wechselfelderregung im Ständer. Dazu ist nur die erste Wicklung (Hauptphase 1) des Ständers an das speisende Einphasennetz R,M_P an- und der Nebenbürstensatz des Läufers kurzgeschlossen. Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, die Ständerwicklungen in Reihe (unter Abschaltung des Kondensators 17) an das speisende Einphasennetz R, M_p anzuschließen. Die zugehörige Drehmomentenkennlinie läßt Reihenschlußcharakter erkennen, wobei jeweils etwa die 1,5 bis 2-fache Drehzahl je nach Belastung im Vergleich zur Betriebsweise nach F i g. 2 erreichbar ist. Es ergibt sich für den Waschautomatenbetrieb in vorteilhafter Weise eine weiche Drehmomentkennlinie beim Übergang voi. 50 Trommelumdrehungen pro Minute zu einer Anlagedrehzahl von etwa 80 Trommelumdrehungen pro Minute.

F i g. 5 zeigt die spezielle Schaltung und zugehörige Kennlinie für den Einsatz des erfindungsgemäßen Waschautomatenantriebes als Universalmotor mit hoher Leerlaufdrehzahl; dazu ist die erste Wicklung (Hauptphase 1) des Ständers über den Hauptbürstensatz 4, 5 in Reihe mit der Läuferwicklung an das speisende Einphasennetz R, M_p angeschlossen; der Nebenbürstensatz befindet sich in Leerlaufstellung. Die zugehörige Momentenkennlinie M = f(n) läßt eine normale Reihenschlußkennlinie mit starker Abhängigkeit der Drehzahl vom Moment erkennen. Es läßt sich eine Leerlaufdrehzahl von etwa dem 10- bis 20fachen Wert der Nenndrehzahl im Vergleich zur Betriebsweise nach F i g. 2 erreicht

Vor dem Hochfahren auf die Endschleuderzahl kann der erfindungsgemäBe Waschautomatenantrieb vorteilhafterweise als Universalmotor mit verminderter Leerlaufdrehzahl gemäß dem speziellen Schaltungsbild nach F i g. 6 betrieben werden; dazu ist vorgesehen, daß die Bürsten 6, 7 des Nebenbürstensatzes unmittelbar oder üjVr einen Vorwiderstand 14 kurzgeschlossen sind, so daß sieh die zugehörige, im Vergleich zu der nach Fig.5 veränderte Reihenschlußkennlinie ergibt. Im praktischen Waschbetrieb kann damit nit hohem Anzugsmoment (schnelles Durchfahren der kritischen Trommeldrehzahl im Bereich von 100 bis 300 Trommel-

Umdrehungen pro Minute) zur Endschleuderdrehzahl hochgefahren werden, indem über eine Kennliniensteuerung zunächst ein Betrieb mit niedrigerer Schleuderdrehzahl vorgesehen wird.

In F i g. 7 ist ein Schaltungsbeispiel gegeben, mit Hilfe dessen bei Betrieb als Universalmotor einer zu hohen Lamellenspannung entgegengewirkt werden kann. Dazu ist nach Fig. 7 vorgesehen, daß die erste Wicklung (Hauptphase 1) unmittelbar an das speisende Netz R, Mp gelegt wird und der Hauptbürstensatz 3, 4 des Läufers 3 parallel zu einem Teil der ersten Wicklung angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Drehzahlstellbare Anordnung mit einem Einphasenkommutatormotor mit zwei 90° elektrisch zueinander angeordneten Ständerwicklungen, mit einem kurzschließbaren Hauptbürstensatz und einem gegenüber dem Hauptbürstensatz verschoben angeordneten Nebenbürstensatz, wobei der Hauptbürstensatz gegenüber der magnetischen Achse einer ersten Ständerwicklung um 90° ι ο elektrisch verschoben angeordnet ist, bei welchem Einphasenkommutatormotor, Ständerwicklungen und Hauptbürstensatz durch äußere Beschallung derart untereinander und mit dem speisenden Einphasennetz verbindbar sind, daß der Motor bei !5 einer niedrigen Drehzahl als Induktionsmotor und bei einer hohen Drehzahl als Universalmotor betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf einen Waschautomatenantrieb bei Beirieb mit niedriger Drehzahl entsprechend einer maximalen Waschdrehzahl die beiden Ständerwicklungen mit Haupt- und Hilfsphase mit Kondensator ,m Sinne eines Einphasen-Induktionsmotors an das speisende Einphasennetz angeschlossen sind, wobei die erste Ständerwicklung Hauptphase ist und die um einen kleineren elektrischen Winkel als 90° gegeneinander verschobenen Haupt- und Nebenbürstensätze jeweils unmittelbar kurzgeschlossen sind, und daß bei Betrieb mit hoher Drehzahl entsprechend einer maximalen jo Schleuderdrehzahl nur die erste Ständerwicklung ganz oder teilweise, in Reihe mit dem Hauptbürstensatz an das speisende Einphase.metz angeschlossen