DE2530267B1

DE2530267B1 - Anordnung mit im verhaeltnis 2 zu 1 polumschaltbarem einphasen-elektromotor

Info

Publication number: DE2530267B1
Application number: DE19752530267
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Bradler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-07
Filing date: 1975-07-07
Publication date: 1976-12-09
Also published as: SE7607465L; DE2530267A1; AT346964B; ATA395976A; FR2317799B1; SE423010B; GB1546826A; NL7605289A; FR2317799A1; DK259476A; IT1066967B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor mit je einer Einschicht-Hauptwicklung für jede Polzahl und zumindest einer gegenüber der zugeordneten Hauptwicklung im Sinne einer Drehfeldbildung verschobenen Hilfswicklung.

Polumschaltbare, aus einem Einphasennetz gespeiste Induktionsmotoren weisen üblicherweise zumindest eine Hilfsphase auf, die einer Hauptphase, vorzugsweise der hochpoligen, im Anlauf und/oder Betreib zuschaltbar ist (DT-AS 23 10 949). Für die niederpolige Wicklung wird dann keine zusätzliche Hilfsphase vorgesehen, wenn z. B. aus dem Lauf auf die höhere Drehzahl umgeschaltet wird oder die Belastung des Motors nach der Umschaltung derart beschaffen ist, daß ein Abbremsen des Motors unterhalb des Kippmomentes vermieden ist; wird jedoch diese Belastungsgrenze überschritten, so sieht man üblicherweise auch für die zweite, niederpolige Wicklung eine zusätzliche Hilfswicklung vor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem im Verhältnis 2 :1 polumschaltbaren Einphasen-Elektromotor eine solche Leistungsfähigkeit zu erreichen, die bei einer Motorwicklung mit gesonderten Hilfswicklungen für jede Hauptwicklung erzielbar ist, dabei jedoch den an sich üblichen Aufwand für die Hilfswicklung wesentlich mindern zu können. Das ist erfindungsgemäß bei einem polumschaltbaren Einphasen-Elektromotor der eingangs genannten Art dadurch möglich, daß für beide Hauptwicklungen betriebsmäßig nur eine einzige Hilfswicklung mit zwei zueinander symmetrischen, aus Spulen bzw. konzentrisch gewickelten Spulengruppen gebildeten Wicklungshälften vorgesehen ist, deren Wicklungsenden herausführbar und derart untereinander verbindbar bzw. an die Speisepunkte des Einphasennetzes anschließbar sind, daß im hochpoligen Betrieb die Polzahl der Hilfswicklung der Polzahl der hochpoligen Hauptwicklung entspricht und im niederpoligen Betrieb die eine Wicklungshälfte stromlos oder im Vergleich zum hochpoligen Betrieb in Gegenstromrichtung durchflossen ist.

Dadurch ist auf einfache Weise lediglich durch äußere Beschaltung sowohl hoch- wie niederpolig ein voller Einphasen-Induktionsmotorbetrieb mit Haupt- und Hilfsphase möglich, ohne daß dazu der zusätzliche Aufwand an Herstellungskosten und Wickelraum für

ORIGINAL INSPECTED

eine zweite Hilfswicklung erforderlich wäre.

Ist die hochpolige Polzahl größer als 4 und die niederpolige Polzahl größer als 2, so werden in vorteilhafter Weise die Spulen bzw. Spulengruppen jeder Wicklungshälfte in Reihe geschaltet; dabei besteht dann jede Wicklungshälfte aus der Reihenschaltung jeder zweiten, der am Umfang aufeinanderfolgenden Spulen bzw. Spulengruppen der umschaltbaren Hilfswicklung.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsge- ro mäßen Umschaltung der Hilfswicklung sind dadurch gekennzeichnet, daß zum Ersten die beiden Wicklungshälften hochpolig in Reihe und niederpolig parallel, zum Zweiten die beiden Wicklungshälften hochpolig und niederpolig in Reihe, zum Dritten die beiden Wicklungshälften hochpolig parallel und niederpolig in Reihe und letztlich die beiden Wicklungshälften hochpolig und niederpolig parallel geschaltet sind. Eine besonders aufwandsarme und insbesondere hinsichtlich eines vorzusehenden Thermoschutzes vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften im hochpoligen Betrieb in Reihe bzw. parallel geschaltet sind und daß jeweils im niederpoligen Betrieb nur eine der beiden Wicklungshälften stromdurchflossen ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Motor eine einzige Hilfswicklung für beide Hauptwicklungen einsetzbar ist, ist nach einer Ausgestaltung ein Ständerblechschnitt mit ungleichem Nutenquerschnitt vorgesehen, wobei die niederpolige Hauptwicklung nur in Nuten mit dem größeren Querschnitt angeordnet ist und die hochpolige Hauptwicklung und die einzige Hilfswicklung über alle Nuten verteilt sind Ein besonders zweckmäßiger Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebs ist bei Waschautomatenantrieben gegeben, bei denen auf einfache Weise sowohl ein niedertouriger Antrieb bei etwa 50 Waschtrommelumdrehungen pro Minute mit großer Drehzahlsteifigkeit erwünscht wird und andererseits mit geringem konstruktiven Aufwand eine hohe Schleuderdrehzahl erreicht werden soll. Die erfindungsgemäße einfache Polumschaltung kann auch verwendet werden, um im Schleuderbetrieb zwei verschiedene Schleuderdrehzahlen einstellen zu können, wobei sowohl bei der niedrigeren als auch bei der hohen Schleuderdrehzahl ein »Abwürgen« des Antriebsmotors dadurch vermeidbar ist, daß beiden Hauptwicklungen eine Hilfswicklung zuschaltbar ist.

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

F i g. 1 bis 4 verschiedene Grundschaltungen für eine 4/2-polige Hilfsphasenumschaltung bei Erregung beider Wicklungshälften im hoch- wie im niederpoligen Betrieb,

Fig.5, 6 Grundschaltungen für eine 4/2-polige Hilfsphasenumschaltung bei Erregung nur einer Wicklungshälfte im niederpoligen Betrieb,

F i g. 7 die Grundschaltung für eine 8/4-poIige Hilfsphasenumschaltung bei Erregung beider Wicklungshälften,

Fig.8 die Grundschaltung für eine 12/6-polige Hilfsphasenumschaltung bei Erregung beider Wicklungshälften,

F i g. 9 ein Schaltungsbild der gesamten Motorwicklung für eine 4/2-polige Hilfsphasenumschaltung bei Erregung beider Wicklungshälften gemäß der Grundschaltung nach F i g. 1,

Fig. 10 das Wicklungsschema der Hilfswicklung für das Schaltbild nach F i g. 9,

Fig. 11 das Schaltbild für eine 4/2-polige Hilfsphasenumschaltung mit Erregung beider Wicklungshälften für eine Grundschaltung nach F i g. 2,

Fig. 12 das Schaltbild einer Hilfsphasenumschaltung für das Schaltbild nach F i g. 5 und

Fig. 13 das Schaltbild für eine Hilfsphasenumschaltung für die Grundschaltung nach F i g. 6.

In den F i g. 1 bis 6 sind Grundschaltungen für die Hilfsphasenumschaltung bei einem 4/2-polumschaltbaren Motor angegeben. Die für eine äußere Beschaltung bzw. den äußeren Anschluß an das speisende Einphasennetz R, Mp notwendigen Wicklungsenden sind jeweils nach unten herausgeführt und beispielsweise in den Fig. 1 und 2 mit a, c, dbzw. a, ei, c2, dbezeichnet. Die linke Spalte der Grundschaltungen der F i g. 1 bis 6 zeigen jeweils den Anschluß des Einphasennetzes R, M_p bzw. die äußere Beschaltung der beiden Wicklungshälften 21, 22 der Hilfswicklung 2 bei Erregung beider Wicklungshälften, während nach der Umschaltung auf die niederpolige Hilfsphase in den F i g. 1 und 4 wiederum beide Wicklungshälften 21, 22 stromdurchflossen sind, jedoch in den F i g. 5 und 6 nur jeweils die rechte Wicklungshälfte 22 eine zur Momentenbildung beitragende Durchflutung erzeugt.

Durch die aus den Fig. 1 bis 6 ersichtliche äußere Beschaltung der herausgeführten Wicklungsenden der Wicklungshälften 21,22 und durch den eingezeichneten jeweiligen Anschluß des speisenden Einphasennetzes R, Mp ergibt sich die in den einzelnen Wicklungsteilen durch Richtungspfeile angedeutete Stromrichtung. Wie ohne weiteres ersichtlich, können die Umschaltungen von der hochpoligen auf die niederpolige Hilfsphasenschaltung in den F i g. 1 bis 6 wie folgt definiert werden: F i g. 1: Reihen-Parallelumschaltung;
F i g. 2: Reihen-Reihenumschaltung;
F i g. 3: Parallel-Reihenumschaltung;
F i g. 4: Parallel-Parallelumschaltung;
F i g. 5: Umschaltung aus hochpoliger Reihenschaltung; F i g. 6: Umschaltung aus hochpoliger Parallelschaltung.

In F i g. 7 ist die Grundschaltung für eine 8/4-polige Hilfsphasenumschaltung angegeben, bei der auch im niederpoligen Betrieb beide Wicklungshälften 21, 22 Stromdurchflossen sind. In ähnlicher Weise ist in F i g. 8 die Grundschaltung für eine 12/6-polige Hilfsphasenumschaltung angegeben. In beiden Schaltungen ist erfindungsgemäß zur Anpassung der Polpaarzahl der Hilfswicklung an die hochpolige bzw. riederpolige Hauptwicklung in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß bei einer hochpoligen Polzahl größer als 4 und einer entsprechend niederpoligen Polzahl größer als 2 die Spulen bzw. Spulengruppen jeder Wicklungshälfte 21, 22 in Reihe geschaltet sind und jeweils jede Wicklungshälfte aus der Reihenschaltung jeder zweiten, der am Umfang aufeinanderfolgenden Spulen bzw. Spulengruppen der umschaltbaren Hilfswicklung gebildet ist. Auch in den F i g. 7 und 8 sind entsprechend der jeweiligen äußeren Beschaltung der nach außen herausgeführten Wicklungsenden der Wicklungshälften 21,22 bzw. gemäß dem jeweils vorgesehenen Anschluß des speisenden Einphasennetzes R, M_p Stromrichtungspfeile eingetragen. Es wird darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß anstelle der in den F i g. 1 bis 8 dargestellten Einzelspulen auch jeweils konzentrisch gewickelte Spulengruppen vorgesehen werden können. F i g. 9 zeigt das Schaltbild eines nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit dem zuvor beschriebenen polumschaltbaren Einphasen-Elektromotor mit

anpaßbarer einziger Hilfswicklung ausgestatteten 4/2-polumschaltbaren Getriebemotors für einen Waschautomatenantrieb. In dem linken, mit gestrichelter Linienführung umrandeten Schaltungsteil sind die Hauptwicklungsteile des antreibenden 2:1 polumschaltbaren Einphasen-Elektromotors eingezeichnet. Dieser besteht im wesentlichen aus einer hochpoligen Hauptwicklung 1 mit den Anschlußpunkten V 4 und U4, einer niederpoligen Hauptwicklung 3 mit den Anschlußpunkten V2, t/2 und einer »polumschaltbaren« Hilfswicklung 2 (2p/p), die aus zwei Wicklungshälften 21, 22 besteht und deren äußere Anschlußpunkte mit W4/2 und Z4/2 bezeichnet sind, während die Mittelanzapfung der beiden Wicklungsteile 21, 22 das Bezugszeichen Z2 trägt. Die Wicklungsenden i/4, Z4/2, Z2, U2 sind an zwei rechtsgezeichnete Schaltleisten mit den entsprechenden Anschlußpunkten b, d, c, e herausgeführt Diese Schaltleisten können Kontakte, beispielsweise eines Programmschaltwerkes des Waschautomatenbetriebes darstellen. Die eine Schaltleiste mit den zugehörigen außenliegenden Beschaltungen und Anschlüssen an das speisende Einphasennetz R, M₉ kennzeichnet die Betriebsart hochpoliger Betrieb (2p=4) und die rechtsaußenliegende Schaltleiste mit den jeweiligen äußeren Verbindungen (2p = 2) den niederpoligen Betrieb. Zwischen dem Anschlußpunkte a und dem Verbindungspunkt VK4/2, V4 ist noch ein Thermowächter (Projektor) 5 eingezeichnet, von dessen, dem Verbindungspunkt W4/2, V4 zugewandten Anschlußpunkt eine Verbindungsleitung zu einem Anschlußpunkt / an der jeweiligen Schaltleiste führt. Im niederpoligen Betrieb ist der Verbindungspunkt d nicht wie an sich aus den Grundschaltungen herleitbar mit dem Verbindungspunkt a, sondern mit dem zusätzlichen Verbindungs- punkt / verbunden, um ein Überbrücken und damit Außerfunktionsetzen des Thermowächters zu vermeiden; wäre ein solcher Thermowächter nicht vorgesehen, so kann die zusätzliche Leitung zum Verbindungspunkt / entfallen und der Verbindungspunkt d direkt an den Verbindungspunkt a (Phase M_p) angeschlossen werden. Wie weiterhin aus Fig.9 ersichtlich, ist die andere Phase 7? einerseits mit dem Verbindungspunkt e (t/2) und über einen Kondensator 6 mit dem Verbindungspunkt c (Z2) verbunden. Im hochpoligen Betrieb liegt parallel zu den Anschlußpunkten d (Z 4/2) und b (t/4) der Betriebskondensator 6 und parallel zu diesem die beiden Anschlußpunkte des Reversierschalters 4, an dessen äußeren Anschluß die Phase R angeschlossen ist.

Die Fig. 10 zeigt das Wicklungsschema für den in Fig.9 in seinem Schaltbild dargestellten 4/2-polumschaltbaren Getriebemotor mit umschaltbarer 4/2-poliger Hilfswicklung, der im Waschbetrieb mit der hochpoligen Haupt- und der hochpoligen einzigen Hilfswicklung über ein Zwischengeschäftes Getriebe und im Schleuderbetrieb mit der niederpoligen Haupt- und der dann niederpolig geschalteten bzw. gespeisten einzigen Hilfswicklung ohne zwischengeschaltetes Getriebe den Waschtrommelbehälter antreibt. Der in Fig. 10 dargestellte Motor weist — wie ohne weiteres ersichtlich — 16 Nuten auf; die Bezeichnung der nach außen herausgeführten Wicklungsenden entspricht denen in F i g. 9.

Während der in den F i g. 9 und 10 dargestellte Motor der Grundschaltung nach F i g. 1, also einer Reihen-Parallelumschaltung der Hilfswicklung beim Übergang vom hochpoligen auf den niederpoligen Betrieb entspricht, ist in F i g. 11 das Schaltbild einer 4/2-polumschaltbaren Hilfsphase in der Reihen-Reihenumschaltung beim Übergang vom hochpoligen auf den niederpoligen Betrieb dargestellt Wie ohne weiteres durch Vergleich der Anschlußpunkte und deren Beschaltung nach F i g. 2 mit der nach F i g. 11 ersichtlich, besteht bei der Reihen-Reihenumschaltung nicht die Gefahr, daß ein Thermowächter wie in F i g. 9 beim Übergang von der hochpoligen auf die niederpolige Hilfsphase überbrückt wird. Das in F i g. 11 dargestellte Schaltbild kann bei einem Waschautomatenantrieb mit einem 18/4/2-polumschaltbaren Motor mit 18-poliger 3-Phasenwicklung für den Waschbetrieb beispielsweise dazu benutzt werden, um bei Beschaltung und Anschluß gemäß der linken Schaltleiste eine Zwischendrehzahl und bei Beschaltung und Anschluß des Einphasennetzes R₁ M_p gemäß der rechten Schaltleiste die Endschleuderdrehzahl einzustellen.

In Fig. 12 ist das Schaltbild für eine 4/2-polige Hilfsphasenumschaltung gemäß der Grundschaltung nach Fig.5 und in Fig. 13 eine entsprechende Hilfsphasenumschaltung gemäß der Grundschaltung nach Fig.6 angegeben. Zum besseren Vergleich zwischen dem Schaltbild der Hilfsphase des Waschautomaten-Antriebsmotors und der Grundschaltung sind jeweils die Anschlüsse der Schaltleiste in F i g. 12 und 13 in die Grundschaltungen der F i g. 5 und 6 mitaufgenommen. In Fig. 13 kennzeichnen die beiden rechten Schaltleisten die jeweiligen Beschaltungen bzw. Anschlüsse des speisenden Einphasennetzes einmal für Rechtslauf und einmal für Linkslauf, wenn die niederpolige Hilfsphase mit der zugehörigen niederpoligen Hauptphase für einen Schleuderbetrieb vorgesehen ist.

Als besondere Vorteile des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen, im Verhältnis 2 :1 polumschaltbaren Einphasen-Elektromotors mit nur einer Hilfswicklung sind herauszustellen: Für beide Polzahlen kann der gleiche Kondensator verwendet werden. Für die niederpolige Hauptwicklung steht in vorteilhaftem Unterschied zu polumschaltbaren Motoren mit zwei Hauptwicklungen und zwei Hilfswicklungen mehr als die Hälfte der vorhandenen Nuten für die niederpolige Hauptwicklung zur Verfügung; für die niederpolige Hauptwicklung können größere Nuten vorgesehen werden. Bei der sogenannten »Sparschaltung« gemäß den Fig.5, 6 bzw. 12, 13 ist nur ein geringerer Umschaltaufwand an den Schaltleisten bzw. am Programmschaltwerk gegenüber den Schaltungen notwendig, bei denen beide Wicklungshälften im niederpoligen Betrieb stromdurchflossen sind; weiterhin ist bei der sogenannten »Sparschaltung« ohne Mehraufwand bei der Hilfsphasenumschaltung aus hochpoliger Parallelschaltung gemäß Fig. 13 ein Betrieb in beiden Drehrichtungen möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor mit je einer Einschicht-Hauptwicklung für jede Polzahl und zumindest einer gegenüber der zugeordneten Hauptwicklung im Sinne einer Drehfeldbildung verschobenen Hilfswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Hauptwicklungen (1,3) betriebsmäßig nur eine einzige Hilfswicklung (2) mit zwei zueinander symmetrischen, aus Spulen bzw. konzentrisch gewickelten Spulengruppen gebildeten Wicklungshälften (21, 22) vorgesehen ist, deren Wicklungsenden (a — e) herausführbar und derart untereinander verbindbar bzw. an die Speisepunkte (R, M) des Einphasennetzes anschließbar sind, daß im hochpoligen Betrieb die Polzahl der Hilfswicklung (2) der Polzahl der hochpoligen Hauptwicklung (1) entspricht und im niederpoligen Betrieb die eine Wicklungshälfte (21) stromlos oder im Vergleich zum hochpoligen Betrieb in Gegenstromrichtung durchflossen ist.

2. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dessen hochpolige Polzahl größer als vier und dessen niederpolige Polzahl größer als zwei ist und daß die Spulen bzw. Spulengruppen jeder Wicklungshälfte (21 bzw. 22) in Reihe geschaltet sind.

3. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dessen hochpolige Polzahl größer als vier und dessen niederpolige Polzahl größer als zwei ist und daß jeweils jede Wicklungshälfte (21 bzw. 22) aus der Reihenschaltung jeder zweiten der am Umfang aufeinanderfolgenden Spulen bzw. Spulengruppen der umschaltbaren Hilfswicklung (2) gebildet ist.

4. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften (21,22) hochpolig in Reihe und niederpolige parallel geschaltet sind.

5. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften (21, 22) hochpolig und niederpolig in Reihe geschaltet sind.

6. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften (21, 22) hochpolig parallel und niederpolig in Reihe geschaltet sind.

7. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften (21, 22) hoch- und niederpolig parallel geschaltet sind.

8. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften (21, 22) im hochpoligen Betrieb in Reihe geschaltet sind und im niederpoligen Betrieb nur eine der beiden Wicklungshälften stromdurchflossen ist.

9. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungshälften (21, 22) im hochpoligen Betrieb parallel geschaltet sind und im niederpoligen Betrieb nur eine der beiden Wicklungshälften stromdurchflossen ist.

10. Anordnung mit im Verhältnis 2 :1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ständerblechschnitt mit ungleichem Nutenquerschnitt vorgesehen ist, wobei die niederpolige Hauptwicklung (3) nur in Nuten mit dem größeren Querschnitt angeordnet ist und die hochpolige Hauptwicklung (1) und die einzige Hilfswicklung (2) über alle Nuten verteilt sind.

11. Anordnung mit im Verhältnis 2:1 polumschaltbarem Einphasen-Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Anwendung auf einen Waschautomatenantrieb.