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Die Erfindung betrifft eine einphasige Asynchronmaschine mit
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einer Hilfsphase, deren Anschluß an die Netzspannung über einen für
den Anlauf und den Betrieb vorgesehenen Hilfsphasenkondensator erfolgt.
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Es wurde bereits vorgeschlagen (Patentanmeldung P 26 56 134.2) an
die Klemmen des Hilfsphasenkondensators einen Schwingkreis anzuschließen, dessen
Wechselstromwiderstände, die aus einer Drossel und einem Kondensator bestehen, so
aufeinander abgestimmt sind, daß beim Stillstand, wobei die Spannung des Hilfsphasenkondensators
am niedrigsten ist, einer Entladung über die Drossel entgegengewirkt wird, wogegen
beim Leerlauf, wobei die Spannung des Hilfsphasenkondensators einen Scheitelwert
aufweist, einer Entladung, die bereits bei ochlauf dadurch eingeleitet wird, daß
die Drossel in die Sättigung übergeht, keine Abstimmung des Schwingkreises mehr
entgegenwirkt, so daß sich der Hilfsphasenkondensator soweit über die Drossel entladen
kann, daß er sich kapazitiv nicht mehr als Anlauf-, sondern als Betriebskondensator
auswirkt.
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Dieses Verfahren steuert und limitiert den Hilfsphasenstrom.
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Es beruht auf der Veränderlichkeit der Spannung des Hilfsphasenkondensators
und der Wirkungsweise des an dessen Klemmen angeschlossenen Schwingkreises, dessen
Kondensator mit dem Hilfsphasenkondensator zusammengelegt werden kann, so daß an
den Klemmen des Hilfsphasenkondensators nur noch eine Drossel angeschlossen ist,
deren hohe Induktivität einer wesentlichen Entladung beim Stillstand entgegenwirkt.
Beim Hochlauf, wobei die Kondensatorspannung wesentlich ansteigt, geht die Drossel
in die Sättigung über, so daß die starke Zunahme des Drosselstromes die überschüssige
Kondensatorladung örtlich bindet und dadurch den Hilfsphasenstrom auch bei größerem
kapazitiven Einsatz relativ niedrig hält bzw. das Abschalten einer Teilkapazität
überflüssig macht.
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Die Kapazität des Hilfsphasenkondensators bleibt also beim An-und
Hochlauf sowie beim Nennbetrieb und Leerlauf unverändert.
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Lediglich ein geringer Teil dieser Kapazität wird benötigt, um den
Schwingvorgang mit der Drossel beim Anlauf anzuregenund aufrechtzuerhalten.
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Dies bedeutet dennoch eine, wenn auch verhältnismäßig geringe, Abschwächung
des Anlaufmoments.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anstatt einer
Abschwächung eine Stärkung des Anlaufmoments durch die Drossel zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst,
daß die Hilfsphase der einphasigen Asynchronmaschine mit einem für den Anlauf und
den Betrieb vorgesehenen Hilfsphasenkondensator und der zweiten Spule einer Drossel,
deren erste Spule parallel mit dem Hilfsphasenkondensator wirkt, in Reihe geschaltet
ist, so daß die stets stromdurchflossene zweite Spule sich dadurch beim An- und
Hochlauf induktiv und induzierend auswirkt, daß sie eine Erhöhung des Drehmoments
mittels der Anhebung der Kondensator-bzw. der Hilfsphasenspannung sowie eine Erhöhung
des Anzugsmoments anhand von kapazitiven Strömen hervorruft, die in der an den Kondensatorklemmen
angeschlossenen erste Spule induziert werden und so lange parallel mit dem Kondensatorstrom
über die Hilfsphase fließen, bis sie bei höheren Drehzahlen, die aufgrund der Zunahme
der Hilfsphaseninduktivität mit einer erhöhten Kondensator-spannung verbunden sind,
durch die einsetzende Entladung des Kondensators über die an ihm angeschlossene
Spule, zum Stillstand kommen, so daß sich die überschüssige Kondensatorladung voll
über die Spule mit dem Ergebnis entladen kann, daß die Hilfsphase vor einer Uberbelastung
durch zu hohe Ströme verschont bleibt, wobei der induzierende Einfluß des Kondensatorstromes
auf die zweite Spule zu einer weiteren Minderung des Hilfsphasenstromes beiträgt.
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Die Drossel ist teils parallel, teils in Reihe mit dem Hilfsphasenkondensator
geschaltet und erfüllt alle Anforderungen, die in der jeweiligen Betriebslage des
Motors gestellt werden, insbesondere hinsichtlich der Eindämmung der kapazitiven
Überbelastung bei Nennbetrieb und Leerlauf und der Verstärkung des Drehmoments beim
An- und Hochlauf.
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Die Drehmoment-Verstärkung erfolgt im allgemeinen mittels der Anhebung
der Kondensator- und somit der Hilfsphasenspannung durch die Induktivität der mit
dem Hilfsphasenkondensator in Reihe geschalteten zweiten Spule, und insbesondere
anhand des durch die erste Spule hindurchfließenden Stromes, welcher eine induktive
Phasenverschiebung gegenüber der in dieser Spule induzierten und der Kondensatorspannung
entgegengerichteten EMK und somit eine kapazitive Phasenverschiebung gegenüber der
Kondensator spannung aufweist.
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Dieser Strom erhöht daher den Kondensatorstrom bzw. den Hilfsphasenstrom
und somit das Anzugsmoment beträchtlich. Er erlischt bzw. verschwindet beim Hochlauf
bzw. beim Einsetzen der Kondensatorentladung.
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Dies geschieht über die an den Kondensatorklemmen angeschlossene erste
Spule, die bei höheren Drehzahlen bzw. bei überhöhter Kondensatorspannung die überschüssige
Kondensator ladung aufnimmt bzw. örtlich bindet und somit die Hilfsphase vor Überbelastung
bewahrt.
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Die Wirkungsweise der Drossel kann wie folgt erklärt werden: In Induktivität
der zweiten Spule, deren Strom überwiegend von der Spannung und der Kapazität des
Hilfsphasenkondensators bestimmt wird, bewirkt aufgrund der Anhebung der Hilfsphasenspannung
eine entsprechende Erhöhung des Drehmoments.
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Die beim Anlauf von der stromdurchflossenen zweiten Spule ausgehende
Induktion ruft in der ersten Spule eine der Kondensatorspannung entgegengerichtete
EMK hervor, die somit parallel mit der Kondensatorspannung auf die Hilfsphase einwirkt.
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Hieraus ergibt sich, daß der durch die erste Spule hindurchfließende
induktive Strom zu einer Erhöhung des kapazitiven Kondensatorstromes bzw. zu einer
Zunahme des Hilfsphasenstromes und somit zu einer entsprechenden Verstärkung des
Anzugsmoments beiträgt.
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Dieser Beitrag kann durch einen an den Klemmen der zweiten Spule angeschlossenen
Kondensator noch gesteigert werden. Beim Hochlauf läßt der Einfluß der stromdurchflossenen
zweiten Spule auf die erste Spule allmählich nach, um schließlich beim Einsetzen
der Kondensatorentladung über die erste Spule völlig zu verschwinden.
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Die Entladung bedeutet eine Umkehrung der Induktionsvorgänge in der
Drossel, weil die zweite Spule nun in umgekehrter Richtung vom Entladungsstrom über
die erste Spule induziert wird. Der Vorgang stellt eine weitere Entlastung der Hilfsphase
dar, da die Spannung an der zweiten Spule eine Erhöhung erfährt, die dem Hilfsphasenstrom
entgegenwirken kann, weil eine angemessene Erhöhung der Kondensatorspannung als
Reaktion auf die gestiegene Spulenspannung wegen der Entladung ausbleibt.
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Alle diese Vorgänge stellen eine kontinuierliche Steuerung des Asynchronmotors
durch die Drossel dar, ohne daß mechanische oder elektronische Schaltvorgänge stattfänden,
um Kondensator-Kapazitäten der Betriebslage anzupassen.
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Die Erfindung gewährleistet Anpassung, Leistungsfähigkeit und Laufruhe
des Motors, insbesondere beim Leerlauf, weil überhöhte Hilfsphasenspannungen sich
nicht einstellen können.
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Sie ist sowohl bei einer Zweiphasen- wie auch bei einer Dreiphasenwicklung
in Dreieckschaltung anwendbar, wobei der Hilfsphasenkondensator und die Drossel
stets einer der drei Phasen, die als Hilfsphase angesehen wird, in Parallelschaltung
mit einer der übrigen Phasen vorgeschaltet werden.
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In Fig. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele einer einphasigen Asynchronmaschine
nach der Erfindung in Form von Schaltbildern dargestellt.
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In Fig. 1 ist die einphasige Asynchronmaschine mit einer Zweiphasenwicklung
versehen. Die Hilfsphase 2 ist über den für den Anlauf und den Betrieb vorgesehenen
Kondensator 6 und die Spule 4 der abgebildeten Drossel an die Netzspannung u angeschlossen,
mit der auch die Hauptphase 1 verbunden ist.
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Die Drossel besteht aus dem Eisenkern 5, der Spule 4 sowie der Spule
3, die an den Klemmen des Hilfsphasenkondensators 6 angeschlossen ist.
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Die Spule 4 und der Eisenkern 5 stellen eine Induktivität dar, die
aufgrund der In-Reihe-Schaltung mit dem Hilfsphasenkondensator 6 das Drehmoment
mittels der Anhebung der Spannung am Kondensator und somit an der Hilfsphase erhöht.
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Die stets stromdurchflossene Spule 4 induziert beim Anlauf in die
Spule 3 eine der Kondensatorspannung entgegengerichtete bzw.
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mit der Kondensatorspannung parallelwirkende EMK, für deren Größenordnung
man sich somit an der Spannung am Hilfsphasenkondensator orientieren kann.
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Für die Angleichung der beiden Spannungen sorgt die Verteilung des
durch die Spule 4 hindurchfließenden Stromes zwischen dem Hilfsphasenkondensator
6 und der Spule 3.
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Diese Stromverteilung wird dadurch erleichtert, daß die Drossel bereits
beim Anlauf schon meist gesättigt ist, so daß dem Strom in der Spule 3, der beimRnlauf
einen gegenläufigen Verlauf zum Strom in der Spule 4 aufweist, breite Möglichkeiten
geboten sind, um innerhalb eines weiten Bereichs durch Anpassung zu der Angleichung
der Spannungen beizutragen.
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Der durch die Spule 3 hindurchfließende Strom hat beim Anlauf eine
weitere Drehmomentverstärkung zur Folge.
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Die Steigerung der Hilfsphasen- bzw. der Kondensatorspannung beim
Hochlauf bringt den ursprünglichen Strom durch die Spule 3 zum Erliegen, so daß
sich die Kondensatorentladung über die Spule anbahnen kann.
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Bei dieser Betriebslage arbeiten die beiden Spulen der Drossel, die
nun beide von gleichläufigen Strömen durchflossen werden, weiterhin gleichlaufend,
nicht aber um eine nachhaltige Verstärkung auszuüben, sondern um dadurch jede Belastung
von der Hilfsphase fern zu halten, daß sie den Hilfsphasenstrom stark abgrenzen
und somit auch die Hilfsphasenspannung.
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In Fig. 2 ist die einphasige Asynchronmaschine mit einer in Dreieck
geschalteten Dreiphasenwicklung versehen. Die Wirkungsweise der Drossel entspricht
dabei dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Beispiel.