DE280052C - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/30—Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary electric devices influencing the characteristics of the motor or controlling the motor, e.g. with impedances or switches
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Description
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
Vr 280052 KLASSE 21 d. GRUPPE
FRANZ HONSU in PRAG.
In der Reihe der verschiedenen Ausführungen von asynchronen Induktionsmotoren steht der
Motor mit Kurzschlußanker durch seine Qualität auf der ersteh Stelle. Elektrisch weist er
den höchsten Wirkungsgrad und den höchsten Leistungsfaktor auf, seine Konstruktion ist die
einfachste und von großer mechanischer Widerstandsfähigkeit
; durch seine solide Ausführung und die geringen Herstellungs- und Bedienungskosten
übertrifft er alle übrigen Ausführungen. Der allgemeinen Einführung der Kurzschlußmotoren
stehen aber die ungünstigen Anlaufverhältnisse im Wege, auch für die Tourenregulierung
sind sie nicht geeignet. Nur aus
*5 diesen Gründen haben die Induktionsmotoren mit Phasenanker, d. h. mit Phasenwicklung, des
Läufers, der mit Schleifringen versehen ist, die Kurzschlußmotoren verdrängt, obwohl sie die
angeführten Vorzüge der letzteren nie erreichen können. Bei dem Phasenanker wird zwecks
Anlaufs und der Tourenregulierung in den Anker Ohmscher Widerstand eingeschaltet, welcher
während des normalen Betriebes kurzgeschlossen bleibt. Der Anker erhält deshalb Schleifringe,
Bürsten, Kurzschluß- und Bürstenabbebevorrichtung, dazu oft noch die Vorrichtung für
zwangläufige Verbindung dieser Apparate mit dem Statorschalter. Die Ausführung des Motors
wird dadurch weit komplizierter, teuerer und die Bedienung umständlicher. Zweck der vor-35
liegenden Erfindung ist, eine Methode anzugeben, mittels welcher bei den Motoren mit
Kurzschlußanker die günstigen Anlaufverhältnisse bzw. eine geringe Stromstärke bei hohem
Anlaufsdrehmoment und eine einfache Tourenregulierung zu erzielen und dadurch bei Motoren
mit Phasenanker die Ausführung wesentlich zu vereinfachen ist. Im Gegensatz zu den üblichen
Anlaß- und Tourenregulierungsmethoden werden sämtliche Umschaltungen und Regulierung
bei die.ser Methode nicht am Anker sondern nur am Ständer vorgenommen, so daß der Anker
nur eine Mehrphasenkurzschlußwicklung trägt.
Als Beispiel für die Erläuterung ist im Vorliegenden ein vierpoliger Motor mit mehrphasigem
Kurzschlußanker für Dreiphasenstrom gewählt.
In Fig. ι trägt der Ständer S die vierpolige
Wicklung, welche aus sechs Spulen besteht und in zwei gleiche dreiphasige Teile W1, W% zerfällt.
In normalem Betrieb sind die beiden Teile parallel nach den bekannten Regeln des Drehstroms
geschaltet. Die Phasen sind bei W1 mit I, II, III bezeichnet. Bei der Wicklung W2 ist
der Anfang Ia, Ha, IIIaundEndele, He, HIe
jeder Phase ausgeführt und kann zu dem Teile W1
zugeschaltet werden.
Der Anker oder Läufer L trägt eine Mehrphasenkurzschlußwicklung,
welche aus zwölf Stäben besteht und in Fig. 1 und 2 mit den
Ziffern ι bis 12 bezeichnet ist. Fig. 2 stellt die
Ankerwicklung in eine Ebene aufgerollt dar. Einzelne Stäbe, welche um eine Polteilung versetzt
sind, werden in Wellenform hintereinandergeschaltet und jede Phase zu einem Stromkreis
in sich kurzgeschlossen. Im gewählten Falle sind drei Phasen zu je vier Stäben in einem Stromkreise
gezeichnet. Im übrigen entsprechen wie die Läufer so auch die Ständerwicklung den für
Drehstrom üblichen Wicklungen. An Spannung gelegt, erzeugt die Ständerwicklung W1, W2 in
der Betriebsschaltung ein Drehfeld von vier Polen, welche in der Läuferwicklung L elektromotorische
Kräfte induzieren und Strom erzeugen; die Arbeitsweise des Motors ist ganz
normal. Für die Anlaufschaltung sind folgende Anordnungen zu treffen:
i. Der Wicklungsteil W2 bleibt abgeschaltet
und offen und der Wicklungsteil W1 nur allein auf das Netz angeschlossen. Da die Wicklung W1
drei Spulen besitzt, erzeugt sie ein magnetisches Drehfeld von zwei Polen, welche die eine Stator-
und Rotorhälfte einnehmen und in dem in diesem Felde liegenden Teil der Läuferwicklung
L1 elektromotorische Kräfte und Strom induzieren, welcher die ganze Läuferwicklung
L1, L2 durchfließen muß. Der zweite Teil der
Läuferwicklung erzeugt, vom Strom durchflossen, in der zweiten Stator- und Rotorhälfte
ein magnetisches Drehfeld von zwei Polen. Der Teil L2 wirkt also als ein induktiver Widerstand,
welcher in die Läuferwicklung L1 eingeschaltet ist. Bezüglich des Anlaufs verhält sich diese
Motorschaltung wie ein Motor von halber Leistung, dessen Läufer die doppelte Reaktanz
und den doppelten Ohmschen Widerstand besitzt. Der Anlauf strom beträgt etwa 1J4 des
Kurzschlußstromes. Das Drehmoment ist bekanntlich der auf den Läufer übertragenen elekirischen
Leistung direkt proportional. In dieser Schaltung wird auf den Läufer nicht nur die
Leistung, welche dem Verlust im Kupfer des Läufers entspricht, sondern auch die Leistung
zur Deckung der Eisenverlüste des ganzen Rotors übertragen. Das Drehmoment nimmt
also bedeutend zu und genügt für manche Fälle vollkommen zum Anlassen des Motors.
Das Drehmoment läßt sich noch weiter vergrößern, wenn die einzelnen der als Phasenwicklung
ausgebildeten Windungen des Läufers gemäß Fig. .2 durch Ohmsche Widerstände R
kurzgeschlossen werden. In dieser Schaltung induziert die Wicklung PF1 elektromotorische
Kraft in den Stäben 1 bis 6, der erzeugte Strom schließt sich über die übrigen Stäbe 6 bis 12 und
auch über die Widerstände R. Durch Dimensionierung der Widerstände R läßt sich das
Drehmoment bis auf ein Maximum bringen, so daß der Motor in dieser Schaltung mit VoIllast
anlaufen kann. Die Stromstärke reguliert sich dabei vollkommen selbsttätig nach der
Schlüpfung. In "der Betriebsschaltung erhöhen die Widerstände R den Wirkungsgrad und die
Leistungsfähigkeit des Motors, da sie mit den Stäben eine Käfigwicklung bilden und den
Gesamtwiderstarid des Läufers bedeutend erniedrigen.
2. Wie die Wicklung W1 kann auch die Wicklung
W2 ein selbständiges magnetisches Feld erzeugen, auch in dem Falle, daß beide Wick-■lungen
W1, W2 gleichzeitig eingeschaltet werden.
Der Drehstrommotor bildet bekanntlich eine Analogie des Transformators, und die beiden
Wicklungen W1, W2 lassen sich als die Primärwicklungen
zweier parallel geschalteter Transformatoren auffassen, deren sekundäre Wick- 1
lungen stets zu einem Stromkreis geschlossen sind. Diese Analogie ist in Fig. 3 für nur eine
Phase aufgezeichnet. Die Motorwicklung W1 mit dem zugehörigen Läuferteil L1 bildet einen
Transformator, die Wicklung W2 mit dem Läuferteil L2 den zweiten parallel geschalteten
Transformator. Die Sekundärwicklung L1, L2
ist stets geschlossen, auch der Widerstand R ist eingezeichnet. U ist ein Umschalter zur
Änderung der Stromrichtung in dem Teile W2, L2,
α sind Anzapfungen der Wicklung W2, D ist
eine regulierbare Drosselspule oder ein Induktionsregler. Wenn beide Wicklungen W1, W2 eingeschaltet
sind, werden in der Wicklung L1, L2
elektromotorische Kräfte induziert, welche sich im Stromkreise L-,, L2 addieren und den vollen
Kurzschlußstrom erzeugen, oder, wenn die Stromrichtung im Teile FF2 umgekehrt wird,
sich subtrahieren, wenn der Fall des Ankers ohne den Widerstands? betrachtet wird. Sind die elektromotorischen
Kräfte der Wicklungen L1, L2 gleich groß, bleibt der Stromkreis L1, L2 stromlos
; wird jedoch diese elektrische Gleichheit durch Einschaltung einer Drosselspule oder
eines Induktionsreglers D oder durch Anschluß einer anderen Anzapfung bei α zerstört, so entsteht
im Kreise L1, L2 ein Strom, welcher der
Differenz der elektromotorischen Kräfte entspricht und in der Wicklung L1, L2 Ohmschen
Leistungsverlust verursacht. Es werden also beide Wicklungen W1, W2 eingeschaltet, jedoch
lassen sich bei der Wicklung PF2 Anfang und Ende
jeder Phase vertauschen; beide Felder der Wicklungen
W1; PF2 induzieren in der Läuferwicklung
elektromotorische Kräfte, welche sich subtrahieren und ihre Differenz einen Ausgleichstrom
im Läufer erzeugt, so daß die Ohmschen Verluste dieses Stromes ein proportionales Drehmoment
hervorrufen. Durch Regulierung des Ausgleichstromes mittels der Anzapfungen, der
Drosselspule oder des Induktionsreglers wird gleichzeitig auch das Drehmoment reguliert.
Von großer Bedeutung ist der Umstand, daß dieser Ausgleichstrom nur die Ständer- und
Läuferwicklung, nicht aber das Netz belastet. Eine ähnliche Regulierung erzielt man, wenn
die elektromotorische Kraft bzw. das magnetische Feld der Wicklung W2 zeitlich oder räumlich
gegenüber dem Feld der Wicklung FF1 verschoben wird. Wie schon erwähnt, gibt die Vertauschung
von Anfang mit Ende jeder Phase eine Verschiebung von 180 elektrischen Graden.
Eine Verschiebung von 120 elektrischen Graden erzielt man bei Dreiphasenstrom, wenn die Zuleitung
I (Fig. 1) der Wicklung FF1 an die Spule Ha, II an IIIa und III an Ia gelegt wird.
Durch Kombination der beiden ersteren ergibt sich eine Verschiebung von 180 — 120 = 60 elektrischen
Graden und Sternschaltung der Wicklung W1 und Dreieckschaltung von W2 eine Ver-Schiebung
von 30 elektrischen Graden. Wird noch die Serienschaltung von W1 und W2 angewendet,
bietet sich die Möglichkeit, den Motor durch Umschaltung von sechs Ausführungen
in elf Stufen anlaufen zu lassen. Die Kurzschlußströme der einzelnen Stufen verhalten sich wie
100: 86: 77: 58: 50: 43: 29:28:25:21:10, wobei
100 den normalen Kurzschlußstrom darstellt. Wird bei jeder Phase eine Anzapfung ausgeführt,
so ergeben sich durch Umschaltung der dann vorhandenen zwölf Ausführungen 24 Stufen, also eine feinstufige, für die größten
Motoren ausreichende Regulierung. ; Wenn bei
der Schaltung nach 2. ein Anker mit den Kurzschlußwiderständen R angewendet wird, sind
die Anlaufsverhältnisse noch günstiger und die Regulierung im wesentlichen dieselbe, nur die
Reihenfolge der einzelnen Stufen ist zu ändern. In der analogischen Darstellung in Fig. 3 sind
die beiden Wicklungsteile L1, L2 stets über den
Widerstand. R geschlossen, so daß beide Teile L, L2 auf den Widerstand parallel arbeiten.
Dieser Fall ist für den Motor in Fig. 2 näher gezeichnet. Die Wicklung W1 erzeugt ein Feld mit
den Polen N1, S1, die Wicklung W2, da die
Stromrichtung die umgekehrte bzw. um 180 elek-' trische Grade gedreht ist, ein Feld mit den Polen
S2, N2, so daß die Fig. 2 die momentane Lage
der Pole gegenüber der Läuferwicklung L, L,„
darstellt. Der Strom, dessen Richtung durch Pfeile eingezeichnet ist, kann nur auf dem Wege
über die Widerstände R fließen. Durch Dimensionierung des Widerstandes R läßt sich also
eine beliebige Stromstärke und ein beliebiges Drehmoment einstellen. Entsprechend der
früher beschriebenen Regulierung wird dabei erzielt, daß sich der Strom teilweise über die
Widerstände R und teilweise über die beiden Wicklungshälften derart schließt, als ob der
Gesamtwiderstand des Läufers abgenommen hätte. Aus dem Angegebenen ergeben sich also
folgende Anlauf schaltungen : 1. Einschaltung nur der Wicklung W1, der Anker ist normal
oder mit den Kurzschlußwiderständen R ausgerüstet ; diese Methode ist vollkommen selbstregulierend.
2. Einschaltung der beiden Wicklungen W1, W2, der Anker ist normal öder mit dem
Kurzschiußwiderstand R versehen ; Regulierung durch Drosselspule, Induktionsregler oder Anzapfungen
der Wicklung Wn.
Beim praktischen Gebrauch dieser Anlaufschaltungen ist die Wahl den näheren Verhältnissen
anzupassen. Für die Fälle, wo die zulässige Stromstärke ziemlich eng begrenzt ist
und hohes Anlaufmoment verlangt wird, eignet sich der Anker mit den Kurzschlußwiderständen
R am besten; dasselbe gilt auch für die Tourenregulierung. Die Schaltungen mit normalem
Anker sind mehr auf die größere Stromstärke angewiesen.
Aus den Erläuterungen an dem vierpoligen Motor ist die Anordnung für andere Polzahlen
ohne weiteres verständlich, da bei Drehstrom die zwei Gruppen W1, W2 zu je drei Spulen mit
ihren zweipoligen Feldern ein Element bilden. Bei mehrpoligen Motoren besteht die Wicklung
W1 und W2 aus mehreren Gruppen von
drei Spulen; es ist auch nicht nötig, daß beide Wicklungen FF1, FF2 dieselbe Gruppenzahl bzw.
Spulenzahl besitzen, auch bei der Schaltung nach 2. kann neben der Wicklung FF1, FF2 ein
Teil der Ständerwicklung unangeschlossen bleiben und so die Kombination der beiden Schaltungen
gebildet werden. Bei Motoren mit hoher Polzahl kann auf diese Weise eine weitere Abstufung
des Anlaufdrehmoments erzielt werden, indem die Einschaltung der ganzen Wicklung
in mehreren Stufen erfolgt. Die Verteilung der Gruppen der Wicklungen FF1, FF2 bei mehr als
zweipoligen Motoren kann derart erfolgen, daß FF1 in einer, FF2 in der zweiten Hälfte des
Motors angebracht ist, oder daß immer einer Gruppe der Wicklung FFreine Gruppe der Wicklung
FF2 folgt, so daß die beiden Wicklungen FF1, FF2 am Statorumfang gleichmäßig verteilt
sind.
Jede Ständerwicklung eignet sich für die beschriebene Anlaßmethode; dasselbe gilt auch
für jede als Mehrphasenkürzschlußwicklung ausgeführte Läuferwicklung; nur die reine
Käfigwicklung ist nicht geeignet, da der Läufer derart geschaltet werden muß, daß die von der
Ständerwicklung W1, W2 induzierten Läuferwindungen
in Serienschaltung sich befinden und die magnetischen Felder der Wicklungen FF1, W2
sich unabhängig voneinander ausbilden können. Diese in Serie geschalteten Läuferwindungen
oder Spulen werden beim Anker mit Kurzschlußwiderstand R durch diesen Widerstand
überbrückt, so daß der Widerstand die beiden Windungen oder Spulen kurzschließt.
Die Fig. 4und5 stellen die Schaltung der Kurzschlußwiderstände
R für dreiphasige Induktionsmotoren nach Fig. 1 dar. L1, L2 sind die Spulen
des Läufers, welche um die doppelte Polteilung versetzt und in Serie geschaltet sind. Der Widerstand
R ist derart geschaltet, daß er die beiden
Spulen gleichzeitig kurzschließt. Die Spulen sind dabei in Fig. 4 in Stern, in Fig. 5 in Dreieck
geschaltet. Der Läufer besitzt Serienschaltung, oder wenn er parallele Teile enthält, müssen
diese derartige Umfangbreite haben, daß sie sich in jeder Lauf er stellung stets im Felde der
Wicklung W1 und W2 gleichzeitig befinden. Im
übrigen richtet sich die Läuferschaltung nach dem Betriebszustand, also nach den bekannten
Regeln für Drehstrom.
Sind die Rotorwiderstände für Dauerbelastung
dimensioniert, so können die einzelnen Anlaßstufen auch für Tourenregulierung benutzt
werden. Die in den Widerständen zu vernichtende elektrische Energie ist dabei weit geringer
als bei den üblichen Tourenregulierungsmethoden, da die Umschaltregulierung nach- 2. auf
den Läufer derartige Wirkung ausübt, als wenn die dem Motor zugeführte Spannung verkleinert
würde. : Infolgedessen genügt es, dem Läufer weit geringere elektrische Leistung zu entnehmen,
um dieselbe Schlüpfung zu erzielen, wie in dem Falle, wo dem Motor die volle Spannung
zugeführt wird.
Die Erläuterungen für Drehstrom finden auch ihre analoge Anwendung bei Anlaufschaltung
für Motoren für Zweiphasen- oder Einphasenstrom. In beiden Fällen bilden die Spulen, welche
ein selbständiges magnetisches Feld erzeugen, eine Gruppe der Teilwicklung Wx oder W2. Die
weitere Ausführung der Schaltung ist nur eine Analogie der beschriebenen.
Claims (4)
- Patent-Ansprüche:i. Schaltung für Anlassen und Tourenregulierung von Jnduktionsmotoren mit mehreren Wicklungsteilen auf dem Ständer, dadurch gekennzeichnet, daß, indem beim Anlassen nur ein Teil der Ständerwicklung eingeschaltet wird, nur in einem Teil der als Mehrphasenkurzschlußwicklung ausgeführten Ankerwicklung elektromotorische Kräfte induziert werden, so daß der übrige Teil der Ankerwicklung als induktiver Widerstand auf den ersteren wirkt, zum Zwecke, die Einschaltstromstärke bei möglichst großem Drehmoment niedrig zu halten.
- 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem ersten Teil der Ständerwicklung ein zweiter Teil derselben parallel derart eingeschaltet wird, daß die erzeugten magnetischen Felder in ihrer Stärke mittels einer Drosselspule,. eines Induktionsreglers oder von Anzapfungen der zweiten Ständerwicklung derart reguliert werden, daß im Ständer und Läufer Ausgleichströme entstehen, die das Drehmoment des Motors erhöhen.
- 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Ständerwicklung parallel oder in Serie derart eingeschaltet werden,· daß die von ihnen erzeugten magnetischen Felder gegenüber der Ankerwicklung eine solche räumliche Lage einnehmen, oder zeitlich so hintereinander folgen, daß die von ihnen in der Ankerwicklung induzierten elektromotorischen Kräfte sich geometrisch addieren, zum Zwecke, die Anlaufstromstärke und das Drehmoment regulieren zu können.
- 4. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle um die doppelte Polteilung versetzten Windungen oder Spulen der als Phasenwicklung ausgeführten Läuferwicklung hintereinander in einen in sich stets geschlossenen Stromkreis eingeschaltet werden und jede Windung oder Spule durch einen Ohmschen Widerstand (R) kurzgeschlossen wird, zu dem Zwecke, die Anlaufstromstärke und das Drehmoment sowie die Tourenregulierung durch die Dimensionierung der Widerstände beliebig einstellen zu können.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0059245A1 (de) * | 1981-02-27 | 1982-09-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Teilwicklungsschaltung zum Anfahren von Drehstrommotoren |
EP0198292A2 (de) * | 1985-04-01 | 1986-10-22 | Huazhong Institute Of Technology | Ein Anlaufverfahren von Motoren mit Hilfe von harmonischen und elektrischen Motoren angefahren bei diesem Verfahren |
EP0205877A1 (de) * | 1985-05-22 | 1986-12-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Teilwicklungsschaltung zum Anfahren von Drehstrommotoren |
US5451854A (en) * | 1991-02-18 | 1995-09-19 | Kone Elevator Gmbh | Procedure for reducing the starting current of a squirrel-cage motor, and a squirrel-cage motor unit designed for implementing the procedure |
-
0
- DE DENDAT280052D patent/DE280052C/de active Active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0059245A1 (de) * | 1981-02-27 | 1982-09-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Teilwicklungsschaltung zum Anfahren von Drehstrommotoren |
EP0198292A2 (de) * | 1985-04-01 | 1986-10-22 | Huazhong Institute Of Technology | Ein Anlaufverfahren von Motoren mit Hilfe von harmonischen und elektrischen Motoren angefahren bei diesem Verfahren |
EP0198292A3 (de) * | 1985-04-01 | 1987-08-05 | Huazhong Institute Of Technology | Ein Anlaufverfahren von Motoren mit Hilfe von harmonischen und elektrischen Motoren angefahren bei diesem Verfahren |
EP0205877A1 (de) * | 1985-05-22 | 1986-12-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Teilwicklungsschaltung zum Anfahren von Drehstrommotoren |
US5451854A (en) * | 1991-02-18 | 1995-09-19 | Kone Elevator Gmbh | Procedure for reducing the starting current of a squirrel-cage motor, and a squirrel-cage motor unit designed for implementing the procedure |
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