DE3411623A1 - Schaltungsanordnung zur speisung eines dreiphasigen induktionsmotors aus einem einphasennetz - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Speisung eines drei-
• phasigen Induktionsmotors aus einem Einphasennetz Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines dreiphasigen Induktionsmotors aus einem Einphasennetz gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik wie er beispielsweise aus dem AEG-Hilfsbuch "Handbuch der Elektrotechnik, 1967, S. 575, 576, insbes. Bilder 10/18 und 10/19, bekannt ist.
• Für zahlreiche elektrische Antriebe, z.B. für Ventilatoren, Pumpen für Küh1- o-der Isoliermedien, Kompressoren, Vakuumpumpen, Schmiermittelpumpen, werden oft Dreiphasenasynchronmotoren mit Kurzschlussanker eingesetzt. Diese Motoren zeichnen sich bekanntlich aus durch einfachen Aufbau, anspruchlose Wartung, niedrigen Anschaffungspreis.
• Die aus dem genannten Buch bekannte, meist verwendete Schaltung zum Betrieb eines Dreiphasenmotors aus einem Einphasennetz ist die mit einem Betriebskondensator und eventuell einem zusätzlichen Anlasskondensator (8ild 10/18).
• Nachteilig ist dabei, das-s- die Leistung des derart einphasig gespeisten Dreiphasenmotors reduziert werden muss (auf ca. 60 ... 80 °ó). Darüber hinaus dürften in der Regel nur Asynchronläufer mit stromverdrängungsfrei em Einfachkäfig oder mit Drahtwicklung verwendet werden.
• Ebenfalls aus diesem Buch bekannt sind Einphasenasynchronmotoren mit Haupt- und Hilfsphase, wobei die Hilfsphase über einen Kondensator, einen Widerstand oder eine Drossel gespeist wird und nach dem Hochlauf dieser Hilfskreis abgeschaltet wird (Bild 10/19).
• Aus dem Buch von Bödefeld/Sequenz "Elektrische Maschinen" Springer-Verlag 1971, S. 308, 309 ist ferner eine Schaltung eines dreiphasigen Induktionsmotors als einphasigen Kondensatormotor an einem Einphasennetz mit einem Spartransformator bekannt. Für eine bestimmte Belastung muss durch den Spartransformator eine Zusatzspannung aufgebracht werden, die zusammen mit dem Spannungsverlust am Kondensator einen symmetrischen Betrieb ermöglicht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines dreiphasigen Induktionsmotors aus einem Einphasennetz zu schaffen, der bei minimalem Schaltungsaufwand eine höhere Ausnützung des Motors ermöglicht.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Die Erfindung -sie ist sowohl für Induktionsmotoren in Stern- als auch Dreieckschaltung geeignet - bietet den Vorteil, normale dreiphasige Induktionsmctoren einsetzen iu können und diese höher ausnützen z-u können als Motoren mit nur einem Kondensator. Als weiterer Vorteil ist der günstige Leistungsfaktor. (cos fll > 0,9 ... 0,95) in der einphasigen Zuleitung zu erwähnen.
• Für eine bestimmte Last am Motor, z.B. der normalen Betriebslast und einer bestimmten Spannung, z.B. Nennspannung, kann die LC-Schaltung derart dimensioniert werden, dass an den Motorklemmen ein praktisch symmetrisches Dreiphasensystem entsteht.
• Für den Anlauf kann, falls erforderlich, in bekannter Weise ein zusätzlicher Anlasskondensator verwendet werden.
• Für Motoren mit mehr als einer Drehzahl, z.B. polumschaltbare Motoren, können separate LC-Schaltelemente für jede Drehzahl vorgesehen werden.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
• In dieser zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem dreiphasigen Asynchronmotor in Dreieckschaltung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem dreiphasigen Asynchronmotor in Sternschaltung.
• In Fig. 1 ist ein dreiphasiger Asynchronmotor M mit den Phasenwicklungen 1, 2, 3 in Dreieckschaltung an ein Einphasennetz N mit den Netzleitungen 4 und 5 über einen Schütz SH verbunden. Die Phasenwicklungen 1, 2, 3 sind an Klemmen U, V, W geführt. Zwischen Klemme U und V liegt ein Betriebskondensator C. Zwischen Klemme U und W eine Drossel L. Ein weiterer Schütz SA ermöglicht es, einen Anlaufkondensator CA während des Motoranlaufes zwischen die Klemme U und die Netzleitung 4 einzuschalten.
• Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2, in welcher gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den selben Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich- von Fig. 1 lediglich in der Schaltung der Phasenwicklungen 1, 2, 3 als Sternschaltung. Die restliche Schaltung stimmt hingegen überein.
• Sowohl bei Dreieck- als au-ch bei Sternschaltung des Asynchronmotors M wird mit der erfindungsgemässen LC-Beschaltung eine weitgehende Symmetrierung von Phasenströmen und -spannungen erzielt, die sich bis auf wenige Pozent den Werten nähert, wie sie sonst nur mit dem Betrieb an einem (echten) Dreiphasennetz realisieren lassen.
• Dies gilt unter der eigentlich selbstverständlichen Voraussetzung, dass die Kenngrössen der LC-Beschaltung auf die Nennspannung und die Betriebslast (weniger die Nennlast) hin dimensioniert ist, Voraussetzungen die generell für Schaltungen der erfindungsgemässen Gattung gelten.
• Anhand von zwei Asynchronmotoren unterschiedlicher Nennleistung/Drehzahl sollen nachstehend Anhaltswerte für die Dimensionierung der LC-Beschaltung und die mit dieser erzielbare Symmetrierung erlä-utert werden.
• 8 e i s p i e 1 1 Der erste Motor wies folgende Nenndaten auf: Nennleistung P = 4,7 PS (= 3,46 kW) Nennspannung U = 380 Volt, 50 Hz Nennstrom IN 7,2 A Nenndrehzahl n = 2850 min Die Messungen an einem dreiphasigen Netz mit einem Lüfter als Last ergaben: Leistungsaufnahme P = 3,753 kW Betriebsspannung U = 380 Volt, 50 Hz Phasenstrom Imot = 6,54 ... 6,62 A (+ 0,6 %) Leistungsfaktor cos# = 0,867 Drehzahl n = 2891 min-1 Hochlaufzeit inkl. Lüfter tH t 6 sec Beim Betrieb an einem einphasigen Netz mit gleicher Last (Lüfter) und mit der erfindungsgemässen LC-Beschaltung (Kapazität des Kondensators C = 65 pF, Induktivität der Drossel L = 312 mH) führte zu folgenden Messergebnissen: Leistungsaufnahme (d. Motors) P = 3,76 kW Netzspannung (d. Einphasennetzes) U1 = 380,5 Volt, 50 Hz Strom durch den Kondensator C IC = 7,74 A Spannung am Kondensator C Jc = 375 Volt Strom durch die Drossel L IL = 3,87 A Spannung an der Drossel L UL = 379,5 Volt Phasenströme IMot = 6,28 . 6,87 A Leistungsfaktor cos#1= 0,983 (P1 = 3,95 kW) Drehzahl n = 2894 min Hochlaufzeit mit Lüfter tH # 40 sec mit Anlasskondensator CA Kapazität 80 . . 200 rF tA 20 . . . 10 sec Beispiel 2 Der zweite Motor wies folgende Nenndaten auf: Nennleistung P = 30 kW Nennspannung U = 380 Volt, 50 Hz Nennstrom IN = 59 A Leistungsfaktor cos = 0,85 Nenndrehzahl n = 1465 min-1 Die Messungen an einem dreiphasigen Netz mit einem fremderregten Gleichstromgenerator mit Widerstandslast als Last ergaben Leistungsaufnahme P = 27,24 kW Betriebsspannung U = 381 Volt, 50 Hz Phasenstrom Imot = 51,8 . . . 52,7 A (+ 0,9 %) Leistungsfaktor cos# 0,791 -1 Drehzahl n = 1480 min 1 Hochlaufzeit inkl. Last tH H 1 sec Beim Betrieb an einem einphasigen Netz mit gleicher Last (fremderregter Gleichstromgenerator mit Widerstandslast) und mit der erfindungsgemässen LC-Beschaltung (Kapazität des Kondensators C = 512 µF, Induktivität der Drossel L = 52,5 mH) führte zu folgenden Messergebnissen: Leistungsaufnahme (d. Motors) P = 27,45 kW Netzspannung (d. Einphasennetzes) U1 = 380 Volt, 50 Hz Strom durch den Kondensator C 1C = 62,4 A Spannung am Kondensator C Uc = 380 Volt Strom durch die Drossel L 1 L = 23,35 A Spannung an der Drossel L L = 385 Volt Phasenströme 1Mot = . . 54,3 A (+ 4,2 °ó) Leistungsfaktor cos#1= 0,983 (P1 = 28,8 kW) Drehzahl n = 1475 min Hochlaufzeit mit vorerwähnter Last und mit Anlasskondensator CA Kapazität 1300 . . . 2400 pF tA t7 * 1. sec Beide Beispiele zeigen auf eindrückliche Weise die Symmetrierung der Spannungen an den Motorwicklungen bzw.
• der Phasenströme; die nur um wenige Prozente voneinander abweichen. Die Verluste in der Drossel L liegen dabei im Beispiel 1 bei ca. 4 ... 5 ,°Ó der Motorleistung.
• Mit der in Fig. 1 dargestellten Anlaufschaltung erhöhen sich die Hochlaufzeiten gegenüber der echten Dreiphasenspeisung nur unwesentlich.
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Claims (4)

1. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines dreiphasigen Induktionsmotors (M) mit an Klemmen (U, V, W) herausgeführten Phasenwicklungen (1, 2, 3), wobei die erste (V) und die zweite Klemme (W) unmittelbar an das Einphasennetz (N) angeschlossen sind und die dritte Klemme (U) über einen Kondensator (C) an eine der beiden Netzleitungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die zweite (W) und dritte Klemme (U) eine Drossel (L) geschaltet ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Dreieckschaltung des Induktionsmotors (M) eine Phasenwicklung (1) unmittelbar an die beiden Leitungen (4, 5) des Einphasennetzes (N), der Verbindungspunkt (U) der beiden anderen Phasenwicklungen (2, 3) über den Kondensator (C) mit der einen Netzleitung (4) angeschlossen sind und dass die Drossel zwischen den genannten Verbindungspunkt (U) und den Verbindungspunkt von erster (1) und dritter Phasenwicklung (3) geschaltet ist (Fig. 1).
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Sternschaltung des Induktionsmotors (M) die freien Enden (V, W) der ersten (1) und der zweiten Phasenwicklung (2) unmittelbar an die beiden Netzleitungen (4, 5), das freie Ende (U) der dritten Phasenwicklung (3) über den Kondensator (C) mit einer Netzleitung (4) verbunden sind und dass das freie Ende (U) der dritten Phasenwicklung (3) über die Drossel (L) mit der zweiten Netzleitung (5) und damit dem freien Ende (W) der zweiten Phasenwicklung (2) verbunden ist (Fig. 2).
4. 4. Schaltungsanordnung nach ei-nem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlaufkondensator (CA) über einen Anlaufschalter (SA) zwischen die erste Netzleitung (4) und die genannte dritte Klemme (U) des Induktioi.smo.tors (M) schaltbar ist.