DE3633938C2

DE3633938C2 -

Info

Publication number: DE3633938C2
Application number: DE19863633938
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl.-Ing. Witthohn; Siegfried Dipl.-Ing. 2900 Oldenburg De Tillner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: FHP Motors GmbH
Priority date: 1986-10-04
Filing date: 1986-10-04
Publication date: 1992-01-23
Also published as: DE3633938A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphaseninduktionsmotor mit Kondensatorhilfsphase.The invention relates to a single-phase induction motor with a capacitor auxiliary phase.

Solche Motoren sind allgemein bekannt aus Bödefeld, Th. und Sequenz, H. "Elektrische Maschinen", Wien 1962, Seiten 138-140, 161 und 234, vergleiche insbesondere Seiten 138-140, 161 und 234 ist es bekannt, daß bei einer elektrischen Maschine dann ein Kreisdrehfeld entsteht, wenn ein gegenläufiges Drehfeld verschwindet, wenn also gewisse Oberwellen nicht auftreten, entstehen keine "Rüttelkräfte", welche Ursachen für Geräusche sind. Hinweise, wie entsprechend Einphaseninduktionsmotoren zu bemessen sind, sind dort aber nicht gegeben.Such motors are generally known from Bödefeld, Th. And Sequence, H. "Electrical Machines", Vienna 1962, pages 138-140, 161 and 234, compare in particular pages 138-140, 161 and 234 it is known that in an electrical machine then a circular rotating field arises if an opposing rotating field disappears, if certain Harmonics do not occur, there are no "shaking forces", what causes noise. However, there are no indications of how to dimension single-induction motors.

Um bei Einphaseninduktionsmotoren mit Kondensatorhilfsphase das ein Bremsmoment und zusätzliche Läuferverluste hervorrufende Gegenfeld zu eliminieren, muß bekanntlich die Gegenkomponente des Stromes verschwinden.This is a braking torque for single-phase induction motors with capacitor auxiliary phase and to eliminate additional opposing field causing rotor losses, as is well known, the counter component of the current must disappear.

Ausgehend von der Beziehung für die Gegenkomponente des Stromes I_ha in der HauptphaseBased on the relationship for the counter component of the current I _ha in the main phase

wobei, wie aus Fig. 1 in Verbindung mit den bekannten Ersatzschaltbildern von Kondensatormotoren nachvollziehbar ist, U die Klemmspannung, Z_hi⁺ der Scheinwiderstand für die Mitkomponente des Stromes durch die Hilfswicklung, Z_hi ^- der Scheinwiderstand für die Gegenkomponente dieses Stromes und Z_ha⁺ und Z_ha ^- die Scheinwiderstände für die Mit- und Gegenkomponente der die Hauptwicklung durchfließenden Ströme sind und k das Verhältnis der Ströme (Übersetzung) ist, ergibt sich, daß die Gegenkomponente Î_ha ^- gleich Null wird, wenn der Zähler _hi⁺+j k _ha⁺=0 wird.where, as can be seen from Fig. 1 in connection with the known equivalent circuit diagrams of capacitor motors, U the clamping voltage, Z _hi ⁺ the impedance for the co-component of the current through the auxiliary winding, Z _hi ^- the impedance for the counter component of this current and Z _ha ⁺ and Z _ha ^- the impedances for the co-component and counter-component of the currents flowing through the main winding and k is the ratio of the currents (translation), it follows that the counter-component Î _ha ^- becomes zero if the counter _hi ⁺ + jk _ha ⁺ = 0.

Durch Nullsetzen des reellen und imaginären Teils dieses Ausdrucks ergibt sich für das Übersetzungsverhältnis k und den Widerstand des Kondensators:By zeroing the real and imaginary part of this expression we get for the transmission ratio k and the resistance of the capacitor:

Dabei bedeuten:Mean:

X_ha⁺ den induktiven Ersatzwiderstand für die Mitkomponente des durch die Hauptwicklung fließenden Stroms
R_ha⁺ den Ersatzwiderstand des Induktionsmotors für die Mitkomponente des Stroms, der durch die Hauptphasenwicklung fließt.X _ha ⁺ the inductive equivalent resistance of the positive sequence component of the current flowing through the main winding current
R _ha ⁺ flowing the equivalent resistance of the induction motor for the positive sequence component of the current through the main phase winding.

Die Werte X_ha⁺ und R_ha⁺ sind vom Schlupf und von der Belastung des Motors abhängig, so daß ein Kreisdrehfeld bei einer gegebenen Kapazität des Kondensators nur für einen bestimmten Belastungspunkt oder auch für einen bestimmten Schlupf im Motor erzielbar ist. Bei anderen Belastungen ergibt sich stets ein elliptisches Drehfeld.The values X _ha ⁺ and R _ha ⁺ are dependent on the slip and the load on the motor, so that a rotating field at a given capacitance of the capacitor can only be achieved for a specific load point or also for a specific slip in the motor. With other loads there is always an elliptical rotating field.

Einphaseninduktionsmotoren mit Kondensatorhilfsphase werden daher üblicherweise so ausgelegt, daß das Kreisdrehfeld beim häufigsten Arbeitspunkt des Motors auftritt, also bei einer Belastung, die etwa das 0,8fache der Nennleistung beträgt.Single-phase induction motors with capacitor auxiliary phase are therefore common designed so that the rotating field at the most frequent working point of the engine occurs, i.e. with a load that approximately is 0.8 times the nominal power.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Vergleich mit Einphaseninduktionsmotoren mit Kondensatorhilfsphase nach bisheriger Auslegung geräuschärmeren Kondensatormotor zu schaffen, der zugleich hinsichtlich der Verluste minimiert ist.The present invention has for its object a Comparison with single-phase induction motors with capacitor auxiliary phase according to the previous design, the low-noise capacitor motor create that is minimized in terms of losses.

Eine Lösung dieser Aufgabe ist im einzigen Anspruch angegeben.A solution to this problem is given in the only claim.

Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Verlauf des Drehmomentes M in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und für drei verschiedene Läuferwiderstände. Dabei ergibt sich bei einem zu kleinen Widerstand R₂′ der gestrichelt angedeutete Kurvenverlauf (Kurve 1), bei einem nach der Erfindung optimierten Widerstand R₂′′ die ausgezogene Kennlinie (Kurve 2) und bei zu großem Läuferwiderstand R′′′ der strichpunktierte Drehmomentenverlauf (Kurve 3). Das Nennmoment Mn ist durch die waagerecht gestrichelte Linie charakterisiert und Ma kennzeichnet das Anlaufmoment. Fig. 2 shows the basic course of the torque M depending on the engine speed and for three different rotor resistances. This results in a too small resistance R ₂ 'the dashed curve (curve 1), in an optimized resistor R ₂ ''according to the invention the solid curve (curve 2) and in the case of excessive rotor resistance R''' the dash-dotted torque curve (Curve 3). The nominal torque Mn is characterized by the horizontal dashed line and Ma denotes the starting torque.

Bei einem zu kleinen Läuferwiderstand entsprechend R₂′steigen die Eisenverluste stark an, bei einem zu großen Widerstand gemäß R₂′′′ nehmen die Stromwärmeverluste im Läufer stark zu.If the rotor resistance according to R ₂ 'is too small, the iron losses increase sharply, if the resistance according to R ₂ ''' is too high, the heat losses in the rotor increase sharply.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Auslegung eines Einphaseninduktionsmotors mit Kondensatorhilfsphase bei ausreichendem Anlaufmoment das Motorgeräusch beträchtlich vermindert werden konnte (Verminderung der Amplitude der 100-Hz-Magnetostriktion) und daß des weiteren die Eisen- und Stromwärmeverluste durch geeignete Wahl des Läuferwiderstands R₂ auf einen Mindestwert reduziert werden konnten. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, liegt hier der maximale Gradient G=ΔM/Δn der sich bei optimalem Läuferwiderstand R₂′′ (Kurve 2) ergebenden Drehmomentenkennlinie im Drehzahlbereich bis zum Kippmonent zwischen den Werten der maximalen Gradienten der Kurve 1 und der Gradientenwerten gemäß der Kurve 3. Beim Ausführungsbeispiel liegt der Gradient gemäß Kurve 2 im Bereich zwischen 0,15 und 0,3 Ncm/min^-1.It has surprisingly been found that by designing a single-phase induction motor with capacitor auxiliary phase according to the invention, the motor noise could be considerably reduced with a sufficient starting torque (reduction in the amplitude of the 100 Hz magnetostriction) and that, furthermore, the iron and current heat losses through a suitable choice of the rotor resistance R ₂ could be reduced to a minimum value. As can be seen from Fig. 2, here is the maximum gradient G = ΔM / Δn of the resulting torque characteristic curve with optimum rotor resistance R₂ '' (curve 2) in the speed range up to the tilting moment between the values of the maximum gradients of curve 1 and the gradient values curve 3. In the exemplary embodiment, the gradient according to curve 2 is in the range between 0.15 and 0.3 Ncm / min ^-1 .

Mit einem nach der Erfindung konzipierten, für den Antrieb der Umwälzpumpe in einer Geschirrspülmaschine benutzten Kondensatormotor ist es aufgrund dessen geräuschärmeren Betriebsverhaltens möglich geworden, auf eine federnde und gedämpfte Aufhängung des Motors mittels Gummimuffen oder dgl. zu verzichten.With a designed according to the invention for driving the circulation pump capacitor motor used in a dishwasher it is possible due to its quieter operating behavior on a springy and damped suspension of the engine by means of rubber sleeves or the like.

Ein asymmetrisch bewickelter, nach der Erfindung ausgelegter Einphasenkondensatormotor mit einem Nennschlupf von S=0,10 , einem Verhältnis der ohmschen Widerstände der Haupt- und Hilfsphase R_1ha/R_1hi von 0,44, einem Verhältnis der Hauptinduktivitäten der Haupt- und Hilfswicklung X_1ha/X_1hi von 0,71, ferner mit einer Kapazität des Kondensators vonAn asymmetrically wound single-phase capacitor motor designed according to the invention with a nominal slip of S = 0.10, a ratio of the ohmic resistances of the main and auxiliary phase R _1ha / R _1hi of 0.44, a ratio of the main inductances of the main and auxiliary winding X _1ha / X _1hi of 0.71, further with a capacitance of the capacitor of

(ϕ_ha = Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung,
η = Wirkungsgrad, N_n=Nennleistung) und einer Übersetzung von(ϕ _ha = phase angle between current and voltage,
η = efficiency, N _n = nominal power) and a ratio of

ergab sich bei einer Spannung von U= 220 V, einer Frequenz von 50 Hz und mit einem Läuferwiderstandsverhältnis bezogen auf den Käfigring von R₂/X₂=0,077 ein ausreichendes Anlaufmoment und ein Verhältnis Anlaufmoment zu Nennmoment M_a/M_n von ca. 0,8. (Z_ha und Z_hi ist die Anzahl der in Reihe geschalteten Haupt- und Hilfsphasenwindungen, ξ_ha und ξ_hi sind die Wicklungsfaktoren der Haupt- und Hilfsphase).With a voltage of U = 220 V, a frequency of 50 Hz and a rotor resistance ratio based on the cage ring of R ₂ / X ₂ = 0.077, there was sufficient starting torque and a ratio of starting torque to nominal torque M _a / M _n of approx. 0 ,8th. (Z _ha and Z _hi is the number of main and auxiliary phase turns connected in series, ξ _ha and ξ _hi are the winding factors of the main and auxiliary phase).

Claims

Single-phase induction motor with capacitor auxiliary phase, characterized by such a design of the main winding, the auxiliary winding and the operating capacitor and the rotor resistance that the rotating field occurs at nominal voltage and nominal torque, the ratio of the ohmic resistances of the main and auxiliary phase being chosen to be smaller than the ratio of the main inductances of the Main and auxiliary winding and that the maximum gradient G _max = ΔM / Δn of the torque-speed characteristic in the speed range up to the breakdown torque is in the range between 0.15 and 0.3 Ncm / min ^-1 .