DE415639C

DE415639C - Automatic rotor starter for AC motors

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Publication number: DE415639C
Application number: DES61135D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1925-06-30

Description

Selbsttätiger Rotoranlasser für Wechselstrommotoren. Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlaßvorrichtung für \@ echselstrommotoren mit Phasenanker. Im besonderen ist die Erfindung verwendbar zum Anlassen von Asynchronmotoren von beliebiger Phasenzahl und Leistung, wobei der Phasenanker eine oder mehrere M icklungen tragen kann, und zeichnet sich hierbei durch Einfachheit in der Konstruktion aus. Das Anlassen kann mittels eines gewöhnlichen Hebelschalters ohne Anlaßwiderstand vorgenommen werden. Der Anlasser verhindert automatisch, daß der Rotor zu schnell auf Touren kommt und daß infolgedessen unzulässig hohe Stromstöße entstehen. Ferner läßt sich in leichter Weise die Anlaßzeit und der Anlaßstrom mit Hilfe von Schrauben regeln.Automatic rotor starter for AC motors. The invention refers to a starting device for electric motors with phase armature. In particular, the invention is useful for starting asynchronous motors from Any number of phases and power, with the phase armature having one or more windings can carry, and is characterized by its simplicity in construction. Starting can be done by means of an ordinary lever switch without starting resistance be made. The starter automatically prevents the rotor from going too fast revs up and that as a result, inadmissibly high current surges occur. Further the starting time and the starting current can be easily adjusted with the aid of screws rules.

Der V irkungsgrad des Motors gegenüber solchen, die normale Anlaßwiderstände benutzen, ist verbessert. Die Wirkungsweise des Anlassers zeitigt den Vorteil, daß nur ein einziges Mal, eben nur beim Anlassen, ein geringer Stromstoß im Netz hervorgerufen wird, während für die gesamte Zeitdauer des eigentlichen Anlassens die Stromstärke ganz allmählich und ununterbrochen zum normalen M erte ansteigt, wie dies der Fall sein würde, wenn ein Widerstand mit unendlich' vielen Kontakten Anwendung finden würde. Der Anlasser ist dabei für jede Art von Wechselstrommotoren von beliebiger Phasenzahl anwendbar. Außer den erwähnten Vorteilen beim Anlassen besitzt die neue Vorrichtung noch Vorzüge hinsichtlich einer selbsttätigen Regelung bei Tourenabfall, indem in diesem Fall der Anlasser wie ein Maximalstromrelais arbeitet. Außerdem besteht diel Möglichkeit des Anlassens nur mit einem einfachen Hebelschalter, überhaupt ohne jede besondere Vorrichtung, so daß bei Fernschaltungen die Rückleitung nicht notwendig ist und daher fortfällt.The efficiency of the motor compared to those with normal starting resistances use is improved. The operation of the starter has the advantage that only once, just when starting, caused a small current surge in the network is, while for the entire duration of the actual starting the amperage very gradually and continuously rises to normal levels, as it does would be if a resistor with an infinite number of contacts were used would. The starter can be used for any type of AC motor Number of phases applicable. In addition to the mentioned advantages when starting, the new one has Device still has advantages in terms of automatic regulation in the event of trash waste, in that in this case the starter works like a maximum current relay. aside from that there is the possibility of starting only with a simple lever switch, at all without any special device, so that with remote switching the return line is not is necessary and therefore does not apply.

Erreicht werden alle diese Vorteile dadurch, daß der Anlasser gleichzeitig folgende Eigenschaften ausnutzt.All these advantages are achieved by having the starter at the same time exploits the following properties.

i. Die Zentrifugalkraft, die auf den Kurzschlußschalter einwirkt und denselben zum Schluß zubringen versucht.i. The centrifugal force acting on the short circuit switch and tried to bring the same to the end.

2. Eine der Zentrifugalkraft entgegenwirkende elektromagnetische Kraft, die den Schalter in der Offenstellung zu halten',rsucht*und dank der geeigneten Vereinigung beider Vorrichtungen mit wachsender Geschwindigkeit zu einer schrittweisen Abschaltung von Widerständen und deren Verkleinerung führt. Letzteres Ziel wird erreicht durch induktive und Ohmsche @@ iderstände eines Transformators mit einer in sich kurzgeschlossenen Sekundärwicklung und absichtlich schlechtem Hysteresisfeld und der beim Anlaufen sich ändernden Periodenzahl des Rotorstromes, wodurch die vorgenannten Transformatorwiderstände sich verändern und auch die elektromagnetische Anziehung, welche auf den Kurzschlußschalter wirksam ist, sich verändert, wobei dieser selbst zufolge der der Tourenzahl proportionalen Zentrifugalkraft die magnetische Permeabilität der 7: ransformatorsolenoide ändert.2. An electromagnetic force counteracting the centrifugal force, who want to keep the switch in the open position ', and thanks to the appropriate Unification of both devices with increasing speed into one step-by-step Shutdown of resistors and their reduction leads. The latter goal will achieved by inductive and ohmic resistances of a transformer with a short-circuited secondary winding and an intentionally bad hysteresis field and the number of periods of the rotor current, which changes during start-up, whereby the the aforementioned transformer resistances change and also the electromagnetic Attraction, which is effective on the short-circuit switch, changes, whereby This itself, due to the centrifugal force proportional to the number of revolutions, is magnetic Permeability of the 7: transformer solenoid changes.

Zwei beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung sind auf der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.Two example implementations of the invention are shown on the enclosed sheet Drawing reproduced.

Abb. i zeigt einen Anlasser in Rückansicht, Abb. 2 denselben in Schnitt nach Linie II-II der Abb. i und Abb. 3 die rechtsseitige Ansicht von Abb. 2. Eine etwas geänderte Ausführungsform ist in den Abb. 4. und s in teilweisen Schnitten nach Linien IV-IV und V-V wiedergegeben. Abb. 6 ist ein Schaltschema. Die Ausführung nach Abb. i bis 3 ist für Drehstrommotoren von geringer Leistung gedacht. Der Anlasser besteht aus einem gußeisernen Gehäuse a, welches gut leitend auf der Motorwelle b aufgesetzt ist. Das Gehäuse a besitzt die Form einer auf einer Seite offenen Trommel und trägt auf dem Rande c Kontaktschrauben d, die durch Zwischenlagen e aus Isolationsmaterial von dem Gehäuse a getrennt sind. Die Gußstücke i jeder der Schrauben d dienen als Kontaktflächen für Kontaktfedern f, welche an je einem bei g gelagerten Hebel h. befestigt sind. Die Drehpunkte g werden durch Schraubenbolzen k von der Bodenplatte der Trommel gehalten. Federn m drükken die Hebel la normalerweise zur Welle, wo die Hebel mit Hilfe verstellbarer Schrauben n auf einen Ring o aufruhen können. Zwischen Ringo und Gehäuse a sind zwei Spulen y und r' vorgesehen, denen gesonderte Stromleitungen s und s' zugeordnet sind.Fig. I shows a rear view of a starter, Fig. 2 shows the same in section along line II-II of Fig. I and Fig. 3 shows the right-hand view of Fig. 2. A slightly modified embodiment is shown in Figs partial sections along lines IV-IV and VV reproduced. Fig. 6 is a circuit diagram. The design according to Fig. I to 3 is intended for three-phase motors with low power. The starter consists of a cast iron housing a, which is placed on the motor shaft b with good conductivity. The housing a has the shape of a drum open on one side and carries on the edge c contact screws d which are separated from the housing a by intermediate layers e made of insulating material. The castings i of each of the screws d serve as contact surfaces for contact springs f, which are attached to a lever h mounted at g. are attached. The pivot points g are held by bolts k from the bottom plate of the drum. Springs m normally press the levers la towards the shaft, where the levers can rest on a ring o with the help of adjustable screws n. Two coils y and r 'are provided between ringo and housing a , to which separate power lines s and s' are assigned.

Die Schaltung des Anlassers ist folgende Der Rotor hat außer der üblichen Hauptwicklung noch eine Hilfswicklung. An die Schraubenbolzen d sind die Enden der wirksamen Dreiphasenwicklung des Motors angeschlossen, während die Anfänge dieser drei Wicklungen in Sternschaltung mit der Welle b verbunden sind. Die beiden Spulen v und y' bilden zusammen mit der Welle b eine Drosselspule und zusammen mit dem Ring o einen Transformator mit einer in sich kurzgeschlossenen sekundären Windung und bewirken, daß bei Stromdurchgang die Hebel lt wie von einem Elektromagneten angezogen werden. Die beiden Spulen sind z. B. aus zwei parallelen Drähten gewickelt, in Serie geschaltet und mit ihren Zuleitungen s-s' dauernd mit den Enden der Hilfsschaltung des Rotors verbunden, welche um go ° gegeneinander verschobene Phasen bilden.The circuit of the starter is as follows: In addition to the usual main winding, the rotor also has an auxiliary winding. The ends of the effective three-phase winding of the motor are connected to the screw bolts d, while the beginnings of these three windings are connected in a star connection to the shaft b. The two coils v and y 'together with the shaft b form a choke coil and together with the ring o a transformer with a short-circuited secondary winding and cause the lever lt to be attracted as by an electromagnet when the current passes through. The two coils are z. B. wound from two parallel wires, connected in series and with their leads ss' permanently connected to the ends of the auxiliary circuit of the rotor, which form phases shifted from one another by go °.

Die Wirkungsweise des Anlassers ist folgende Sobald in den Stator Strom geschickt wird. wird in der zweiphasigen Hilfswicklung des Rotors eine Wechselspannung induziert, welche über die Spulen y und y' für jede Phase für sich scheinbar kurzgeschlossen ist. Der Motor setzt sich infolgedessen in Bewegung, jedoch läuft er infolge der Ohmschen und induktiven Verluste in dem in sich kurzgeschlossenen Ring o, in dem schlechten Hysteresisfeld und in den Induktionsspulen nur langsam an. Hierbei bleiben die Hebel h elektromagnetisch angezogen auf dem Ring o ruhen. Die Anziehung ist hier%ei um so stärker, je mehr die Schrauben zz nach außen zurückgeschraubt sind. Bei wachsenden Umdrehungen beginnt auf die Hebel h eine Zentrifugalkraft zu wirken, die der elektromagnetischen Anziehung entgegengesetzt gerichtet ist und das Bestreben hat, die Hebel h gegen die Kontaktfläche i zu führen. Mit wachsenden Umdrehungen aber fällt gleichzeitig die Periodenzahl im Rotor ab, wodurch die M iderstände in den Induktionsspulen usw. kleiner werden. Der Strom dagegen steigt und bewirkt, daß die Umdrehungen immer schneller werden, bis bei etwa go bis 95 Prozent der normalen Tourenzahl die Zentrifugalkraft überwiegt und die Hebel 7z mit den Kontaktfedern f auf die Kontaktflächen i gebracht werden. Da die Luftspalte zwischen den Hebeln h und dem Ringe o sowie die Spannungen der Federn m verschieden gewählt werden können, läßt sich erreichen, daß die Hebel lz nacheinander die Kontakte i berühren, wodurch auch in den drei Phasen der Motorhauptwicklung ein dreistufiger Kurzschluß geschaffen wird. Dieser Kurzschluß verläuft vom Nullpunkt der Steuerschaltung durch die Motorwelle, den Körper a, den Hebel h, die Federn f, den Kontakt i, die Schraubend und die hieran angeschlossene Haupt-Rotorwicklung.The starter works as follows: As soon as current is sent to the stator. an alternating voltage is induced in the two-phase auxiliary winding of the rotor, which is apparently short-circuited via the coils y and y 'for each phase. As a result, the motor starts moving, but due to the ohmic and inductive losses in the short-circuited ring o, in the poor hysteresis field and in the induction coils, it only starts up slowly. Here, the levers h remain electromagnetically attracted to rest on the ring o. The attraction here is the stronger the more the screws are screwed back outwards. As the revolutions increase, a centrifugal force begins to act on the lever h, which is directed in the opposite direction to the electromagnetic attraction and tends to move the lever h against the contact surface i . With increasing revolutions, however, the number of periods in the rotor drops at the same time, which means that the resistance in the induction coils, etc., becomes smaller. The current, on the other hand, increases and causes the revolutions to become faster and faster until the centrifugal force predominates at about g up to 95 percent of the normal number of revolutions and the levers 7z with the contact springs f are brought onto the contact surfaces i. Since the air gaps between the levers h and the ring o and the tensions of the springs m can be selected differently, it can be achieved that the levers lz successively touch the contacts i , which also creates a three-stage short circuit in the three phases of the main motor winding. This short circuit runs from the zero point of the control circuit through the motor shaft, the body a, the lever h, the springs f, the contact i, the screws d and the main rotor winding connected to it.

Im Prinzip die gleiche Wirkungsweise besitzt die Ausführung des Anlassers nach der Abb. 4. und 5; jedoch ist diese vorzugsweise für größere Motoren geeignet. Auf der Rotorwelle sitzen zwei symmetrische Tragkörper al-a2, die aus Gußeisen o. dgl. bestehen und die Form flacher hohler Kegelstümpfe aufweisen. Diese sind auf der Welle b aufgekeilt und mit den Öffnungen einander zugekehrt. Zwischen den Tragkörpern a 1-a2 befindet sich ein zylindrischer Tragkörper a3, der im Innern mit zylindrischen hohlen Ansätzen und darin mit drei hohlen Büchsen t versehen ist. Diese Büchsen t haben zylindrische Form und stehen radial zur Achse b. Am Umfange der Scheiben a 1-a2 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel drei eiserne Leisten u vorgesehen. Die Lamellenfedern x sind von den Leisten zi und der Scheibe a1 durch isolierendes Material elektrisch isoliert, während die Lamellenfedern y zeit der Scheibe a2 und den Leisten u in leitender Verbindung stehen. Die Scheiben a 1 und a2 sind miteinander in leitender Verbindung durch die metallene Unterlagen (Leisten) z und die Schrauben z1 und z1, wobei aber die Lamellenfedern x von den Schrauben z1 isoliert sind. Die Büchsen t bestehen aus Weißmetall und tragen je eine Induktionsspule z aus dünnem, isoliertem Draht. Innerhalb der Büchse t hängt ein Eisenkern 2, welcher mit der zugehörigen Spule je ein Solenoid bildet. Am inneren Ende der Eisenkerne befindet sich je eine auf der Zeichnung nicht dargestellte Regulierschraube, durch welche der Abstand der Kerne 2 von der -Welle b geregelt werden kann. Die Oberflächen der Kerne 2 sind mit gut leitenden Kontaktflächen versehen, welche bei der Aufwärtsbewegung der Kerne durch die Zentrifugalkraft eine gut leitende Verbindung zwischen den Federn x und y herstellen. Diese Auswärtsbewegung wird in der Ruhelage durch eine schwache Feder 4: verhindert, deren Spannung durch den Schraubenbolzen 5 geregelt werden kann. Die Büchse t mit dem Eisenkern 2 bildet für die Induktionsspulen z eine in sich kurzgeschlossene sekundäre M icklung eines Transformators, welche große Ohmsche Verluste und Widerstände hervorruft. Der durch den Anlasser zu betätigende Rotor ist normal dreiphasig gewickelt, wobei die Phasenwicklung mit ihren Enden in Sternschaltung an die fÄ"elle b angeschlossen ist, während die drei Anfänge der M icklungen der Kerne an die isolierten Kontaktfedern x angelegt sind. Die Kerne 2 bilden mit der Welle b, den Tragkörpern a1 und a2, dem zylindrischen Tragkörper 3 den Kraftlinienweg des Transformators, der, wie leicht ersichtlich, außerordentlich hohe Hysteresisverluste aufweist. Infolgedessen sind die Spulen z gleichzeitig Transformator, Drosselspule und Solenoid.In principle, the design of the starter according to Figs. 4 and 5 has the same mode of operation; however, it is preferably suitable for larger engines. On the rotor shaft sit two symmetrical support bodies a1-a2, which are made of cast iron or the like and have the shape of flat hollow truncated cones. These are keyed on the shaft b and the openings face one another. Between the support bodies a 1-a2 there is a cylindrical support body a3, which is provided on the inside with cylindrical hollow projections and therein with three hollow bushings t . These sleeves t have a cylindrical shape and are radial to the axis b. According to the exemplary embodiment, three iron strips u are provided on the circumference of the disks a 1-a2. The lamellar springs x are electrically isolated from the strips zi and the disc a1 by insulating material, while the lamellar springs y are in a conductive connection at the time of the disc a2 and the strips u. The washers a 1 and a2 are in a conductive connection with one another through the metal supports (strips) z and the screws z1 and z1, but the lamellar springs x are isolated from the screws z1. The bushes t are made of white metal and each carry an induction coil z made of thin, insulated wire. An iron core 2 hangs inside the sleeve t and forms a solenoid with the associated coil. At the inner end of the iron cores there is a regulating screw, not shown in the drawing, by means of which the distance between the cores 2 and the shaft b can be regulated. The surfaces of the cores 2 are provided with highly conductive contact surfaces which, when the cores move upward, produce a highly conductive connection between the springs x and y due to the centrifugal force. This outward movement is prevented in the rest position by a weak spring 4: the tension of which can be regulated by the screw bolt 5. The sleeve t with the iron core 2 forms a short-circuited secondary winding of a transformer for the induction coils z, which causes large ohmic losses and resistances. The rotor to be operated by the starter is normally wound in three phases, the ends of the phase winding being connected in a star connection to the case b, while the three beginnings of the winding of the cores are applied to the insulated contact springs x With the shaft b, the support bodies a1 and a2, the cylindrical support body 3 the path of the force line of the transformer, which, as can easily be seen, has extraordinarily high hysteresis losses.

Die « irkungsweise der Ausführung nach Abb. 4 und 5 ist folgende Sobald der Statorström eingeschaltet wird, schließt sich die in der Rotorwicklung induzierte Spannung über die Induktionsspulen scheinbar kurz. Infolge der Ohmschen und induktiven M iderstände, die durch die Selbstinduktion und Fremdinduktion der Spulen der in sich kurzgeschlossenen Wicklung (Büchse t) und durch das schlechte Hysteresisfeld hervorgerufen werden, geht der Motor langsam an, wobei das Anlaßtempo noch durch Regelung des Luftspaltes zwischen Eisenkern und Welle b geregelt werden kann. Der Eisenkern wird durch die elektromagnetische Kraft der Spule so lange in derselben festgehalten und zur Welle hingezogen, bis infolge der wachsenden Tourenzahl und der wachsenden Zentrifugalkraft die Eisenkerne langsam aus den Spulen p sich herausbewegen, da sich j a auch bei wachsender Tourenzahl die Periodenzahl des Motorstromes verringert. Waren die Luftzwischenräume bei den verschiedenen Eisenkernen verschieden, so werden, wie bei der ersten Ausführungsform, die Kerne nacheinander die Spulen verlassen. Der Anlaßstrom steigt langsam und stetig, bis bei go bis 95 Prozent der normalen Tourenzahl die Kerne schließlich die Spulen vollständig verlassen und sich mit großem Druck gegen die Kontaktfedern x-y legen und hierdurch die Rotorwicklungen kurzschließen (vgl. Abb. 6).The mode of operation of the embodiment according to Figs. 4 and 5 is as follows. As soon as the stator current is switched on, the voltage induced in the rotor winding appears to be short-circuited across the induction coils. As a result of the ohmic and inductive resistance caused by the self-induction and external induction of the coils of the internally short-circuited winding (sleeve t) and the poor hysteresis field, the motor starts slowly, with the starting speed still being controlled by regulating the air gap between the iron core and the Wave b can be regulated. The iron core is held in place by the electromagnetic force of the coil and drawn towards the shaft until, as a result of the increasing number of revolutions and the growing centrifugal force, the iron cores slowly move out of the coils p, since the number of periods of the motor current also decreases with increasing number of revolutions . If the air gaps were different in the various iron cores, then, as in the first embodiment, the cores leave the coils one after the other. The starting current increases slowly and steadily, until at go up to 95 percent of the normal number of revolutions the cores finally leave the coils completely and lie with great pressure against the contact springs xy and thereby short-circuit the rotor windings (see Fig. 6).

Es ist leicht ersichtlich und braucht nicht besonders erläutert werden, daß bei Tourenabfall des Motors eine automatische Regelung des Anlassens stattfindet.It is easy to see and does not need to be specifically explained that when the engine stops touring, the starting is automatically regulated.

Claims

PATENT CLAIMS: i, Automatic rotor starter for 'vZ' AC motors with phase armature and inductive starting resistor, especially for asynchronous motors, characterized in that the starting resistors by the impedance of with the Magnetic coils rotating around the rotor and a short-circuited one due to ohmic losses Secondary winding of a transformer are formed.

2. Automatic rotor starter according to claim i, characterized in that the change in the starting resistances by changing the number of tours itself and by elements that are subject to centrifugal force.

3. Automatic rotor starter according to claim i and 2, characterized in that rotating with the armature solenoid coils, the are connected to either auxiliary or main windings of the rotor. Automatic Rotor starter according to Claims i to 3, characterized in that the solenoid coils are arranged in a magnetic frame. 5. Automatic rotor starter according to claim i to 4., characterized in that the solenoid coils simultaneously as choke coils, Magnetic solenoids and transformers work. 6. Automatic rotor starter after Claim i to 5, characterized in that rotating solenoid coils in one Magnetgesteh are arranged so that they are together with the% t'elle at the same time as Choke coils, magnetic solenoids and transformers work. 7. Automatic rotor starter according to claim 6, characterized in that the rotating solenoid coils in one Magnetic frame are arranged so that they can be connected to the \\ 'elle and a resistor (e.g. B. Ring) together at the same time as a choke coil, magnetic solenoid and transformer works. B. Automatic rotor starter according to claim 5 to 7, characterized in that that the resistances of the solenoids, reactors and transformers themselves change by changing the period of the rotor current. G. Automatic rotor starter according to claim 8, characterized in that the change in the resistances is so long going on until the solenoids, inductors and transformers are turned off will. ok Automatic rotor starter according to Claim g, characterized in that that the magnetic cores of the solenoids are designed so that they simultaneously the Form lines of force for magnets and transformers. ii. Automatic rotor starter according to claim io, characterized in that the magnetic cores with adjustable Stop screws are provided to regulate the air gap in the force line paths and to be able to adjust differently. 12. Automatic rotor starter according to claim io and ii, characterized in that in a mounted on the rotor shaft and Housing (a) connected on one side to the rotor winding, several spring-loaded levers (h) are provided, which by means of regulating screws (n) on a ring (o) of the Put on the rotor shaft and serve as an armature for the auxiliary rotor winding Coils (y-r) are used. 13. Automatic rotor starter according to claim io and ii, characterized characterized in that the coils connected to the main winding lie on radially hollow metal cylinders containing a short-circuited secondary transformer winding form, sit, provided in the interior against spring force displaceable iron cores that connect contact springs as they move outwards, some of which are connected to the winding ends of the rotor via body contact, while the others are connected to the second winding ends and are directly conductive.