DE559188C - Schaltanordnung zur Erzielung einer konstanten Geschwindigkeit bei einem Einphasen-Wechselstrom-Kommutatormotor - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzielung einer konstanten Geschwindigkeit bei einem Einphasen-Wechselstrom-Kommutatormotor. Derselbe besitzt außer der Haupt- oder Arbeitswicklung eine Hilfsfelderregerwicklung, die parallel mit der Ankerwicklung an die Netzleitungen angeschaltet ist. Um den magnetischen Fluß der Hilfsfelderregerwicklung in Phase mit dem Ankerstrom zu bringen, kann man einen Phasenkorrektionskondensator verwenden, der in Reihe zu der Hilfserregerwicklung geschaltet ist.

Gemäß der Erfindung wird in Reihe zu der Hilfswicklung die Ständerwicklung einer Hilfsdynamomaschine geschaltet, die mechanisch mit dem Motor gekuppelt ist.

Die Hilfsdynamomaschine kann dabei verschiedene Konstruktionen aufweisen, so z. B.

kann dieselbe nach Art eines Synchronmotors mit einem Läuferpolrad! ausgerüstet sein, das einen nach den Polkanten hin erweiterten Luftspalt besitzt. Die Dynamomaschine kann also z. B. ein phonischer Motor sein. Außerdem kann die Hilfsdynamo nach Art eines Käfiganker-Induktionsmotors aufgebaut sein.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal kann ein Umschalter mit zwei Stellungen vorgesehen werden, der die Hilfsfelderregerwicklung des Motors entweder mit der Ständerwicklung der Hilfsdynamo oder mit einer einstellbaren Impedanz derart verbindet, daß die Impedanz an Stelle der Ständerwicklung der Hilfsdynamomaschine treten kann, besonders dann, wenn die Anordnung vom Stillstand aus angelassen werden soll.

Es kann eine weitere Impedanz dauernd in Reihe, mit der Ständerwicklung· der Hilfsdynamomaschine geschaltet sein, um den durch diese Wicklung und durch die Hilfsfelderregerwicklung des Motors fließenden Strom auf den für Normallauf günstigsten Wert zu bringen.

In den beiliegenden Abbildungen sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

In Abb. ι bezeichnet 1 die Anschlußklemmen des Wechselstrom-Kommutatormotors 2 an eine Energiequelle, deren Frequenz angenähert 60 Perioden je Sekunde beträgt. Die Hilfsmaschine 3 besitzt einen Läufer 4, der mit derselben Welle 5 gekuppelt ist wie der Läufer 6 des Hauptmotors 2.

Der Hauptmotor 2 ist ein vierpoliger Nebenschlußwechselstrommotor bekannter Bauart mit an die Zuleitungen 10 und 11 angeschlossenen Arbeitswicklungen F₁ und Erregerwicklungen P₂.

Wenn der Schalter 7 in Stellung 8 gebracht wird, fließt der Erregerstrom durch Leiter 10, Spulen F₂, Kapazität 12, Schalter 7, Regelwiderstand -i3, Leitern. Die Kapazität 12 hat einen solchen Wert, daß die Phase der Spannung in den Spulen F₂ in bezug auf den Ankerstrom derart beeinflußt wird, daß der Feld- oder Erregerfluß sich im wesentlichen in Phase mit dem Ankerstrom befindet. Mit- " tels des Widerstandes 13 kann der Erregerstrom geändert werden.

Die Hilfsmaschine 3 ist eine sechspolige Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen, Ständerwicklungen F₃ und Läufer 4. Wenn Schalter 7 in Stellung 9 gebracht wird, hat der Strom durch die Feldspulen F₂ des Hauptmotors 2 den folgenden Verlauf: Leiter 10, Spulen F₂, Kapazität 12, Schalter 7, Primärwicklung F₃, Widerstand 14, Leiter n.

Der Widerstand 14 hat einen solchen Wert, daß der normale Erregerstrom vorhanden ist, wenn die Maschine mit normaler Geschwindigkeit läuft. In gewissen Fällen kann der Widerstand den Wert Null haben. Die Primärwicklungen P₁ und die Feldwicklungen F₂ des Hauptmotors sowie die Primärwicklungen .F₃ der Hilfsmaschine sind vorzugsweise auf ein und demselben feststehenden Körper angeordnet.

Der von den Primärwicklungen F_x erzeugte Fluß ist um etwa 90⁰ gegenüber der EMK verzögert, während der Ankerstrom mit diesem Fluß in Phase ist. Um den Feldfluß in Phase mit dem Ankerstrom zu bringen, muß das Feld mittels einer EMK erregt werden, die der im Läufer induzierten EMK um etwa 90⁰ voreilt. Zu diesem Zwecke ist ein Kondensator 12 in Reihe mit den Feldspulen F₂ geschaltet. Der Strom von dem Leiter 10 fließt durch die Feldspulen F₂, den Kondensator 12, den Schalter 7 und den veränderlichen Widerstand 13 zum zweiten Leiter 11. Seine Kapazität ist derart bemessen, daß die Phase des durch die Spulen F₂ fließenden Stromes von dem Strom, der durch die Ankerwicklung des Läufers 6 des Hauptmotors 2 fließt, so beeinflußt wird, daß in den Feldspulen F₂ eine EMK entsteht, die der dem Anker aufgedrückten EMK um 90⁰ voreilt. Hierdurch erhält man einen Feldfluß, der im wesentlichen in Phase mit dem Läuferstrom ist. Der Hauptmotor 2 verhält sich wie ein Gleichstromnebenschlußmotor. Wenn das Feld durch Erhöhung der Impedanz .

im Feldstromkreis geschwächt wird, nimmt deshalb die Geschwindigkeit des Motoxs zu, und wenn das Feld durch Verringerung der Impedanz im Feldstromkreis verstärkt wird, nimmt die Geschwindigkeit des Motors ab.

Der einstellbare Widerstand 13 regelt den Wert der Impedanz des Feldstromkreises.

Eine vollständig konstante Motorgeschwindigkeit wird erreicht, wenn der Schalter 7 in Stellung 9 gebracht wird. Bei dieser Schalterstellung sind die Primärwicklungen F_s der Maschine 3 in Reihe mit den Feldspulen F₂ des Hauptmotors 2 verbunden. Die Hilfsmaschine 3 ist in dem vorliegenden Fall sechspolig und der Hauptmotor 2 vierpolig. Wenn die Frequenz 60 Perioden je Sekunde beträgt, erreicht die Hilfsmaschine ihre synchrone Geschwindigkeit bei 1200 Umdrehungen je Minute. Bei dieser Geschwindigkeit arbeitet die Hilfsmaschine, je nach ihrer Phasenbeziehung zum Feldstrom, entweder als Generator oder als Motor. Bei Geschwindigkeiten, die von der Synchrongeschwindigkeit verschieden sind, bildet die Hilfsmaschine im wesentlichen eine Impedanz in Reihe mit den Feld- oder Erregerspulen F₂ des Hauptmotors 2. Der Widerstand 14 liegt in Reihe mit den Feldspulen F₂ des Hauptmotors 2 und den Primärwicklungen F₃ der Hilfsmaschine 3. Der Strom durch diese Spulen kann deshalb auf den zweckmäßigen Wert eingestellt werden, wenn der Motor 2 bei normaler Geschwindigkeit arbeitet. Wenn die Impedanz der Feldspulen F₂ und der Primärwicklung F_s einen solchen Wert hat, daß der richtige Strom entsteht, kann der Widerstand 14 selbstverständlich fortgelassen werden.

Wenn bei synchronem Lauf des Läufers 4 der Hilfsmaschine 3 deren Geschwindigkeit durch Änderungen der Belastung oder der zugeführten Spannung Neigung zum Sinken zeigt, wird die Hilfsmaschine also als Motor arbeiten, wobei sie eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt, die der Leitungsspannung entgegenwirkt und den Strom durch das Feld F₂ verringert. Das Feld des Motors 2 wird hierdurch geschwächt, und der Motor wird seine normale Geschwindigkeit beibehalten. Steigt aber die Geschwindigkeit des Hauptmotors um einen geringen Betrag über die synchrone Geschwindigkeit der Hilfsmaschine 3, so wird diese als Generator arbeiten und eine zusätzliche EMK erzeugen, die die Leitungsspannung unterstützt und den Strom durch das Feld F₂ verstärkt. Diese Verstärkung des Feldes wird dann bewirken, daß der Motor mit normaler Geschwindigkeit weiterläuft.

Gemäß Abb. 2 wird an Stelle der Synchronmaschine 3 eine asynchrone Maschine 3' mit Käfigwicklung verwendet. Der Läufer dieser Maschine ist mit 4' und seine Primärwicklung derselben mit F₃' bezeichnet. Die Primärwicklung F₃' ist in ähnlicher Weise im Stromkreis angeordnet wie die Primärwicklungen F₃ in Abb. 1.

Wenn Schalter 7 sich in der Schaltstellung 8 befindet, arbeitet die in Abb. 2 gezeigte

Anlage in ähnlicher Weise, wie die in Abb. ι dargestellte. Um eine vollständig konstante Geschwindigkeit zu erzielen, wird der Schalter 7 in Stellung 9 gebracht, wodurch die Primärwicklungen F₃' der Maschine 3 in Reihe mit den Feldspulen F₂ des Hauptmotors 2 geschaltet werden. Die Hilfsmaschine 3' ist eine sechspolige Maschine mit Käfigwicklung, und der Hauptmotor 2 ist eine vierpolige Wechselstrom-Kommutatormaschine. Wenn die Frequenz 60 Perioden beträgt, erreicht die Hilfsmaschine 3' ihre Synchrongeschwindigkeit bei 1200 Umdrehungen je Minute. Wenn sich die Hilfsmaschine bei dieser Geschwindigkeit dreht, arbeitet sie weder als Generator noch als Motor, sondern im wesentlichen nur als eine Impedanz in Reihe mit den Feldspulen F₂ des Hauptmotors. Diese Geschwindigkeit ist die normale Geschwindigkeit des Motors und entspricht einer mittleren Netzspannung und mittlerer Belastung. Der Widerstand 14 liegt in Reihe mit den Feldspulen F₂ und der Primärwicklung F₃', so daß der Strom durch diese Spulen auf den richtigen Wert eingestellt werden kann, damit der Motor 2 mit normaler Geschwindigkeit läuft. Wenn die Impedanz der Primärwicklung F₃' und der Feldspulen F₂ einen solchen Wert hat, daß der richtige Stromwert erhalten wird, kann der Widerstand 14 selbstverständlich weggelassen werden.

Sinkt infolge einer geringfügigen Änderung in der Belastung oder der zugeführten Spannung die Geschwindigkeit des Hauptmotors 2 unter ihren Normalwert, so verringert der Läufer 4' der Maschine 3' infolge der starren Kupplung ebenfalls seine Geschwindigkeit. Dreht sich der Läufer 4' mit einer Geschwindigkeit, die geringer ist als seine Synchrongeschwindigkeit, so wirkt die Hilfsmaschine 3' als Motor und erzeugt eine gegenelektromotorische Kraft, die der Netzspannung entgegenwirkt und den Strom durch die FeIdspulen F₂ herabsetzt, so daß das Feld des Hauptmotors 2 geschwächt wird. Der Motor wird deshalb mit einer Geschwindigkeit weiterlaufen, die nur unwesentlich geringer ist als die normale Geschwindigkeit. Erreicht der Hauptmotor 2 eine Geschwindigkeit, die um ein geringes höher ist als die Normalgeschwindigkeit, so wird die Hilfsmaschine 3' als Generator arbeiten und eine Hilfs-EMK erzeugen, die die Leitungsspannung unterstützt und den Strom durch die Feldwicklung F₂ erhöht, so daß das Feld des Hauptmotors 2 verstärkt wird. Der Motor wird deshalb mit einer Geschwindigkeit weiterlaufen, die nur unwesentlich höher ist als die Normalgeschwindigkeit.

Bei einer Anlage gemäß Abb. 2 wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit bei normalen Schwankungen der Belastung und der Leitungsspannung Abweichungen von der Synchrongeschwindigkeit zeigte, die weniger als ¹U °/o betrugen.

Die beschriebenen Anordnungen und Schaltungen können selbstverständlich in verschiedener Weise abgeändert werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung zur Erzielung einer konstanten Geschwindigkeit bei einem Einphasen - Wechselstrom - Kommutatormotor, der außer der Arbeitswicklung (F₁) eine Hilfsfelderregerwicklung (F₂) besitzt, die parallel mit der Ankerwicklung an die Hauptleitungen angeschaltet ist und die in Verbindung mit beispielsweise einem Reihenkondensator einen magnetischen Fluß in Phase mit dem Ankerstrom hervorbringt, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu der Hilfswicklung TF₂) die Ständerwicklung (F₃) einer Hilfsdynamomaschine (3) geschaltet ist, die mechanisch mit dem Motor gekuppelt ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdynamomaschine (3, Abb. 1) nach Art eines Synchronmotors mit einem Läuferpolrad ausgerüstet ist, das einen nach den Polkanten hin erweiterten Luftspalt besitzt.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsdynamomaschine (3', Abb. 2) nach Art eines Käfiganker-Induktionsmotors gebaut ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Anker- oder Statorwicklung (F₃) der Hilfsdynamomaschine eine einstellbare Impedanz (13) vermittels eines Umschalters in Reihe mit der Hilfsfelderregerwicklung (F₂) des Motors geschaltet ist, besonders dann, wenn die Anordnung von der Ruhestellung aus angelassen werden soll.

5. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Impedanz (14), die in · Reihe mit der Anker- oder Statorwicklung (F₃) der Hilfsdynamomaschine liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen