DE589813C - Bremsschaltung fuer Induktionsmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 14. DEZEMBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 35 b GRUPPE 7

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Dezember 1929 ab

Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltung für Induktionsmaschinen, bei der Kondensatoren angewendet werden. Solche Schaltungen sind schon bekanntgeworden. Die Kondensatoreinschaltung bei den bekannten Schaltungen hatte entweder den Zweck, den Anlaßvorgang zu verbessern, um erhöhte Drehmomente zu erzielen, oder das Verhalten der Maschine bei normalem Motorbetrieb zu beeinflussen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Bremsschaltung für Induktionsmaschinen. Die Aufgabe besteht darin, eine Bremsschaltung zur Erzielung untersynchroner Drehzahlen bei angetriebener Maschine zu schaffen.

Es sind bereits untersynchrone Bremsschaltungen bekannt, und zwar die sogenannte Gegenstrombremsschaltung für Drehstrommaschinen und eine Schaltung, bei welcher der Primärteil der Drehstrommaschine mit einem Kurzschlußkreis einphasig ans Netz gelegt wird. Die gewöhnliche Gegenstrombremsschaltung hat den Nachteil, daß die Geraden, welche die Bremscharakteristiken darstellen, von dem Punkt der synchronen Tourenzahl oberhalb des Nullpunktes ausgehen (s. Abbildung, Geraden α), so daß infolge des steilen Verlaufs der Bremsgeraden in dem Bereich der kleinen Momente eine stabile Drehzahl nicht erzielbar ist und sich die Drehzahl unter Umständen sogar umkehrt, d. h. Heben der Last eintritt. Die andere bekannte untersynchrone Bremsschaltung, nämlich diejenige mit einphasig gespeistem Ständer, weist dagegen eine beträchtliehe Stromaufnahme auf, was bei der Bemessung der Wicklungen Schwierigkeiten verursacht.

Die Erfindung besteht nun darin, zwecks Erzielung brauchbarer Bremsmomente in den induzierten Teil der Induktionsmaschine Kondensatoren einzuschalten. Hierdurch werden die in der Abbildung mit b und c bezeichneten Bremsgeraden erhalten, welche vom Nullpunkt oder wenig oberhalb desselben ausgehen und flach verlaufen. Außerdem lassen sich mit der Schaltung bei Drehstrom kleine Hubdrehzahlen für kleine Lastmomente erzielen, wie sie beispielsweise im Hebezeugbetrieb erwünscht sind.

Die Schaltung kommt also für alle jene Fälle in Betracht, wo für kleine Motorbelastungen geringe Drehzahlen verlangt werden; was mit anderen einmotorigen Schaltungen nicht zu erreichen ist. ,

Die Erfindung geht davon aus, daß sowohl bei der gewöhnlichen Drehstromgegenstrombremsung als auch beim gewöhnlichen Einphasenmotor im Läufer Ströme vorhanden sind, die durch den Schnitt eines gegenläufigen Drehfeldes mit den Stäben der Läuferwicklung entstehen und die daher vom Läuferstillstand bis zur synchronen Gegendrehung die volle bis zweifache Netzfrequenz besitzen. Für diese Ströme bildet ein Kondensator einen mit steigender Frequenz, also

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Paul Donath in Berlin-Lichterfelde.

steigender Läuferdrehzahl, verhältnisgleich sich verkleinernden Widerstand. Da mit zunehmender Drehzahl außerdem auch die Läuferspannung wächst, nimmt der Läuferstrom ungefähr quadratisch mit der Drehzahl zu.

Drehmomentbildend sind nun jene Läuferströme, die mit der Schnittspannung und damit mit dem Drehfeld in Phase sind. Die

ίο in Phase befindliche, also Ohmsche Komponente des Läuferstromes, welche sich infolge des Ohmschen Widerstandes der Läuferwicklung bildet, liefert also ein Bremsmoment, das sich mit zunehmender Drehzahl infolge · der zunehmenden Läuferspannung einerseits und infolge des abnehmenden kapazitiven Widerstandes andererseits rasch vergrößert. Durch die Wirkung des Kondensators kommt also ein Bremsmoment zustande, das sich viel stärker mit der Läuferdrehzahl ändert als beim Vorhandensein nur Ohmschen Widerstandes im Läufer.

Die Schaltung nach der Erfindung hat den weiteren Vorzug, daß der Primärteil des Motors einen sehr kleinen Strom aus dem Netz aufnimmt. Das von dem kapazitiven Läuferstrom herrührende Läuferfeld wirkt nämlich nicht dem Ständerfeld entgegen wie das von einem induktiven Läuferstrom herrührende Läuferfeld, sondern es verstärkt dieses, so daß der induktive Magnetisierungsstrom des Primärteiles kompensiert wird und der Primärteil im wesentlichen nur mehr Ohmschen Strom aus dem Netz aufnimmt.

Zur Erzielung kräftiger Bremsmomente schaltet man nach der Erfindung in den Läufer außer den Kondensatoren noch Ohmschen Widerstand ein. Der Widerstand wird zweckmäßig mit den Kondensatoren in Reihe geschaltet, um zu bewirken, daß der ganze Kondensatorstrom durch den Widerstand fließt und auf diese Weise eine starke drehmomentbildende Komponente erhält.

Die Brems- und Hubschaltung nach der Erfindung ist sowohl für einphasige Induktionsmaschinen als auch für Drehstrominduktionsma^chinen anwendbar.

Die mit b bezeichneten Geraden in der Abbildung stellen die erfindungsgemäß erzielten Bremscharakteristiken für einen einphasigen Induktionsmotor dar. In dem Diagramm sind auf der vertikalen Achse die Drehzahlen und auf der horizontalen Achse die Bremsmomente aufgetragen.

Für die Betrachtung des Einphasenmotors empfiehlt es sich, das pulsierende Wechselfeld in zwei gegenläufige Drehfelder zerlegt zu denken.

Schaltet man in den induzierten Teil eines Einphasenmotors Ohmschen Widerstand ein, so erhält man bekanntlich praktisch nicht brauchbare Bremsmomente, deren Charakteristiken mit der vertikalen Achse des Diagramms fast zusammenfallen. Schaltet man jedoch einen Kondensator in den Läufer ein, dann liefern die von dem gegenläufigen Drehfeld herrührenden Spannungen hoher Frequenz mit zunehmender Drehzahl rasch zunehmende Läuferströme, welche bremsend wirken. Für die von dem gleichsinnig umlaufenden Drehfeld herrührenden Spannungen, deren Frequenz sich mit steigender Drehzahl vermindert, bildet dagegen der Kondensator einen zunehmenden Widerstand, so daß diese Ströme sich mit zunehmender Drehzahl vermindern. Die Folge ist ein Überwiegen der bremsmomentliefernden Läuferströme mit steigender Drehzahl. Es kommt daher die im Diagramm mit b bezeichnete Charakteristik zustande. Schaltet man mit dem Kondensator in Reihe noch Ohmschen Widerstand in den Läufer ein, so erhält man die mit b² bezeichnete, flacher verlaufende Bremscharakteristik, da die Ohmsche Komponente des bremsend wirkenden Läuferstromes hierdurch vergrößert wird.

Die Bremscharakteristiken für eine Drehstrominduktionsmaschine sind in der Abbildung mit c bezeichnet. Sie verlaufen nicht durch den Nullpunkt, sondern schneiden die Drehzahlachse oberhalb des Nullpunktes, weil beim Drehstrommotor auch bei Läuferstillstand ein Drehfeld vorhanden ist. Die Bremsschaltung nach der Erfindung stellt eine Verbesserung der gewöhnlichen Gegenstrombremsschaltung bei Drehstrom dar. So wird beispielsweise die durch die Gerade c¹ dargestellte Bremscharakteristik aus der reinen Gegenstrombremscharakteristik a¹ erhalten, wenn in den Läufer zu dem zur Erzielung der Bremsgeraden α¹ erforderlichen Ohmschen Bremswiderstand zusätzlich noch ein Kondensator eingeschaltet wird. Es ist aus dem Diagramm ersichtlich, daß man bei einer bestimmten Drehzahl n¹ auf diese Weise infolge der Vergrößerung des Scheinwiderstandes des Läufers durch den Kondensator einen kleineren Läuferstrom, also auch ein um den Betrag d kleineres Drehmoment erhält. Während sich aber das Drehmoment auf der Gegenstrombremscharakteristik α·¹ mit abnehmender Drehzahl nur wenig ändert, ist diese Änderung für die Bremscharakteristik c¹ eine starke, weil der kapazitive Widerstand mit der sinkenden Frequenz zunimmt. Bei der Drehzahl Null, also einfacher Netzfrequenz im Läufer, ist der Läuferstrom und damit das Drehmoment schon recht gering. Bei weiter abnehmender Drehzahl erhöht sich der kapazitive Widerstand weiter, und bei einer Drehzahl ?z² ist praktisch kein Läuferstrom mehr vorhanden, weil der Kondensator

589

bei der entsprechenden Frequenz und Spannung fast keinen Strom mehr aufnimmt. Durch den Ohmschen Widerstand allein fließt dagegen unter der Wirkung der der Drehzahl «² entsprechenden Läuferspannung noch ein beträchtlicher Läuferstrom, dem das Moment M der Gegenstromschaltung entspricht. Aus dieser Betrachtung geht hervor, daß die Bremscharakteristiken nach der Erfindung

ίο viel flacher verlaufen als die der Gegenstrombremsschaltung und daß man bei Anwendung der Schaltung nach der Erfindung auf derselben Schaltstufe, die zum Abbremsen dient, auch Hubdrehzahlen für kleine Lastmomente erhält, was beispielsweise für den Kranbetrieb sehr erwünscht ist.

Bei Einschaltung größerer Läuferwiderstände verschiebt sich die Bremscharakteristik c¹ nach oben. Man erhält die Brems-Charakteristiken c², c.³ usf., die sich den Charakteristiken der Gegenstrombremsschaltung nähern.

Man erhält eine Bremsschaltung für Drehstrommotoren auch auf die Weise, daß man den Primärteil des Motors einphasig an das Netz legt und in seinen Sekundärteil Kondensatoren einschaltet.

Man kann ferner den Läufer aus dem Netz speisen, so daß der Ständer der Maschine zum induzierten (sekundären) Teil wird. In diesem Fall werden die Kondensatoren in dem Ständerkreis eingeschaltet.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Bremsschaltung für Induktionsmaschinen zur Erzielung untersynchroner Drehzahlen bei angetriebener Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß in den induzierten Stromkreis der Maschine Kondensatoren eingeschaltet werden.
2. 2. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Öhmsche Widerstände in den induzierten Teil eingeschaltet werden.
3. 3. Bremsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren mit den Ohmschen Widerständen in Reihe liegen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen