DE607023C - Asynchron-Induktionsmotor mit selbsttaetig einstellbarer Leistung je nach der Belastung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist einAsynchron-Induktionsmotor mit selbsttätiger Einstellung der Leistung je nach seiner Belastung, die auf einer geringen, entsprechend gedämpften und von der Belastung des Rotors abhängenden Verdrehung der Statorwicklung gegenüber dem äußeren festen Statormantel beruht. Die hierbei eingetretene Verdrehung des Stators wird entweder zum Ein- oder Ausschalten von Zusatzwindungen im Magnetisierungsstromkreise des Stators ausgenutzt, was eine Veränderung des Drehmomentes des Motors zur Folge hat oder zur entsprechenden Einstellung eines Induktions- oder Spannungsreglers dient, wodurch die Klemmspannung des Motors und infolgedessen auch das Drehmoment bzw. die Leistung geändert wird. Die nach der Erfindung durchgeführten Induktionsmotoren ermöglichen nicht nur eine selbsttätige Einstellung der Leistung je nach der augenblicklichen Belastung bei normalem Betrieb, sondern auch eine automatische Regelung des Anzugsmomentes beim Anlassen des Motors, so daß jede bis jetzt

a₅ übliche Anlaßvorrichtung erspart werden kann. Auch bleibt der Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des Motors bei jeder Belastung nahezu unveränderlich, so daß die Wirtschaftlichkeit des Antriebes in jedem Betriebszustand dieselbe Größe beträgt, welche bei den gewöhnlichen Induktionsmotoren nur unter Vollast eintritt. Endlich zeichnet sich der erfindungsgemäß durchgeführte Asynchronmotor durch eine bedeutende . vorübergehende Überlastungsfähigkeit aus.

Eines der wichtigsten Probleme der Antriebstechnik der verschiedenen Motoren ist deren Belastungsänderung, welche die Ausgaben für Energie bedeutend erhöht, nachdem die bestehenden Motorbaüarten für die Nennleistung dimensioniert sein müssen, wodurch sie bei einer mittleren oder geringeren Belastung nicht nur vom Standpunkte des Stromverbrauchs unwirtschaftlich arbeiten, sondern noch durch einen großen Verbrauch von Magnetisierungsstrom, den die Elektrizitätswerke erzeugen und mit großen Verlusten mittels Fernleitungen übertragen müssen, eine Leistungsfaktorverschlechterung im Netze hervorrufen.

Es ist allgemein bekannt, daß die Leistung der Induktionsmotoren direkt proportional dem Quadrat ihrer Spannung und indirekt proportional dem Quadrat ihres Magnetisierungskraftflusses ist, so daß schon durch eine geringe Veränderung dieser Faktoren eine große Leistungsänderung erzielt werden kann. Diese Tatsache wurde bereits zur Leistungsänderung der Motoren verwendet, indem Widerstände oder Zusatzwicklungen in den Statorstromkreis eingeschaltet wurden.

Alle diese älteren Anordnungen haben den Nachteil, daß sowohl das Schalten der Zu-

satzwicklungen im Stator als auch die Klemnienspannungsregelung vom Wärter ausgeführt werden muß, was die Betriebskosten erhöht. Der Motor arbeitet außerdem, wie 5 oben erwähnt, unwirtschaftlich, so daß man bei größeren Einheiten oft gezwungen ist, spezielle Aggregate einzurichten, wodurch zwar Stromersparnisse erzielt werden, andererseits jedoch die Installations- und Amortisationskosten der Anlage wesentlich erhöht werden, wobei die Bedienungskosten keineswegs billiger ausfallen. Gewöhnliche Asynchron-Induktionsmotoren zeichnen sich ferner durch ein geringes Anzugsmoment aus, was ein Anlassen des Motors unter Vollast außer Frage stellt.

Alle oben angeführten Nachteile des Betriebes von Induktionsmotoren werden durch die Anordnung nach der Erfindung beseitigt, wobei Wirkungsgrad und Leistungsfaktor, bereits von 15 °/o der Belastung angefangen den Normal wert besitzen; es wird außerdem die Verwendung kleinerer Motoren ermöglicht, da die Nennleistung derselben vorübergehend bis auf 50 °/o erhöht werden kann, so daß deren durchschnittlicher Ausnutzungsgrad bedeutend höher liegt. Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemäßen Bauart besteht aber darin, daß sich die Leistung des Motors ganz selbständig je nach der Belastung einstellt und daß der Stromverbrauch in jedem Augenblick proportional der Belastung ist. Das rotierende Magnetfeld des Stators verursacht das Drehen des Rotors und hängt von der anzutreibenden Belastung ab. Andererseits wirkt aber der Rotor mit derselben mechanischen Kraft auf den Stator, und sollte derselbe drehbar sein, so würde er durch den Rotor mitgeschleppt werden. Mit steigender Belastung wächst auch die Zugkraft des Rotors; sollte jetzt der Stator verdrehbar angeordnet und durch ein Dämpfungsorgan, z.B. einen Katarakt, festgehalten sein, so würde seine Verdrehungsgröße von dem augenblickliehen Werte der an der Welle des Rotors wirkenden Belastung abhängen. Diese Tatsache kann entweder zum Schalten von Magnetisierungszusatzwindungen im Stator oder zur Änderung der Klemmspannung direkt oder mittels einer Übersetzung verwendet werden^ was, wie schon betont, eine Leistungsänderung zur Folge hat.

Zwei Ausführungsarten des Motors nach der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Die Abb. 1. und 2 zeigen, das Prinzip des Motors mit selbsttätiger Schaltung von je einer Hilfswicklung pro Phase. Abb. 3 veranschaulicht die schematische, etwas ausführlichere Wicklungsschaltung im andrehbaren und abgefederten Stator. Abb. 4 stellt die Ausnutzung der Torsionsreaktion des Stators zur Bedienung eines Induktionsreglers dar, dessen Anordnung neben dem Stator schematisch auf Abb. 5 gezeigt ist. Abb. 6 veranschaulicht schließlich je zwei Betriebskurven des erfhidungsgemäßen und gewöhnlichen Induktionsmotors.

Der Stator besteht aus zwei Teilen, und zwar aus dem äußeren, festen Statormantel 1 (Abb. ι und 2) und dem inneren Teile 2, der sich in beiden Richtungen andrehen läßt und dessen Ausschlag durch einen ölgefüllten Katarakt mit Federn gedämpft wird. Der Dämpfungsapparat hält den Stator unter normalen Bedingungen in der Neutralstellung (Abb, ι und 3). Die Statormagnetisierungswicklung besteht aus der Hauptwicklung 4 und der Zusatz- oder Hilfswicklung 5, die in Reihe geschaltet und mittels Verbindungsleitern 6 mit den Kontakten 7' verbunden sind. Auf den Abb. 1 und 2 ist nur je eine Zusatzwicklung 5 pro Phase vorgesehen, und die Regelung tritt nur bei einer bestimmten Drehrichtung ein. Ein Walzenschalter 7, der auf den Kontakten 7' schleift, dient zur üblichen Sternschaltung der Statorwicklungen mittels der Verbindungsleiter 8. In der in Abb. ι veranschaulichten Stellung läuft der Motor z. B. mit einer der Normalleistung entsprechenden Belastung; die Zusatzwicklungen sind dabei eingeschaltet, so daß ein großer Magnetisierungsstrom und eine kleine Leistung auftritt. Sollte nun die Belastung an der Welle 9 des kurzgeschlossenen Rotors 10 steigen, so verdreht sich der Stator infolge der beschriebenen Rückwirkung des Rotors in die. auf Abb. 2 dargestellte Lage. Da die Hilfswicklung jetzt ausgeschaltet ist, sinkt der Magnetisierungsstrom, und das Anzugsmoment bzw. die Leistung des Motors vergrößert sich dementsprechend. Dadurch hat sich der Motor der gesteigerten Belastung selbsttätig angepaßt. Sollte nun dieselbe wieder auf die ursprüngliche Größe sinken, so verkleinert sich auch die Reaktion des Torsionsmomentes am Stator, die Kataraktfedern überwinden die Rotorrückwirkung und bringen den drehbaren S tatorteil 2 in die auf Abb. ι veranschaulichte Stellung. Wenn der Stator mit- mehreren Zusatzwicklungen 5 versehen ist, die mit-dem Walzenschalter 7 derart verbunden sind, daß eine Betriebsweise in beiden Drehrichtungen des Motors ermöglicht wird, so erzielt man eine Anordnung, die in Abb. 3 schematisch dargestellt ist. Hier besitzt der verdrehbare Stators neben den Hauptwicldungen4 je drei Zusatzwindungen 5 pro Phase, die in. Serien geschaltet sind, so daß der Strom immer in derselben Richtung wie in den Hauptwicklungen fließt. Der Walzenschalter 7, der auf den Kontakten 7'

schleift, ist mit einer Vorrichtung gegen Kurzschluß zweier benachbarter Phasen und gegen Stromunterbrechung beim Übergang von einem Kontakt auf den anderen versehen. Je nach der Drehrichtung des Rotors, der den Stator immer im gleichen Sinne aus der Neutralstellung andreht, und je nach der Belastungsstufe des Motors werden die entsprechenden Zusatzwicklungen in allen Phasen

ίο gleichzeitig ausgeschaltet; je größer die Zahl der Hilfswindungen ist, desto gleichförmiger und vollkommener ist die Anpassung der Motorleistung an die augenblickliche Belastung.

Das Dämpfungsorgan, z. B. der Katarakt 3, muß selbstverständlich so eingestellt werden, daß der Ausschlag des Stators, der durch die Rückwirkung des Rotors verursacht ist, den Walzenschalter 7 auf den der Belastung ent-

ao sprechenden Kontakt 7' einstellt. Die Maximalleistung des Motor« tritt bei der Grenzverdrehung des Stators ein, die durch den Winkel O-A oder O-B je nach der Drehrichtung gegeben ist (Abb. 3 und 4).

Bei der zweiten Ausführungsart des Motors nach der Erfindung wird die Andrehung des Stators zur Einstellung eines Spannungsreglers ausgenutzt. Der verdrehbare Stator 2 ist direkt oder mittels einer geeigneten Über-Setzung, z. B. mit einem an sich bekannten Induktionsreglers 12 (Abb. 4 und 5), verbunden. Durch gegenseitige Verschiebung der Induktionswicklungen 13, 13' des Induktionsspannungsreglers (auf Abb. 5 ist der Regler nur für eine Phase gezeigt) ändert sich die Klemmenspannung des Stators 2, die in diesem Falle eine gewöhnliche Wicklung besitzt. Da das Einstellen der Netzspannung durch den Regler 12 von der Verdrehung des Stators abhängt, so wird auch in diesem Falle die Leistung des Motors selbsttätig je nach der Belastung eingestellt.

Bei dieser Ausführungsart ändert sich die Spannung des Motors und damit auch seine Leistung ununterbrochen und gleichförmig und nicht stufenweise wie im ersten Falle, so daß sich der Motor jeder kleinsten Belastungsänderung sofort selbsttätig anpaßt. Solch eine lineare Leistungsänderung ist besonders bei oft und unregelmäßig eintretenden Laständerungen des Motors von beson-. derer Bedeutung.

Die in Abb. 6 veranschaulichten Kennlinien zeigen den Verlauf des Wirkungsgrades und Leistungsfaktors eines normalen Asynchronmotors bei verschiedenen Belastungen und sind durch die Kurven η₂ und cos cp₂ giekennzeichnet. Weiter sind die entsprechenden Funktionen für einen erfindungsgemäßen Motor dargestellt, die durch die Kurven ^₁ und cos φ_± veranschaulicht sind. Auf der Ordinate X sind" die Werte des Wirkungsgrades und Leistungsfaktors, auf der Abszisse die prozentuale Belastung aufgetragen. Aus dem Diagramm sind die Vorteile des Asynchron-Induktionsmotors nach der Erfindung zu erkennen.

Die erfindungsgemäß durchgeführten Induktionsmotoren haben außerdem den wichtigen Vorzug, daß selbst bedeutende Spannungsschwankungen im Zuleitungsnetz keine Einwirkung auf die Motorleistung ausüben, da sich selbsttätig die Klemmenspannung zur entsprechenden Leistung einstellt. Bestehende Induktionsmotoren der gewöhnlichen Bauart können mit verhältnismäßig kleinem Autwand in die neue Konstruktion umgebaut werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Asynchronmotor mit selbsttätig einstellbarer Leistung je nach der Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung in einem besonderen, gegenüber dem äußeren festen Statormantel drehbaren Körper angebracht ist, welcher aus der Neutralstellung durch die von der augenblicklichen Belastung abhängige Rückwirkung des Rotors über ein Dämpfungsorgan im Sinne der Rotor drehung so verdreht wird, daß eine Änderung des Magnetisierungsflusses oder der Klemmspannung des Motors erzielt wird.

2. Asynchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Andrehung des verdrehbaren Statorkörpers von der Dämpfungswirkung einer geeigneten Einrichtung, z. B. eines Kataraktes, abhängt.

3. Asynchronmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Magnetisierungsflußänderung dienendeZusatzwicklungen (5) in Reihe mit den Hauptwicklungen (4) des Stators geschaltet und mittels Leitern (6) mit einem Schalter (7) verbunden sind, welcher die Zusatzwicklungen je nach der Belastung ein- oder ausschaltet.

4., Asynchronmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Verdrehen des Stators direkt oder mittels eines Übersetzungsgetriebes ein Spannungsregler eingeschaltet wird, der zur Spannungsregelung des .zugeführten Wechselstromes dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen