DE617662C - Einphasenwechselstrommotor mit Haupt- und Hilfsphase fuer mehrere Betriebsdrehzahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft in ihrer Drehzahl einstellbare Wechselstrommotoren; insbesondere kleiner und mittlerer Größe, welche gewöhnlich mit Hilfsphase versehene Einphasenmotoren sind. Mit Hilfsphase versehene Emphasenwechselstrommotoren besitzen bekanntlich im Ständer zwei Wicklungen, die Hauptphasenwicklung und die Hilfsphasenwicklung (Anlaufwicklung).

Die Phasenverschiebung zwischen Haupt- und Hilfsphase wird gewöhnlich durch in die Hilfsphase eingeschaltete Phasenvers chie- ·* bungsmittel, beispielsweise Ohmsche oder induktive Widerstände oder Kondensatoren,, erzielt. Nach erfolgtem Anlauf wird entweder die Hilfsphasenwicklung abgeschaltet, oder es werden die Phasenvierschiebungsmittel kurzgeschlossen, oder ihre phasenverschiebende Wirkung geändert.

Es ist nun zwar bereits bekannt, Einphasenwechselstrommotoren, die eine Hauptphasenwicklung und eine für den Anlauf vorgesehene Hilfsphasenwicklung besitzen, mit mehreren Betriebsdrehzahlen zu betreiben. Bei diesen bekannten Wechselstrommotoren werden aber die Betriebsdrehzahlen entweder durch Polumschaltung oder durch Änderung der Windungszahl der Hauptphasenwicklung oder durch Änderung der an die Hauptphasenwicklung angelegten Spannung erzielt. Hierdurch ergeben sich in dem einen Falle verwickelt gebaute Ständer, in dem anderen Falle teure Umschalteinrichtungen.

Die Erfindung löst dasselbe Problem auf einem grundsätzlich anderen Wege dadurch, daß die Kurzschluß wicklung des Läufers durch Einschnitte in den Kurzschlußringen oder durch, gleichwertige Maßnahmen den Charakter einer einachsigen Wicklung erhält und das Statorfeld bei den verschiedenen Betriebsdrehzahlen verschiedene Stärke oder verschiedene Verteilung aufweist, und zwar so, daß der Motor bei der kleinen Drehzahl auf dem bei der halben synchronen Drehzahl Hegenden stabilen Ast der Drehzahlkurve arbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, die Umschaltung von der einen Betriebsdrehzahl auf die andere durch einen einfachen zweipoligen Umschalter zu erzielen und diese Umschaltung sowohl im Anlauf als auch im Betriebszustand vorzunehmen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, und zwar stellen die Abb. 1, 3, 5, 6 Ausführungsformen der Erfindung und die Abb. 2 und 4 die Wirkungsweise der Erfindung veranschaulichende Kurven dar.

In der Abb. 1 sind das Einphasennetz mit 10 und die Ständerwicklungen mit π und 12 bezeichnet. Die Windungszahlien und die Impedanzen der Wicklungen sind je nach den verwendeten Phasienverschiebungsmitteln, den

gewünschten Betriebsdrehzahlen und der in Betracht kommenden Belastung des Motors verschieden bemessen. In jedem Falle sind aber die Wicklungen verschieden groß bemessen,, so daß sie, sofern sie im Betrieb allein verwendet werden, verschiedene Motordrehzahlen ergeben.

An dem leinen Ende sind die Wicklungen Ii und 12 gemeinsam an das Netz io geführt, to Als Phasenverschiebungsmittel -ist der nach erfolgtem Anlauf durch den Schalter 14 abschaltbare Ohmsche Widerstand 13 in Reihe mit der Wicklung 11 geschaltet. Die Wicklung 11 stellt somit die Hilf sphasenwicklung (AnlaufwicklungJ des Motors dar. Der sekundäre Teil des Motors ist der mit einer Käfigankerwicklung versehene Läufer 15,

Der Schalter 14 wird durch die Fliehkraftvorrichtung 16 betätigt und besitzt zwei Kontaktsätze 17 und 18. Im, Stillstand und bei niedriger Drehzahl des Motors während des Anlaufes sind die Kontakte 17 geschlossen, so "daß die in Serie mit dem Anlaufwiderstandi3 liegende Wicklung 11 und dieWicklung 12 in Parallelschaltung am Netz 10 liegen. Läuft der Motor hoch, so öffnet die Fliehkraftvorrichtung 16, bevor die niedrigste Betriebsdrehzahl des Motors erreicht wird, die Kontakte 17 und schließt die Kontakte 18.

,Dadurch wird der Anlauf wider stand 13 kurzgeschlossen und der über die Kontakte 17 verlaufende Stromkreis unterbrochen.

Der Schalter 19 schließt eine Leitung des Netzes 10 entweder an den Kontakt 20 oder an den Kontakt 20' und dient sowohl als Umschalter von der einen Drehzahl auf die andere Drehzahl als auch als Ausschalter.

Für den Anlauf ist es gleichgültig, ob der Schalter 19 die untere Netzleitung 10 mit dem Kontakt 20 oder mit dem Kontakt 20' verbindet. Stets liegt die Reihenschaltung: Wicklung 11 und Widerstand 13 in Parallelschaltung mit der Wicklung 12 am Netz 1 o. Dagegen ist.je nach der Stellung des Schalters 19 im Betrieb (d.h. nach dem Ansprechen der Fliehkraftvorrichtung 16 und Öffnen der Kontakte 17) entweder nur die Wicklung 11 (Kontakt 20 am Netz) oder nur die Wicklung 12 (Kontakt 20' am Netz) eingeschaltet.

Da die Anlaufverhältnisse durch Schalthandlungen des Schalters 19 nicht geändert ■ werden, kann die gewünschte Drehzahl des Motors sowohl sofort beim Anlauf als auch erst während des Betriebes durch den Schalter 19 eingestellt werden.

In der Abb. 2 sind auf der Ordinate die Drehzahlen und auf der Abszisse die Drehmomente aufgetragen. : Die Kurve S stellt die Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik des erfimdungsgemäßen Motors im Anlauf dar. Hierbei liegt die in Reihe mit dem Widerstand 13 geschaltete Wicklung 11 mit der Wicklung 14 in Parallelschaltung am Netz 10. Bei der Drehzahl X spricht die Fliehkraf tvorrichtung 16 an.

Die Kurve L stellt die Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik dar, die man erhält, wenn die Wicklung 12 im Betrieb allein eingeschaltet ist. Hierbei ist natürlich nur der voll ausgezogene Teil der Kurve L verfügbar, da in dem Drehzahlbereich des gestrichelten Teiles der Kurve die Wicklung 12 nicht allein •eingeschaltet ist.

Die Kurve H stellt die Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik dar, die man erhält, wenn die Wicklung 11 im Betrieb allein, und zwar ohne Widerstand 13 eingeschaltet ist. Hierbei kommt wiederum nur der voll ausgezogene Teil der Kurve in Betracht, da der gestrichelte Teil der Kurve in dem Anlaufdrehzahlbereich liegt.

Liegt der Schalter 19 auf dem Kontakt 20' (unterer Drehzahlbereich), so läuft also der Motor nach der Kurve 5 an und arbeitet im Betrieb nach dem voll ausgezogenen Teil der Kurve/,. Liegt der Schalter 19 auf dem Kontakt 20 (oberer Drehzahlbereich), so läuft der Motor wiederum nach der KurveS an, arbeitet aber dann im Betrieb nach der Kurve//.

Aus der Fig. 2 ersieht man, daß beide Drehzahl-Drehmoment-Kurvien etwa bei der halben synchronen Drehzahl niedere Drehmomentpunkte (Einsattelungen) besitzen. Gemäß der Erfindung ist dem Motor absiehtlieh diesie Charakteristik gegeben. Es gibt bekanntlich eine Reihe von Mitteln, der Drehzahl-Drehmoment-CharakteristikieinesEin-oder Mehrphasenmotors eine oder mehrere Einsattelungen zu geben. Bis jetzt wurden solche Einsattelungen aber als unerwünscht angesehen und deshalb nach Möglichkeit vermieden. Im Gegensatz hierzu werden gemäß der Erfindung gerade derartige Charakte- * ristiken verwendet, und zwar zur Erzielung eines stabilen unteren Drehzahlbereiches.

Drehzahl-Drehmomejit-Charakteristikien mit Einsattelungen können beispielsweise durch ■eine bestimmte Wahl der relativen Standerund Läufernutenzahl erhalten werden, ferner dadurch, daß die Kurzschlußringe des Käfigankers mit ' Einschnitten versehen werden. Bei einem zweipoligen Motor werden die Kurzschlußringe, wie dies die Abb. 1 zeigt, an gegenüberliegenden Stellen mit Einschnitten 21 versehen, so daß die Käfigankerwicklung im wesentlichen in zwei Teile aufgeteilt ist. Der Fluß, der von dem in der Käfigankerwicklung fließenden Strom herrührt, besitzt dann 'eine Achse senkrecht zu der Achse der Einschnitte 21; die Ankerwicklung wirkt also einachsig. Eine solche Ausbildung des Käfig-

aribers gemäß Abb. ι 'ergibt in bekannter Weise eine Drehzahl-Drehmonnent-Charakteristik gemäß Abb. 2.

Die Kurve/⁷ der Abb. 2 stellt die typische Drehzahl-Drehmoment-Kurve eines Ventilators dar. Treibt daher der erfindungsgemäße Motor einen Ventilator an, so gibt es zwei Drehzahlen (Schnittpunkte der Kurve F mit den Kurven L und H)₁ bei denen der Motor stabil arbeiten kann. Hierbei kann, sofern die Drehzahl höher ist- als die Drehzahl X, von einer Drehzahl auf die andere ohne Durchschreiten der Anlaufperiode übergegangen werden. Ein stabiles Arbeiten des Motors mit höherem Drehmoment und halber Drehzahl ist im übrigen auch möglich gerade unterhalb der Einsattelung in der höheren Drehmomentkurve.

Die Wicklung 12 ist vorstehend als die niedrigere Drehzahlwicklung und die Wicklung 11 (Anlaufwicklung) als die höhere Drehzahlwicklung beschrieben. Dies wird die bevorzugte Anordnung dann sein, wenn als Phasenverschiebungsmittel ein Ohmscher Widerstand verwendet wird. Die Erfindung ist aber natürlich nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, denn es können je nach den gewünschten Verhältnissen andere Wicklungscharakteristiken und andere Phasen-Verschiebungsmittel benutzt werden.

Bei der Anordnung der Abb. 3 ist die Ständerwicklung 22 eine konzentrierte Wicklung und die Ständerwicklung 23 eine vierteilte Wicklung. Es ist bekannt, daß eine konzentrierte Wicklung, wie sie in der Abb. 2 bei 22 dargestellt ist, einen Fluß erzeugt, der eine vorherrschende, vorwärts rotierende dritte Harmonische besitzt. Hat der Käfigankerläufer zwei Stäbe je Pol, so wird eine rückwärts rotierende dritte Flußharmonische erzeugt. Der Läufer 15' des in der Abb. 3 veranschaulichten Motors besitzt vier Käfigankerstäbe. Der Motor kann daher als ein zweipoliger Motor angesehen werden. Bei einem derartigen Motor wird, wenn die Wicklung 22 erregt wird, die vorwärts rotierende dritte Flußharmonische des Ständers mit der rückwärts rotierenden dritten Flußharmonischen des Läufers genau bei der halben vollen synchronen Drehzahl ein synchrones Drehmoment erzeugen. Zweckmäßigerweise ist der Rotor auf der Welle mit Hilfe einer Feder 24 o. dgl. befestigt, so daß die Wirkung des synchronen Drehmomentes bei der halben Drehzahl noch verstärkt und Beschleunigungen vermieden werden, wenn das Arbeiten des Motors bei dieser Drehzahl erwünscht ist. Da im übrigen die in der Abb. 3 veranschaulichte Schaltung die gleiche ist wie die in der Abb. 1 dargestellte Schaltung, genügt ein Hinweis auf das bezüglich der Anordnung der Abb. 1 Ausgeführte. Die mit der Anordnung der Abb. 3 erzielten Arbeitscharakteristiken sind in der Abb. 4 dargestellt. S ist wiederum die Drenmomentkurve in der Anlaufperiode, wenn beide Ständerwicklungen eingeschaltet sind, H' die Drehmomentkur ve, wenn die Wicklung 23 eingeschaltet ist, und L' die Drehmomentkurve, wenn die Wicklung 22 eingeschaltet ist. Der horizontale Teil Y der Kurve U, welcher sich genau bei der halben synchronen Drehzahl befindet, stellt das obenerwähnte synchrone Drehmoment dar. Es verläuft in beiden Richtungen von der Kurve/.', da es ein synchrones Drehmoment ist und einer Steigerung oder Verringerung der Drehzahl widerstrebt. Die Größe dieses synchronen Drehmomentes kann bei dem Entwurf festgelegt werden. Mit einer Last gemäß der Kurve F' kann der Motor mit der Wicklung 22 bei der Drehzahl Y und mit der Wicklung 23 in dem Schnittpunkt der Kurve/⁷' mit der Kurve//' arbeiten.

Bei .der Anordnung der Abb. 1 wurden die verschiedenen Drehinomentkurven L und H durch Veränderung der wirksamen Amperewindungen oder durch Veränderung des durch den wirksamen Teil der Ständerwicklung erzeugten wirksamen Flusses erzielt. Mehrere verschiedene Drehmomentkurven können aber auch auf andere Weise erhalten werden.

In der Abb. 5 ist ein Einphasenmotor dargestellt, der eine Hauptwicklung 25 und eine Anlaufwicldung 26 besitzt, in Reihe mit der Wicklung 26 ist ein als Phasenverschiebungsmittel dienender Kondensator 27 geschaltet. Nach dem Anlauf des Motors schaltet der Fliehkraftschalter 16, 28 den Kondensator 27 und die Anlaufwicklung 26 ab. Weiterhin ist ein Autotransformator 29 und ein Schalter 30 vorgesehen, mit deren Hilfe die Spannung an der Hauptwicklung 25 geändert und damit die Drehmomentkurve L oder H der Abb. 2 erzielt werden kann. Der Anlauf des Motors der Abb. 5 kann bei jeder Schaltstellung des Schalters 30 erfolgen, wobei natürlich Rücksicht auf das erforderliche Anlaufdrehmoment und die erforderliche Strombegrenzung genommen werden muß. no

Sofern der Motor im Betrieb mit der niederen Drehzahl laufen soll, liegt der Schalter 30 auf dem Kontakt der niederen Spannungsstufe. Sofern der Motor im Bietrieb mit der höheren Drehzahl laufen soll, liegt der n₅ Schalter 30 auf dem Kontakt der höheren Spannungsstufe des Transformators 29.

Die Abb. 6 stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform besteht zur Erzielung der verschiedenen Drehmomentkurven die Hauptwicklung aus zwei Teilwicklungen. Je nach-

dem, ob' eine oder beide Teilwicklungen 'eingeschaltet sind, erhält man die niedere oder die hohe Drehmomentkurve. Die Teilwicklungen der Hauptwicklung sind in der Abb. 6 mit 31 und 32 und der Umschalter mit 33 bezeichnet. Die übrigen Teile der Anord-

. nung sind mit den gleichen Bezugzieichen wie in der Abb. 5 versehen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Einphasenwechselstrommotor mit Haupt- und Hilfsphase für mehrere, insbesondere zwei Betriebsdrehzahlen, . dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwicklung des Läufers durch Einschnitte in den Kurzschlußringen oder durch gleichwertige Maßnahmen den Charakter einer einachsigen Wicklung 'erhält und das Statorfeld bei den verschiedenen Betriebsdrehzahlen verschiedene Stärke oder verschiedene Verteilung aufweist, derart, daß der Motor bei der kleinen Drehzahl auf dem bei der halben synchronen. Drehzahl . liegenden stabilen Ast der Drehzahlkurve arbeitet.
2. 2. Einphasenwechselstrommotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des betriebsmäßigen Statorfeldes wahlweise zwei verschiedene Ständerwicklungen benutzt werden, die verschiedene Windungszahl und gegebenenfalls auch verschiedene Wicklungsvierteilung besitzien, und von denen eine im Anlauf als Aiilaufwicklung dient.
3. 3. Einphasenwechselstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ständerwicklungen als konzentrierte Wicklung ausgebildet ist und der Käfiganker je Pol zwei Kurzschlußstäbe besitzt.
4. 4. Einphasenwechselstrommotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der 'verschiedenen Feldstärken die eine Ständerwicklung an ver- *.■· schiedene Spannungen, z. B. über einen Spartransformator, gelegt wird.
5. 5. Einphasenwechselstrommotor nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine im Anlauf als Hilfsphase dienende Ständerwicklung im Betriebe abgeschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen