DE621744C - Anordnung zur Erzeugung von Dreiphasenstrom aus Einphasenstrom und umgekehrt - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 13. NOVEMBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 d² GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. Mai 1931 ab E₁=-j.

In der Praxis wird sehr häufig die Aufgabe gestellt, an ein vorhandenes Einphasennetz Einphaseninduktionsmotoren kleiner Leistung anzuschließen, welche die unangenehme Eigenschaft haben, nicht von selbst anzulaufen, es sei denn, daß man irgendwelche besonderen meist umständlichen Maßnahmen trifft, die dafür sorgen, daß der Motor in Betrieb kommt. Die Ursache dieses Verhaltens liegt darin, daß das normale Emphasensystem im Motor nur einen magnetischen Wechselfluß, nicht aber ein umlaufendes Drehfeld zu erzeugen imstande ist. Vielfach ist in diesen Fällen der Einphaseninduktionsmotor mit einer Hilfswicklung ausgerüstet worden, welche über einen Kondensator oder einen Widerstand mit dem Netz verbunden wird, so daß die Hilfsphase einen Strom anderer Phasenlage führt als die Normalphase. Da die Hilfsphase außerdem räumlich um 90⁰ geschwenkt ist, so entsteht im Motor ein mehr oder weniger vollkommenes Drehfeld, welches günstig für den Anlauf ist. Die beschriebene Maßnahme erscheint zwar einfach, erfordert aber große Kondensatoren, wenn die Phasenschwenkung praktisch verwendbare Größen erreichen soll. Durch den mit der Hilfsphase in Reihe geschalteten Kondensator wird nämlich der Scheinwiderstand der an sich induktiven Hilfsphase erheblich vermindert, so daß der ohnehin den Normalstrom beträchtlich übersteigende Anfahrstrom noch erhöht wird, wenn nicht wei-

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

Richard Tröger in Berlin-Zehlendorf. tere Zusatzeinrichtungen verwendet werden. Die Blindleistung des Kondensators beträgt demnach ein Vielfaches der Normalleistung der Phase.

Die Erfindung gestattet nun, durch eine besondere Schaltung eine Phasenänderung des aus einer Stromquelle entnommenen Stromes herbeizuführen und dabei gleichzeitig den Strom in den gewünschten Grenzen zu halten. Man geht dabei von der in Abb. ia dargestellten bekannten Schaltung aus. Für diese Schaltung gelten nachfolgende Beziehungen:

(i)

Ist hierbei Rl = Rc = Ri, so erhält man durch Addition der Gleichungen (1) und (2)

² ^i = i · ^Ri (Jc — Jl) · (3)

Aus dem Amperewindungsgleichgewicht des Transformators ergibt sich

• ι

»j + 7s'Wj=

■ w,

w,

(4)

Eingesetzt in Gleichung (3)

AJl₁ 1 - H₁

7-L

₌ 4- A. —L . El. ₌ _l A. ii L (e\

w.₂

Da R₁ ein fester Blindwiderstand ist, besagt die Gleichung (5), daß der Sekundärstrom/a konstant und um 90° gegen die Primärspannung phasenverschoben ist. Erfindungsgemäß soll diese Tatsache dazu ausgenutzt werden, um mit Hilfe der in Abb. ia dargestellten Schaltung aus Einphasenstrom Mehrphasenstrom, z. B. Dreiphasenstrom, zu gewinnen.

Dies wird an Hand der Abb. 1 erläutert. Hierin bedeuten 1 und 2 die Leiter des Einphasennetzes. Zwischen den Punkten 8 und 6 ist die an sich bekannte Schaltung angeschlossen. Die Leiter 3 und 4 sind mit der Sekundärwicklung des nicht näher bezeichneten Transformators verbunden, so daß also in ihnen der um 90° gegen die Spannung des Einphasennetzes phasenverschobene Strom fließt. Kombiniert man diesen Strom mit einem aus dem Einphasennetz entnommenen Wirkstrom, so liegen zwei um 90 ° gegeneinander verschobene Einphasenströme vor, die nach dem Scottschen System in ein Dreiphasensystem transformiert werden können. In Abb. ι wird diese Transformation dadurch erreicht, daß der Leiter 5 unmittelbar an den Leiter 1 angeschlossen wird, und daß der Nullpunkt 7 der Sekundärwicklung des nicht näher bezeichneten Transformators der Kunstschaltung mit dem Leitern des Einphasensystems verbunden wird. Der Transformator der Kunstschaltung kann u. U. durch einen "Spartransformator ersetzt werden, wenn die Spannungsverhältnisse des Einphasen- und des Dreiphasensystems dies gestatten. Die entsprechende Schaltung zeigt Abb. 2.

Das so erhaltene Dreiphasensystem mit den Leitern 3, 4 und 5 ist allerdings anormal insofern, als der in den Leitern 3 und 4 fließende Strom unabhängig von der Belastung konstant ist, wobei sich die Spannung entsprechend ändert, während sich die Spannungen und Ströme zwischen den Leitern 3 und 5 bzw. 4 und 5. mit der Belastung ändern. Dies ist jedoch von untergeordneter Bedeutung; denn die beschriebene Schaltung soll ermöglichen, aus Einphasenanlagen Induktionsmotoren nach dem Drehfeldsystem zu betreiben. Dabei ist es ziemlich gleichgültig, wie sich die im Sekundärteil des Motors erzeugten Spannungen verhalten, so daß die erwähnte Unvollkommenheit des auf diese Art gewonnenen Dreiphasensystems für dieses Anwendungsgebiet praktisch belanglos ist.

Wichtig ist dagegen, daß man' bei der Wahl der Größe des Kondensators in keiner Weise durch die Phasenschwenkung festgelegt ist, letztere beträgt vielmehr immer 90 °, wenn nur die allgemeinen Bedingungen der Kunstschaltung erfüllt sind. Man kann also den Kondensator so bemessen, daß der Anfahrstrom in der Hilfsphase einen vorgeschriebenen Grenzwert nicht überschreitet.

Neben der Ergänzung der Kunstschaltung zu einem Dreiphasensystem durch Hinzunahme weiterer Leiter, welche Ströme oder Spannungen geeigneter Phasenlage führen, und der Anwendung dieser Anordnung für den Antrieb von Drehfeldmotoren aus einem Einphasennetz besteht die Erfindung weiterhin darin, den für die Herstellung der an sich bekannten Kunstschaltung erforderlichen Transformator bzw. Spartransformator zu ersparen, indem dessen Aufgaben den Wicklungen des Motors übertragen werden; denn die Verkettung zwischen verschiedenen Wicklungsteilen eines Motors ist die gleiche oder eine ähnliche wie in einem Transformator bzw. Spartransformator. Die naheliegende Schaltung eines derart angeschlossenen Motors ist in Abb. 3 dargestellt. Hierin ist die vom Einphasensystem "unmittelbar gespeiste Phase mit I bezeichnet, die über die Kunstschaltung gespeiste Phase, welche gleichzeitig die Aufgaben des Spartransformators übernimmt, ist mit II bezeichnet. Die Wirkungsweise dieser Anordnung dürfte nach dem Vorhergehenden ohne weiteres verständlich sein. Das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen I und II kann den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Man kann z. B. die Windungszahl der Wicklung II gleich derjenigen der Wicklung I machen und erhält dann kein gleichseitiges, sondern ein gleichschenkliges "Dreiphasensystem. Ebensogut können die Windungszahlen dem der Scott-Schaltung entsprechenden Verhältnis angepaßt werden, um im Läufer des Motors ein normales, gleichseitiges Dreiphasensystem zu erzielen.

Naturgemäß ist man nicht an die Verwendung des an sich seltener vorkommenden Zweiphasenmotors gebunden. Die beschriebene Schaltung kann ebensogut bei normalen Drehstrommotoren angewandt werden. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 4, ein anderes Abb. 5. In Abb. 4 wird der Wicklungsteil II durch zwei .Phasen verkörpert, während die Wicklung I unmittelbar vom Einphasensystem gespeist wird. In Abb. 5 sind die beiden Wicklungsgruppen miteinander vertauscht.

Die Vorteile der beschriebenen Schaltungen kommen in erster Linie bei Motoren mit Kurzschlußläufern zur Geltung, da diese am besten in der Lage sind, auch verzerrte Drehfelder für die Entwicklung eines Nutzdrehmomentes zu «verarbeiten, insbesondere wenn die Wicklung des Läufers nach dem bekannten Doppelnutverfahren ausgebildet ist, bei welcher eine Wicklung großen Querschnittes

und geringer Wirkverluste vorhanden ist, die die normale Arbeitswicklung darstellt. Die außerdem vorhandene Wicklung geringen Querschnittes und hoher Wirkverluste ist vorzugsweise während des Anlaufes wirksam. Die für die Kunstschaltung erforderliche Kapazität und Induktivität kann man konstruktiv mit dem Motor bequem vereinigen; als Induktivität läßt sich die Streuinduktivität des Motors mitverwerten, so daß man im allgemeinen kleinere Induktivitäten für die Kunstschaltung aufzuwenden hat, als die theoretische Rechnung ergibt. Der Kondensator kann beispielsweise im Fuß des Motors angeordnet und die Kunstschaltung im Motor selbst ausgeführt werden, so daß nach außen nur zwei Klemmen für den Anschluß des Einphasensystems nötig sind.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Erzeugung von Dreiphasenstrom aus Einphasenstrom und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die

   a5 Mittelpunkte der Primär- und der Sekundärwicklung oder die Verbindungspunkte je zweier hintereinandergeschalteter gleicher Primär- und Sekundärwicklungen eines Transformators an dem einen Pol des Einphasennetzes unmittelbar angeschlossen sind, während das eine Ende der Primärwicklung bzw. der freien Enden der hintereinandergeschalteten Primärwicklungen über einen Kondensator und das andere Ende über eine zahlenmäßig widerstandsgleiche Drosselspule mit dem gleichzeitig einen Pol des Mehrphasensystems bildenden zweiten Pol des Einphasennetzes und die Enden der Sekundärwicklung bzw. die freien Enden der hintereinandergeschalteten Sekundärwicklungen des Transformators mit dem zweiten und dritten Pol des Mehrphasensystems verbunden sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Transformator ein Spartransformator verwendet wird.
3. 3. - Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Einphasennetz abgeleitete Dreiphasenstrom zur Speisung eines Drehfeldinduktionsmotors verwendet wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des Drehfeldinduktionsmotors selbst als Transformatorwicklungen verwendet werden.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklungsgruppe des Motors unmittelbar an dem Einphasennetz angeschlossen ist, während die Mitte der anderen die Aufgaben des Transformators übernehmenden Wicklungsgruppe mit dem einen Pol des Einphasennetzes verbunden ist, und daß das eine Wicklungsende dieser Wicklungsgruppe über einen Kondensator und das andere Wicklungsende über eine unter Berücksichtigung der Streuinduktivität des Motors zahlenmäßig annähernd widerstandsgleiche Drosselspule mit dem anderen Pol des Einphasensystems verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen