DE635308C - Laeufergespeister Drehstrom-Nebenschluss-Kommutatormotor - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß man beim läufer gespeisten Drehstrom-Nebenschluß-Kommu tatormotor mit Drehzahlregelung durch Bürstenverschiebung (Schrage-Motor) den Regelbereich durch Umschaltung der Ständerwicklung ändern kann. Die bis jetzt bekannten Anordnungen zur Erweiterung des Regelbereiches des Schrage-Motors besitzen jedoch verschiedene Nachteile, was zur Folge hatte, daß diese Anordnungen nur in vereinzelten Fällen zur Anwendung gekommen sind. Die Nachteile der bis jetzt bekannten Anordnungen bestehen darin, daß entweder ein stoßfreies Umschalten nur in der Nähe der synchronen Drehzahl vorgenommen werden kann, was meistens nicht erwünscht ist, oder daß für die Umschaltung sehr komplizierte Schaltapparate erforderlich sind, die den Antrieb wesentlich verteuern. Das Patent 580446 zeigt zwar einen derartigen Drehstrom-Nebenschluß-Kommutatormotor, bei welchem ein stoßfreies Umschalten auf den erweiterten Regelbereich bei einer wesentlich vom Synchronismus entfernten Drehzahl möglich ist. In diesem Falle sind jedoch für den erweiterten Regelbereich eine große Zahl besonderer Hilfsbürsten erforderlich, was sich bei der praktischen Verwendung dieser Anordnung als erheblicher Nachteil geltend macht.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Erweiterung des Regelbereiches eines Schrage-Motors besonderer Ausführung, und zwar in solcher Weise, daß alle obenerwähnten Nachteile vermieden werden. Die Anordnung nach der Erfindung soll vorzugsweise bei Schräge-Motoren verwendet werden, deren Sekundärkreis mit vergrößerter Phasenzahl (sekundäre Phasenzahl > 3) ausgeführt ist. Die Ausführung dieser Motoren mit vergrößerter sekundärer Phasenzahl ist schon an sich sehr vorteilhaft, besonders bei Motoren mittlerer und größerer Leistung, weil durch diese Maßnahme die Kommutierung des Motors wesentlich verbessert wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein läufergespeister Drehstrom - Nebenschluß Kommutatormotor mit Drehzahlregelung unter Verwendung von zwei gegeneinander verschiebbaren Bürstenbrücken (Schrage-Motor), deren Bürsten mit den freien Enden von ihnen zugeordneten Ständerwicklungen verbunden sind, wobei im normalen Regelbereich die Sekundärspannung zwischen zwei der gleichen Ständerphase zugeordneten Bürsten sich aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Teilspannungen zusammensetzt. Erfindungsgemäß wird zur Erweiterung des Regelbereiches jeweils nur eine dieser beiden Teilspannungen als Spannung zwischen einer

der vorher dieser Ständerphase und einer anderen, vorher einer anderen Ständerphase zugeordneten Bürste verwendet.

In der Zeichnung sindAusführungsbeispiete der Erfindung dargestellt. ■ ν.

Die Sekundärkreise des Motors sind in den/ Figuren nur schematisch dargestellt. Die· Primärwicklung des Motors, die in den Figuren nicht angegeben ist, kann als normale, ίο über Schleifringe vom Netz gespeiste Drehstromwicklung ausgeführt sein. Die beiden Kreise in den Figuren stellen schematisch die Laufbahnen des Kommutators für die beiden Bürstensätze O₁ bis α_β und b₁ bis b_e dar. Die beiden Bürstenbrücken, von denen die eine die Bürsten a_t bis a_e und die andere die Bürsten b_t bis &₀ trägt, werden bekanntlich beim Schrage-Motor entweder mit gleicher oder mit annähernd gleicher Verstellgeschwin- zo digkeit gegenläufig zueinander verschoben, wodurch eine stetige Drehzahlregelung des Motors innerhalb gewisser Grenzen erzielt wird. ν

Bei dem Beispiel nach Fig. ι besteht jede Phase der sechsphasigen Sekundärwicklung aus einem Wicklungsteil\S"' und einem Wicklungsteil S", wobei für jede Phase die Wicklungsachsen der beiden Wicklungsteile S' und 5"" gegeneinander um einen Winkel α verdreht sind, der bei diesem Ausführungsbeispiel 6o elektrische Grade beträgt. Für die Änderung des Regelbereiches des Motors sind die Umschalter U₁ bis U_ß vorgesehen, die selbstverständlich zu einem einzigen mehrpoligen Umschalter zusammengebaut werden können. Für den normalen (nicht erweiterten) Regelbereich des Motors sind die Umschalter U₁ bis U_e aus der gezeichneten Mittelstellung entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Die Sekundärphase S₁, bestehend aus den Teilen S₁ und S₁" ist dann einerseits unmittelbar mit der Bürste a_t und andererseits über den Schalter U₁ mit der Bürste b_t verbunden. ,Wenn die anderen Phasen in gleicher Weise geschaltet sind, entspricht diese Schaltung, von der abnormalen Ausführung der Sekundärwicklung abgesehen, grundsätzlich der Schaltung eines normalen Schrage-Motors, und die Drehzahlregelung kann dementsprechend vorgenommen werden. Bei der Bürstenstellung nach Fig. 1 beträgt der Winkel zwischen den zugehörigen Bürsten α und b jeder Phase 120 elektrische Grade, bei welchem Winkel die Grenze des normalen Regelbereiches beinahe erreicht ist. Es sei angenommen, daß bei. dieser Bürstenstellung die Drehzahl untersynchron sei.

Durch die besondere Ausführung der Sekundärwicklung wird erreicht, daß bei der Bürstenstellung nach der Fig. 1. der Verbindungsleiter der Wicklungsteile S₁ und S₁" die gleiche Spannung erhält wie die Bürste b₆; man kann aus diesem Grunde den Um-... schalter U₆ (und aus Symmetriegründen zu ^'gleicher Zeit auch die Umschalter U₁ bis JT₅) ■^tößfrei und unterbrechungslos im Uhrzeiger- ;'$inn umlegen, wobei die Drehzahl des Motors ■im wesentlichen unverändert bleibt. Nach dem Umlegen der Umschalter U₁ bis U₆ im Uhrzeigersinn sind die Teile S₁ bis S_r" stromlos geworden, und es besteht jetzt der wirksame Teil z. B. der Phase 1 nur noch aus dem Wicklungsteil S₁, der einerseits an der Bürste a_t und andererseits an der Bürste b_a angeschlossen ist. Da der Winkel zwischen diesen beiden Bürsten O₁ und b_B nur 60 elektrische Grade beträgt, kann jetzt durch Vergrößerung dieses Winkels der Regeibreich des Motors vergrößert werden.

Bei der beschriebenen Anordnung geschieht die Umschaltung für die Erweiterung des Regelbereiches, wie es meistens verlangt wird, nahezu an der Grenze des normalen Regelbereiches, und zwar kann die Umschaltung stoßfrei und ohne Unterbrechung vorgenommen werden.

Um diese Vorteile bei dem eingangs erwähnten Motor nach Patent 580 446 zu erreichen, müssen, wie bereits erwähnt, für die Erweiterung des Regelbereiches eine größere Zahl von Hilfsbürsten verwendet werden, ein Nachteil, welcher der praktischen Verwendung dieses Motors hindernd im Wege steht. Dies geht aus folgendem hervor. Kommutatormotoren bekommen für 5operiodigen Wechselstrom durchweg recht große Kommutatoren sowie große Bürstenflächen. Die Größe der Kommutatorfläche und der Gesamtbürstenfläche (von etwaigen zusätzlichen Hilfsbürsten abgesehen) ist durch die Motorleistung und den verlangten Regelbereich ziemlich genau bestimmt. Sowohl mit Rücksicht auf den Preis des Motors wie auf den Wirkungsgrad desselben ist es sehr wichtig, daß die Kommutatorfläche und die Gesamtbürstenfläche möglichst klein gehalten werden. Kommen nun' aber noch Hilfsbürsten zusätzlich hinzu, so hat dies zur Folge, daß bei diesem Motor die Kommutatorfläche und die Gesamtbürstenfläcbe zum mindesten etwa 60O/0 "° größer wird als bei dem Motor nach vorliegender Erfindung.

Außer dem Vorteil der kleinen Abmessungen des Kommutators ist ein technischer Fortschritt auch damit erreicht, daß die Zahl der für die Umschaltung erforderlichen Schaltapparate auf ein Minimum beschränkt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. ι würde man beispielsweise mit zwei dreipoligen Umschaltern auskommen. Die beiden dreipoligen Umschalter können entweder gleichzeitig ohne Unterbrechung oder

nacheinander mit Unterbrechung umgeschaltet werden. Die für eine derartige Erweiterung des Regelbereiches oft vorgeschlagene Reihen-Parallelschaltung der Ständerwicklung braucht eine viel kompliziertere Apparatur. Bemerkenswert ist ferner, daß, da der Sekundärstrom der Zahl der Sekundärphasen umgekehrt proportional ist, bei der sechsphasigen Ausführung nach der Fig. ι die ίο Umschalter nur für eine verhältnismäßig geringe Stromstärke zu bemessen sind. Da außerdem nur auf Punkte gleicher Spannung umgeschaltet wird, können die Schaltapparate möglichst einfach gehalten werden. Auf die Vorteile der besseren Kommutierung bei der vergrößerten sekundären Phasenzahl wurde schon hingewiesen. Die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn der erweiterte Teil des Regelbereiches entweder nur kurzzeitig oder bei vermindertem Drehmoment benutzt werden soll. Weiter kann man die Schaltung für den erweiterten Regelbereich auch nur als Anlaufschaltung verwenden, wobei dann die sonst erforderlichen Anlaßwiderstände wegfallen.

Die Umschalter können selbstverständlich auch als Schütze bzw. als Kontroller ausgeführt werden. Da die Umschaltung bei einer ganz bestimmten Lage der Bürstenbrücken stattfinden soll, kann man die Umschalter mechanisch oder elektrisch mit den Bürstenbrücken verriegeln bzw. von der Bürstenbrücke unmittelbar bzw. mittelbar betätigen. Die Anordnung nach Fig. 1 bedingt eine Sonderausführung der Ständerwicklung, da jede Ständerphase noch eine besondere Anzapfung bekommen muß. Der Motor wird deshalb weniger einfach. Dieser Nachteil läßt sich dadurch vermeiden, daß man nicht die Phasenwicklung des Ständers selbst in ungleichachsige Teile aufteilt, sondern die Aufteilung der Phasenwicklungen der Ständerwicklung in einem kleinen Transformator vornimmt. Dabei ergibt sich weiter der Vorteil, daß die erfindungsgemäße Anordnung zur Erweiterung des Regelbereiches sich nachträglich bei schon vorhandenen Motoren anbringen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 2 dargestellt. Jede Phase der sechsphasigen Ständerwicklung S₁ bis S₆ besteht aus nur einem Wicklungsteil. S₁' bis S_e' und S₁" bis S₆" bilden die Wicklungen eines Tranformators. Die Transformatorwicklungen S₁ und S₁" sind durch einen Verbindungsleiter in Reihe geschaltet und parallel zu der Phase S₁ der Ständerwicklung gelegt. Dieselbe Art der Anschlüsse wiederholt sich für die übrigen Ständerphasen. Der Winkel zwischen den Achsen der in Reihe geschalteten Transformatorwickliingen beträgt auch bei diesem Ausführungsbeispiel 60 elektrische Grade.

Für die Änderung des Regelbereiches des Motors sind wiederum die Umschalter CZ₁ bis U₆ vorgesehen. Die Wirkung bei der Umschaltung auf den erweiterten Regelbereich, ist die gleiche, wie bei der Schaltung nach Fig. 1 beschrieben wurde.

Die Transformatorwicklungen sind parallel zu den Ständerwicklungen geschaltet. Diese Transformatorwicklungen können auf einem gemeinsamen mehrphasigen Transformator oder auf mehreren ein- oder mehrphasigen Transformatorkernen untergebracht werden. Da die Erweiterung des Regelbereiches oft nur· kurzzeitig oder bei vermindertem Drehmoment vorgenommen wird, können die Abmessungen des Hilfstransformators klein gehalten werden, so daß nur eine verhältnismäßig geringe Verteuerung des Motors dadurch herbeigeführt wird.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 zeigen einen Motor mit sechsphasiger Sekundärwicklung; die sekundäre Phasenzahl kann jedoch auch eine andere sein. Vorzugsweise ist jedoch die Sekundärwicklung mit mehr als drei Phasen auszuführen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Läufergespeister Drehstrom-Nebenschluß-Kommutatormotor mit Drehzahlregelung unter Verwendung von zwei gegeneinander verschiebbaren Bürstenbrücken (Schrage-Motor), deren Bürsten mit den freien Enden von ihnen zugeordneten Ständerwicklungen verbunden sind, wobei im normalen Regelbereich die Sekundärspannung zwischen zwei der gleichen Ständerphase zugeordneten Bürsten sich aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Teil spannungen zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß zur/Erweiterung des Regelbereiches jeweils nur eine dieser beiden Teilspan-. nungen als Spannung zwischen einer der vorher dieser Ständerphase und einer anderen, vorher einer anderen Ständerphase zugeordneten Bürste verwendet wird.
2. 2. Läufergespeister Drehstrom-Nebenschluß-Kommu'tatormotor nachAnspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phase der Ständerwicklung aus zwei in Reihe geschalteten Wicklungsteilen (S' und 5") besteht, deren Wicklungsachsen räumlich derart gegeneinander verschoben sind, daß zum Übergang auf den erweiterten Regelbereich die Bürsten einer der beiden Bürstenbrücken bei geeigneter Lage der-

   selben jeweils vom Ende des Wicklungsteiles (5") auf den Verbindungsleiter von (5' (und. 5") einer anderen Phase stoßfrei und unterbrechungslos umgeschaltet werden können.
3. 3. Läufergespeister Drehstrom-Nebenschluß-Komrnutatormotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der mehrphasigen Ständerwicklung ein Transformator liegt, der eine der Ständerphasenzahl entsprechende Anzahl Wicklungsphasen aus je zwei in Reihe geschalteten ungleichachsigen Wicklungsteilen _#(5' und S") besitzt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen