DE646399C - Elektrischer Antrieb fuer Uhren oder aehnliche Vorrichtungen in Mehrphasenanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den elektrischen Antrieb von Uhren, Tarifapparaten, Signalapparaten oder ähnlichen Vorrichtungen in Mehrphasenanlagen, · dessen Trieb-S SA'stem als Synchronkleinmotor, Relais o. dgl. ausgebildet ist. Hat bei einer derartigen Einrichtung das Triebsystem nur eine an eine Phase des Netzes angeschlossene Erregerspule, so bleibt der Antrieb stehen, wenn die Erregerspule beschädigt ist oder die Phasenspannung, an die die Erregerspule angeschlossen ist, aus irgendeinem Grunde, beispielsweise infolge Durchbrennens einer Sicherung, ausfällt.

Zur Beseitigung dieses Mangels hat man schon vorgeschlagen, zwei Triebsysteme vorzusehen, die an verschiedene Phasen des Mehrphasennetzes angeschlossen sind und gemeinsam die zu betätigende Vorrichtung antreiben.

Diese bekannte Anordnung besitzt jedoch den Nachteil, daß sie verhältnismäßig umständlich und teuer ist.

Nach einem anderen bekannten Vorschlag wird ein Umschaltrelais-vorgesehen, das die Erregerwicklung beim Ausfall der sie speisenden Phasenspannung auf eine andere Phase" des Netzes umschaltet. Dies hat jedoch den Nachteil, daß nur beim Ausfall einer Phasenspannung der Stillstand des Antriebs verhütet wird, nicht dagegen, wenn die Erregerwicklung selbst beschädigt ist.

Ein weiterer Mangel besteht darin, daß Kontakte vorzusehen sind, die den Stromdurchgang zuweilen erschweren oder gar unterbinden.

Schließlich ist es auch bekannt, zur Verhütung des Aussetzens des Antriebs einer in ■Rede stehenden Vorrichtung das Triebsystem mit zwei Erregerwicklungen auszurüsten, die an verschiedene Phasen eines Drehstromnetzes angeschlossen werden und von denen die eine bereits den Antrieb in Gang zu halten vermag.

Fällt bei diesem Antrieb eine der für die beiden Spulen nicht gemeinsamen, aber durch einen oder mehrere Verbraucher überbrückten Phasen aus, so^- bleibt der Antrieb trotz der Verwendung zweier Erregerwicklungen stehen, weil in diesem Betriebszustand die eine der beiden Erregerwicklungen über den oder die Verbraucher mit entgegengesetzter Polarität an die gleichen Netzphasen wie die andere Erregerwicklung angeschlossen ist, so daß sich die von ihnen erzeugten Dreh-" momente aufheben.

Die Erfindung beseitigt diesen Mangel.

Sie macht dabei ebenfalls von mehreren Erregerwicklungen für das Triebsystem Gebrauch, die an verschiedene Phasen eines Mehrphasennetzes anzuschließen sind.

Erfmdungsgemäß ist der elektrische Widerstand wenigstens einer Spule durch vorgeschaltete Widerstände, Erhöhung der Win-

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

Hans Niitselberger in Nürnberg.

dungszahl oder des Widerstandskoeffizienten des Spulendrahtes ο. dgl. derart vergrößert, daß die Zeitkonstanten der Spulen verschieden groß ausfallen. Dadurch kann die Größe, des Drehmomentes auch im Falle der B lastung des das Triebsystem speisenden M^ phasennetzes so abgeglichen werden, daß eü Stillstehen des Motors auch beim Ausfall einer Spannung verhindert werden kann. Zur ίο Veränderung des Widerstandes können Ohmsche, induktive oder kapazitive oder auch Kombinationen aus diesen Widerständen verwendet werden.

Die Differenz der Zeitkonstante zweier Spulen kann beispielsweise dadurch geändert werden, daß bei der einen Spule der Ohmsche Widerstand, bei einer anderen Spule die Selbstinduktion vergrößert wird. Letzteres wird beispielsweise durch Erhöhung der Windungszahl erreicht. Man kann aber auch in den Stromkreis einer Spule einen Kondensator einschalten, während beispielsweise zugleich der Ohmsche Widerstand einer anderen Spule vergrößert wird.

Ganz besonders vorteilhaft wird die Zeitkonstante dadurch verändert, daß bei der einen Spule die Induktivität, bei der anderen der kapazith^e Widerstand verändert wird. Man erhält auf diese Weise einen möglichst großen Unterschied der Zeitkonstanten zweier Spulen. Eingehende Rechnungen haben ergeben, daß es sich bei besonders verschiedenartig belasteten Netzen empfiehlt, die Differenz der Zeitkonstanten zweier Spulen möglichst groß zu halten. Für heutige bestehende Netze wurde als zweckmäßige Differenz der den Zeitkonstanten entsprechende Phasenwinkel zweier Spulen ein.Bereich von 20 bis i6o° errechnet. Im Hinblick auf bekannte Ausführungsformen von Synchronkleinmotoren soll als besonders vorteilhafter Wert der Differenz der Phasenwinkel der Zeitkonstanten der Winkel von 6o° genannt werden. Dabei ist es zweckmäßig, die Zeitkonstante ungefähr entgegengesetzt gleich groß zu wählen, da man hierbei mit verhältnismäßig kleinen Kapazitäten auskommt und den in der Praxis vorkommenden Belastungsfällen von Netzen Rechnung trägt.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

In Fig. ι ist das Schaltbild eines an ein Drehstromnetz angeschlossenen Synchronkleinmotors dargestellt. R, S, T sind die drei Phasen des Drehstromnetzes, an die der Synchronkleinmotor ι angeschlossen ist. Zu diesem Zweck besitzt der Synchronkleinmotor zwei auf dem gemeinsamen Eisenkern 2 angebrachte Spulen 3, 4. Die Spule 3 ist an die Phasen R, S unter Zwischenschaltung des Ohmschen Widerstandes 5 angeschlossen.

Dieser bildet zusammen mit der Induktivität der Spule den Scheinwiderstand Z₁ für den die Spule durchfließenden Strom J₁. Die ule 4 ist an die Phasen S, T unter Zwischenijtung des Ohmschen Widerstandes 6 und apazität des Kondensators 7 angeschlos-Diese bilden zusammen mit der Induktivität der Spule den Scheinwiderstand Z₂ für den die Spule durchfließenden Strom J₂. Des weiteren sind die* zwischen den Phasen R, S und T liegenden Belastungen Z₄, Z₅ und Z₆ eingeschaltet. Diese Belastungen können Ohmscher, induktiver und unter Umständen auch kapazitiver Art sein.

Um nun die Erfindung näher zu erläutern, soll zunächst das Diagramm obiger Schaltung beim Vorhandensein sämtlicher Phasenspannungen näher betrachtet werden.

In Fig. 2 bedeuten R, S = U₁; S, T = U₂; T, R — U_s die drei Phasenspannungen des Drehstromnetzes. Der Scheinwiderstand im Stromkreis der Spule 3 entspreche einer Zeitkonstante, deren Phasenverschiebungswinkel zwischen Strom und Spannung + 30⁰ ist. Das positive Vorzeichen des Phasenverschiebungswinkels bedeute dabei, daß die Spannung dem Strom voreilt, wie es auch bei dem im Diagramm eingezeichneten Vektor Z₁ zum Ausdruck gebracht ist, der unter Bezugnahme zu dem durch die Pfeilrichtung eingetragenen Vektordrehsinn seiner Spannung U₁ um 30⁰ nacheilt. Entsprechendes gilt auch für den im Stromkreis der Spule 4 fließenden Strom J₂ mit dem Unterschied, daß die Induktivität der Spule 4 zusammen mit dem Ohmschen Widerstand 6 und der Kapazität des Kondensators 7 eine derartige Zeitkonstante für den Stromkreis bilden, daß der Verschiebungswinkel zwischen Spannung U₂ und dem in der Spule 4 fließenden Strom — 30⁰ beträgt. Die beiden in der Spule 3 und 4 fließenden Ströme Z₁ und /., erzeugen die Flüsse Φ, und <5„, die sich zu einem resultierenden Fluß Φ zusammensetzen, der im Diagramm der Eintachheit halber durch den Vektor /Φ dargestellt ist. Dieser dem Vektor JΦ entsprechende Fluß Φ ist der treibende Fluß, der für das Drehmoment des Motors ausschlaggebend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, wie erwähnt, zu verhindern, daß bei Ausfall einer Phase der Fluß ]Φ sehr klein bzw. Null werden kann. Daß dieser Fall praktisch nicht eintreten kann, soll im folgenden näher erläutert werden:

In Fig. 3 ist angenommen, daß die Phase R spannungslos wird und daß die zwischen der Phase R, T liegende Belastung so groß ist, daß ihr Scheinwiderstand Z₆ praktisch Null ist. Dies ist dann der Fall, wenn beispielsweise ein Motor, ein Warmwasserspeicher

oder ein anderer elektrischer Apparat großen Verbrauches zwischen den Phasen R und T eingeschaltet ist. Dadurch erhält die Phase R in jedem Augenblick ungefähr das Potential der Phase T. Es herrscht also zwischen den Phasen S, T die Spannung U₂ und zwischen den Phasen R, S die Spannung — U₂. Der Stromkreis der Spule 3 liegt somit an der Spannung — U₂- Dieser Fall ist in Fig. 3 im Diagramm gezeichnet. Die Lage des Stromes J₂ ist gleichgeblieben. Hingegen eilt der Strom Z₁ nunmehr der Phasenspannung — CZ₂ um 30⁰ nach. Beide Ströme setzen sich wieder zu dem dem Drehmoment entsprechenden Fluß /Φ zusammen. Aus diesem Diagramm ist sofort zu ersehen, daß bei der Verwendung zweier Spulen gleicher Zeitkonstante nach dem bekannten Vorschlag bei der im Ausführungsbeispiel angegebenen Netzbelastung der Strom J₁ in Richtung des Stroms J₂ fällt. Da die Größe des Stromes J₁ entgegengesetzt gleich der Größe des Stroms J₂ ist, ist kein resultierender Strom und somit auch kein treibender Fluß vorhanden.

Als weiterer Fall sei angenommen, daß bei der Anordnung gemäß Fig. 1 die Phase 6* spannungslos wird. Sind dabei die Belastungen zwischen den Phasen R, S und S, T klein, d. h. die Scheinwiderstände Z₄ und Z₅ annähernd unendlich, so liegen die Stromkreise der Spulen 3 und 4 in Hintereinanderschaltung an der Phasenspannung T, R = U₃. Da die Zeitkonstanten entgegengesetzt aber gleich groß sind, kompensiert die Induktivität die Kapazität im gemeinsamen Stromkreis. Es sind also nur noch die Ohmschen Widerstände vorhanden, deren Größe zweckmäßig so gewählt ist, daß ein genügend großes Drehmoment gesichert ist. Ist dagegen die Belastung zwischen der Phase R, S oder aber die Belastung zwischen der Phase S, T besonders groß, so liegt entweder die Spule 3 oder die Spule 4 an der Spannung U₃. In diesem Falle erhält man entweder ein dem Strom J₁ oder dem Strom J₂ entsprechendes Drehmoment, da es nie vorkommen' kann, daß gleichzeitig die Scheinwiderstände Z₄ und Z₅ gleich Null sind (dies würde einen Kurzschluß der ganzen Anlage bedeuten). Also auch bei Ausfall der Phasenspannung S ist stets der Weiterlauf des Motors gesichert. Bei Ausfall der Phasenspannung T ents'teht ein ähnliches Diagramm, wie es bereits in Fig. 3 gezeichnet ist.

Eingehende Rechnungen beweisen, daß für die Mehrzahl aller denkbaren Fälle der Weiterlauf des Motors gesichert ist.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem auf dem Eisen des Synchronmotors drei Spulen vorgesehen sind. Die Spulen sind mit 8, 9, 10 bezeichnet und an die Phasen/?,S; S₁T; T, R des Drehstromnetzes angeschlossen. Wichtig ist dabei, daß die Spule 10 mit umgekehrtem Wicklungssinn an die Phasen T, R angeschlossen ist wie die Spulen 8, 9 an die Phasen R, S bzw. S, T.

Gemäß der Erfindung erhält nun eine der beiden gleich angeschlossenen Spulen 8, 9 eine andere Zeitkonstante als die der Spule 10. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Spule 8 mit anderer Zeitkonstante versehen, wie aus dem vorgeschalteten Kondensator 11 hervorgeht. Es ist natürlich nicht unbedingt erforderlich, daß die Zeitkonstanten der Spule 9 und 10 gleich groß sind; auch diese können noch unter sich verschieden groß sein. Auch ist es nicht erforderlich, daß die Spulen 8, 9, 10 in Dreieck geschaltet sind; man kann sie auch in Stern schalten.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrischer Antrieb für Uhren, Tarifapparate, Signalapparate oder ähnliche Vorrichtungen in Mehrphasenanlagen, dessen Triebsystem als Einphasensynchronkleinmotor, Einphasenrelais oder als ein sonstiges Einphasentriebsystem ausgebildet ist und wenigstens zwei auf einem Eisenkern sitzende und an verschiedene Phasen des Mehrphasennetzes angeschlossene Spulen hat, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand wenigstens einer Spule durch vorgeschaltete Widerstände, Erhöhung der Windungszahl oder des Widerstandskoeffizienten des Spulendrahtes o. dgl. derart vergrößert ist, daß die Zeitkonstanten der Spulen verschieden groß ausfallen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied des durch die Zeitkonstanten zweier Spulen erzielten Phasenwinkels im Bereich von 20 bis i6o° liegt.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten ungefähr entgegengesetzt gleich groß sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen