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Einrichtung zum selbsttätigen Bremsen zwei- oder mehrphasiger Wechselstrommotoren
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Bremsen zwei- oder mehrphasiger
Wechselstrommotoren, insbesondere umsteuerbarer Kondensatormotoren. Ein Kondensatormotor_ist
ähnlich wie ein Zweiphaseninduktionsmotor ausgebildet, dessen annähernd gleiche
Wicklungen gegeneinander um 9o elektrische Grade versetzt sind. Die Wicklungen sind
in V-Form geschaltet und ihre freien Enden durch einen Kondensator ständig miteinander
verbunden. Ein derartiger Motor eignet sich besonders gut für den Umsteuerbetrieb
und kann daher für Spannungsregler und für den Antrieb der Schaltvorrichtungen von
Regeltransformatoren verwendet werden.
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In derartigen Regeleinrichtungen müssen Bremseinrichtungen vorgesehen
werden, die nach Erreichen der gewünschten Reglerstellung die Regeleinrichtung rasch
stillsetzen, um ein weiteres Umlaufen dies Antriebsmotors oder eine Pendelung des
Regelsystems zu vermeiden. Eine derartige Bremsung kann mechanisch mittels elektromagnetischer
Bremsen vorgenommen werden. Solche Bremsen sind jedoch verhältnismäßig teuer und
erfordern eine umfangreiche Wartung und Instandhaltung.
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Es ist nun bekannt, Wechselstrommotoren dadurch abzubremsen, daß-
zwei parallel geschaltete, gegeneinander phasenverschobene Ständerwicklungen einphasig
gespeist werden, wobei die erforderlichen Leitungsumschaltungen durch besondere,
von Hand betätigte Schalter erreicht werden.
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Gemäß der Erfindung, die auf diesem bekannten Stand der Technik aufbaut,
wird nun der Bremsvorgang nach Abschaltung des Motors vom Netz in Abhängigkeit von
der an den freien Enden zweier gegeneinander phagenverschobener
Ständerwicklungen
des Motors auftretenden, von dem Läuferfluß induzierten Spannung mittels eines an
dieser Spannung liegenden Relais gesteuert; d. h. die Bremsung erfolgt selbsttätig,
sobald der Motor vom Netz abgeschaltet ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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Abb. i zeigt einen Kondensatormotor mit einem Kurzschlußläufer i und
zwei Ständerwicklungen 2 und 3, die gegeneinander um 9o elektrische Grade versetzt
sind. Zwei Enden der beiden Wicklungen dieses Motors sind unmittelbar, die anderen
beiden Enden über einen Kondensator q. ständig miteinander verbunden. Durch den
handbetätigten Schalter 5 kann der Motor mit dem Einphasenwechselstromnetz 5 verbunden
werden. Liegt der Kontaktbügel 9 dieses Schalters auf dem Kontakt 7, so läuft der
Motor vorwärts. Liegt der Bügel 9 auf dem Kontakt 8, so läuft der Motor in der umgekehrten
Richtung. Sind jedoch die beiden Kontakte 7 und 8 durch den Bügel 9 überbrückt,
so wird auf den laufenden Motor in an sich bekannter Weise eine kräftige Bremswirkung
ausgeübt.
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Die Charakteristik der Bremsung, die mit der Anordnung nach Abb. i
erreicht wird, ist in Abb.2 dargestellt. Während des Bremsens nimmt die Drehzahl
verhältnismäßig schnell ab; der Abfall der Kurve, d. h. die Bremswirkung, ist der
Drehzahl annähernd proportional. Bei einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl entwickelt
der Motor noch ein ausreichendes Drehmoment, so da.ß er noch'weiterläuft. Die Größe
des Drehmomentes und dieser Drehzahl hängt von dem Widerstand des Läufers ab, und
zwar sind Drehzahl und Drehmoment um so niedriger, je höher der Läuferwiderstand
ist bzw. umgekehrt. Der Läufer i erhält deshalb zweckmäßig einen verhältnismäßig
hohen Widerstand. Bei einem ziemlich hohen Widerstand des Läufers -wird jedoch die
Motordrehzahl so klein, daß beim Abschalten des Netzes der Motor sehr rasch stillgesetzt
wird.
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Abb.3 zeigt den Bremsstromkreis der erfindungsgemäßen Einrichtung
in dem Augenblick, wo die Brems-virkung annähernd gleich Null ist. Diese Einrichtung
enthält ein Relais, dessen Wicklung i i parallel zu dem Kondensator" liegt,
und dessen Kontakte 12 zum Verbinden der einen Phasenleitung des Netzes mit dem
elektrischen Mittelpunkt der Wicklung i i dienen. Nach Abschaltung der Wicklungen
2 und 3 des Motors vom Netz durch Öffnen eines in der Zeichnung nicht dargestellten
Stromkreises -wird das Relais i i an die freien Enden der Wicklungen 2 und 3 des
Motors gelegt, worauf das Relais auf den inneren Strom anspricht und die Kontakte
12 überbrückt werden. Es wird dann der einphasige Netzstrom über die beiden Wicklungsteile
der Wicklung I I gleichmäßig auf die beiden Motorwicklungen verteilt. Das
Relais weist zweckmäßig einen verhältnismäßig geringen Scheinwiderstand auf, so
daß der größte Teil des inneren Stromes eher durch die Wicklung i i als durch den
Kondensator 4. fließen wird. Dadurch wird eine ähnliche Kurzschlußverbindung wie
in der Anordnung nach Abb. i erzielt. Im Stillstand des Motors oder bei sehr kleinen
Drehzahlen reicht der innere Strom nicht aus, um das Relais geschlossen zu halten,
so daß die Kontakte 12 wieder geöffnet werden.
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Abb. q. zeigt ein -weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zu
dem Kondensator ,1 sind eine Drosselspule 13 mit hohem Scheinwiderstand und ein
Relais 14 mit ebenfalls hohem Scheinwiderstand parallel geschaltet.-Wird das Relais
erregt, so wird- die Netzspannung über die Relaiskontakte an den elektrischen Mittelpunkt
der Drosselspule 13 gelegt. Der resultierende Sch:cinwiderstand der parallel geschalteten
Drosselspule und des Relais sind wesentlich höher als der Scheinwiderstand des Kondensators.
Zur Erzielung der größten Bremswirkung ist es zweckmäßig, daß der sich dem inneren
Strom entgegenstellende Scheinwiderstand einen Mindestwert hat, d. h. daß Resonanz
vorhanden ist, die durch die Neutralisierung des Scheinwiderstandes des Kondensators
und der zu ihm parallel geschalteten Drosselspule hervorgerufen wird.
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Läuft cler Motor mit hoher Drehzahl, so wird die Spannung an dem Kondensator
und dem Relais ausreichen, um das Relais erregt zu halten. Beim Stillstand des Motors
oder bei sehr geringer Drehzahl fällt der Relaisanker ab, der Bremsstromkreis wird
somit geöffnet. Es ist zweckmäßig, daß die Scheinwiderstände der Drosselspule 13
und des Relais 14 wesentlich höher sind als der Scheinwiderstand des Kondensators,
weil ein gewisser gleichwertiger Kapazitätswiderstand erforderlich ist, um die gewünschte
Motor-und Bremswirkung zu erzielen. Würde nämlich eine Drosselspule mit geringem
Scheinwiderstand verwendet werden, so wäre dies gleichbedeutend mit einer Verringerung
des Scheinwiderstandes des Kondensators. Weiterhin ist ein großer induktiver Widerstand
der Drossel erwünscht, damit der Leitungsstrom sich annähernd gleich auf die beiden
Hälften der Drossel verteilt. Die Drossel -wird zweckmäßig so ausgelegt, daß sie
für die von dem Mittelpunkt der Drossel zu den beiden Enden derselben fließenden
Ströme einen sehr geringen Scheinwiderstand darstellt.
Die Bremswirkung
der Einrichtung nach Abb. ¢ wird durch die gemeinsame Wirkung des inneren Stromes,
der durch den Resonanzstromkreis mit verhältnismäßig geringem Scheinwiderstand fließt,
und der Erregung der miteinander parallel geschalteten Wicklungen 2 und 3 erzielt.
Sinkt der durch Verkleinerung des inneren Stromes hervorgerufene Spannungsabfall
an dem Kondensator ¢ unter einen bestimmten Wert, so fällt der Anker des Relais
14 ab, wodurch der Bremsstromkreis wieder geöffnet wird.
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Abb. 5 zeigt eine Regeleinrichtung mit dem Bremsstromkreis nach Abb.
3. Diese Eierich-. tung ist zur Regelung von Motoren für den Antrieb von- Reglern
oder Regelwiderständen sehr geeignet. In der Anordnung sind zwei Hauptkontakte oder
-schalter 18, i9 zur Regelung der Drehrichtung des Motors vorgesehen'. Diese Kontakte
oder Schalter können in einem Kontaktspannungsmesser oder irgendeiner elektrisch
ansprechenden Regeleinrichtung vorgesehen sein, aber auch von Hand betätigt werden.
Wird eine empfindliche Regeleinrichtung verwendet, so werden die verschiedenen Stromkreise
zweckmäßig nicht unmittelbar, sondern über Zwischenrelais gesteuert. Zu diesem Zweck
sind die Relais 2o und 21 vorgesehen..
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Durch Schließen des Schalters 18 wird das Relais 2o erregt, der Stromkreis
über die Kontakte 22 geschlossen und der Motor,für den Vorwärtslauf an das Netz
angeschlossen. Durch öffnen des Schalters 18 wird das Relais 20 entregt, so *daß
die Kontakte 23 geschlossen werden. Hierdurch wird der Stromkreis über die Relaiswicklung
i i und die Kontakte 24 des Relais 21 mit den MotorNvicklungen 2 und 3 gebildet.
Die kurzzeitig, beispielsweise wenige Perioden lang, an den Klemmen der Motorwicklungen
auftretende Spannung bewirkt, daß das Relais i i seine Kontakte 12 schließt, wodurch
die Wicklungen 2 und 3 des Motors über den Mittelpunkt der Relaiswicklung an das
Netz 6 angeschlossen werden. Die Bremswirkung tritt sofort ein und dauert so lange,
bis der Motor stillsteht.
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Durch Schließen des Schalters 19 läuft der Motor dann in der umgekehrten
Richtung. Die Bremsung wird hier in entsprechender Weise erreicht. Die Einrichtung
nach Abb. 5 bewirkt also für jede Drehrichtung selbsttätig eine dynamische Bremsung,
die so lange aufrechterbalten bleibt, bis der Motor seinen Stillstand erreicht hat.
Danach wird der Bremsstromkreis wieder geöffnet.
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Abb. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Drehstrommotor.
Diese Einrichtung unterscheidet sich von derjenigen nach Abb.5 dadurch, daß eine
Phasenleitung des Netzes zwecks Bremsung des Motors nicht an dem Mittelpunkt der
Relaiswicklung i i, sondern an dem elektrischen Mittelpunkt einer Hilfsdrossel 26
liegt.
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Die Einrichtung nach Abb.6 arbeitet folgendermaßen Durch Schließen
des Schalters 18 wird des Relais 2o erregt, wodurch die Kontakte 28 und 29 geschlossen
und die Wicklungen 2 und 3 des Motors mit zwei Phasenleitungen des Drehstromnetzes
3o -verbunden werden. Die Wicklung 'z7 des Motors liegt ständig an dem Drehstromnetz
3o. Der Motor läuft dann in der Vorwärtsrichtung an. Durch öffnen des Schalters
18 werden die Kontakte 31 geschlossen und die beiden freien Enden der Wicklungen
2 und 3 mit der Relaiswicklung i i verbunden. Das Relais spricht infolgedessen an
und bewirkt durch Schließen des Schalters 32 eine einphasige Speisung des Motors
über den Mittelpunkt der Drossel --6.
Der Strom verteilt sich gleichmäßig
über die Wicklungen 2 und 3 und fließt über die Wicklung 27 in das Netz zurück.
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Die Hilfskontakte 33 sind vorgesehen,- damit während des Vorwärts-
oder Rückwärtslaufes des Motors durch die Drossel kein Strom fließt. Die Bremswirkung
ist ähnlich derjenigen der Einrichtungen nach den Abb. i, .3 und 5. Durch . Schließen
des Schalters 19 läuft der Motor in der umgekehrten Richtung. Die Bremswirkung wird
in entsprechender Weise erreicht.
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Abb. 7 zeigt eine Regeleinrichtung mit einer Bremsschaltung nach Abb.
4. Die Schalter 18 und i9 und die Relais 2o bzw. 21 entsprechen denen in der Einrichtung
nach :Abb. 5. Durch Schließen des Schalters 18 wird das Relais 2o erregt, so daß
die Kontakte 22 :geschlossen werden und der Stromkreis für den Vorwärtslauf des
Motors wie in der Einrichtung nach Abb. 5 hergestellt wird. Das Relais 14 wird durch
die an dem Kondensator 4 liegende Spannung erregt und schließt gleichzeitig seine
Kontakte.
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Beim öffnen des Schalters 18 wird das Relais 2o entregt und bewirkt
die Schließung der Köntukte 23, bevor das Relais 14 genügend Zeit hatte, seine Kontakte
zu öffnen. Dadurch wird die Netzspannung über die Kontakte 23 und 24 und die Kontakte
des Relais 14 an den Mittelpunkt der Drosselspule 13 gelegt und in der Ständerwicklung
des Motors ein einphasiges Feld aufgebaut. Der Bremsstromkreis ist somit hergestellt
und wird so lange aufrechterhalten, bis der innere Strom auf einen dem Stillstand
des Motors annähernd entsprechenden derart niedrigen Wert gesunken ist, daß das
Relais 14 und somit das gesamte System entregt wird.
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Durch Schließen des Schalters i9 läuft der
Motor in
der umgekehrten Richtung. Die Bremswirkung wird auch hier in entsprechender Weise
erreicht.
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Abb.9 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie Abb. 7, bei dem
die Umsteuerschaltverbindungen sogleich nach Eintreten der dynamischen Bremsung
hergestellt werden. Zu diesem Zweck sind zwei Hilfsrelais 46 und 47 vorgesehen.
Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Durch Schließen des Schalters 18 werden
die Relais 46 und 2 0 erregt; die Netzspannung wird über die Kontakte 48
und 49 dem Motor zugeführt. Der Motor läuft dann in der Vorwärtsrichtung. Durch
öffnen des Schalters 18 wird das Relais 2o entregt und der Motorstromkreis an den
Kontakten 48 unterbrochen. Gleichzeitig wird über die Kontakte 51 und 52 und den
Mittelpunkt der Drosselspule 13 ein Stromkreis geschlossen, wodurch die Leitungsverbindungen
zur dynamischen Bremsung des Motors hergestellt werden. Das Relais 46 wird Tiber
die Kontakte 53 mit einer Wicklung 54 verbunden, die von der Drossel 13 induktiv
beeinflußt wird und einen Strom führt, der dem während der dynamischen Bremsung
vorhandenen inneren Strom proportional ist.
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Gleichzeitig wird über die" Kontakte 55 und 56 ein Stromkreis zur
Erregung der Arbeitswicklung des Relais 21 hergestellt. Nach Aufhören der dynamischen
Bremswirkung fällt der Anker des Relais 46 ab, wodurch augenblicklich die Umsteuerschaltverbindungen
über die Kontakte 57 und 58 hergestellt werden und die Umsteuerung des Motors @erfolgt.
Diese Schaltverbindungen werden nur für kurze Zeit aufrechterhalten, weil bei Entregung
des Relais 46 die Kontakte 56 sich öffnen und das Relais 21 entregt wird. Durch
geeignete Bemessung der Abschaltzeit des Relais können die dynamische Bremsung und
die Herstellung der Umsteuerschaltverbindungen in der entsprechenden Weise und somit
das gewünschte schnelle Stillsetzen des Motors erzielt werden.
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Durch Schließen des Schalters i9 läuft der Motor dann in der umgekehrten
Richtung. Die Bremsung wird in entsprechender Weise erreicht.