DE834712C

DE834712C - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere asynchronen Drehstrommotoren

Info

Publication number: DE834712C
Application number: DEH3529A
Authority: DE
Inventors: Josef Unterreiner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-02-07
Filing date: 1950-06-15
Publication date: 1952-03-24

Description

Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere asynchronen Drehstrommotoren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere asynchronen Drehstrommotoren.
Es sind ähnliche Einrichtungen bekannt, bei welchen in mindestens einer Phasenleitung der elektrischen Speiseleitung des Klotors ein Unterbrecherkontakt einer mit der Motorwelle in Abhängigkeit von deren Drehzahl gekuppelten Kontakteinrichtung angeordnet ist, wobei die Kontakteinrichtung die Stromzufuhr jedesmal selbsttätig unterbricht, wenn die Drehzahl über einen an der Kontakteinrichtung einstellbaren Wert steigt, so daß der Motor impulsweise so viel Energie bekommt, als er zur Erhaltung der gewünschten Drehzahl benötigt. Ferner ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher zur Regelung der Drehzahl von asynchronen Drehstrommotoren in mindestens zwei Phasenleitern der Drehstromleitung je ein Schaltkontakt eines Schützes liegt, dessen Erregerstromkreis durch die genannte Kontakteinrichtung gesteuert wird.
In der Praxis hat sich bei diesen bekannten Einrichtungen, besonders bei der Regelung von Motoren größerer Leistung, die Funkenbildung an den in der Speiseleitung angeordneten Schaltkontakten als sehr nachteilig erwiesen. Diese Funkenbildung ist infolge der Iruduktivität der Motorwicklungen und den dadurch bedingten hohen Abschaltspannungen an den Kontakten recht beträchtlich und bietet zu raschen Beschädigungen der Kontaktelemente Anlaß.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Übelstände im wesentlichen dadurch, daß in mindestens einem Leiter der elektrischen Speiseleitung des zu regelnden Elektromotors ein abgestimmter Resonanzkreis vorhanden ist, dessen Resonanzfrequenz mittels einer mit der Motorwelle in Abhängigkeit von deren Drehzahl gekuppelten Kontakteinrichtung derart veränderbar ist, daß der .Motor zufolge Änderung der Impedanz des Kreises impulsweise so viel Energie bekommt, als er zur Einhaltung einer gewünschten, an der Kontakteinrichtung einstellbaren Drehzahl benötigt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in welcher rein beispielsweise zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt sind. Es zeigt Fig. i ein erstes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Drehzahlregelung eines asynchronen Drehstrommotors mit Käfiganker, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Einrichtung zurRegelungeines as_vnclironenl)relistromniotors.
Gemäß der Darstellung in Fig. i ist ein Dreipliasen-Asynchronmotor i i mit Hilfe eines -von Hand betätigbaren Schalters 12 an die drei Phasenleiter R, S und T eines Drehstromverteilnetzes anschließbar.
Zwischen dem Schalter 12 und dein iNlotor i i ist in mindestens zwei der Phasenleiter je ein elektrischer Resonanzkreis angeordnet, der aus einer eisenhaltigen Spule 13 bzw. 13° und einem aus zwci Teilen 14, 15 bzw. 14°,i5° bestehenden Kondensator gebildet ist, wobei die Elemente jedes Resonanzkreises in Serie geschaltet sind. Der eine Teil 15 bzw. 15° des Kondensators ist durch einen Ruhekontakt 16 bzw. 16° eines Schaltschützes kurzgeschlossen, dessen Magnetspule 17 einerseits unmittelbar an den einen Phasenleiter und anderseits unter Zwischenschaltung eines Arbeitskontakts 18 einer Kontakteinrichtung i9 an einen andern Phasenleiter angeschlossen ist. Der Anker des Magnets 17 steht mit den beiden Schaltkontakten 16 und 16° zu deren Betätigung in Wirkverbindung. Die Kontakteinrichtung i9 ist an der `\'elle des Motors i i angekuppelt und derart ausgebildet, daß der Arbeitskontakt 18 in Abhängigkeit von der Drehzahl des -Motors bei einer bestimmten, mit Hilfe eines Einstellorgans 20 in gewissen Grenzen beliebig einstellbaren Drehzahl geschlossen wird. Zum Beispiel kann die Kontakteinrichtung 19 eine elastische und drehzahlabhängige Kupplung aufweisen, über welche die Motorwelle auf den Kontakt 18 einwirkt, wobei durch das Einstellorgan 20 der Abstand der Kontaktelemente oder eine Federkraft verändert werden kann, welche bei einer bestimmten Drehzahl dem von der elastischen Kupplung übertragenen Drehmoment die Waage hält. Derartige Kontakteinrichtungen sind an sich in verschiedenen :\usfi.ihrungen bekannt und bedürfen deshalb keiner näheren Beschreibung.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt: Im Ruhezustand des Motors oder wenn dessen Drehzahl unterhalb der gewünschten liegt, ist der Kontakt 18 der Kontakteinrichtung ic offen, so daß

kein Strom durch die \lagnetsl>ule 17 des Schalt-

schützes fließt. Seine Ruhekontakte i6 und i6° sind

daher geschlossen, und die houdetisatoren i 3 und t 5a

je kurzgeschlossen. Die Serieresonanzkreise 13, 1.4

bzw. 13a, i4° sind auf die Frequenz des Speise-

stronis des Motors abgestininit und weisen in diesem

Zustand daher eine sclir kleine Impedanz auf, die

keinen nennenswerten \-orsclialtwiderstand zum

Motor i i bildet.

Beim Schließen des Schalters 12 beginnt der

.Motor zu drehen, und seine sich steigernde Drehzahl

erreicht bald den durch das Einstellorgan 2o an der

Kontakteinrichtung i9 eingestellten Wert. Bei einer

weiteren Steigerung der Drehzahl wird der Kon-

takt 18 der Kontakteinrichtung geschlossen, wo-

durch die zwischen zwei Phasenleitern herrschende

Spannung an die Spule 17 des Schützes gelangt und

derselbe betätigt wird. 1)ie leiden Kontakte 16

und 1611 öffnen und bringen dadurch die Koudetisa-

toren i3 und i 3a zur \\'irkttn". die eine Verstitn-

mung der IZesoiiatizl<rrise zur 1#olge hallen. Die

Impedanz dieser I@reis#, niuitut durch die Verstim-

mung wesentlich ztt und hil(l;t einett wirksamen

Vorwiderstand in der Sl>eis@leituu@@ des Motors.

dessen Drehzahl in der holge wieder sinkt. Beim

Unterschreiten der Drehzahl unter den eingestell-

ten Wert unterbricht der Kontakt 18 den 1-"rreger-

strotnkreis des Schaltschützes «-leder, so (laß seine

Kontakte die Kondensatoren i ; und 1,311 wieder

kurzschliefien und aulier \Virkutig bringen. Die Re-

sonanzkreise werden dadurch wieder auf die Fre-

quenz des Speisestroms abgestimmt, und die Energie-

zufuhr zum .Motor setzt wegen der nunmehr ge-

ringen Impedanz der kesouanzkreise erneut ein.

Dadurch steigt die Drehzahl des .Motors von neuem.

Je nach der Trähheit dies .Motors und der übrigen

Einrichtung wiederholt sich das beschriebene

Schaltspiel in inelir oder iveuiger rascher Folge.

so daß die Drehzahl praktisch konstant auf dein

gewünschten Wert bleibt. I )er \lotor bekommt also

impulsweise so viel Energie. als er zum Einhalten

der gewünschten Drehzahl benötigt.

Durch Verä uderutig des l:iiistellorgatis 20 kann

die Drehzahl während des Laufes stetig verändert

werden, und sie bleibt auf jedetn eingestellten Wert

konstant, kann aber selbst\erständlich nie höher

sein als die asynchrone 1 ) relizalil lies Motors an sich.

Die beschriebene Einrichtung könnte auch so

variiert werden, daß der Kontakt 18 der Kontakt-

einrichtung so lange geschlossen bleibt, bis die Dreh-

zahl des Motors den eingestellten Wert iiberschreitet,

wobei die Resonanzkreise bei offenen Schalt-

kontakten 16 und t61' auf die Frequenz des Speise-

stroms altgestimmt seid müssen.

In beiden Fällen kann durch die drehzahlab-

hängige Verstimmung riet Kreise ohne weiteres eine

Änderung deren Impedanz int \'erli<iltuis von r : to

erreicht werden. wobei die \-ou den Sclialtkontakteu

16 und 16° zu bewältigende Schaltleistung nur einen

Bruchteil der gesamten \lotoirrnleistuug ausmacht,

so daß die sonst so störende l@ unkenl»ldung an den

Kontakten "reit @@eniger auftritt.

Bei (lern in hig.2 @lar@estcllteti z\\eitett :\us-

führungsbeispiel der Einrichtung ist in zwei der Phasenleiter zwischen dem Schalter 12 und dem Motor je ein elektrischer Serieresonanzkreis eingesclialtet, der aus einer eisenhaltigen Spule 13 bzw. 13" und einem Kondensator 14 bzw. 14a. bestellt. Die Spule 13 bzw. 13a ist lose mit einer Hilfsspule 21 bzw. 21a gekoppelt. Die beiden Hilfsspulen 21 und Zia sind in Reihe miteinander geschaltet und können durch den Kontakt 18 der wiederum drehzahlabhängig mit der Motorwelle gekuppelten Kontakteinrichtung i9 kurzgeschlossen werden. Die Anordnung ist gemäß der Darstellung beispielsweise so getroffen, daß die Hilfsspulen dann kurzgeschlossen werden, wenn die Drehzahl des Motors den eingestellten Wert überschreitet.

Die \Virkungsweise dieser Einrichtung ist so, daß beim Überschreiten der gewünschten Drehzahl durch Kurzschließen der Hilfsspulen eine Verstimmung der vorher auf die Frequenz des Speisestroms abgestimmten Resonanzkreise stattfindet, wodurch, wie im vorigen Beispiel, die Impedanz der Kreise stark zunimmt und die Energiezufuhr zum Motor dadurch eine Drosselung erfährt, so daß die Drehzahl wieder sinkt.
Um eine Impedanzänderung der Resonanzkreise im Verhältnis i : to zu erzielen, ist eine Kurzschlußleistutig aufzuwenden, die nur 1/io bis 1/2o der tatsächlichen Durchgangsleistung beträgt. Werden im Hauptkreis und im Kurzschlußkreis gleiche Stromstärken angenommen, so ergibt sich, daß die am Kontakt i8 auftretende Schaltspannung nur 1/1o bis '/2o der Spannung beträgt, die sich an einem unmittelbar in der Zuleitung angeordneten Schalter ergäbe. Die Funkenbildung ist daher bedeutend vermindert. Zur Steuerung von Motoren sehr großer Leistung kann der Kurzschlußkreis mit Hilfe eines Sehützes gesteuert werden, in dessen Erregerstromkreis der Kontakt der Kontakteinrichtung i9 liegt.
Auch bei diesem Beispiel könnte die Anordnung so getroffen sein, daß der Kontakt 18 im Ruhezustand des Motors und bei Drehzahlen unter dem gewiitischten Wert geschlossen ist, wobei dann die Resonanzkreise bei kurzgeschlossenem Hilfskreis auf die Frequenz des Speisestroms abgestimmt sein müssen.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform könnte der Kontakt der Kontakteinrichtung auch den Erregerstromkreis eines Drehrelais steuern, das mit einem Drehkondensator in Wirkverbindung steht, der mindestens einen Teil des Kondensators der Resonanzkreise bildet. Diese Anordnung hätte den Vorteil, daß zur Veränderung der Abstimmung keine offenen Kontakte benötigt werden, mit Ausnahme im Erregerstromkreis des Drehrelais, wo aber mit kleinen Leistungen gearbeitet werden kann.
:1ti Stelle von Scrieresonanzkreisen könnten bei allen gezeigten Beispielen auch Parallelresonanzkreise vorhanden sein, welche mittels der Kontakteinrichtung beim Erreichen der gewünschten Drehzahl des Motors selbsttätig auf die Frequenz des Speisestroms abgestimmt werden und dadurch eine hohe Impedanz annehmen, die den Stromfluß zum Motor drosselt, während im verstimmten Zustand der Resonanzkreis deren Impedanzbedeutendkleiner ist.
Unabhängig davon, wie die Resonanzkreise aufgebaut sind, können zwei oder mehr Kondensatoren oder auch Spulen parallel geschaltet sein, wobei das eifre der parallel geschalteten Elemente mit Hilfe des Schaltkontakts eines Schützes zur Verstimtnung des betreffenden Kreises abschaltbar ist.
Auch bei Einphasenmotoren kann die Drehzahlregelung auf analoge Weise durchgeführt werden, wobei nur in mindestens einem der Leiter ein verstimmbarer Resonanzkreis vorhanden sein muß.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere asynchronen Drehstrommotoren, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Leiter der elektrischen Speiseleitung ein abgestimmter Resonanzkreis vorhanden ist, dessen Resonanzfrequenz mittels einer mit der Motorwelle in Abhängigkeit von deren Drehzahl gekuppelten.Kontakteinrichtung derart veränderbar ist, daß der Motor zufolge Änderung der Impedanz des Kreises impulsweise so viel Energie bekommt, als er zur Einhaltung einer gewünschten, an der Kontakteinrichtung einstellbaren Drehzahl benötigt.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis mindestens je eine Spule und einen Kondensator aufweist, und daß wenigstens das eine dieser Elemente mit Hilfe der Kontakteinriehtung veränderbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das eine der Elemente des Resonanzkreises aus zwei in Reihe geschalteten Teilen besteht, deren einer mittels der Kontakteinrichtung kurzschließbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das eine der Elemente des Resonanzkreises aus zwei parallel geschalteten Teilen besteht, deren einer mittels der Kontakteinrichtung abschaltbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule des Resonanzkreises mit einer Hilfsspule gekoppelt ist, die mittels der Kontakteinrichtung kurzschließbar ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspule in loser Kupplung mit der Spule des Resonanzkreises ist. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung eines Drehstrommotors die Spulen der in mindestens zwei Phasenleitern vorhandenen Resonanzkreise je mit einer Hilfsspule gekoppelt sind, die in Serieschaltung mittels der Kontakteinrichtung kurzschließbar sind. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtung den Erregerstromkreis mindestens eines elektromagnetischen Schützes steuert, dessen Schaltkontakte zur Veränderung mindestens des einen Elements des Resonanzkreises eingerichtet sind. Einrichtung nach Anspruch i und ?, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtung den Erregerstromkreis mindestens eines Drehrelais steuert, das mit wenigstens einem veränderlichen Element des Resonanzkreises in Drehverbindung steht. io. Einrichtung nach Anspruch i, ? und 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Kondensators des Resonanzkreises als Dreh- kondensator ausgeltildet ist, der finit dein Dreli- relais in Wirkverbindung steht. ii. Einrichtung nach -Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, (laß der Resonanzkreis ein im Ruhezustand der Kontakteinrichtung auf die Frequenz des Speisestroms allgestimmter Serie- resonanzkreis ist, der beim 1#:rreichen der -e- wünschten l)relizalil des Motors selbsttätig ver- stimmt wird. i. Eini-iclitun;; nach Anspruch t, dadurch -e- kennzeichnet, daß der l"esoiiatizlzreis ein 1'arallel- resonanzkreis ist, der durch elie Kontakteinrich- tung beim Erreichen der ge«-ünschten Drehzahl des Motors selbsttätig auf die Frequenz des Speisestroms ab-estinitiit wird.