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Beschreibung:
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1, wie sie durch die DE-PS 16 38 412 bekannt ist.
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Im bekannten Fall muß eine Vielzahl von Wicklungsteilen umgeschaltet
werden. Der Aufwand für Schalteinrichtungen ist deshalb erheblich.
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Wenn eine erniedrigte DrehzD ur kurzzeitig erforderlich ist, sind
nach der DE-OS 21 04 371 oder der DE-AS IG 38 440 bekannte Schaltungen möglich,
bei welchen dem Grundfeld ein Oberfeld dreifacher Polzahl überlagert ist, so daß
sich eine Schlcich-drehzahl bei etwa 1/3 der synchronen Drehzahl des Grundfeldes
einstellt.
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Im Falle der DE-OS 21 04 371 wird zur Erzielung der niedrigeren Drehzahl
stufe zu der iiauptwicklung eine Zusatzwicklung mit dreifacher Polzahl in Reihe
geschaltet. Der Aufwand zur Umschaltung ist erheblich. Darüberhinaus wird für die
Zusatzwicklung Wicklungskupfer benötigt, welches bei der höheren Drehzahl stufe
nicht genutzt wird und den für die niederpolige Wicklung verfügbaren Wickelraum
verringert.
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Die DE-AS 16 38 440 beschreibt eine Schaltung für einen Motor mit
einer Dreiphasenwicklung. Betriebskondensatormotoren mit Zweiphasenwicklung können
jedoch durch geeignete Wahl des Windungszahlverhältnisses besser dem jeweiligen
Antriebsfall angepaßt werden und benötigen wesentlich kleinere Kondensatoren. Bei
der für eine Dreiphasenwicklung bekannten Schaltung ergibt sich in der niedrigeren
Drehzahl stufe ein merkbar kleineres Anzugsmoment, so daß insbesondere bei Unterspannung
die Gefahr besteht, daß der Motor nicht anläuft.
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Der Erfindung liegt die Aufhabe zugrunde, einen Rotor der eingangs
genannten Art so zu gestalten, daß er in der niedrigeren Drehzahlstufe ein hohes
Anzugsmoment aufweist, daß er mit einfachem Aufwand umschaltbar ist, wobei nach
Möglichkeit der verfügbare Nutraum voll für den Betrieb bei der höheren Drehzahlstufe
ausgenutzt werden soll.
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Die Lösung gelingt durch Gie im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der
Zeichnung erläutert: Fig. 1 zeigt die Verteilung der erfindungsgemaß gestalteten
Wicklung am Bohrungsumfang eines zweipoligen Motors.
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Fig. 2 zeit eine Schaltung welche einen hohen Wirkungsgrad bei der
höheren Drenzahlstuffe ermöglicht.
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Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei welcher nur ein einziger Umschalter
benötigt wird.
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Fig. 4 zeigt eine Schaltung, bei welcher fIaupt- und Hilfswicklung
in Reihnenschaltung an die Netzspannung gelegt sind.
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Fig. 5 zeigt eine Schaltung, bei welcher der zweite Teil der Haupwicklung
bei der niedrigen Drehzahlstufe dem Kondensator parallel geschaltet ist.
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Fig. 6 zeigt Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien von erfindungsgemaß geschalteten
Motoren.
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In Fig. 1 ist schematisch für einen zweipoligen Motor angedeutet,
wie die verschiedenen Wicklungen und Teilwicklungen erfindungsgemäß am Bohrungsumfang
verteilt sind. Die Hilfswicklung 1 ist in gegenüberliegenden Zonen 1a und 1b angeordnet,
welche sich je über einen Umfangswinkel von 5O0el.
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bis 750el. erstrecken. In den sich gegenüberliegenden Zonen 2a und
2b ist ein erster Teil 2 der Hauptwicklung angeordnet.
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Die tangentiale Breite dieser Zonen beträgt ebenfalls 50° el.
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bis 75° el.. Zwischen den Zonen 1a und Ib einerseits sowie 2a und
2b andererseits sind vier Zonen 3a,3b,3c und 3d vorgesehen,
in welchen
der zweite Teil 3 der Hauptwicklung angeordnet ist. Die Breite dieser Zonen beträgt
jeweils 25° el.
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bis 40° el..
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Die einander benachbarten Zonen können sich im Bereich einer Nut iiberlappen,
d. h. in einer dann für beide Zonen gemeinsamen Nut können sowohl Spulen z. B. der
Zonen 3a und 2e eingelegt sein. Mf diese Weise läßt sich die Breite einer Zone in
kleineren Stufen variieren, als einer ganzen Nutteilung entspricht.
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Von der Breite der Zonen - und im Falle der Hauptwicklung von deren
relativen Lage - hängen die Wicklungsfaktoren für die Grundwelle und die dritte
Oberwelle ab, d. h. diese geometrischen Verhältnisse bestimmen des Verhältnis der
Induktion des dritten Oberfeldes zur Indtktion des Grunfeldes. Die Hilfswicklung
1 erzeugt wegen ihrer qerinnen Zonnenbreite ein großes drittes Oberfeld. Ebenso
erzeugen die heiden Teile 2 und 3 der Hauptwicklung große dritte Oberfelder. Wenn
jedoch beide Teile vom gleichen Strom durchflossen sind, ist das resultierende dritte
Oberfeld sehr klein. Wenn die aus den Teilen 2 und 3 bestehende Hauptwicklung auf
2/3 des Bohrunsumfanges verteilt ist, ist der resultierende Wickelfaktor fir die
dritte Ober elle Null.
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Für die Hilfswickung und den zweiten Teil der Hauptwicklung sind die
Vorzeichen der Wickelfaktoren der dritten Oberwelle gleich. Dagegen hat der Wickelfaktor
der dritten Oberwelle fiir die Teilwicklung 3 ein umgekehrtes Vorzeichen.
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Diese erfindungsgemäß ß erkannten Gesetzmäßigkeiten beiden die Voraussetzunz
dafijr, daß mit den in den Figuren 2 und 5 dargestellten Schaltungen zwei im Verhältnis
3:1 unterschiedli chen Drehzahlen bei Drehmoment-Drehzahl-Kennlini en, welche dem
jeweiligen Antriebsfall vorteilhaft angepaßt sind, erreicht werden können.
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Bei allen erfindungsgemäßen Schaltungen braucht die Hilfswicklung
1, welche in Verbindung mit dem Kondensator 4 metiv zur Hauptwicklung einen phasenverschobenen
magnetischen Fluß erzeugt nicht umgeschaltet zu werden c7a sie sowohl ein Grundfeld
als auch ein genügend großes drittes Oberfeld erzeugt. Bei der höheren Drehzahl
stufe sind beide Teile 2 und 3 der Hauptwicklung stromurdchflossen. Den besten Wirkungsgrad
und die höchsten Drehmomente erhält man bei der höheren Drehzeblstufe dann, wenn
in den Teilwicklungen 2 und 3 phasengleiche Ströme fließen. Das ist dann der Fall,
wenn die Teile wicklungen wie im Falle der Figuren 4 und 5 in Reihe geschaltet sind,
oder wenn im Falle der Parallelsohaltung gemäß Fig. 3 die effektiven Windungszahlen
etwa gleich sind, d. h.
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bei Gleichheit der Produkte aus der Anzahl der in Reihe geschalteten
Windungen und der Grundwellenwickelfaktoren.
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Gemäß Fig. 2 wird ein optimaler Betrieb bei der höheren Drehzaijlstufe
dadurch erzielt, daß beide Teile 2 und 3 der Hauptwicklung aushleichartihen Ealbgruppen
21,22 und 31,32 bestehen, welche wechselseitig in Reihe geschaltet sind, wobei die
beiden Reihenschaltungen zueinander parallel an die Netzspannungsklemmen 5 und 6
angeschlossen sind.
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In den Figuren 2 und 5 sind die Stellungen der Schalter 7,8 und 9
so gewählt, daß sich jeweils die niedrigere Drehzahlstufe ergibt. Die Teile der
Hauptwicklung sind jeweils abgeschaltet und stromlos. Wie bereits erläutert, weist
der Teil 3 der Hauptwicklung einen großen Wickelfaktor für die dritte Oberwelle
auf, dessen Vorzeichen umgekehrt wie das Vorzeichen des Wickelfaktors für die dritte
Oberwelle der Hilfswicklung ist. Das bedeutet, daß das Drehfeld der dritten Oberwelle
in gleichem Sinne umläuft wie das Grundfeld und deshalb eine tiefe Einsattelung
der resultierenden Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien bei einer Drehzahl von etwa 1/3
der synchronen Drehzahl des Grundfeldes bewirkt.
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Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ermöglicht unabhängig von den
relativen Windungszahlen und Zonenbreiten der Teile wicklungen 2 und 3 stets optimale
Betriebseigenschaften bei der höheren Drehzahlstufe. Nan benötigt jedoch einen zweifachen
Umschalter 7.
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Für die Schaltung nach Fig. 3 ist dagegen nur ein einziger Ausschalter
8 erforderlich, während für die in Figuren 4 und 5 gezeigten Schaltungen jeweils
ein einfacher Umschalter 9 benötigt wird. Mit einer Schaltung nach Fig. 4 lassen
sich sehr hohe Anzugsmomente bei der niedrigeren Drehzahlstufe erreichen.
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Falls diese zu groß sind und die Aufnahmeleistung des Notors reduziert
werden soll, kann ein Vorwiderstand 10 vorgeschaltet werden. Die Anzugsmomente eines
nach Fig. 5 geschalteten Motors sind bei der niedrigeren Drehzahlstufe zwar klein,
aber die Aufnahmeleistung des rotors ist ebenfalls gering, so daß eine längere Einschaltdauer
erlaubt ist.
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Die Tiefe der Einsattelung der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien kann
man durch Bemessung der Zonenbreiten und der relativen Windungszahlen der Teile
2 und 3 der Hauptwicklung beeinflussen.
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In Fig. 6 sind beispielhaft Kennlinien dargestellt, welche an einem
Motor mit 24 Nuten und mit zweipoliger Grundwicklung gemessen wurden. Die Hilf swicklung
war in zwei Zonen mit einer Breite von je 600el. (4 Nuten) verteilt, also in 1/3
der Gesamtnutenzahl.
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Die Kennlinie 11 ergab sich bei einer Schaltung für die höhere Drehzahlstufe
nach Fig. 2 und auch nach Fig. 3 für den Fall, daß die effektiven Windungszahlen
der Teile 2 und 3 der Hauptwicklung gleich gewahlt wurden. In beiden Fällen ergaben
sich hohe Drehmomente bei gutem Wirkungsgrad. Nach der Umschaltung auf die niedrigere
Drehzahl stufe stellte sich in der Schaltung nach Fig. 7 eine Kennlinie 12 ein,
während die Umschaltung nach Fig. 2 den Kennlinienverlauf 14 ergab.
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Die Kennlinie 13 wurden an einem nach Fig. 3 geschalteten Motor gemessen,
bei welchem die effektive Windungszahl des Teiles 3 der Hauptwicklung kleiner als
die des Teiles 2 war.
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In der zugehörigen niedrigeren DrehzahlstuSe ergab sich ebenfalls
der Kennlinienverlauf 14. Die Einsattelung reicht bis in den Bereich negativer Drehmomente,
so daß auch bei kleinen Lastmomenten ein Hängenbleiben des Motors bei der Schleichdrehzahl
gesichert ist. Allerdings sind die Drehmomente und insbesondere der Wirkungsgrad
bei der höheren Drehzahlstufe niedrig.