DE3010621C2

DE3010621C2 - Drehzahlumschaltbarer Einphasen-Kondensatormator

Info

Publication number: DE3010621C2
Application number: DE19803010621
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl.-Ing. 2900 Oldenburg Mittmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DE3010621A1

Description

a) Die Spulen der Hilfswicklung (1) sind pro Polpaar in zwei sich um 180° el gegenüberliegenden Zonen (la, \b) verteilt, welche sich je über 50° el bis 75° el erstrecken.

b) Ein erster Teil (2) der Hauptwicklung besteht je Polpaar aus Spulen, die in Zonen (2a, 2b) angeordnet sind, welche räumlich um 90° el verschoben zwischen den Zonen (la, \b) der Hilfswicklung (1) mit einer Erstreckung von 50° el bis 75° el angeordnet sind.

c) Ein zweiter Teil (3) der Hauptwicklung besteht je Polpaar aus zwei Gruppen von Spulen, welche in den vier Zonen (3a, 3b, 3c, 3d) angeordnet sind, welche zwischen den Zonen (la, ib) der Hilfswicklung (1) und des ersten Teils (2) der Hauptwicklung verbleiben.

d) Zur Erzielung einer im Verhältnis von 1 :3 niedrigeren Drehzahlstufe ist der erste Teil (2) der Hauptwicklung abgeschaltet.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Nuten, welche im Grenzbereich zwischen benachbarten Zonen liegen, Spulen beider Teile (2, 3) der Hauptwicklung oder Spulen der Hilfswicklung (1) und des zweiten Teils (3) der Hauptwicklung angeordnet sind.

3. Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der höheren Drehzahlstufe die Teile (2 und 3) der Hauptwicklung parallel geschaltet sind.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (2 und 3) der Hauptwicklung jeweils in gleichartige Halbgruppen (21,22 und 31,32) aufgeteilt sind und daß zwei Reihenschaltungen jeweils einer Halbgruppe (21, 22) des ersten Teils (2) und einer Halbgruppe (31, 32) des zweiten Teils (3) gebildet sind, welche Reihenschaltungen in der höheren Drehzahlstufe parallel geschaltet sind.

5. Motor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die effektiven Windungszahlen, d. h. die Produkte der tatsächlichen Windungszahlen und der Grundwellenwickelfaktoren, für die beiden Teile (2 und 3) der Hauptwicklungen etwa gleich groß sind.

6. Motor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die effektiven Windungszahlen für die beiden Teile (2 und 3) der Hauptwicklungen ungleich sind.

7. Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Haupt- und Hilfswicklung in Reihenschaltung an die Netzspannung angeschlossen sind, wobei der Hilfswicklung (1) ein Kondensator (4) parallel geschaltet ist.

8. Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der niedrigeren Drehzahlstufe der zweite Teil der Hauptwicklung dem Kondensator parallel geschaltet und diese Parallelschaltung in Reihe mit der Hilfswicklung an die Netzspannung angeschlossen ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie sie durch die DE-PS 16 38 412 bekannt ist

Im bekannten Fall muß eine Vielzahl von Wicklungsteilen umgeschaltet werden. Der Aufwand für Schalteinrichtungen ist deshalb erheblich.

Wenn eine erniedrigte Drehzahl nur kurzfristig erforderlich ist, sind nach der DE-OS 21 04 371 oder der DE-AS 16 38 440 bekannte Schaltungen möglich, bei welchen dem Grundfeld ein Oberfeld dreifacher Polzahl überlagert ist, so daß sich eine Schleichdrehzahl bei etwa '/3 der synchronen Drehzahl des Grundfeldes einstellt.

Im Falle der DE-OS 21 04 371 wird zur Erzielung der niedrigeren auch für Dauerbetrieb vorgesehenen Drehzahlstufe zu der Hauptwicklung eine Zusatzwicklung mit dreifacher Polzahl in Reihe geschaltet Der Aufwand zur Umschaltung ist erheblich. Darüber hinaus wird für die Zusatzwicklung Wicklungskupfer benötigt, welches bei der höheren Drehzahlstufe nicht benutzt wird und den für die niederpolige Wicklung verfügbaren Wickelraum verringert.

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 Drehzahlstufe ein merkbar kleineres Anzugsmoment, so daß insbesondere bei Unterspannung die Gefahr besteht, daß der Motor nicht anläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor 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.

Die Lösung gelingt durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert:

Fig. 1 zeigt die Verteilung der erfindungsgemäß gestalteten Wicklung am Bohrungsumfang eines zweipoligen Motors.

F i g. 2 zeigt eine Schaltung, welche einen hohen Wirkungsgrad bei der höheren Drehzahlstufe ermöglicht.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei welcher nur ein einziger Umschalter benötigt wird.
■ F i g. 4 zeigt eine Schaltung, bei welcher Haupt- und Hilfswicklung in Reihenschaltung an die Netzspannung gelegt sind.

F i g. 5 zeigt eine Schaltung, bei welcher der zweite Teil der Hauptwicklung bei der niedrigen Drehzahlstufe dem Kondensator parallel geschaltet ist.

Fig.6 zeigt Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien von

erfindungsgemäß geschalteten Motoren.

In F i g. 1 ist schematisch für einen zweipoligen Motor angedeutet, wie die verschiedenen Wicklungen und feilwicklungen erfindungsgemäß am Bohrungsumfang verteilt sind. Die Hilfswicklung 1 ist in gegenüberliegenden Zonen la und \b angeordnet, welche sich je über einen Umfangswinkel von 50° el bis 75° el erstrecken. In den sich gegenüberliegenden Zonen la und lh ist ein erster Teil 2 der Hauptwicklung angeordnet Die tangentiale Breite dieser Zonen beträgt ebenfalls 50° el bis 75° el. Zwischen den Zonen la und \b 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 bis 40° el.

Die einander benachbarten Zonen können sich im Bereich einer Nut überlappen, d, h. in einer dann für beide Zonen gemeinsamen Nut können sowohl Spulen z. B. der Zonen 3a und 2a eingelegt sein. Auf diese Weise läßt sich die Breite einer Zone in kleine-en Stufen variieren, als einer ganzen Nutteilung entspricht.

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 bestimmten das Verhältnis der Induktion des dritten Oberfeldes zur Induktion des Grundfeldes. Die Hilfswicklung 1 erzeugt wegen ihrer geringen Zonenbreite ein großes drittes Oberfeld. Ebenso erzeugen die beiden 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 Bohrungsumfanges verteilt ist, ist der resultierende Wickelfaktor für die dritte Oberwelle Null. Für die Hilfswicklung und den zweiten Teil der Hauptwicklung sind die Vorzeichen der Wickelfaktoren der dritten Oberwelle gleich. Dagegen hat der Wickelfaktor der dritten Oberwelle für die Teilwicklung 3 ein umgekehrtes Vorzeichen.

Diese erfindungsgemäß erkannten Gesetzmäßigkeiten bilden die Voraussetzung dafür, daß mit den in den Fig.2 und 5 dargestellten Schaltungen zwei im Verhältnis 3:1 unterschiedlichen Drehzahlen bei Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien, welche dem jeweiligen Antriebsfall vorteilhaft angepaßt sind, erreicht werden können.

Bei allen erfindungsgemäßen Schaltungen braucht die Hilfswicklung 1, welche in Verbindung mit dem Kondensator 4 relativ zur Hauptwicklung einen phasenverschobenen magnetischen Fluß erzeugt, nicht umgeschaltet zu werden, da sie sowohl ein Grundfeld als auch ein genügend großes drittes Oberfeld erzeugt. Bei der höheren Drehzahlstufe sind beide Teile 2 und 3 der Hauptwicklung Stromdurchflossen. Den besten Wirkungsgrad und die höchsten Drehmomente erhält man bei der höheren Drehzahlstufe dann, wenn in den Teilwicklungen 2 und 3 phasengleiche Ströme fließen. Das ist dann der Fall, wenn die Teilwicklungen wie im Falle der Fig. 4 und 5 in Reihe geschaltet sind, oder wenn im Falle der Parallelschaltung gemäß Fig. 3 die effektiven Windungszahlen etwa gleich sind, d. h. bei Gleichheit der Produkte aus der Anzahl der in Reihe geschalteten Windungen und der Grundwellenwickelfaktoren.

Gemäß Fig. 2 wird ein optimaler Betrieb bei der höheren Drehzahlstufe dadurch erzielt, daß beide Teile 2 und 3 der Hauptwicklung aut gleichartigen Halbgruppen 21, 22 und 31, 32 bestehen, weiche wechselseitig in Reihe geschaltet sind, wobei die beiden Reihenschaltungen zueinander parallel an die Netzspannungsklemmen 5 und 6 angeschlossen sind.

In den Fi g. 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 W5ist 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 Drehrnoment-Drehzahl-Kennlinien bei einer Drehzahl von etwa V₃ der synchronen Drehzahl des Grundfeldes bewirkt.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung ermöglicht unabhängig von den relativen Windungszahlen und Zonenbreiten der Teilwicklungen 2 und 3 stets optimale Betriebseigenschaften bei der höheren Drehzahlstufe. Man benötigt jedoch einen zweifachen Umschalter 7.

Für die Schaltung nach Fig.3 ist dagegen nur ein einziger Ausschalter 8 erforderlich, während für die in Fig.4 und 5 gezeigten Schaltungen jeweils ein einfacher Umschalter 9 benötigt wird. Mit einer Schaltung nach F i g. 4 lassen sich sehr hohe Anzugsmomente bei der niedrigeren Drehzahlstufe erreichen. Falls diese zu groß sind und die Aufnahmeleistung des . Motors reduziert werden soll, kann ein Vorwiderstand 10 vorgeschaltet werden. Die Anzugsmomente eines nach F i g. 5 geschalteten Motors sind bei der niedrigeren Drehzahlstufe zwar klein, aber die Aufnahmeleistung des Motors ist ebenfalls gering, so daß eine längere Einschaltdauer erlaubt ist.

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.

In Fig. 6 sind beispielhaft Kennlinien dargestellt, welche an einem Motor mit 24 Nuten und mit zweipoliger Grundwicklung gemessen wurden. Die Hilfswicklung war in zwei Zonen mit einer Breite von je 60° el (4 Nuten) verteilt, also in V₃ der Gesamtnutenzahl.

Die Kennlinie 11 ergab sich bei einer Schaltung für die höhere Drehzahlstufe nach F i g. 2 und auch nach F i g. 3 für den Fall, daß die effektiven Windungszahlen der Teile 2 und 3 der Hauptwicklung gleich gewählt wurden. In beiden Fällen ergaben sich hohe Drehmomente bei gutem Wirkungsgrad. Nach der Umschaltung auf die niedrigere Drehzahlstufe stellte sich in der Schaltung nach Fig.3 eine Kennlinie 12 ein, während die Umschaltung nach Fig. 2 den Kennlinienverlauf 14 ergab.

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. In der zugehörigen niedrigeren Drehzahlstufe 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 ckr Schleichdrehzahl gesichert ist. Allerdings sind die Drehmomente und insbesondere der Wirkungsgrad bei der höheren Drehzahlstufe niedrig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1
Patentansprüche:

ί. Drehzahlumschaltbarer Einphasen-Kondensatormotor mit einer Hauptwicklung und einer um 90° el dazu räumlich am Ankerumfang verschoben angeordneten Hilfswicklung, wobei zur Erzielung der höheren Drehzahlstufe alle Wicklungsteile stromdurchflossen sind, während in der niedrigeren Drehzahlstufe eine Spuiengruppe einer der Wicklungen abgeschaltet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: