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Kaskadenschaltung von Induktionsmotoren Die Erfindung bezieht sich
auf einphasige Induktionsmotoren nach Patent 469 gib, d. h. auf Induktionsmotoren
mit einer zwischen Stator und Rotor angeordneten, um die Rotorachse drehbaren Kurzschlußwicklung.
Würde man einen solchen Motor, wie es z. B. seine Verwendung als Fahrzeugmotor häufig
erfordert, mit polumschaltbarer Statorwicklung ausführen, so ergäbe sich die lästige
Notwendigkeit, die Kurzschlußwicklung (den sog. Hilfsrotor) nach jeder Polzahländerung
von neuem zu synchronisieren, d. h. durch besondere Mittel auf die neue Drehzahl
zu bringen. Die Erfindung bezweckt, eine Anordnung zu schaffen, welche zwar die
Vorteile eines Einphaseninduktionsmotors der im Hauptpatent beschriebenen Art in
Verbindung mit denen der Polumschaltung aufweist, von dem angegebenen Nachteil aber
frei ist. Dieser Zweck wird -gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der mehrphasige
Sekundärteil des Einphaseninduktiönsmotors mit einem polumschaltbaren Mehrphasenmotor,
in an sich bekannter Weise in Kaskadenschaltung verbunden ist.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i das für fünf Geschwindigkeitsstufen eingerichtete
erste und Abb. 2 das für drei Geschwindigkeitsstufen eingerichtete zweite Ausführungsbeispiel.
In Abb. i bezeichnet A den achtpoligen Stator, B den dreiphasig gewickelten, mit
Schleifringen und -bürsten b1 versehenen Rotor, C den eine Gleichstromerregerwicklung
tragenden, als Kurzschlußwicklung ausgebildeten Hilfsrotor des Einphaseninduktionsmotors.
Auf der Rotorwelle b2 sitzt der mit einer Kurzschlußwicklung versehene Rotor F eines
mit zwei polumscbaltbaren Statorwicklungen D und E ausgerüsteten Dreiphasenmotors.
Die Statorwicklung D ist für 24/i2, die Statorwicklung E für 8/4 Pole gewickelt.
Jede der beiden Wicklungen D und E ist an je zwei Kontakte eines für vier Schaltstellungen
eingerichteten Sterndreieckumschalters G in -der aus der Zeichnung ersichtlichen
Weise so angeschlossen, daß je nach der Stellung dieses Umschalters die betreffende
Wicklung einmal in Dreieck (höhere Polzahl) und einmal in Stern (niedere Polzahl)
geschaltet ist. Der Sterndreieckumschalter G ist seinerseits über einen für drei
Schaltstellungen eingerichteten Umschalter H und eine Dreiphasenleitung
J mit den Bürsten bi des Rotors B
verbunden. Von den drei Schaltstellungen
dieses Umschalters H dienen zwei zur Verbindung des Rotors B mit den Statorwicklungen
D und E, die dritte zum Anschluß eines Anlassers K, der eine allmähliche
Geschwindigkeitsregelung zwischen der obersten, durch Polumschaltung und Kaskadenwirkung
erreichbaren Geschwindigkeitsstufe und der bei Alleinbetrieb des
Einphasenmotors
A B C sich einstellenden Geschwindigkeitsstufe ermöglicht.
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Die beschriebene Anordnung gestattet, die aus dem Induktionsmotor
A B C und dem Dreiphasenmotor D E F bestehende Kaskade mit fünf verschiedenen
Geschwindigkeitsstufen zu betreiben. Es ergeben sich nämlich je nach der Stellung
der Umschalter G und H folgende fünf wirksame Polzahlen 1. Kaskade aus Einphasenmotor
A B C mit Wicklung D des Dreiphasenmotors D E F in Dreieckschaltung,
Polzahl 8 -h 24 = 32;
2. Kaskade mit Wicklung D in Sternschaltung, Polzahl
8 -E- 12 ---_ 2o; 3. Kaskade mit Wicklung E in Dreieckschaltung, Polzahl 8 + 8 =
16; 4. Kaskade mit Wicklung E in Sternschaltung, Polzahl 8 + 4. = 12; 5. Einphasenmotor
A B C allein, Polzahl B. Diesen Polzahlen entsprechen bei der Frequenz 5o
der Reihe nach die synchronen Drehzahlen 187,5; 300; 375; 5oo und 750.
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Die beschriebene Anordnung wird in folgender Weise benutzt. Nachdem
der Hilfsrotor C (z. B. mittels eines kleinen - nicht dargestellten- Motors) auf
die synchrone Drehzahl 75o des Einphasenmotors A B C gebracht ist, wird die
Statorwicklung A an ein Einphasennetz angeschlossen. Bei der aus Abb. i ersichtlichen
Stellung der Umschalter G und H läuft dann der Rotor B und damit der mit diesem
durch die Welle b2 verbundene Rotor F an; der Rotorsatz B b2 F erreicht dabei schnell
die der Polzahl 32 entsprechendeDrehzahl z87,5. Durch Umlegen des Sterndreieckumschalters
G in seine zweite Schaltstellung wird sodann die Statorwieklung D auf Sternschaltung
umgeschaltet. Dadurch vermindert sich die Polzahl der Kaskade auf 2o, und ihre Drehzahl
steigt auf 3oo. Wird darauf der Umschalter G in seine dritte und der Umschalter
H in seine zweite Schaltstellung gebracht, so ist die Stator-Wicklung E in Dreieckschaltung
an den Rotor B angeschlossen, so daß sich eine Polzahl 16 und eine Drehzahl 375
ergibt. Durch Übergang. in die vierte Schaltstellung des Umschalters G wird die
Sternschaltung der Wicklung E hergestellt; dadurch wird die Kaskade auf die Polzahl
i2 und die Drehzahl 500 gebracht. Schließlich schaltet man durch Umlegen
des Umschalters H in seine dritte Schaltstellung , den Dreiphasenmotor
D E F vom Einphasen motor A B C ab und verbindet dadurch zugleich
dessen Rotor B mit dem Anlasser K. Indem man nun den Anlasser K allmählich kurzschließt,
erhöht man die Drehzahl des Ein phasenmotors A B C schrittweise bis annähernd
750, womit die oberste Geschwindigkeitsstufe erreicht ist. Eine Änderung der Geschwindigkeit
des synchron mit dem Drehfelde des Sta tors A umlaufenden Hilfsrotors G hat bei
all diesen Änderungen nicht stattgefunden. Durch Anschluß der Erregerwicklung des
Hilfsrotors C an eine Gleichstromquelle und Regelung der Erregerstromstärke ist
es nun noch möglich, die primäre Phasenverschiebung des Einphasenmotors zu vermindern
oder aufzuheben bzw. in Voreilung zu verwandeln. Die Stillsetzung der Kaskade erfolgt
genau in derselben Weise wie beschrieben, nur in umgekehrter Reihenfolge aller Schaltvorgänge.
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Von der beschriebenen Anordnung unterscheidet sich das durch Abb.
2 veranschaulichte zweite Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Dreiphasenmotor nur
eine polumschaltbare Statorwicklung E besitzt und daß außer einem Sterndreieckumschalter
Ga kein zweiter Umschalter vorhanden ist, daß ferner der Sterndreieckumschalter
G1 nur drei Schaltstellungen aufweist und daß der Rotor F des Dreiphasenmotors außer
einer Kurzschlußwick Jung f 2 noch eine Dreiphasenwicklung f 1 trägt.
Dabei sind die Spulen der Kurzschlußwicklung f 2 so angeordnet, daß zusammengehörige
Spulenseiten bei der größeren Polzahl der Statorwicklung E stets gleichnamigen Polen,
bei der kleineren Polzahl dagegen ungleichnamigen Polen gegenüberliegen. Außerdem
ist der Anlasser K so geschaltet, daß er in der ersten Schaltstellung des Sterndreieckschalters
Gi über Schleifbürsten f 3 mit der Rotorwicklung f 1 verbunden, in der zweiten Schaltstellung
ausgeschaltet und in der dritten Schaltstellung über die Schleifringbürsten bi mit
dem Rotor B leitend verbunden ist.
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Die Anordnung der dreiphasigen Rotorwicklung f 1, in welcher die Stromstärke
mittels des. Anlassers K vom Stillstand bis zur untersten Geschwindigkeitsstufe
in feiner Abstufung geregelt werden kann, ermöglicht einen allmählichen und stoßfreien
Anlauf. Die beschriebene Ausführung der Kurzschlußwicklung f 2 gestattet die Verwendung
einer für zwei Polzahlen umschaltbaren Statorwicklung ohne Vermehrung der Schleifbürsten
f3 über die Zahl drei. Bei einem achtpolig gewickelten Stator A und einer von acht
auf vier Pole umschaltbaren. Statorwicklung E ergeben sich bei der Frequenz 5o folgende
Geschwindigkeitsstufen: 375, 500, 750. Die Kurzschlußwicklung f2 wird wegen der
beschriebenen Anordnung ihrer Spulenseiten nur bei der vierpoligen Schaltung der
StatorwicklungE (mittlere Schaltstellung des Umschalters G1) wirksam. Der Anlasser
K bleibt in dieser Schaltstellung des Umschalters G1 dauernd ausgeschaltet.
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Von der zuerst beschriebenen Anordnung (Abb. i) zeichnet sich die
Anordnung nach Abb. 2 durch ihre größere Einfachheit sowie durch die Möglichkeit
eines sanfteren Anlaufs aus. Beiden Anordnungen gemeinsam ist im Vergleich zu- gewöhnlichen
polumschaltbaren Motoren
der Vorteil, daß der Stator A nur eine
einzige Wicklung trägt, und daß diese infolgedessen unter Wegfall eines Leistungstransformators
ohne Schwierigkeit für die Netzspannung bemessen werden kann. Dabei ist vorausgesetzt,
daß das Synchronisieren des Hilfsrotors C durch mechanische Mittel, z.B. durch einen
kleinen Motor, und nicht durch eine Hilfswicklung erfolgt.