DE1270662B - Elektrischer Zweimotorenantrieb zum Anschluss an Einphasenwechselstrom - Google Patents

Elektrischer Zweimotorenantrieb zum Anschluss an Einphasenwechselstrom

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DE1270662B
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motor
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torque
electric
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DEP1270A
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John Henry Mitchell
Walter William Ralph Searle
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Hoover Ltd
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Hoover Ltd
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    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06FLAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
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Description

  • Elektrischer Zweimotorenantrieb zum Anschluß an Einphasenwechselstrom Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Zweirnotorenantrieb zum Anschluß an Einphasenwechselstrom, der aus einem Induktionsmotor und einem mit diesem mechanisch gekuppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Kommutatorreihenschlußmotor besteht. Zur Erzeugung zweier unterschiedlicher Geschwindigkeiten sind dabei die beiden Motoren so bemessen, daß bei der höheren Geschwindigkeit, bei welcher der Induktionsmotor übersynchron läuft, das Bremsmoment des Induktionsmotors zusammen mit dem Arbeitsmoment des anzutreibenden Teiles größer ist als das motorische Moment des Reihenschlußmotors, so daß sich bei Anschaltung beider Motoren eine mittlere Geschwindigkeit ergibt.
  • Bei bekannten Anordnungen dieser Art soll durch eine gleichachsige Anordnung der beiden verschiedenen Motortypen erreicht werden, daß die Vorteile beider Motortypen miteinander kombiniert werden, d. h., daß sowohl ein großes Anfangsdrehmoment als auch eine gute Leistungsabgabe bei Vollast vorhanden sind. Für die vorliegende Erfindung sind jedoch diese Eigenschaften der bekannten Anordnung, von der die Erfindung ausgeht, von untergeordneter Bedeutung.
  • Es ist auch schon bekannt, bei Antrieben mit dreiphasigen Motoren zwei Induktionsmotoren, von denen der eine ein Motor mit variabler Geschwindigkeit ist, parallel zu schalten, um ein hohes Anfangsdrehmoment zu erzeugen und bei Erreichen der gewünschten Umdrehungszahl den einen Motor abzuschalten. Ferner hat man zwei in Reihe geschaltete Motoren verwendet, die elektrisch synchronisiert, jedoch mechanisch nicht miteinander gekuppelt sind, um die Winkelabweichung bezüglich des Drehwinkels einer solchen Motorenkombination zu studieren.
  • Im Unterschied zu den bekannten Anordnungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Motorenanordnung mit passender niedriger Geschwindigkeit zu schaffen, die zusätzlich eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erreichen kann, welche etwa in der Größenordnung des Siebenfachen der niedrigen Geschwindigkeit liegt.
  • Dies wird dadurch erreicht, daß gemäß der Erfindung der Reihenschlußmotor für eine wesentlich höhere Drehgeschwindigkeit als der Induktionsmotor ausgelegt ist und eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, welche die Stromverbindungen im Sinne einer Aufhebung oder Abschwächung des übersynchronen Bremsmomentes des Induktionsmotors so ändert, daß der Reihenschlußmotor das angetriebene Teil bei seiner wesentlich höheren Arbeitsgeschwindigkeit antreibt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung leistet der Reihenschlußmotor außer der Bereitstellung der gesamten, für die hohe Geschwindigkeit erforderlichen Kraft auch noch einen wesentlichen Beitrag zu der bei niedriger Geschwindigkeit erforderlichen Kraft und ermöglicht dadurch die Verwendung eines kleineren Induktionsmotors als sonst nötig wäre. Ferner bewirkt die Impedanz des Induktionsmotors, daß an dem Reihenschlußmotor, solange er mit dem Induktionsmotor in Reihe geschaltet ist, eine niedrigere Spannung liegt als die gesamte Speisespannung beträgt. Infolgedessen ändert sich der von dieser Speisespannung abgenommene Strom für sämtliche möglichen Geschwindigkeiten praktisch kaum. Da der Reihenschlußmotor so. bemessen sein muß, daß er ein Optimum für das. Arbeiten bei hohen Geschwindigkeiten erreicht, kann er so beschaffen sein, daß er erheblich überbelastet wäre, wenn ihm die volle Speisespannung bei der niedrigen Geschwindigkeit ständig zugeführt würde. Als Vorteil der vorliegenden Anordnung ist es auch anzusehen, daß es sich erübrigt, für den Induktionsmotor eine besondere Anlaßwicklung vorzusehen, da der Reihenschlußmotor auch bei der Geschwindigkeit Null ein Drehmoment hat.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Induktionsmotor mit Hilfe der Schalteinrichtung abschaltbar, um so dem Reihenschlußmotor die Arbeit bei seiner wesentlich höher liegenden Geschwindigkeit zu ermöglichen.
  • Unter bestimmten Bedingungen kann es jedoch sein, daß auf das angetriebene Teil ein übermäßiges Drehmoment ausgeübt wird, wenn von niedriger auf hohe Geschwindigkeit umgeschaltet wird. So ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß mit Hilfe der Schalteinrichtung Wicklungsteile des Induktionsmotors abschaltbar sind. Dadurch wird das Bremsmoment verringert, und es wird dem Reihenschlußmotor doch ermöglicht, das angetriebene Teil bei seiner wesentlich höheren Geschwindigkeit anzutreiben. So können beispielsweise die auf den Polen einer Polarität aufgebrachten Wicklungen abschaltbar sein, so daß diese Pole nur durch den über das Statoreisen verlaufenden magnetischen Rückfluß erregt werden, der von den durch eingeschaltete Wicklungen erregten Polen der anderen Polarität ausgeht. Auf diese Weise wird das von einem bestimmten Strom hervorgerufene Bremsmoment des Induktionsmotors vermindert, ohne daß hierfür die Anzahl der Pole verändert werden muß. Bei einer solchen Anordnung bleibt somit ein Teil der Wicklungen des Induktionsmotors auch bei hoher Geschwindigkeit mit dem Reihenschlußmotor in Reihe geschaltet. Bei der niedrigen Geschwindigkeit haben diese Wicklungen eine günstige Impedanz und verringern vorteilhaft die dem Reihenschlußmotor zugeführte Spannung, so daß das von ihm ausgeübte Bremsmoment niedriger ist, als es bei voller an ihn angelegter Spannung wäre. Außerdem veranlassen die restlichen Wicklungen des Induktionsmotors diesen, ein Bremsmoment über einen Bereich von Übersynchrongeschwindigkeiten auszuüben, wobei das sich _ergebende Drehmoment, welches auf das angetriebene Teil ausgeübt wird, noch weiter verringert wird, wenn die Schaltmittel erstmals auf hohe Geschwindigkeit umgeschaltet werden. Das Bremsmoment ist jedoch geringer als das entsprechende Antriebsmoment des Hochtourenmotors, so daß dadurch nicht verhindert wird; daß dieser weiterhin das angetriebene Teil beschleunigt. überdies vermindert sich bei steigender Geschwindigkeit das Bremsmoment, und außerdem verringert sich die Impedanz des Induktionsmotors, so daß bei der hohen Arbeitsgeschwindigkeit im wesentlichen die gesamte Speisespannung dem Hochtourenmotor zugeführt wird; die durch die teilweise Abschaltung des Induktionsmotors hervorgerufene Verminderung des entstehenden Bremsmoments ist hinreichend gering. Somit besteht keine Notwendigkeit, irgendeine weitere Änderung in den Stromanschlüssen vorzunehmen.
  • Für einen besonderen Anwendungszweck ist es auch erforderlich, eine dritte Geschwindigkeit vorzusehen, die zwischen der niedrigen und der hohen Arbeitsgeschwindigkeit liegt, um beispielsweise ein Teil bei 50, 200 und 700 UpM anzutreiben. Für eine derartige Anwendung kann der Induktionsmotor zusätzlich polumschaltbar sein. Wenn z. B. die mittlere Geschwindigkeit von. Wicklungen hervorgerufen wird, die den Induktionsmotor als Zweipolmotor betreiben, so kann die niedrige Geschwindigkeit von Wicklungen hervorgerufen werden, die den Induktionsmotor als Achtpolmotor betreiben. Da der- Induktionsmotor keiner Anlaßwicklungen bedarf, können die Wicklungen für eine Polzahl in Nuten untergebracht werden, in denen normalerweise Anlaßwicklungen für die andere Polzahl angeordnet wären.
  • In einer derartigen Anordnung ist es möglicherweise schwierig, das Drehmoment- eines gegebenen Reihenschlußmotors jeweils der Anordnung für zwei Pole und der für acht Pole anzupassen. Deshalb weist bei einer solchen Anordnung der Reihenschlußmotor an seiner Feldwicklung eine Anzapfung auf, die über Schaltmittel einschaltbar ist und dessen Drehmoment dem Bremsmoment des polumgeschalteten Induktionsmotors anpaßt.
  • Bei der niedrigen Geschwindigkeit ist es zweckmäßig, das Anlaßdrehmoment des Reihenschlußmotors so zu bemessen, daß es nur einem Teil der Speisespannung entspricht. Sollen aber die angetriebenen Teile sehr schnell auf die niedrigere Arbeitsgeschwindigkeit gebracht werden, dann ist -es zweckmäßig, an den Reihenschlußmotor eine höhere Spannung anzulegen, so lange, bis die Anordnung eine Geschwindigkeit erreicht, die etwas unterhalb der niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit liegt. Demgemäß kann die Anordnung einen automatischen Anlaß-Schalter, z. B. einen Zentrifugalschalter, enthalten, der die Stromverbindungen derart ändert, daß das Drehmoment beim Anlassen ansteigt. Dieser Anlaßschalter ändert vorteilhaft die einer niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit entsprechenden Stromverhältnisse derart, daß sie einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit entsprechen. Insbesondere kann dieser Schalter so ausgebildet sein, daß er den Induktionsmotor beim Anlassen abschaltet, so daß dann die gesamte Speisespannung dem Reihenschlußmotor zugeführt wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer Motorenanordnung gemäß der Erfindung, F i g. 2 ein schematisches Schaltbild einer Anordnung, F i g. 3 ein schematisches Schaltbild einer anderen Anordnung, F i g. 4 eine graphische Darstellung des Drehmoments als Funktion der Geschwindigkeit, im Bereich der niedrigen Geschwindigkeit, F i g. 5 eine graphische Darstellung des Stroms als Funktion der Geschwindigkeit, F i g. 6 eine graphische Darstellung des Drehmoments als Funktion der Geschwindigkeit für den gesamten Geschwindigkeitsbereich, F i g. 7 eine graphische Darstellung der Spannung als Funktion der Geschwindigkeit, F i g. 8 ein Schaltbild einer Anordnung für drei Geschwindigkeitsbereiche, F i g. 9 ein Schaltbild einer anderen Anordnung _ür drei Geschwindigkeitsbereiche.
  • Eine Motorenanordnung gemäß der Erfindung kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Pede der beschriebenen Ausführungsformen ist je-Joch in erster Linie als Antrieb einer Wasch- und Schleudermaschine gedacht. Hierbei müssen be-;timmte angetriebene Teile, wie z. B. eine umlaufende Trommel, bei einer niedrigeren Arbeitsgeschwindig-@eit, die auf einen engen Bereich von ungefähr 50 UpM beschränkt ist, sowie ebenfalls bei einer lohen Arbeitsgeschwindigkeit von ungefähr 700 UpM. Die Geschwindigkeit kann dabei entsprechend der Charakteristik eines Reihenschlußmotors etwas veränderlich sein. Die gesamte Krafterzeugung bei der niedrigen Geschwindigkeit sollte etwa die Hälfte derjenigen bei der hohen Geschwindigkeit betragen. Überdies kann es erforderlich sein, eine mittlere Geschwindigkeit vorzusehen, bei welcher die angetriebenen Teile bei 200 UpM umlaufen; in diesem Falle kann die in F i g. 8 oder 9 dargestellte Anordnung verwendet werden. Es ist zweckmäßig, daß die Geschwindigkeitsänderungen durch elektrisches Schalten der Motoren, ohne Zuhilfenahme von Kupplungen, Zahnrädern und anderen mechanischen übertragungselementen vorgenommen werden. Ausgenommen sind mechanische Übertragungselemente, die eine Verringerung der Geschwindigkeit um einen konstanten Betrag herstellen, im vorliegenden Beispiel von 15: 1, zwischen Motor und Trommel.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Antriebsanordnung einen Doppelmotor mit zwei Rotoren 10 und 11, die nebeneinander auf einer gemeinsamen Welle 12 angeordnet sind, jedoch mit getrennten Statoren 14 und 15 und Wicklungen 16, 17 in einem gemeinsamen Gehäuse 18 zusammenwirken. Der eine Rotor 10 ist ein Käfiganker, der mit einem einphasigen, achtpoligen Induktionsstator 14, 16 zusammenwirkt, während der andere Rotor 11 mit einem Kommutator 19 und Bürsten 20 versehen ist, um mit einem Stator 15, 17 zusammenzuwirken, welcher als Wechselstromkommutatormotor mit Reihenschlußschaltung ausgebildet ist.
  • Mit den Anordnungen der F i g. 2 bis 7, sind nur zwei Geschwindigkeiten möglich, und die Motoren sind so ausgelegt, daß die Synchrongeschwindigkeit des Induktionsmotors (750 UpM bei 50 Hertz) ungefähr der niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit entspricht und daß überdies oberhalb dieser Synchrongeschwindigkeit das maximale Bremsmoment des Induktionsmotors (oder wenigstens dieses Bremsmoment plus dem minimalen Belastungsmoment) größer ist als das entsprechende Antriebsmoment des Reihenschlußmotors, wenn beide Motoren in Reihenschaltung an die Speisespannung angelegt sind.
  • Es ist bekannt, daß das Drehmoment eines Einphasen-Induktionsmotors ohne Anlaßmittel im Stillstand Null ist und daß es bei steigender Geschwindigkeit allmählich in der Antriebsrichtung zu einem Maximum anwächst, welches etwas unterhalb der Synchrongeschwindigkeit liegt, woraufhin es sehr rasch auf Null bei Synchrongeschwindigkeit abfällt; hierauf bildet sich ein Bremsmoment, das sehr rasch zu einem Maximum ansteigt, wenn die Geschwindigkeit über die Synchrongeschwindigkeit hinausgetrieben wird. In der vorliegenden Anordnung ist der Induktionsmotor für niedrige Geschwindigkeit mit dem Reihenschlußmotor in Serie geschaltet, was die betreffenden Werte äbändert; das allgemeine Bild bleibt jedoch unverändert.
  • So zeigt in F i g. 4 die Kurve 30 die von der Geschwindigkeit abhängige Änderung des Drehmoments, das vom Einphaseninduktionsmotor ausgeübt wird, wenn er auf niedrige Geschwindigkeit geschaltet ist, namentlich, wenn er in Serie mit dem Hochtourenmotor liegt. Von Null im Stillstand (bei Punkt 31) steigt das Drehmoment zu einem Antriebsmaximum bei Punkt 32, fällt dann rasch auf Null nahe der Synchrongeschwindigkeit ab (bei Punkt 33), worauf es rasch zu einem Bremsmaximum bei Punkt 34 ansteigt, wo der Wert des Bremsmoments wesentlich über dem des maximalen Antriebsmoments bei Punkt 32 liegt.
  • In F i g. 5 zeigt die Kurve 28 die von der Geschwindigkeit abhängige Änderung des Stroms, der von den beiden in Serie geschalteten Motoren aufgenommen wird. Die Drehmomentkurve des Reihenschlußmotors ändert sich dadurch, daß die beiden Motoren in Serie liegen, stärker, als die des Induktionsmotors. Bei der besonderen Ausführungsform, wie sie die Kurve 35 in F i g. 4 zeigt, sinkt das Drehmoment des Reihenschlußmotors vom Stillstand (bei Punkt 36) allmählich gegen ein Minimum nahe der Synchrongeschwindigkeit ab (bei Punkt 37), was dadurch bedingt ist, daß der Strom bei dieser Geschwindigkeit ein Minimum beträgt; daraufhin steigt das Drehmoment des keihenschlußmotors wieder zu einem Höchstwert an, der leicht über dem Wert bei Stillstand liegt (bei Punkt 38), und sinkt danach allmählich auf den Wert bei Maximalgeschwindigkeit hin ab.
  • Wie schon erwähnt, sind die Motoren so bemessen, daß das maximale Bremsmoment des Induktionsmotors bei übersynchrongeschwindigkeiten, zusätzlich zum minimalen Belastungsdrehmoment, das Antriebsmoment des Reihenschlußmotors bei entsprechenden Geschwindigkeiten übersteigt. In dieser besonderen Ausführungsform kann das Belastungsdrehmoment also praktisch Null betragen.
  • Die Kurve 40 der F i g. 4 zeigt das gemeinsame Drehmoment der beiden Motoren. Sie wurde durch Addition der Werte, die in den Kurven 30 und 35 dargestellt sind, erhalten. So entspricht das gemeinsame Drehmoment im Stillstand dem des Reihenschlußmotors (Punkt 36). Bei steigender Geschwindigkeit fällt das Drehmoment des Reihenschlußmotors (Kurve 35) leicht ab, das des Induktionsmotors (Kurve 30) steigt jedoch erheblich an, so daß das gemeinsame Drehmoment (Kurve 40) beträchtlich anwächst bis zu einem Maximum bei einer Geschwindigkeit, die etwas unterhalb der Synchrongeschwindigkeit liegt (Punkt 41). Da das Drehmoment des Reihenschlußmotors weiter (bis Punkt 37) fällt und das des Induktionsmotors rasch absinkt, erreicht das gemeinsame Drehmoment über Null (bei Punkt 42) einen negativen Maximalwert (bei Punkt 43), d. h. ein erhebliches Bremsmoment, und bleibt über einen Bereich von übersynchrongeschwindigkeiten negativ (bis zum Punkt 44). Demgemäß besteht ein stabiler Bereich von Arbeitsgeschwindigkeiten um den Synchronwert, so daß, selbst wenn das Belastungsmoment auf Null abfällt, die Geschwindigkeit immer noch auf einen leicht oberhalb der Synchrongeschwindigkeit liegenden Wert begrenzt bleibt.
  • Die F i g. 4 und 5 gelten für die niedrige Geschwindigkeit, wenn beide Motoren in Serie geschaltet sind.
  • F i g. 2 zeigt, wie auf hohe Geschwindigkeit umgeschaltet werden kann. Ein Umschalter 48 ist so angeordnet, daß er in der Lage für niedrige Geschwindigkeit, wie in ausgezogenen Linien gezeigt ist, die zwei in Serie geschalteten Motoren an die Speisespannung 49 anlegt, während er in der Lage für hohe Geschwindigkeit, wie gestrichelt dargestellt ist, den Induktionsmotor abschaltet und den Reihenschlußmotor (Hochtourenmotor) direkt an die Speisespannung anschließt. Der Umschalter kann durch ein einziges Paar von Kontakten ersetzt werden, welche so angeordnet sind, daß sie den Induktionsmotor kurzschließen.
  • F i g. 6 zeigt die Kurven für die Drehgeschwindigkeit des Doppelmotors, sowohl für hohe als auch für niedrige Geschwindigkeit. Wie die Kurve 50, die gewöhnliche Kurve eines üblichen Reihenschlußkommutatormotors, zeigt, steigt die Drehzahl des Hochtourenmotors bei voller Speisespannung zu einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit im Bereich 51 an, die etwa das 14fache der niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit im Bereich 42 beträgt.
  • Die beschriebene Anordnung kann so bemessen sein, daß sie wirtschaftlich arbeitet und bei der niedrigeren Arbeitsgeschwindigkeit etwa die Hälfte der bei der höheren Geschwindigkeit erreichten Kraft erzeugt. Das Anlaßdrehmoment im Stillstand wird vom Reihenschlußmotor hervorgerufen, und es ist- unnötig, den Induktionsmotor mit einer Anlaßwicklung oder einem Zentrifugalschalter zum Abschalten einer Anlaßwicklung zu versehen.
  • Für einige Anwendungszwecke des in F i g. 2 gezeigten Antriebs, der gemäß der Kurve 50 in F i g. 6 arbeitet, besteht möglicherweise ein übermäßiges Anfangsdrehmoment, wenn von niedriger auf hohe Geschwindigkeit umgeschaltet wird. Insbesondere kann bei Wasch- und Schleudermaschinen die plötzliche Beschleunigung beim Wechsel von einer niedrigen Waschgeschwindigkeit auf die für eine hohe Schleudergeschwindigkeit erforderliche Schaltung gewisse Nachteile mit sich bringen. So kann, wenn der umlaufende Behälter in einem festen Gehäuse untergebracht ist, welches von einer federnden Aufhängung getragen wird, der Wechsel einen schädlichen Stoß auf das Aufhängungssystem hervorrufen.Außerdem kann die Beschleunigung so rasch vor sich gehen, daß Kleider, die in einem Bündel auf dem Boden eines Behälters mit horizontaler Achse liegen und bei niedriger Geschwindigkeit herumrollen, möglicherweise keine Gelegenheit haben, sich im Kreis an der#Außenwand zu verteilen, während die Trommel auf die Schleudergeschwindigkeit beschleunigt.
  • Es kann daher zweckmäßig sein, das Anfangsdrehmoment, das, wie zu sehen ist, in Punkt 52 der Kurve 50 nahezu das Dreifache des Anlaßdrehmoments bei Punkt 36 für niedrige Geschwindigkeit (Kurve 40; s. auch F i g. 4) beträgt, beim Wechsel von der niedrigen zur hohen Geschwindigkeit zu vermindern. Es kann auch zweckmäßig sein, das Anlaßdrehmoment für hohe Geschwindigkeit zu verringern, wenn der Motor vom Stillstand aus auf die hohe Geschwindigkeit angelassen werden soll. In diesem Fall kann die in F i g. 3 gezeigte Anordnung verwendet werden, deren Charakteristik für das Drehmoment bei hoher Geschwindigkeit in der Kurve 60 der F i g. 6 dargestellt ist.
  • Es ist ersichtlich, daß die F i g. 3 der F i g. 2- ähnlich ist. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß bei der hohen Geschwindigkeit nur ein Teil der Wicklungen 16 des Induktionsmotors abgeschaltet ist, und die übrigen mit den Wicklungen 17 des .Hochtourenmotors in Serie geschaltet bleiben.
  • Das kann auf verschiedene Arten erzielt werden, z. B., indem man jede der Polwicklungen 16 des Induktionsmotors in zwei Abschnitte teilt und Schaltkontakte vorsieht, um einen Abschnitt für die hohe Geschwindigkeit auszuschalten. Eine sehr einfache und vorzugsweise verwendete Anordnung ist jedoch, die eine Hälfte der Wicklungen, die in einem bestimmten Augenblick den Nordpol bilden, in Serie in eine Gruppe zu schalten und die restlichen Polwicklungen (der Südpole) in Serie in eine andere Gruppe zu schalten und den .Schalter so anzuordnen, daß bei niedriger Geschwindigkeit beide Gruppen in Serie liegen, während bei hoher Geschwindigkeit eine Gruppe ausgeschaltet ist und die andere Gruppe in Serie mit dem Hochtourenmotor geschaltet bleibt.
  • Das bewirkt, daß für die hohe Geschwindigkeit der Induktionsmotor die gleiche Anzahl von Polen hat wie für die niedrige Geschwindigkeit, jedoch wird die tatsächliche Anzahl der Windungen jeder Polwicklung halbiert.
  • In Verbindung mit F i g. 4 wird noch darauf hingewiesen, daß im Fall der niedrigen Geschwindigkeit die Drehzahl im Gebiet der Synchrongeschwindigkeit nicht über den Punkt 42 ansteigt, weil im Bereich von Punkt 42 bis Punkt 44 das Bremsmoment des Induktionsmotors das Antriebsmoment des Hochtourenmotors übersteigen würde. Wenn das Bremsmoment so vermindert würde, daß diese Bedingung nicht erfüllt werden könnte, würde die Geschwindigkeit weiterhin ansteigen. Dies geschieht tatsächlich in der Anordnung von F i g. 3, natürlich nur bei den Verhältnissen für die hohe Geschwindigkeit.
  • In F i g. 6 ist die Kurve 60 ähnlich der Kurve 40; sie stellt jedoch die Verhältnisse für das niedrige Drehmoment dar, wenn der Hochtourenmotor nur mit einem Teil der Wicklungen des Achtpolinduktionsmotors in Serie geschaltet ist. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß das Drehmoment beim Punkt 61 im Gebiet der Synchrongeschwindigkeit auf ein Minimum absinkt, aber im Gegensatz zur Kurve 40 kein Gebiet aufweist, wo das Drehmoment negativ ist, so daß, sobald der Stromkreis entsprechend der F i g. 3 umgeschaltet wird, die Geschwindigkeit sich erhöht und weiter bis über die Synchrongeschwindigkeit ansteigt, vorausgesetzt, daß das Drehmoment des Antriebs bei Punkt 61 das Belastungsdrehmoment übersteigt.
  • Gleichzeitig kann aus einem Vergleich der beiden Kurven 50 und 60 ersehen werden, daß im - Gebiet der Synchrongeschwindigkeit das Drehmoment der Kurve 60 wesentlich niedriger ist als das der Kurve 50. So könnte unter den angenommenen Voraussetzungen für die niedrige Geschwindigkeit (Kurve 40) das Drehmoment in der Größenordnung von 9 cmg liegen. Bei Verwendung der Kurve 50 würde es um das 4- bis 5fache ansteigen, wenn auf hohe Geschwindigkeit umgeschaltet wird. Andererseits würde gemäß der Kurve 60 der Anstieg viel geringer sein.
  • Andererseits steigt das Drehmoment oberhalb der Synchrongeschwindigkeit erheblich an, was den praktischen Wert besitzt, die Teile rasch über einen kritischen Geschwindigkeitsbereich hinaus zu beschleunigen.
  • Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach F i g. 3 besteht darin, daß der eingeschaltete Induktionsmotor das Arbeiten bei hoher Geschwindigkeit nicht stört, und es ist unnötig, ihn aus dem Stromkreis auszuschalten, wenn die Geschwindigkeit ansteigt.
  • Bei niedriger Geschwindigkeit ist die Impedanz des Induktionsmotors, selbst bei verminderter Windungszahl erheblich. In der F i g. 7 zeigt die Kurve 65 den Anteil einer Speisespannung von 230 Volt, der vom Induktionsmotor aufgenommen wird. Beim Punkt 66 Liegt sein Anteil an der Speisespannung bei etwa 44 Volt. Bei Geschwindigkeiten, die über 8000 UpM betragen, ist sein Spannungsanteil geringer als 10 Volt, und auch dieser ist nicht in Phase mit dem des Hochtourenmotors, so daß dessen Spannung von der Speisespannung nur um etwas weniger als 6 Volt abfällt, wie es die Kurve 67 zeigt.
  • F i g. 8 zeigt eine Anordnung, die dann zu verwenden ist, wenn eine dritte Arbeitsgeschwindigkeit erforderlich ist. Der Stator des Induktionsmotors ist mit zwei Wicklungssätzen versehen. Ein Wicklungssatz 80 mit acht Polen ist für die niedrige Geschwindigkeit und der andere Satz 81 mit zwei Polen für die mittlere Geschwindigkeit. Da keine Anlaßwicklungen erforderlich sind, kann sowohl die Achtpolwicklung als auch die Zweipolwicklung in den Nuten eines üblichen Stators angeordnet werden. Kontakte 82, 83 und 84 für niedrige, mittlere und hohe Geschwindigkeit sind so angeordnet, daß sie jeweils die Achtpolwicklungen, die Zweipolwicklungen oder keine der beiden einschalten.
  • Die Anordnung und der Anschluß der Achtpolwicklung wurde bereits in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben. Wenn jedoch die Zweipolwicklung mit dem für eine Zusammenarbeit mit einem Induktionsmotor mit Achtpolwicklung bestimmten Hochtourenmotor in Serie geschaltet wäre, dann könnte möglicherweise bei Synchrongeschwindigkeit der Hochtourenmotor einen zu großen Anteil der Spannung abnehmen, so daß sein Drehmoment vom Bremsmoment einer üblichen Zweipolwicklung nicht richtig ausgeglichen würde. Demgemäß kann die Feldwicklung 17 des Hochtourenmotors mit einer Anzapfung 85 versehen sein, welche mit der Zweipolwicklung 81 verbunden ist, so daß der Strom, wenn die Speisespannung mit der Zweipolwicklung verbunden und von der Achtpolwicklung abgeschaltet wird, durch die Zweipolwicklung, ein Teil der Feldwicklung des Hochtourenmotors sowie durch dessen Anker fließt. Dadurch ist es möglich, ein zufriedenstellendes Arbeiten des Hochtourenmotors zusammen mit dem Induktionsmotor sowohl mit der Achtpolwicklung als auch mit der Zweipolwicklung herzustellen.
  • Wie schon oben erwähnt; weist der hochtourige Reihenschlußmotor ein Anlaßdrehmoment auf, und es ist unnötig am Induktionsmotor Anlaßwicklungen anzubringen. Andererseits kann es in bestimmten Fällen, beispielsweise für die rasche Beschleunigung eines angetriebenen Teils über einen kritischen Geschwindigkeitsbereich hinweg, zweckmäßig sein, ein Anlaßdrehmoment vorzusehen, das höher als das entsprechende Drehmoment des Reihenschlußmotors ist, der an die Speisespannung in Serie mit dem Induktionsmotor gelegt ist. Demzufolge kann die Maschine mit einem Zentrifugalschalter versehen sein, der so angeordnet ist, daß er die Wicklung des Induktionsmotors abschaltet und die Speisespannung direkt an den Reihenschlußmotor vom Stillstand bis zum Erreichen der niedrigeren oder mittleren Arbeitsgeschwindigkeit anlegt. Der Reihenschlußmotor kann also so beschaffen sein, daß er ein hohes Anlaßdrehmoment herstellt, das ihn erheblich überlasten würde, wenn es unbegrenzt andauern würde.
  • Bei dem Antrieb für drei Geschwindigkeiten kann der Zentrifugalschalter so geschaltet sein, daß er in einem Geschwindigkeitsbereich (z. B. für die mittlere Geschwindigkeit) oder in jedem Geschwindigkeitsbereich ein erhöhtes Anlaßdrehmoment bewirkt. Enthält der Stator des Induktionsmotors zwei Wicklungen, so ist es zweckmäßig, daß keine der beiden kurzgeschlossen wird, während die andere in Betrieb ist.
  • Die in F i g. 9 dargestellte Anordnung, die im Bereich der mittleren Geschwindigkeit ein erhöhtes Drehmoment bewirkt, ist ähnlich der in F i g. 8 gezeigten Anordnung, nur daß die Kontakte 83 für den mittleren Geschwindigkeitsbereich eine Klemme der Speisespannung mit dem gemeinsamen Kontakt eines Zweiwegzentrifugalschalters 90 verbinden. Dieser schließt ihn bei niedrigen Geschwindigkeiten an die entsprechende Klemme des Reihenschlußmotors an und verbindet ihn bei einer etwas unterhalb der mittleren Arbeitsgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit über die Zweipolwicklung mit der Anzapfung des Serienmotors.
  • Um sowohl für den Bereich der niedrigen als auch der mittleren Geschwindigkeit ein erhöhtes Anlaßdrehmoment zu erreichen, muß natürlich der Zentrifugalschalter unterhalb der niedrigeren Arbeitsgeschwindigkeit umschalten.
  • Aus der F i g. 6 ist ersichtlich, däß es außer der Kurve 50 eine ganze Reihe von Geschwindigkeitsdrehmomentkurven gibt, bei der der Hochtourenmotor direkt an die Speisespannung angeschlossen ist. Eine daraus ist die Kurve 40; bei der der achtpolige Induktionsmotor in Serie mit dem Hochtourenmotor liegt; eine andere die Kurve 60, bei der der Hochtourenmotor mit einem Teil der Wicklungen des achtpoligen Induktionsmotors- in Serie geschaltet ist. Es könnten noch zwei weitere Kurven gezeichnet werden, bei denen der Hochtourenmotor mit dem gesamten bzw. mit einem Teil des zweipoligen Induktionsmotors in Serie geschaltet wäre. Die Kontakte können von Hand oder geschwindigkeitsabhängig gesteuert sein, um jeweils von einer auf irgendeine andere dieser Charakteristiken umzuschalten.
  • Zusätzliche Schaltkontakte für die Ausführung weiterer Vorgänge, können vorgesehen werden. Insbesondere kann es für die beschriebene besondere Ausführungsform zweckmäßig sein, die Umlaufrichtung der Trommel in bestimmten Zeitabständen beim Waschen umzukehren, nicht jedoch beim Schleudern. Für diesen Zweck kann der Anker des Hochtourenmotors mit Umkehrkontakten versehen sein, die von den Kontakten für die niedrige Geschwindigkeit gesteuert und von einer Uhr betätigt werden, um so die Drehrichtung des Hochtourenmotors in regelmäßigen Abständen umzukehren, und zwar im Bereich niedriger, nicht aber im Bereich hoher Geschwindigkeit. Das Arbeiten des Induktionsmotors ist unabhängig von seiner Drehrichtung, so daß keinerlei Mittel vorgesehen werden müssen, um seine Verbindungen umzuschalten.
  • Obwohl einige der Ausführungsformen der Erfindung, die beschrieben wurden, in erster Linie für eine Waschmaschine gedacht sind, kann die Erfindung für andere Zwecke Anwendung finden, beispielsweise für Zentrifugen oder Bohrmaschinen mit mehreren Drehzahlstufen.

Claims (11)

  1. Patentansprüche: 1. Elektrischer Zweimotorenantrieb zum Anschluß an Einphasenwechselstrom, bestehend aus einem Induktionsmotor und einem mit diesem mechanisch gekuppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Kommutatorreihenschlußmotor, bei dem zur Erzeugung zweier unterschiedlicher Geschwindigkeiten die beiden Motoren so bemessen sind, daß bei der höheren Geschwindigkeit, bei welcher der Induktionsmotor übersynchron läuft, das Bremsmoment des Induktionsmotors zusammen mit dem Arbeitsmoment des anzutreibenden Teiles größer ist als das motorische Moment des Reihenschlußmotors, so daß sich bei Anschaltung beider Motoren eine mittlere Geschwindigkeit ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschlußmotor (11,15,17,19, 20) für eine wesentlich höhere Drehgeschwindigkeit als der Induktionsmotor (10,14,16) ausgelegt ist und eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die die Stromverbindungen im Sinne einer Aufhebung oder Abschwächung des übersynchronen Bremsmomentes des Induktionsmotors so ändert, daß der Reihenschlußmotor das angetriebene Teil (12) bei seiner wesentlich höheren Arbeitsgeschwindigkeit antreibt.
  2. 2. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Schalteinrichtung der Induktionsmotor abschaltbar ist.
  3. 3. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der .Schalteinrichtung Wicklungsteile des Induktionsmotors abschaltbar sind.
  4. 4. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet; daß mit Hilfe der Schalteinrichtung die auf den Polen der einen , Polarität aufgebrachten Wicklungen abschaltbar sind und daß diese Pole nur durch den magnetischen Rückfluß erregt werden, der von den durch eingeschaltete Wicklungen erregten Polen der anderen Polarität ausgeht. ,
  5. 5. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsmotor zusätzlich polumschaltbar ist.
  6. 6:--Elektrischer Zweimotorenanirieb nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen für eine Polzahl in Nuten untergebracht sind, in denen normalerweise Anlaßwicklungen für die andere Polzahl angeordnet wären.
  7. 7. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach Ansprach 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschlußmotor an seiner Feldwicklung (17) eine Anzapfung (85) aufweist, die über Schaltmittel einschaltbar ist und dessen Drehmoment dem Bremsmoment des polumgeschalteten Induktionsmotors anpaßt. B.
  8. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen automatischen Anlaßschalter, z. B. einen Zentrifugalschalter (90), enthält; der die Stromverbindungen so ändert, daß das Drehmoment beim Anlassen ansteigt.
  9. 9. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßschalter die einer niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit entsprechenden Stromverhältnisse derart ändert, daß sie einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit entsprechen.
  10. 10. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßschalter (90) den Induktionsmotor abschaltet, so daß beim Anlassen die gesamte Speisespannung dem Reihenschlußmotor zugeführt wird.
  11. 11. Elektrischer Zweimotorenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschlußmotor mit einem Umkehrschalter versehen ist, der von den Schaltmitteln gesteuert und von einer Uhr derart betätigt wird, daß er bei einer bestimmten Geschwindigkeit seine Umlaufrichtung in regelmäßigen Abständen umkehrt. In Betracht gezögene"Druckschriften: Französische Patentschrift Nr: 439 084; USA.-Patentschrift Nr.1628 409; Bulletin SEV XIII. Jahrgang (1942), S. 443 bis 450.
DEP1270A 1963-11-04 1964-11-03 Elektrischer Zweimotorenantrieb zum Anschluss an Einphasenwechselstrom Pending DE1270662B (de)

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