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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die F i g. 4 und 5 gelten für die niedrige Geschwindigkeit, wenn beide
Motoren in Serie geschaltet sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andererseits steigt das Drehmoment oberhalb der Synchrongeschwindigkeit
erheblich an, was den praktischen Wert besitzt, die Teile rasch über einen kritischen
Geschwindigkeitsbereich hinaus zu beschleunigen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.