DE2058367A1 - Induction motor with an arrangement for speed adjustment - Google Patents

Description

Induktionsmotor mit einer Anordnung zur Drehzahlverstellung Die Erfindung betrifft einen Induktionsmotor mit einer Anordnung zur Drehzahlverstellung bzw. zur stufenlosen Drehzahleinstellung durch Änderung des Schlupfes.Induction motor with an arrangement for speed adjustment The invention relates to an induction motor with an arrangement for speed adjustment or for stepless speed adjustment by changing the slip.

Bei bekannten 19Motoren dieser Art erfolgt die Drehzahlregelung bzw. die Drehzahlverstellung meist durch Steuerung des Phasenanschnitts unter Verwendung von Trans, deren Zündelektroden die Zündimpulse zugeführt werden.In known motors of this type, the speed control or the speed adjustment mostly by controlling the phase angle using from Trans, whose ignition electrodes are supplied with the ignition pulses.

Die Drehzahl des Motors wird im Fall der Regelung mit Hilfe einer Rückkopplung in Form eines Tachometers auch bei starken Laständerungen konstant gehalten, indem der jeweils erforderliche Phasenanschnitt durch einen Vergleich des am Tachometer anliegenden Spannungs-lstwerts mit dem mittels Potentiometer vorgegebenen Spannungs-Sollwert in der Weise festgelegt wird, daß die aus diesem Vergleich resultierende Differenzspannung einem Regelverstärker zugeführt wird, der abhängig von der Größe der erwähnten Differenzspannung den Zündzeitpunkt und damit den Anschnitt der Phase vorgibt.The speed of the motor is in the case of regulation with the help of a Feedback in the form of a tachometer is constant even with strong load changes kept by the respectively required phase control through a comparison of the actual voltage value at the speedometer with the value specified by means of the potentiometer Voltage setpoint is determined in such a way that the resulting from this comparison Differential voltage is fed to a control amplifier, which depends on the size the mentioned differential voltage the ignition point and thus the start of the phase pretends.

Im Falle der Drehzahlsteuerung wird mittels Potentiometer jeweils ein bestimmter Phasenanschnitt eingestellt und damit die entsprechende Drehzahl festgelegt bzw. das Drehzahl-Drehmomentverhalten verändert. Zur Drehzahlsteuerung eignen sich auch in den Ständerkreis eingeschaltete Einstelltransformatoren.In the case of speed control, a potentiometer is used in each case a certain phase angle is set and thus the corresponding speed defined or the speed-torque behavior changed. For speed control adjustable transformers connected to the stator circuit are also suitable.

Dadurch, daß der Strom mit abnehmender Drehzahl zunimmt und der Wirkungsgrad dementsprechend geringer wird, ergeben sich bei derartigen Motoren insofern u.U. nicht unerhebliche Schwierigkeiten, als insbesondere im unteren Drehzahldrittel des Regelbereichs eine unzulässige Erwärmung auftritt, wobei noch hinzukommt, daß infolge der relativ geringen Eigendrehzahl des Motors in den fraglichen Drehzahlbereichen die Eigenkühlung nur sehr gering ist.Because the current increases with decreasing speed and the efficiency is correspondingly lower, with such engines, under certain circumstances, not inconsiderable difficulties, especially in the lower third of the speed of the control range an impermissible heating occurs, with the fact that due to the relatively low inherent speed of the engine in the speed ranges in question the self-cooling is only very low.

Um die in den unteren Drehzahlbereichen entstehende Wärme in hinreichendem Maß abzuführen, wird gewöhnlich ein Fremdlüfter vorgesehen, der eine mehr oder weniger gleichmäßige Kühlung gewährleistet.To the heat generated in the lower speed ranges in sufficient To dissipate measure, an external fan is usually provided, one more or less uniform cooling guaranteed.

Mit Rücksicht darauf, daß auch bei Verwendung einer Zusatzlüftung nur ein begrenzter Kühleffekt erzielbar ist, können solche regelbaren Induktionsmotoren verglichen mit der in der entsprechenden Baugröße normalerweise installierbaren Leistung in der Regel von vornherein nur für eine verhältnismäßig geringe Leistung ausgelegt werden.With regard to the fact that even when using additional ventilation only a limited cooling effect can be achieved, such controllable induction motors can compared to that which can normally be installed in the corresponding size Achievement usually only for a relatively low achievement from the outset be interpreted.

Der vorliegenden Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die Stromwärmeverluste von regelbaren Induktionsmotoren der beschriebenen Art in den kritischen Drehzahlbereichen zu verringern, um einerseits eine bessere Ausnutzung der Motoren in diesen Drehzahlbereichen zu erreichen und um andererseits zumindest in bestimmten Fällen auf eine Fremdkühlung verzichten zu können. Ferner umfaßt die Aufgabenstellung mit eine Erhöhung der Motordrehmomente im Bereich der fraglichen Drehzahlen.The present invention is primarily based on the object the current heat losses from controllable induction motors of the type described in the critical Reduce speed ranges to the one hand a to achieve better utilization of the engines in these speed ranges and on the other hand To be able to do without external cooling, at least in certain cases. Further includes the task of increasing the engine torque in the area of questionable speeds.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, ausgehend von der jeweils synchronen Motordrehzahl 60 x f n5 = 60 p f, beim Unterschreiten der Drehzahl n = 60 x f selbsttätig eine Transformation des 2 p+i Wirkungsgradverlaufs # = f(n) in den Bereich höherer 5 Wert erfolgt bzw. ermöglicht wird.This object is achieved according to the invention in that, starting from the respective synchronous engine speed 60 x f n5 = 60 p f, when falling below the Speed n = 60 x f automatically transforms the 2 p + i efficiency curve # = f (n) takes place or is made possible in the area with a higher 5 value.

Je nach Erfordernis oder Voraussetzung kann eine solche Wirkungsgradtransformation in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auf die Drehzahlbereiche 60 f 60 f 60 f 60 f 60 f p + 1 # n # p + 2 oder p + 2 # n # p + 3 und weitere p+2 p+3 ausgedehnt werden.Depending on the requirement or prerequisite, such an efficiency transformation in a further embodiment of the invention on the speed ranges 60 f 60 f 60 f 60 f 60 f p + 1 # n # p + 2 or p + 2 # n # p + 3 and further p + 2 p + 3 extended will.

Die Wirkungsgradtransformation wird im vorliegenden Fall am zweckmäßigsten dadurch realisiert, daß die Ständerwicklung drehmomentabhängig, temperaturabhängig oder abhängig von einer elektrischen Größe, wie Spannung, Strom, Widerstand ohmisch oder komplex, auf eine andere Polzahl umgeschaltet wird, wobei der Umschaltzeitpunkt im Drehzahlbereich 60 x f n 5 60 x f 60 x f bzw. 60 x f 60 x f = n = 60 x f p + 1 # p + 2 bzw. p + 1 p + 3 etc. beliebig wählbar ist.The efficiency transformation is most useful in the present case realized in that the stator winding is torque-dependent, temperature-dependent or ohmic depending on an electrical variable such as voltage, current, resistance or complex, is switched to a different number of poles, the switching time in the speed range 60 x f n 5 60 x f 60 x f or 60 x f 60 x f = n = 60 x f p + 1 # p + 2 or p + 1 p + 3 etc. can be freely selected.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Wicklungsumschaltung drehzahlabhängig, (Tachometer) optisch, akustisch oder auf eine sonst geeignete Art, z. B. weg-oder zeitabhängig, vorzunehmen. Dabei kann anstelle einer selbsttätigen auch eine manuelle Umschaltung treten.Of course, it is also possible to change the winding speed-dependent, (Speedometer) optically, acoustically or in some other suitable way, e.g. B. away-or time-dependent. Instead of an automatic one, a manual one can also be used Switch over.

Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, mittels in der Statorwicklung vorgesehener bzw. am Motorgehäuse angebrachter Temperaturfühler die Umschaltung des Motors zu steuern.It has proven particularly useful to use means in the stator winding temperature sensor provided or attached to the motor housing to control the engine.

Bei Vorschubeinheiten kann die Umschaltung des z.B. eine Spindel antreibenden Motors auf einen niedrigeren Drehzahlbereich abhängig von mechanischen oder lichtelektrischen Kontakten erfolgen, die von einem mittels der Spindel vor-und zurückbewegbaren Schlitten betätigt bzw. ausgelöst werden. Durch den im Arbeitsbereich höherer Wirkungsgrade bedingten Temperaturrückgang ist es abgesehen von dem in diesem Bereich im Normalfall ohnehin vorhandenen günstigeren Drehmomentverlauf grundsätzlich möglich, den Motor von Haus aus stärker auszulegen, so daß das Drehmomentverhalten des Motors in diesen Drehzahlbereichen noch vorteilhafter wird.In the case of feed units, it is possible to switch over, for example, the one driving a spindle Motor to a lower speed range depending on mechanical or photoelectric Contacts are made by a slide that can be moved back and forth by means of the spindle actuated or triggered. Due to the higher efficiency in the work area Due to the temperature drop, it is apart from that in this area in the normal case Anyway, more favorable torque curve is basically possible for the engine inherently stronger, so that the torque behavior of the engine in this Speed ranges is even more advantageous.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand dreier prinzipieller Schaubilder noch näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of three basic diagrams explained in more detail.

Im Schaubild 1 stellt die Kurve M1 = f(n) die Drehmoment-Drehzahlkuve des Motors im 2-poligen, die Kurve M2 = f(n) das Drehmoment-Drehzahlverhalten des Motors im 4-poligen und die Kurve M3 = f(n) den entsprechenden Kennlinienverlauf im 6-poligen Betrieb dar. Die jeweils zugehörigen Wirkungsgradkennlinien sind mit 1' Y 2 und 3, bezeichnet, während I1 = f(n) den Stromverlauf für die Kurve M1 = f(n) veranschaulicht.In diagram 1, the curve M1 = f (n) represents the torque-speed curve of the motor in the 2-pole, the curve M2 = f (n) the torque-speed behavior of the Motor in the 4-pole and the curve M3 = f (n) the corresponding characteristic curve in 6-pole operation. The associated efficiency characteristics are marked with 1 'Y 2 and 3, while I1 = f (n) the current curve for the curve M1 = f (n) illustrates.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde der der Kurve 11 = f(n) entsprechende Stromverlauf für die übrigen Drehmomentkurven nicht eingezeichnet. Das cos. t-Verhalten des Motors gemäß M1 = f(n) ist ebenfalls eingetragen.For the sake of clarity, the curve 11 = f (n) has been used The current curve for the other torque curves is not shown. The cos. t behavior of the motor according to M1 = f (n) is also entered.

Die einzelnen Drehmoment-Drehzahlkennlinien kennzeichnen ein typisches Widerstandsverhalten des Rotors, d.h. ein Kippmoment ist nicht vorhanden.The individual torque-speed characteristics characterize a typical one Resistance behavior of the rotor, i.e. there is no overturning moment.

Die Funktionsweise ist wie folgt: Angenommen, der Regelmotor sei auf die Drehzahl n = 2700 U/min.The way it works is as follows: Assume that the control motor is open the speed n = 2700 rpm.

eingestellt, wie es der Arbeitspunkt A1 im Bild 1 verdeutlicht. Wird nun z.B. bei gleichem Lastmoment eine niedrigere Drehzahl gewünscht, etwa n = 1700 U/min, so ist ein Sollwertpotentiometer soweit zu verstellen, bis der Motor im Punkt A2 arbeitet. Die gewünschte Drehzahl kann normalerweise an einem Drehzahlmesser abgelesen werden. Dem Arbeitspunkt A1 entsprach der WirkungsgradMll, dem Arbeitspunkt A2 entspricht nun der Wirkungsgrad51, der einen niedrigeren Wert als 71 aufweist. Die Erwärmung des Motors nimmt daher bereits zu, zumal die Kühlwirkung des Motors infolge der niedrigeren Motordrehzahl zurückgeht.set as the operating point A1 in Figure 1 shows. Will Now, for example, a lower speed is desired with the same load torque, e.g. n = 1700 Rpm, a setpoint potentiometer must be adjusted until the motor is at the point A2 works. The desired speed can usually be measured on a tachometer can be read. The efficiency Mll, the operating point, corresponded to the operating point A1 A2 now corresponds to efficiency51, which is a lower one value than 71. The heating of the engine is therefore already increasing, especially since the cooling effect of the engine decreases as a result of the lower engine speed.

Soll der Motor im Gebiet noch tieferer Drehzahlen arbeiten, wie es der Arbeitspunkt A3 veranschaulicht, so wird neben der Kühlwirkung auch der entsprechende Wirkungsgradt1 ungünstig, und der Motor erwärmt sich u.U. zu stark.Should the engine work in the area even lower speeds, like it If the operating point A3 illustrates, then the corresponding one is also used in addition to the cooling effect Efficiency1 is unfavorable and the engine may heat up too much.

Hat die Wicklungstemperatur bzw. die Gehäusetemperatur einen bestimmten Wert erreicht, dann schließt der Kontakt eines nicht dargestellten Wärmefühlers und veranlaßt die Umschaltung vom 2- auf 4-poligen Motorbetrieb. Damit arbeitet der Motor bei gleichem bzw. größeren oder kleinerem Drehmoment im Bereich des Wirkungsgra(les t2 wobei der Wert von"ll) erheblich über dem Wert von t/1 liegt. Bei Motorbetrieb im Drehzahlbereich n2 - 60 x f < 1000 U/min.Has the winding temperature or the housing temperature a certain If the value is reached, the contact of a heat sensor (not shown) closes and initiates the switchover from 2- to 4-pole motor operation. With it works the motor with the same or higher or lower torque in the range of efficiency (les t2 where the value of "ll) is considerably higher than the value of t / 1. During engine operation in the speed range n2 - 60 x f <1000 rpm.

p+2 -(bezogen auf p = 1 und f = 50 Hz) erfolgt die Umschaltung gemäß Bild 1 im Punkt A4, dem der Wirkungsgrad entspricht. p + 2 - (related to p = 1 and f = 50 Hz) the switchover takes place according to Figure 1 at point A4, to which the efficiency corresponds.

Wie aus Bild 2 ersichtlich ist, kann bei Betrieb des Motors auf der maximalen Drehmomenten-Kennlinie unter der Voraussetzung eineS entsprechenden Drehmomentverlaufs z.B.As can be seen in Figure 2, when the engine is running on the maximum torque curve provided that a corresponding torque curve is used e.g.

im 4- und 6-poligen Betrieb ein Gesamtdrehmomentenverlauf erzielt werden, der in erster Näherung einer Hyperbel entspricht. Ein solcher gestrichelt eingezeichneter Kennlinienverlauf M = f(n) ist insbesondere für Zentrumswickler erwünscht. In diesem Fall ist eine Drehzahlregelung des Motors nicht erforderlich, so daß das Tachometer entfallen kann.A total torque curve is achieved in 4- and 6-pole operation which corresponds to a first approximation of a hyperbola. Such a dashed line The characteristic curve M = f (n) shown is especially for center winders he wishes. In this case it is not necessary to regulate the speed of the motor, so that the speedometer can be omitted.

Zur Einstellung der Zugspannung kann eine Phasenanschnittsteuerung oder eine Steuerung mittels Ringstellstransformator vorgesehen sein. Die Bezeichnung der jeweiligen Kennlinien und Arbeitspunkte entspricht der im Bild 1 angewandten.A phase control can be used to adjust the tension or a control by means of a variable transformer can be provided. The designation of the respective characteristics and operating points corresponds to that used in Figure 1.

Bild 3 zeigt schematisch die Möglichkeit der Umschaltung auf eine andere Polzahl des Motors jeweils bei gleichem Wirkungsgradq2 = e 4 auf. Auch hier ist die Bezeichnung der Kennlinien entsprechend derjenigen gemäß Bild 1 vorgenommen.Figure 3 shows schematically the possibility of switching to one different number of poles of the motor with the same efficiency q2 = e 4. Here too the designation of the characteristics corresponds to that in Figure 1.

Anstelle der polumschaltbaren Auslegung der Motoren, wobei die Umschaltung auch zeitabhängig erfolgen kann, besteht auch die Möglichkeit, eine sinngemäße Änderung der Frequenz der Speisespannung vorzunehmen, beispielsweise von 50 Hz auf 25 Hz, von 25 Hz auf 16 2/3 Hz usw. Dabei kann entweder nur von einer Wicklung ausgegangen werden oder aber eine kombinierte Polumschaltung und Frequenzänderung angewandt werden.Instead of the pole-changing design of the motors, the switching can also be time-dependent, there is also the possibility of a corresponding change the frequency of the supply voltage, for example from 50 Hz to 25 Hz, from 25 Hz to 16 2/3 Hz etc. Either only one winding can be assumed or a combined pole switching and frequency change are used will.

Mit ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Umschaltzeitpunkt in den Bereich höherer Wirkungsgrade bzw. die Drehzahl, bei der die Umschaltung erfolgen soll, jeweils frei wählbar ist, soweit es sich um Drehzahlen handelt, die unterhalb der Drehzahl n = 60 x 6 p+1 liegen. Das heißt, die Umschaltung kann beispielsweise auch bei n = 200, 300 oder 400 U/min auf 4-poligen Motorbetrieb erfolgen.A major advantage of the invention is the fact that the changeover point in the range of higher efficiencies or the speed at which the switchover is to take place can be freely selected in each case, as far as speeds are concerned acts that are below the speed n = 60 x 6 p + 1. That is, the switchover can for example also with n = 200, 300 or 400 rpm on 4-pole motor operation take place.

Im Falle des Einsatzes von Einphasen- bzw. Zweiphasenmotoren ergeben sich dieselben Vorteile, der Drehmomentenverlauf über der Drehzahl ist jedoch geringfügig anders.In the case of the use of single-phase or two-phase motors the same advantages, but the torque curve over the speed is insignificant different.

Ansprüche:Expectations:

Claims (15)

Ansprüche: 9 Induktionsmotor mit einer Anordnung zur Drehzahl ein-bzw. -Verstellung durch Änderung des Schlupfes, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von der jeweils 60 x f synchronen Motordrehzahl ns = p , beim Unterschreiten 60 x f p beim Transformation der Drehzahl n2 = p + 1 selbsttätig eine Transformation der Wirkungsgradverlaufs =.f(n) in den Bereich höherer t(-Werte erfolgt bzw. ermöglicht wird.Claims: 9 induction motor with an arrangement for speed on or. -Adjustment by changing the slip, characterized in that, starting of the respective 60 x f synchronous engine speed ns = p, when falling below 60 x f p automatically a transformation when transforming the speed n2 = p + 1 the efficiency curve = .f (n) in the area of higher t (values takes place or enables will. 2) Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wirkungsgradtransformation gegebenenfalls auch auf die Drehzahlbereiche 60 x f # n# 60 x f oder 60 x f # n # 60 x f sowie weitere selbsttätig ausdehnt.2) induction motor according to claim 1, characterized in that the efficiency transformation, if necessary, also to the speed ranges 60 x f # n # 60 x f or 60 x f # n # 60 x f and others automatically expand. p + 2 p + 3 3) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsgradtransformation drehmomentabhängig, temperaturabhängig oder abhängig von einer elektrischen Größe erfolgt. p + 2 p + 3 3) induction motor according to claims 1-2, thereby characterized in that the efficiency transformation is torque-dependent, temperature-dependent or takes place depending on an electrical variable. 4) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsgradtransformation drehzahlabhängig, auf optischem, akustischem Weg oder weg-bzw. zeitabhängig erfolgt.4) induction motor according to claims 1 - 2, characterized in that that the efficiency transformation depends on the speed, on optical, acoustic Away or away-or. takes place time-dependent. 5) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsgradtransformation durch Wicklungsumschaltung erzielt wird.5) induction motor according to claims 1 - 3, characterized in that that the efficiency transformation is achieved by switching windings. 6) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Statorwicklung ein oder mehrere Wärmefühler vorgesehen sind, die abhängig von der Wicklungstemperatur bzw. vom Ständerstrom eine Wicklungsumschaltung veranlassen.6) induction motor according to claims 3 and 4, characterized in, that one or more heat sensors are provided in the stator winding, which are dependent initiate a winding changeover based on the winding temperature or the stator current. 7) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Abtriebswelle ein Drehmomentgeber angebracht ist, der die Wicklungsumschaltung auslöst. 7) induction motor according to claims 3 and 4, characterized in that that a torque transmitter is attached to the output shaft, which switches the winding triggers. 8) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsumschaltung jeweils bei Drehmomentengleichheit erfolgt.8) induction motor according to claims 1 - 6, characterized in that that the winding changeover takes place when the torques are equal. 9) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 7, gekennzeichnet durch eine solche Auslegung der Motorwicklung, daß der Motor in jedem Drehzahlbereich ohne Fremdlüftung betreibbar ist.9) induction motor according to claims 1-7, characterized by such a design of the motor winding that the motor in every speed range can be operated without external ventilation. 10) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 8, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Fremdlüfter.10) induction motor according to claims 1-8, characterized by the combination with an external fan. 11) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Motors in den Bereich höherer Wirkungsgrade jeweils manuell erfolgt.11) induction motor according to claims 1 - 10, characterized in, that the switching of the motor in the range of higher efficiencies in each case manually he follows. 12) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 3 und 9 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsgradtransformation durch Änderung der Frequenz der Speisespannung selbsttätig oder manuell vorgenommen wird.12) induction motor according to claims 1-3 and 9-10, thereby characterized in that the efficiency transformation by changing the frequency of the Supply voltage is made automatically or manually. 13) Induktionsmotor nach-Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Verwendung von Auslösegrößen gemäß den Ansprüchen 3, 4 und 6 - 7.13) induction motor according to claim 12, characterized by the use of trigger variables according to claims 3, 4 and 6-7. 14) Induktionsmotor nach Ansprüchen 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsgradtransformation durch kombinierte Frequenzänderung und Wicklungsumschaltung erfolgt.14) induction motor according to claims 1 - 13, characterized in that that the efficiency transformation by combined frequency change and winding switching he follows. 15) Induktionsmotor nach den Ansprüchen 1 - 13, gekennzeichnet durch eine solche Auslegung der Wicklungen und Wahl der Umschaltpunkte, daß angenähert ein hyperbolischer Drehmoment-Drehzahlverlauf erreicht wird.15) induction motor according to claims 1-13, characterized by such a design of the windings and choice of switching points that approximated a hyperbolic torque-speed curve is achieved.