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Elektrischer Asynchronmotor mit Schleifringläufer Es ist bekannt,
Asynchronmotoren mit Schleifringläufern über Widerstände anzulassen. Dazu wird jeder
Läuferwicklungsstrang über Schleifringe mit dem Anlaß widerstand verbunden. Nach
dem Hochlauf des Läufers wird dann die Läuferwicklung kurzgeschlossen und die Bürsten
werden von den Schleifringen abgehoben. Das Kurzschließen der Läuferwicklung des
Asynchronmotors erfolgt im allgemeinen mit Hilfe eines auf dem Läufer neben den
Schleifringen liegenden Kurzschlußringes. Dieser enthält Sederkontakte, denen als
Gegenkontakten Bolzen gegenüberstehen, die jeweils mit der Läuferwicklung verbunden
sind. Beide Teile werden nach dem Hochlauf mechanisch miteinander verbunden. Eine
derartige mechanische Kurzschließvorrichtung erfordert hohe Fertigungsgenauigkeiten.
außerdem unterliegen die Kontakte den Fliehkraftbeanspruchungen, die verhältnismäßig
hoch sind. Daher ließen sich Störungen nicht immer mit Sicherheit vermeiden.
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Durch die vorliegende Erfindung sollen rotierende mechanische Kontakte
beim Kurzschließen der Läuferwicklunzen von Asynchronmotoren vermieden werden. Deshalb
sind gemäß der Erfindung auf dem Läufer des Asynchronmo-tors wenigstens zwischen
zwei der drei Läuferwicklungsstränge und dem Kurzschlußring jeweils mindestens zwei
gegeneinander geschaltete Thyristoren angeordnet, deren Steuerstromkreis einen ruhenden
chalter enthält.
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Diese Thyristoren übernehmen die Rolle des bekannten rotierenden mechanischen
Schalters, ohne daß zu bewegende Teile vorhanden
sind. Solange der
ruhende Schalter geöffnet und somit der Steuerstromkreis unterbrochen ist, also
während des Hochlaufes des Asynchronmotors, sperren die Thyristoren die Verbindung
zwischen dem Kurzschlußring und der Läuferwicklung. Danach wird der ruhende Schalter
geschlossen und die umlaufenden Thyristoren werden jeweils durchgängig gemacht,
so daß sich der Läuferstrom über den Kurzschlußring schließen kann. Da jeweils mindestens
zwei gegeneinander geschaltete Thyristoren vorhanden sind, besteht dann für beide
Halbwellen des im Läufer fließenden Wechselstromes eine Verbindung zwischen der
Läuferwicklung und dem Kurzschlußring. Je nach der Höhe dieses Stromes können jeweils
auch mehrere Thyristoren parallel geschaltet sein. Außerdem ist jeweils die Sperrspannung
der Thyristoren so zu wählen, daß sie größer als die Läuferstillstandsspannung ist.
Durch den Fortfall sämtlicher bewegten Kontakte auf dem Läufe ist somit eine Anordnung
von großer Betriebssicherheit geschaffen. Diese kann insbesondere mit Vorteil bei
senkrecht angeordneten Asynchronmotoren angewendet werden, bei denen sich bisher
Schwierigkeiten dadurch ergaben, daß für das Kurzschließen die rotierenden Kontakte
gehoben oder gesenkt werden mußten.
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Für die Schaltung der umlaufenden Thyristoren im Läuferstromkreis
empfehlen sich zwei Möglichkeiten. Man kann eine symmetrische Schaltung verwenden,
bei der jeder der drei lticklungsstränge des Läufers über mindestens zwei gegeneinander
geschaltete Thyristoren mit dem Kurzschlußring verbunden ist. Man benötigt hierzu
zwar die meisten Thyristoren, diese brauchen jedoch nur jeweils für den Lauferstrom
bemessen zu sein, da über die Thyristoren keine tusgleichsströme fließen. Verwendet
man dagegen eine unsymmetrische Schaltung, bei welcher ein Strang der Läuferwicklung
unmittelbar mit dem Kurzschlußring verbunden ist, so treten auch in den Strängen
mit den Thyristoren Ausgleichsströme auf. Da jedoch die Thyristoren jeweils nur
für bestimmte gestufte Stromstärken zur Verfügung stern, kann es möglich sein, daß
trotz der sich zum Läuferstrom addierenden Ausgleichsströme durch die Verringerung
der erforderlichen Anzahl
von Thyristoren eine Ersparnis erzielt
wird. Bei beiden Schaltungen kann das Kurzschließen der Läuferwicklung entweder
in Stern oder in Dreieck erfolgen.
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Zur Steuerung der Durchgängigkeit der Thyristoren kann die Läufer
spannung selbst ausgenutzt werden. In diesem Fall erfolgt die Verbindung zu dem
ruhenden Schalter, der zum Kurzschließen der Läuferwicklung nach dem Hochlauf geschlossen
wird, über Hilf 5-' schleifringe. Man kann aber auch die Steuerimpulse der Thyristoren
in einer ruhenden, den Schalter enthaltenden Schaltung unabhängig mit Hilfe eines
Taktgenerators und eines Impulsverstärkers erzeugen und diese dann, sei es über
Schleifringe oder über einen Ringtransformator, auf den Läuferkreis übertragen,
wo sie den Steueranschlüssen der umlaufenden Thyristoren zugeführt werden.
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Im folgenden sei die Erfindung anhand der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten
Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils das grundsätzliche Schaltbild des
Läuferkreises eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Asynchronmotors.
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Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiees der Erfindung,-dessen
konstruktiver Aufbau in Fig. 4 im Schema dargestellt list.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen, ebenfalls im Schema, -di-e Schaltbilder weiterer,
etwas abgeänderter Ausführungsbeispiele.
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Fig. 1 zeigt das Schaltbild des Läuferkreises eines elektrischen Asynchronmotors
mit den drei Läuferwicklungasträngen 1,2,3 nach dem Hochlauf. Die einen Enden der
Läuferwicklungsatränge 1,2,3 sind unmittelbar in einem Sternpunkt 4 zusammengeschaltet.
Die
anderen Enden führen jeweils zu zwei gegeneinander geschalteten
Thyristoren 5,6,7,8,9,10, deren Ausgänge ihrerseits zum Sternpunkt 11 zusammengefaßt
sind. Der Kurzschluß der Läuferwicklungen 1,2,3 erfolgt also über die umlaufenden
Thyristoren 5 - 10 unter Vermeidung Jeglicher mechanischer Kontakte. Die Thyristoren
sind jeweils nur für die Sternspannung bemessen. Außerdem sind die beiden Sternpunkte
4 und 11 miteinander durch eine gestrichelt angedeutete Ausgleichsleitung verbunden,
um eine Unsymmetrie in der Spannungsverteilung zu verhindern.
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Fig. 2 zeigt dagegen das Schaltbild einer unsymmetrischen Schaltung
Hier sind von den einseitig zu dem Sternpunkt 4 zusammengeschalteten Läuferwicklungsstränge
1,2,3 jeweils nur die Wicklungsstränge 1 und 3 über zwei gegensinnig geschaltete
Thyristoren 5,6 bzw.
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9,10 zu dem Sternpunkt 11 geführt, während der Wicklungastrang 2 direkt
mit diesem verbunden ist. Diese Anordnung erfordert eine geringere Anzahl von Thyristoren,
jedoch müssen diese jetzt für die verkettete Spannung bemessen sein und sind auch
noch von Ausgleichsströmen belastet.
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In den schematischen Fig. 1 und 2 ist der Steuerstromkreis für die
umlaufenden Thyristoren nicht dargestellt. Diesen zeigt aber das in den Fig. 3 und
4 dargestellte Ausführungsbeispiel. Hier erfolgt die Steuerung der umlaufenden Thyristoren
5 bis 10 mit Hilfe der Läufer spannung. Jedem Thyristor ist daher eine Diode 12,
13,14,15,16,17 gegensinnig parallel geschaltet, die den Steuerstrom für den jeweiligen
Thyristor liefert. Die Ausgänge der einem Läuferwicklungsstrang-zugeordneten Dioden
sind jeweils zu zwei Hilfaschleifringen 18 bzw. 19 und 20 efhrt,.die zusammen mit
den Hauptschleifringen 21,22,23 auf der gestrichelt angedeuteten Luferwelle 24 angeordnet
sind. Diese Hilfsschleifringe 18,19,20 stellen die Verbindung zu einem ruhend angeordneten
Schalter 25 her, durch den der Steuerkreis für die Thyristoren unterbrochen werden
kann.
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Während des Hochlaufes des elektrischen Asynchronmotors sind die
Läuferwicklungastränge 1,2,3 über die Hauptschleifringe 21,22, 23 mit einem nicht
dargestellten Anlaßwiderstand verbunden. Der Schalter 25 ist geöffnet. Bei Erreichen
der Nenndrehzahl wird der Schalter 25 geschlossen. Dadurch geben die Dioden 12 bis
17 Steuerimpulse für die Thyristoren 5 - 10 ab und machen diese jeweils im Takt
des Läuferstromes mit Schlupfspannung und Schlupffrequenz durchgängig, so daß sich
dieser über den Sternpunkt 11 schließen kann. Die Läuferwicklungsstränge 1,2,3 sind
somit kurzgeschlossen.
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Wie in Fig. 4 dargestellt, sind die Hauptschleifringe 21,22,23 des
Synchronmotors und die Hilfsschleifringe 18,19,20 unmittelbar nebeneinanderliegend,
jeweils isoliert auf der Läuferwelle 24 angeordnet. Die Hilfaschleifringe 18,19,20
liegen dabei isoliert auf dem Kurzschlußring 26, der den Sternpun'et 11 bildet.
Dieser Kurzschlußring 26 ist als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Boden als Nabenkörper
isoliert auf der Läuferwelle 24 aufgeschrumpft ist. Auf seiner äußeren Mantelfläche
liegen die isolierten Hilfsschleifringe, während die Thyristoren in dem inneren
Hohlraum befestigt sind. Es ist dabei vorteilhaft, die Kühlkörper der Thyristoren
im direkten, metallisch leitenden Kontakt mit dem Kurzschlußring 26 zu bringen,
damit dessen Oberfläche als vergrößere kühlende Oberfläche ausgenutzt werden kann.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerimpulse für
die umlaufenden Thyristoren in einer ruhenden Schaltung von einem Taktgenerator
27' fremd erzeugt werden. Die von dem Taktgenerator 27 abgegebenen Impulse werden
im Impulaverstärker 28 verstärkt und dann über zwei Schleifringe 29 auf den Läufer
des Asynchronmotors übertragen. Dort werden die Steuerimpulse über Gitterübertrager
30 potentialfrei den Steueranschlüssen der nicht dargestellten umlaufenden Thyristoren
zugeführt. Die Steuerimpulse werden erst erzeugt, wenn der ruhende Schalter 31 nach
dem Hochlauf des Asynchronmotors geschlossen wird.
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Fig. 6 zeigt eine Abwandlung dieses teilweise ruhenden Steuerkreises
mit unabhängig vom LDuferkreis erzeugten Steuerimpulsen für die umlaufenden Thyristoren.
Die nach dem Schließen des Schalters 31 von dem Taktgenerator 27 erzeugten und im
Impulsverstärker 28 verstärkten Steuerimpulse werden mit Hilfe des Ringtransformators
32 bürstenlos auf den rotierenden Läufer des Asynchronmotors übertragen und dort
wiederum über Gitterübertrager 30 den Steuerelektroden der umlaufenden Thyristoren
zugeführt. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß sämtliche Schleifringe und Bürsten
vermieden sind.
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6 Ansprüche 6 Figuren