DE630785C

DE630785C - Verfahren und Anordnung zum Regeln von Einphasen-Induktionsmotoren mit Kondensatoren in der Hilfsphase

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Publication number: DE630785C
Application number: DEP67161D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-03-05
Filing date: 1933-03-05
Publication date: 1936-06-05

Description

Der Einphasen-Induktionsmotor mit Kondensator in der Hilfsphase hat im Anlauf und bei Vollast Eigenschaften, die denjenigen des Drehstrommotors nicht nachstehen. Wenn aber der Motor auf längere Zeit leer oder schwach belastet läuft, so können schwere Nachteile entstehen, deren Beseitigung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Abb. ι zeigt das Verhalten eines solchen Motors für drei verschiedene Kapazitäten an Hand eines Stromvektordiagramms. Der Schnittpunkt der horizontalen und vertikalen geraden Linien sei der Nullpunkt des Diagramms. Die Klemmenspannung sei dann vertikal aufgetragen, und die von dem Nullpunkt nach irgendeinem Punkte der Kurven gezogene Gerade stelle der Größe und der Phase nach den Stromvektor dar, und zwar ist die Phase durch den Winkel zwischen der Vertikalen und dem Stromvektor festgelegt. Die Kurvet stellt die Lage des Vektors des Stromes in der Hauptphasenwicklung innerhalb des Gebietes 0 < σ ^ 1 dar, wobei σ den Schlupf bezeichnet. Die Kurven B und C stellen die Lage des gleichen Stromvektors für größere Kapazitäten dar. Die Lage der entsprechenden Stromvektoren der Hilfsphasenwicklung ist in den Kurven^', B' und C dargestellt. Man erkennt, daß mit wachsender Kapazität die Verhältnisse der Hilfsphase im Leerlauf sehr ungünstig werden, denn der Strom steigt sehr stark an, und damit wachsen auch die Leerlaufverluste, die bei ungünstigen Verhältnissen zehn- bis zwanzigmal so groß werden können wie die eines äquivalenten Drehstrommotors, wenn aus Versehen die für den Anlauf gewählte Kapazität auch bei Leerlauf beibehalten wird.

Zwar ist schon von verschiedenen Seiten darauf hingewiesen worden, in welcher Weise die Kapazität geregelt werden muß, um bei jeder Belastung die günstigsten Verhältnisse zu erreichen. Es ist schon der Vorschlag gemacht worden, von Hand oder automatisch in Abhängigkeit von den elektrischen Größen, Strom oder Leistung, die Größe der Kapazität zu regeln. Hierbei besteht die Gefahr der Falschregelung, denn es kann z. B. vorkommen, daß der Strom ansteigt, sowohl bei wachsender als auch bei sinkender Last. Auch kann die vom Netz entnommene Scheinleistung beim Leerlauf größer sein als bei Belastung.

Es wird deshalb vorgeschlagen, eine automatische Regelung in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Wirkkomponente des Stromes /_L der Hauptphase zu der Wirkkomponente des Stromes /₂ der Hilfsphase vorzunehmen. Wenn wir die entsprechenden Komponenten mit /_1M. und J_2W bezeichnen, so muß bei richtig gewählter Kapazität dieses Verhältnis = ι sein, wenn wir dabei einen Motor in Betracht ziehen, in welchem der Hauptphasenwicklung und der Hilfsphasenwicklung glei-

eher Wickelraum und gleiche Windungszahl zugewiesen worden sind, und wenn außerdem noch angenommen worden ist, daß dieser Mo-,. tor, als gewöhnlicher Zweiphasenmotor vans einem symmetrischen Zweiphasennetz betfl^ ben, ungefähr den Leistungsfaktor cos φ = ö>7-. hat. Wenn andere Verhältnisse angenommen werden, sei es, daß der Motor als Zweiphasenmotor einen wesentlich besseren Leistungsfaktor besitzt oder daß der Wickelraum für beide etwas verschieden ist, so ändert sich das Verhältnis, aber immer kann bei Vollast ein Wert bestimmt werden, welcher die günstigsten Verhältnisse ergibt, und dieses Ver-

t5 hältnis soll durch Beeinflussen der Kapazität auch bei den übrigen Belastungen aufrechterhalten werden.

Wir erkennen nun aus der Abb. i, daß bei Leerlauf die Wirkkomponente J_lw sogar negativ wird. Das kommt daher, weil für diese Kurven die Kapazitäten für Vollast und für evtl. Überlast vorgesehen sind, während beim Leerlauf noch wesentlich kleinere Kapazitäten genommen werden sollen. Nun wird man ja die Regelung grobstufig gestalten, weil man nicht eine unbeschränkte Anzahl von Kondensatoren zur Verfügung hat, und im besonderen wird man die kleinste Kapazität, die man für Leerlauf anwenden müßte, um obiges Verhältnis konstant zu halten, aus wirtschaftlichen Gründen überhaupt nicht benutzen, sondern man wird eine Abweichung vom obigen Verhältnis dann zulassen, wenn die Zahl der notwendigen Kondensatoren eine im wirtschaftlichen Sinne ungünstig hohe Zahl ergehen würde. Erwähnt mag hier werden, daß der Motor im Leerlauf sich günstiger verhält, wenn die Hilfsphase vollständig abgeschaltet wird, als wenn diejenige Kapazität zugelassen wird, die hei Vollast die gün^ stigste ist. ,

Das vorgeschlagene automatische Regekmgsprinzip wird aber durch diese Betrachtungen nicht beeinflußt, denn wenn die Zahl der Kondensatoren etwa auf drei oder vier beschränkt worden ist, so wird man eben für jede Kapazität natgedrungenerweise Abwei^:

chungen des Verhältnisses -4^-zulassen. Diese Regelung auf konstantes Verhältnis-^ kann

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auf die verschiedenste Weise erfolgen. Ein Beispiel möge hier angegeben werden.

Ein auf Wattmeterbasis gebautes Instrument habe ein feststehendes Spulensystem, in welchem die Hälfte der Windungen vom · Strom I₁, die andere Hälfte vom Strom J₂ durchflossen sind. Das bewegliche System der Spule werde an die Netzspannung U gelegt.

Durch entsprechende Schaltung läßfsich dann erreichen, daß der Ausschlag des Instrumentes U (Z₁₁₁, — J₂w) proportional ist, daß also der Zeiger des Instrumentes positiv oder nega- ;,tiv ausschlägt, je nachdem J_lw größer oder ^ als J_2W ist. Auf diese Weise wird er-

t, daß das .Verhältnis der beiden Wirk- ^ sich dem Werte 1 zu nähern sucht.

An beiden Seiten der Nullinie sind nun Anschläge vorgesehen, die die Einschaltung von entsprechenden Hilfskreisen gestatten, die ihrerseits ein allmähliches Abschalten oder Zuschalten von Kapazitäten in bekannter Weise veranlassen. Dabei wird man zweckmäßig dieses Abschalten und Zuschalten, um Pendelungen zu vermeiden, verhältnismäßig längsam vorgehen lassen, da ja bei Abweichung von der günstigsten Kapazität der Motor immerhin viele Minuten ohne Gefährdung laufen kann.

Wird aus den obenerwähnten Gründen für

das Verhältnis -i^~ ein anderes Verhältnis als 1

JiTV

als günstig erachtet, so braucht man nur die Windungszahl der beiden Teile des eben erwähnten feststehenden Spulensystems in dem gewünschten Verhältnis, beispielsweise tn, zu ändern und erhält dann den Ausschlag des Wattmeters proportional dem Werte U (Jiw—tnJ_2w). Auf diese Weise wird erreicht, daß sich das Verhältnis der Wirkkomponenten dem Wertem zu nähern sucht.

In Abb. 2 bedeutet 1 die Hauptphasenwicklung, 2 die Hilfsphasenwicklung, 3 den Rotor, 4, S ^un(l 6 die verschiedenen Kondensatoren, die eingeschaltet werden können'und die bei geeigneter Abstufung eine verhältnismäßig große Zahl von ■ Einschaltmöglichkeiten ergeben,denn werden sämtliche drei Schalter geschlossen, so ist eine Kapazität in der Hilfsphase eingeschaltet gleich der Summe der drei Kapazitäten der Kondensatoren 4, 5 und 6. Dann haben wir noch die Möglichkeit, je zwei Kondensatoren einzuschalten und dann je einen und schließlich gar keinen Kondensator. In letzterem Falle ist die Hilfsphase abgeschaltet. Dies ergibt insgesamt die Möglichkeit von acht Stufen bei drei Kondensatoren.

In Abb. 3 stellt ϊ wiederum die Hauptphasenwicklung, 2 die Hilfsphasenwicklung, 3 den Rotor und 4 den einzigen benutzten Kondensator dar, der aber unter Zwischenschalten eines Spartransformators 5 mit beliebig vielen Anzapfungen^(in der Abb. 3 mit 4) eingeschaltet ist. Es ist bekannt, daß durch Anschließen einer Kapazität an beliebige Stufen eines Transformators die gleiche Wirkung wie mit einer regelbaren Kapazität zu erzielen ist.

In Abb. 4 ist ι die Hauptphasenwicklung, 2 die Hilfsphasenwicklung, die aber jetzt in Abweichung von den vorhergehenden Schaltungen in bekannter Weise mit regelbarer

Windungszahl versehen ist. 3 ist wieder der Rotor und 4 der Kondensator. Es muß erwähnt werden, daß die Regelung eines einzigen Elements, wie es in Abb. 2, 3 und 4 dargestellt ist, theoretisch nicht die günstigsten Verhältnisse ergibt. Wünscht man nämlich, daß der Motor in magnetischer Beziehung genau so laufe wie ein symmetrischer Mehrphasenmotor, so müßte sich die Regelung immer auf zwei Elemente erstrecken, also beispielsweise auf Kapazität und Windungszahl, und zwar, wie der Erfinder erkannt hat, in folgender Weise:

Haben wir eine Belastung, bei welcher der Strom des symmetrischen Zweiphasenmotors um den Winkel φ nacheilen würde (gleiche Windungszahl w für die Hauptphasen- und die Hilfsphasenwicklung angenommen), so müßte beim Einphasenbetrieb die Windungszahl der Hilfsphase—wtgcp und der absolute Wert der Impedanz der mit der Hilfsphase in Serie geschalteter Kapazität = · IZI sein, wobei ^r cos²?; ' '

\Z\ die Impedanz der Hauptphase bei der betreffenden Belastung ist.

Im allgemeinen würde diese Regelung aber zu kompliziert sein. Eine etwas grobstufige, dafür aber wirtschaftliche Regelung ist in Abb. 5 vorgeschlagen. Hier ist 1 und 2 die Hauptphasenwicklung, die aber in zwei gleichen Teilen gewickelt ist, von denen jede sich über den gesamten der Hauptphase zugewiesenen Teil der Peripherie gleichmäßig erstreckit. 3 und 4 ist die Hilfsphasenwicklung, die in einem bestimmten, noch näher bezeichneten Verhältnis in zwei Gruppen unterteilt ist, die aber ebenfalls den der Hilfsphasenwicklung zugewiesenen Teil der Peripherie gleichmäßig bedecken, 5 ist der Kondensator, und 7, 8 und 9 sind die Schalter. Bei Einlegen des Schalters 8 sollen die Kapazität 5 und die Windungszahl der Hilfsphasenwicklung in der Gruppe 3 so gewählt sein, daß sich die günstigsten Verhältnisse bei VoII-last ergeben, Bei Einlegen des Schalters 9 statt 8 soll der Motor sich beim Anlauf und bei Überlast am günstigsten verhalten. Dabei wird die Windungszahl in der Gruppe 4 etwa V3 derjenigen in der Gruppe 3 sein. Bei Benutzung des Schalters 7 wird die Hilfsphasenwicklung mit dem Kondensator an die halbe Spannung gelegt, nämlich an die Mitte der Hauptphase, und bei ganz geringen Belastungen sollen die Schalter 7, 8, 9 offen sein, so daß dann die Hilfsphasenwicklung vollständig abgeschaltet ist.

Claims

Patentansprüche:

ι . Verfahren zum Regeln von Einphasen-Induktionsmotoren mit einem oder mehreren Kondensatoren in der Hilfsphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Kapazitäten oder des Übersetzungsverhältnisses des für die Kapazität vorgesehenen Spartransformators oder der Windungszahl der Hilfsphasenwicklung oder einer Kombination dieser drei Faktoren selbsttätig in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Wirkkomponenten der Haupt- und Hilfsphasenströme erfolgt.
2. Anordnung zum Regeln von Einphasen-Induktionsmotoren gemäß dem Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der positive oder negative Ausschlag eines Wattmeters, das die Leistung U (J\_w — m /_2lv) anzeigt, dazu benutzt wird, um den einen oder anderen von zwei Hilfskreisen einzuschalten, die die Regelung der Kapazitäten oder Windungszahlen vornehmen.
3. Verfahren zum Regeln von Einphasen-Induktionsmotoren nach Anspruch 1 und 2, · dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsphasenwicklung bei Leerlauf abgeschaltet und bei Halblast an die Mitte der Hauptphasenwicklung angeschlossen wird, während für den Anlauf die Windungszahl der Hilfsphasenwicklung in einem durch die Charakteristik des Motors festgelegten Verhältnis vergrößert wird. g₀

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen