DE630785C - Method and arrangement for controlling single-phase induction motors with capacitors in the auxiliary phase - Google Patents

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.The single-phase induction motor with capacitor in the auxiliary phase has properties at start-up and at full load that are similar to those of the Three-phase motor not inferior. But if the engine is empty or weak for a long time loaded runs, serious disadvantages can arise, the object of which is to eliminate present invention is.

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.Fig. Ι shows the behavior of such a motor for three different capacities using a current vector diagram. Let the intersection of the horizontal and vertical straight lines be the zero point of the diagram. The terminal voltage is then plotted vertically, and the straight line drawn from the zero point to any point of the curves represents the magnitude and phase of the current vector, namely the phase is determined by the angle between the vertical and the current vector. The curve shows the position of the vector of the current in the main phase winding within the area 0 <σ ^ 1, where σ denotes the slip. Curves B and C represent the position of the same current vector for larger capacities. The position of the corresponding current vectors of the auxiliary phase winding is shown in curves ^ ', B' and C. It can be seen that with increasing capacity the conditions of the auxiliary phase become very unfavorable during idling, because the current rises very strongly, and with it the idling losses, which under unfavorable conditions can be ten to twenty times as large as that of an equivalent three-phase motor, if the capacity selected for start-up is accidentally retained even when idling.

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.It has already been pointed out from various sides in what way the capacity must be regulated in order to achieve the most favorable conditions for each load to reach. The suggestion has already been made, by hand or automatically Depending on the electrical quantities, current or power, the size of the capacitance to regulate. There is a risk of incorrect regulation, because it can, for. B. occur that the current increases, both with increasing and decreasing load. The apparent power drawn from the network can also be greater when idling than when Load.

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-It is therefore proposed that automatic regulation be carried out as a function of the ratio of the active component of the current / _{L of} the main phase to the active component of the current / _{2 of} the auxiliary phase. If we use / _1M . and J _{denote 2W} , if the capacity is correctly selected, this ratio must be = ι, if we consider a motor in which the main phase winding and the auxiliary phase winding are the same.

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-rather, winding space and the same number of turns have been allocated, and if so, as well it has still been assumed that this Mo- ,. tor, as an ordinary two-phase motor vans a symmetrical two-phase network betfl ^ ben, roughly the power factor cos φ = ö> 7-. Has. If other conditions are assumed, let it be that the motor is a two-phase motor has a much better power factor or that the changing space is slightly different for both, so changes the ratio, but always at full load a value can be determined which is the most favorable Conditions, and this relationship

t5 hältnis soll durch Beeinflussen der Kapazität auch bei den übrigen Belastungen aufrechterhalten werden.t5 ratio is intended by influencing the capacity can also be maintained with the other burdens.

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. ,We can now see from Fig. I that the active component J _lw even becomes negative when idling. This is because the capacities for full load and possible overload are provided for these curves, while significantly smaller capacities should be used when idling. Now the regulation will be designed in stages because there is not an unlimited number of capacitors available, and in particular the smallest capacitance that would have to be used for idling in order to keep the above ratio constant is not used at all for economic reasons Instead, a deviation from the above ratio will be allowed if the number of capacitors required would result in an unfavorably high number in the economic sense. It may be mentioned here that the engine behaves more favorably when idling when the auxiliary phase is completely switched off than when that capacity is permitted which is the most favorable at full load. ,

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^: The proposed automatic regulation principle is not influenced by these considerations, because if the number of capacitors has been limited to three or four, then one will of course have a deviation for each capacitance ^:

chungen des Verhältnisses -4^-zulassen. Diese Regelung auf konstantes Verhältnis-^ kannto allow the use of the ratio -4 ^. These Regulation on constant ratio- ^ can

' JiW ' JiW

auf die verschiedenste Weise erfolgen. Ein Beispiel möge hier angegeben werden.done in a variety of ways. An example may be given here.

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.An instrument built on the basis of a wattmeter has a fixed coil system in which half of the windings are flowed through by current I ₁ and the other half by current J _2. The moving system of the coil is connected to the mains voltage U.

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-By means of an appropriate circuit it can then be achieved that the deflection of the instrument U (Z ₁₁₁ , - J ₂ w) is proportional, i.e. that the pointer of the instrument deflects positively or negatively, depending on whether J _{lw is} greater than or ^ than J _2W is. In this way

t, daß das .Verhältnis der beiden Wirk- ^ sich dem Werte 1 zu nähern sucht.t that the relationship between the two ^ seeks to approach the value 1.

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.Stops are now provided on both sides of the zero line to enable the Appropriate auxiliary groups allow, in turn, a gradual shutdown or Arrange for capacities to be switched on in a known manner. In doing so, one becomes expedient This switching off and switching on, in order to avoid oscillation, proceed relatively slowly, since if there is a deviation from the cheapest capacity the engine can run for many minutes without endangering.

Wird aus den obenerwähnten Gründen fürIs used for the reasons mentioned above

das Verhältnis -i^~ ein anderes Verhältnis als 1the ratio -i ^ ~ a different ratio than 1

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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.considered favorable, one only needs to change the number of turns of the two parts of the stationary coil system just mentioned in the desired ratio, for example tn, and then the reading of the wattmeter is proportional to the value U (Jiw - tnJ _2w ). In this way it is achieved that the ratio of the active components tries to approach the value.

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 Fig. 2, 1 denotes the main phase winding, 2 the auxiliary phase winding, 3 the rotor, 4, S ^{un (} l 6 the various capacitors which can be switched on and which, with suitable gradation, result in a relatively large number of switch-on options, because all If three switches are closed, a capacitance is switched on in the auxiliary phase equal to the sum of the three capacitances of capacitors 4, 5 and 6. Then we still have the option of switching on two capacitors each and then one and finally no capacitor at all. In the latter case the auxiliary phase is switched off, giving a total of eight stages with three capacitors.

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 Fig. 3, ϊ again represents the main phase winding, 2 the auxiliary phase winding, 3 the rotor and 4 the only capacitor used is, but with the interposition of an autotransformer 5 with any number Taps ^ (in Fig. 3 with 4) is switched on. It is known that by connecting a capacitance at any stage of a transformer has the same effect as can be achieved with an adjustable capacity.

In Abb. 4 ist ι die Hauptphasenwicklung, 2 die Hilfsphasenwicklung, die aber jetzt in Abweichung von den vorhergehenden Schaltungen in bekannter Weise mit regelbarerIn Fig. 4, ι is the main phase winding, 2 is the auxiliary phase winding, which is now in Deviation from the previous circuits in a known manner with controllable

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:Number of turns is provided. 3 is again the rotor and 4 is the capacitor. It has to be mentioned that the regulation of a single element, as shown in fig. 2, 3 and 4 is, theoretically does not result in the most favorable conditions. If you wish that the motor runs in magnetic relation exactly like a symmetrical polyphase motor, the regulation should always cover two elements, for example on capacitance and number of turns, as the inventor has recognized, in in the following way:

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?; ' 'If we have a load at which the current of the symmetrical two-phase motor would lag behind by the angle φ ( assuming the same number of turns w for the main and auxiliary phase windings), then in single-phase operation the number of turns of the auxiliary phase - wtgcp and the absolute value of the impedance of the with of the auxiliary phase series-connected capacitance = · I Z I, where ^r cos ² ?; ''

\Z\ die Impedanz der Hauptphase bei der betreffenden Belastung ist. \ Z \ is the main phase impedance at the load in question.

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.In general, however, this arrangement would be too complicated. A somewhat coarse, but economic regulation is suggested in Fig. 5. Here is 1 and 2 the Main phase winding, but wound in two equal parts, each of which is separate evenly extends over the entire part of the periphery assigned to the main phase. 3 and 4 is the auxiliary phase winding, which in a particular, will be designated in more detail Ratio is divided into two groups, but also those of the auxiliary phase winding evenly cover assigned part of the periphery, 5 is the capacitor, and 7, 8 and 9 are the switches. When the switch 8 is inserted, the capacity should 5 and the number of turns of the auxiliary phase winding in group 3 must be selected so that the most favorable conditions are achieved at full load result, when the switch 9 instead of 8 is inserted, the motor should start up and behave best in the event of overload. The number of turns in group 4 is approximately V3 of those in group 3. When using the switch 7, the auxiliary phase winding with the capacitor placed at half the voltage, namely at the middle of the Main phase, and with very low loads, switches 7, 8, 9 should be open, see above that then the auxiliary phase winding is completely switched off.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 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.ι. Method for controlling single-phase induction motors with one or more Capacitors in the auxiliary phase, characterized in that the change in the capacitance or the transformation ratio of the intended for the capacitance Autotransformer or the number of turns of the auxiliary phase winding or a combination of these three factors takes place automatically depending on the ratio of the active components of the main and auxiliary phase currents. 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. 2. Arrangement for controlling single-phase induction motors according to the method according to claim i, characterized in that the positive or negative deflection of a wattmeter that indicates the power U (J \ _w - m / _2lv ) is used to the one or to switch on another of two auxiliary circuits that regulate the capacities or the number of turns. 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 3. A method for regulating single-phase induction motors according to claim 1 and 2, characterized in that the auxiliary phase winding is switched off when idling and connected to the center of the main phase winding at half load, while for start-up the number of turns of the auxiliary phase winding is determined by the characteristics of the Motor specified ratio is increased. g ₀ Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings