Wechselstrommotor mit umschaltbarer Polzahl. Die Erfindung betrifft Einphasenwechsel- strominduktionsmotoren mit umschaltbarer Polzahl und mit Anlasshilfswicklung.
Bekanntlich wird bei Dreh- oder Wechsel strommotoren die Drehungsgeschwindigkeit N durch die Formel:
EMI0001.0003
bestimmt.
Es ist aber möglich bei Einphasenwechsel- strominduktionsmotoren die Polzahl zu ändern. Bei den bekannten Einphasenwechselstrom- induktionsmotoren ist zur Ermöglichung dieser Umschaltung für jede Polzahl eine besondere Wicklung angeordnet.
Da bei Einphasenwechselstrominduktions- motoren noch eine sogenannte Hilfsphase erforderlich ist, um beim Anlassen das Dreh moment zu erhalten, ist es nötig, für jede Polzahl noch eine Hilfswicklung derselben Polzahl anzubringen.
Bei diesen Konstruktionen ist viel nutz loses Material vorhanden, wodurch solche Motoren aussergewöhnlich grosse Abmessungen erhalten. Deshalb wird öfter nur eine einzige Hilfs wicklung zum Beispiel für die niedrigste Pohlzahl angeordnet, woraus aber folgende Nachteile entstehen 1. Hat man eine niedrige Tourenzahl nötig, so muss erst auf die höchste Touren zahl angelassen werden, ohne Rücksicht da rauf, ob diese höhere Tourenzahl für die an zutreibende Vorrichtung zulässig ist oder nicht.
2. Nachdem der Motor auf die höchste Tourenzahl angelassen worden ist, muss die Wicklung für die niedrigste Tourenzahl ein geschaltet werden, was einen heftigen Stoss verursacht, weil der Rotor im Augenblick des Umschaltens übersynchron läuft und also bremsend wirkt, wodurch die niedrigere Tou renzahl plötzlich angenommen wird. Dieser jähe Wechsel übt eine schädliche Wirkung auf den Motor und die Übertragungsorgane aus.
Mittelst der Erfindung wird diese Schwie rigkeit behoben, und zwar dadurch, dass die Anlassbilfswicklung auf jede der Polzahlen der Hauptwicklung geschaltet werden kann, und dass beide Wicklungen so ausgebildet sind, dass für die verschiedenen Polzahlen dieselben Wicklungen benutzt werden können.
Es können hierbei sowohl für Anlauf, als auch für Betrieb Haupt- und Hilfswicklung voneinander getrennt sein.
Es kann aber auch die Wicklung des Motors derartig ausgebildet sein, dass für jede der Polzahlen ein Teil der Hauptphase als Hilfsphase gebraucht wird, welcher Teil nach dem Anlaufen zur Hauptphase umzu schalten- ist.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt die Abwicklung eines Stators mit 24 Nuten, wobei die Stromrichtung in einem beliebigen Augenblick des Betriebs zustandes durch Pfeile angegeben ist; Fig. 2 zeigt denselben Stator im Anlass zustand, wobei die als Hilfsphase benutzte Wicklung durch punktierte Linien angedeutet ist; Fig. 3 zeigt den Stator wie in Fig. 1 und 2, aber auf acht Pole umgeschaltet; In Fig. 4 ist die als Hilfsphase benutzte Wicklung in punktierten Linien angegeben ; Fig.5 zeigt schematisch die Schaltung der Anordnung nach Fig. 1 und 2, unter Anwendung eines Zentrifugalkontaktes, wäh rend in der Fig. 6 die analoge Schaltung der Anordnung nach Fig. 3 und 4 gegeben wird;
Fig. 7 zeigt _ die vierpolige Anordnung eines Stators, der auf drei Geschwindigkeiten umgeschaltet werden kann; Fig. 8 zeigt denselben Stator wie Fig. 7, jedoch umgeschaltet auf sechs Pole; Fig. 9 zeigt wieder denselben Stator wie Fig. 7 und 8, aber umgeschaltet auf acht Pole; Fig. 10 zeigt eine Schaltung wobei die Spulenserien in Reihenschaltung kombiniert sind.
In den Fig. 1, 2, 3 und 4 stellt A die Abwicklung eines Stators mit 24 Nuten dar, die mit C1 bis C24 bezeichnet sind und in denen Spulen Bi bis B12 eingebettet sind. In den Fig. 5 und 5 ist ein Zentrifugal schalter angegeben, der bei genügender Tou renzahl einen Kondensator oder eine Drossel spule H, in welcher eine Phasenverschiebung beim Anlassen verursacht wird, kurzschliesst. D stellt darin die Motorachse vor, auf wel cher der Zentrifugalkontakt B befestigt ist. Dieser Kontakt L' verbindet bei genügender Tourenzahl die halben Ringe b' und G, wo durch der Kondensator oder die Drosselspule H kurzgeschlossen ist.
In Fig. 7 sind die Nuten mit Cl bis C24 bezeichnet, während Ei bis Kir die Spulen darstellen, welche in Reihe oder parallel geschaltet werden können. Damit beim an schalten von einer Polzahl auf eine andere nicht zu viel Schaltdrähte nötig werden, sind die Spulenserien in Reihen- oder Parallel schaltung zu kombinieren. Die Spulen, welche zu gleicher Zeit umgeschaltet werden können, sind in Fig.10 in Reihenschaltung gezeichnet, nämlich K1, K: und K3; K-" K6 und I",; he, K9 und K1o ; h4, I7 und K11 ; sie können natürlich auch in parallel geschalteten Serien vereinigt werden.
Von der Polumschaltvorrichtung in Kon- trollerform sind angegeben Stand 1 für vier Pole, Stand 2 für sechs Pole und Stand 3 für acht Pole, alles für die sogenannte Hauptphase. .
Für den umschaltbaren Einphasenwechsel- strominduktionsmotor nach Fig. 1-4 ist die Wicklung folgenderweise ausgeführt: Die ganze Wicklung besteht aus zwölf Spulen, wovon acht (B1, B.2, B4, B;,, B;, B8, B1o, B11) einen Schritt haben vonund vier (Ba, B6, B9, B12) einen solchen von '/des Statorumfanges.
Die Wicklung wird nun folgenderweise angeordnet: Vier Spulen (B::, B;,, Bs, Bi,) von '/z-1 des Umfanges werden regelmässig über die Stator- oberfläche verteilt, also von Nute 1 auf 6, 7 auf 12, 13 auf 18, 19 auf 24.
Konzentrisch in diesen Spulen liegen vier Stück Spulen (B:,, Bo, B:), <I>Bit)</I> von Liedes Statorunlfanges, also von 0- auf 5, 8 auf 11, 14 auf 17, 20 auf 23. Ferner werden vier Spulen (B4, B7, BI <B><I>0,</I></B> Bi) derartig zu den obgenannten Spulen ange ordnet, dass die eine Spulenseite in eine der 1/s Spulen und die andere Spulenseite in eine nächste '/s Spule zu liegen kommt.
Diese Spulen kommen also von 22 auf 3, 4 auf 9, 10 auf 15, 16 auf 21.
Die Schaltung dieser Spulen wird für das Anlassen bei vier Polen wie folgt gewählt Die letztgenannten vier Spulen B4, B7, B10 und Bi werden derartig in Reihe oder auch wohl parallel geschaltet, dass die Wickel richtung jeder zweiten Spule jener der vor hergehenden entgegengesetzt ist.
Zur Erhaltung des Anlassdrehmomentes wird in diesen vier Spulen mittelst eines Kondensators, einer Drosselspule oder der gleichen eine Phasenverschiebung hervorge rufen.
Die beiden erstgenannten Serien von vier Spulen werden in Parallel- oder Reihen schaltung auf das Netz angeschlossen und derartig miteinander verbunden, dass jedesmal eine Spule von 5/24 mit einer darin liegenden Spule von '/s des Umfanges dieselbe Wickel richtung und die aufeinanderfolgenden Spulen jeder Serie wechselseitig eine entgegengesetzte Wickelrichtung haben.
Nachdem das Anlassen erfolgt ist, wird die als Hilfsphase benutzte Serie von vier Spulen ebenfalls direkt auf das Netz ange schlossen, derartig, dass immer in '/4 'des Umfanges nur Spulenseiten einer und der selben Wickelrichtung in den Nuten liegen und die die Spulenseiten jedes Viertels ab wechselnd ein verschiedenes Vorzeichen haben und somit vier Pole darstellen.
Bei achtpoliger Schaltung (Fig. 3 und 4) wird die Spulenserie von vier Spulen (B3, B6, B9, B12) von 1/s des Umfanges als Hilfsphase benutzt, welche zu diesem Zwecke derartig geschaltet werden, dass in den vier Stück Spulen die Wickelrichtung dieselbe ist.
Die übrigen acht Spulen, welche teilweise übereinander liegen, werden nun derartig geschaltet, dass abwechselnd entgegengesetzte Wickelrichtungen entstehen, also acht Pole.
Nachdem das Anlassen erfolgt ist, wird die als Hilfsphase benutzte Serie von vier Spulen ebenfalls auf das Netz angeschlossen, derartig, dass jedesmal die in '/s des Stator umfanges liegenden Spulenseiten dieselbe Wickelrichtung haben, und aufeinanderfolgend ein anderes Polzeichen besitzen.
Aus dieser Auseinandersetzung geht deut lich hervor, dass die Reihenfolge der Pole an der Statoroberfläche bei jeder der eingeschal teten Polzahlen vollkommen regelmässig ist.
Es ist ferner noch möglich, die als Hilfs phase benutzten Spulen unter Vorschaltung eines geeigneten Kondensators oder Drossel spule oder dergleichen während des Betriebes bleibend an das Netz geschaltet zu lassen; wodurch der Motor dann zweiphasig bleibt.
Der grosse Vorteil der beschriebenen Wicklungs- und Schaltungsweise fällt sofort ins Auge, nämlich dass das Anlassen bei jeder der eingeschalteten Tourenzahlen geschehen kann, während kein untätiges Wicklungs material vorhanden ist, und der entsprechend konstruierte Motor also kleiner hergestellt werden kann als andere Motoren.
Die Umschaltung vom Anlauf- auf den Betriebszustand kann sowohl mittelst eines Handschalters, als auch mittelst eines Zentri fugalschalters oder dergleichen bewirkt werden (Fig. 5, 6 und 10).
Wenn mehr als zwei Tourenzahlen nötig sind, kann die Wicklung und Schaltung folgenderweise eingerichtet werden (Fig. 7-9): Die Spulenzahl ist wiederum gleich der Hälfte der Statornutenzahl, z. B. zwölf Spulen auf 24 Nuten.
Die Spulen sind wie folgt angeordnet(Fig.7):
EMI0003.0015
Die Spule, welche eine Länge hat von 13/2.1 kann auch auf 11/24 des Umfanges liegen.
'Im Ganzen kommen also vor -
EMI0004.0002
<B>8</B> <SEP> Spulen <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Länge <SEP> von <SEP> 1/s <SEP> des <SEP> Umfanges
<tb> 2 <SEP> <SEP> <SEP> r <SEP> .. <SEP> 1/c <SEP> n
<tb> 1 <SEP> n <SEP> n <SEP> n <SEP> "13/24 <SEP> n
<tb> o <SEP> " <SEP> n <SEP> n <SEP> n <SEP> 3/24 <SEP> n <SEP> n oder ein Vielfaches von diesen Spulenzahlen. Die Schaltung dieser Spulen wird bei verschiedenen Tourenzahlen derartig, dass nur vier Serien von drei Spulen mit acht Enden entstehen, so dass die Polumschaltung in fol gender Weise möglich ist: Eine Serie mit den Spulen 1, 2 und 3, wovon ein Ende fortwährend mit dem Netz verbunden bleiben kann.
EMI0004.0003
Wenn diese Serien derartig geschaltet sind, dass vier Pole entstehen (Fig. 7), dann müssen für die Umschaltung auf sechs Pole (Fig. 8) die Stromrichtungen in den Spulen serien, in denen die Spulen 5, 6, 12, 8, 9 und 10 sich befinden, umgekehrt werden.
Wird von sechs auf acht Pole (Fig. 9) umgeschaltet, dann müssen die Serien, in welchen sich die Spulen 8, 9, 10, 4, 7, 11 befinden, die Stromrichtung wechseln.
Die Verteilung der Nuten, in denen , die Stromrichtung dieselbe ist über die Stator oberfläche, bleibt für jede Tourenzahl regel mässig.
Das Anlassen bei dieser Konstruktion kann dadurch geschehen, dass eine Hilfsphase von genau derselben Wicklungsweise in dein Stator angeordnet wird, welche Hilfsphase aber gegen die Hauptwicklung um eine oder mehrere Nuten verschoben ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass sowohl die Haupt-, als die Hilfsphase für verschiedene Tourenzahlen benutzt werden können, und dass man mit der geringsten Materialquantität auskommen kann.
AC motor with switchable number of poles. The invention relates to single-phase AC induction motors with a switchable number of poles and with an auxiliary starting winding.
As is well known, the speed of rotation N in three-phase or alternating current motors is given by the formula:
EMI0001.0003
certainly.
However, it is possible to change the number of poles in single-phase AC induction motors. In the known single-phase AC induction motors, a special winding is arranged for each number of poles to enable this switching.
Since a so-called auxiliary phase is also required in single-phase AC induction motors in order to maintain the torque when starting, it is necessary to attach an auxiliary winding with the same number of poles for each number of poles.
There is a lot of useless material in these designs, giving such engines exceptionally large dimensions. For this reason, only a single auxiliary winding is often arranged, for example for the lowest number of poles, which, however, results in the following disadvantages 1. If a low number of revolutions is required, the highest number of revolutions must first be started, regardless of whether this higher number of revolutions is required for the device to be driven is permissible or not.
2. After the engine has been started at the highest number of revolutions, the winding must be switched on for the lowest number of revolutions, which causes a violent shock because the rotor runs oversynchronously at the moment of switching and thus has a braking effect, which suddenly causes the lower number of revolutions Is accepted. This sudden change has a harmful effect on the engine and the transmission organs.
This difficulty is remedied by means of the invention, namely that the starting winding can be switched to each of the pole numbers of the main winding, and that both windings are designed so that the same windings can be used for the different pole numbers.
The main and auxiliary windings can be separated from one another for both start-up and operation.
However, the winding of the motor can also be designed in such a way that a part of the main phase is used as an auxiliary phase for each of the number of poles, which part is to be switched over to the main phase after starting.
In the drawing, Ausführungsbei are shown games of the subject invention. Fig. 1 shows the development of a stator with 24 slots, the current direction in any moment of the operating state is indicated by arrows; Fig. 2 shows the same stator in the starting condition, the winding used as an auxiliary phase being indicated by dotted lines; 3 shows the stator as in FIGS. 1 and 2, but switched to eight poles; In Fig. 4, the winding used as an auxiliary phase is indicated in dotted lines; 5 shows schematically the circuit of the arrangement according to FIGS. 1 and 2, using a centrifugal contact, while the analog circuit of the arrangement according to FIGS. 3 and 4 is given in FIG. 6;
7 shows the four-pole arrangement of a stator which can be switched to three speeds; FIG. 8 shows the same stator as FIG. 7, but switched to six poles; FIG. 9 again shows the same stator as FIGS. 7 and 8, but switched to eight poles; Fig. 10 shows a circuit wherein the series of coils are combined in series.
In FIGS. 1, 2, 3 and 4, A represents the development of a stator with 24 slots, which are designated C1 to C24 and in which coils Bi to B12 are embedded. In FIGS. 5 and 5, a centrifugal switch is indicated which, if the number of tourists is sufficient, short-circuits a capacitor or a choke coil H, in which a phase shift is caused when starting. D represents the motor axis on which the centrifugal contact B is attached. If the number of revolutions is sufficient, this contact L 'connects the half rings b' and G, where the capacitor or the inductor H is short-circuited.
In FIG. 7, the slots are labeled C1 to C24, while Ei to Kir represent the coils, which can be connected in series or in parallel. So that when switching from one number of poles to another you don't need too many jumper wires, the coil series must be combined in series or parallel connection. The coils, which can be switched at the same time, are drawn in series in FIG. 10, namely K1, K: and K3; K- "K6 and I"; he, K9 and K1o; h4, I7 and K11; they can of course also be combined in series connected in parallel.
The pole changing device in the form of a controller shows level 1 for four poles, level 2 for six poles and level 3 for eight poles, all for the so-called main phase. .
For the switchable single-phase AC induction motor according to Fig. 1-4, the winding is designed as follows: The entire winding consists of twelve coils, eight of which (B1, B.2, B4, B; ,, B ;, B8, B1o, B11) one step of and four (Ba, B6, B9, B12) one of '/ of the stator circumference.
The winding is now arranged as follows: Four coils (B ::, B; ,, Bs, Bi,) from 1 / z-1 of the circumference are regularly distributed over the stator surface, i.e. from slot 1 to 6, 7 to 12 , 13 on 18, 19 on 24.
Concentrically in these coils are four pieces of coils (B: ,, Bo, B :), <I> Bit) </I> from Liedes stator infinity, i.e. from 0- to 5, 8 to 11, 14 to 17, 20 to 23 Furthermore, four coils (B4, B7, BI <B><I>0,</I> </B> Bi) are arranged in relation to the above-mentioned coils such that one side of the coil is in one of the 1 / s coils and the the other side of the reel comes to rest in the next '/ s reel
These coils come from 22 to 3, 4 to 9, 10 to 15, 16 to 21.
The circuit of these coils is selected for starting with four poles as follows: The last-mentioned four coils B4, B7, B10 and Bi are connected in series or in parallel in such a way that the winding direction of every second coil is opposite to that of the previous one.
To maintain the starting torque, a phase shift is created in these four coils by means of a capacitor, a choke coil or the like.
The two first-mentioned series of four coils are connected in parallel or in series to the network and connected to one another in such a way that each time a coil of 5/24 with a coil lying therein of 1 / s of the circumference has the same winding direction and the successive coils each Series alternately have opposite winding directions.
After starting, the series of four coils used as an auxiliary phase is also connected directly to the network, in such a way that only coil sides of one and the same winding direction are always in '/ 4' of the circumference in the grooves and the coil sides each Quarter alternately have a different sign and thus represent four poles.
In the eight-pole circuit (Fig. 3 and 4) the coil series of four coils (B3, B6, B9, B12) of 1 / s of the circumference is used as an auxiliary phase, which for this purpose are switched in such a way that the four coils Winding direction is the same.
The remaining eight coils, some of which are on top of each other, are now switched in such a way that alternating winding directions are created, i.e. eight poles.
After starting, the series of four coils used as an auxiliary phase is also connected to the network in such a way that each time the coil sides lying in ½ of the stator circumference have the same winding direction and successively different pole symbols.
This discussion clearly shows that the sequence of the poles on the stator surface is completely regular for each of the switched pole numbers.
It is also possible to have the coils used as an auxiliary phase with an upstream connection of a suitable capacitor or choke coil or the like permanently connected to the network during operation; whereby the motor then remains two-phase.
The great advantage of the described winding and switching method immediately catches the eye, namely that starting can be done with any number of revolutions switched on while there is no idle winding material, and the correspondingly designed motor can therefore be made smaller than other motors.
Switching from the start-up to the operating state can be effected both by means of a manual switch and by means of a centrifugal switch or the like (FIGS. 5, 6 and 10).
If more than two numbers of revolutions are necessary, the winding and circuit can be set up as follows (Fig. 7-9): The number of coils is again equal to half the number of stator slots, e.g. B. twelve coils on 24 slots.
The coils are arranged as follows (Fig. 7):
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The coil, which has a length of 13 / 2.1, can also be 11/24 of the circumference.
'On the whole there are -
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<B> 8 </B> <SEP> Reels <SEP> with <SEP> a <SEP> length <SEP> of <SEP> 1 / s <SEP> of the <SEP> circumference
<tb> 2 <SEP> <SEP> <SEP> r <SEP> .. <SEP> 1 / c <SEP> n
<tb> 1 <SEP> n <SEP> n <SEP> n <SEP> "13/24 <SEP> n
<tb> o <SEP> "<SEP> n <SEP> n <SEP> n <SEP> 3/24 <SEP> n <SEP> n or a multiple of these number of coils. The switching of these coils is the same for different numbers of revolutions that there are only four series of three coils with eight ends, so that pole switching is possible in the following way: A series with coils 1, 2 and 3, one end of which can remain continuously connected to the mains.
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If these series are connected in such a way that four poles are created (FIG. 7), then the current directions in the coils in which the coils 5, 6, 12, 8, 9 and 10 are to be reversed.
If a switch is made from six to eight poles (FIG. 9), the series in which the coils 8, 9, 10, 4, 7, 11 are located must change the direction of the current.
The distribution of the slots, in which the current direction is the same over the stator surface, remains regular for every number of revolutions.
Starting with this construction can be done by arranging an auxiliary phase with exactly the same winding type in the stator, which auxiliary phase is shifted by one or more slots relative to the main winding.
This has the advantage that both the main and the auxiliary phase can be used for different numbers of revolutions and that the smallest quantity of material can be used.