AT516133A1 - Vorrichtung zur Kühlung elektrischer Drehfeldmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Belüftungsvorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Drehfeldmaschine (9), wobei die elektrische Drehfeldmaschine (9) eine Statorwicklung (4) mit zumindest einem Wickelkopf (5) sowie einen Rotor (3) umfasst, und die Belüftungsvorrichtung einen Antriebsmotor (6) mit einem Lüfterrad (7), eine Steuereinrichtung (1) für den Antriebsmotor (6) sowie zumindest einen mit der Steuereinrichtung (1) verbundenen Temperatursensor (2) umfasst. Um einen zur Kühlung notwendigen Volumenstrom (V) effizient zu regeln ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zumindest eine Temperatursensor (2) zur Messung der Wickelkopf-Temperatur (TW) an dem zumindest einen Wickelkopf (5) angeordnet ist. Bei der elektrischen Drehfeldmaschine (11) handelt es sich etwa um eine Prüfstandsantriebsmaschine oder eine Prüfstandslastmaschine. Die Erfindung erlaubt auch bei einer geringen Anzahl an Temperatursensoren eine effiziente Regelung des zur Kühlung notwendigen Kühlluftvolumenstroms (V) und zeichnet sich durch einen geringen Regelungsaufwand und einen geringen Energiebedarf aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Belüftungsvorrichtung zur Kühlung einer elektrischenDrehfeldmaschine, wobei die elektrische Drehfeldmaschine eine Statorwicklung mitzumindest einem Wickelkopf sowie einen Rotor umfasst, und dieBelüftungsvorrichtung einen Antriebsmotor mit einem Lüfterrad, eine Steuereinrichtung fürden Antriebsmotor sowie zumindest einen mit der Steuereinrichtung verbundenenTemperatursensor umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung umfasstferner ein Verfahren zur Regelung des Antriebsmotors eines Lüfterrades einerBelüftungsvorrichtung zur Kühlung der zumindest einen Wickelkopf aufweisendenStatorwicklung einer elektrischen Drehfeldmaschine mittels einer Steuereinrichtung für denAntriebsmotor und zumindest einem mit der Steuereinrichtung verbundenenTemperatursensor, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4. Üblicherweise müssen elektrische Drehfeldmaschinen, auch elektrische Lastmaschinen oderAntriebsmaschinen genannt, wie beispielsweise Drehstrommotoren, die im Wesentlichen auseinem Rotor und einer Statorwicklung bestehen, aufgrund der Wärmeentwicklung im Rotorund der Statorwicklung gekühlt werden. Zur Kühlung wird oftmals eineBelüftungsvorrichtung verwendet, über welche ein Kühlluftvolumenstrom erzeugt wird, derauf die elektrische Drehfeldmaschine gerichtet ist.

Bei netzgespeisten elektrischen Drehfeldmaschinen ist die Drehzahl des Rotorsnäherungsweise lastabhängig und die Belüftungsvorrichtung kann durch einen mit einerWelle der Drehfeldmaschine gekoppelten Lüfter realisiert werden. Für dynamische Anwendungen hingegen, wie sie beispielsweise beiPrüfstandantriebsmaschine und Prüfstandlastmaschinen auftreten, wird eine Regelung oderSteuerung der Drehzahl der elektrischen Drehfeldmaschine gefordert. Dadurch ist dieDrehzahl der Drehfeldmaschine jedoch nicht mehr abhängig von der Last und dieBelüftungsvorrichtung muss als eigenständig angetriebene Fremdbelüftung gestaltet werden.

Ein Nachteil einer separaten Belüftungsvorrichtung ist jedoch, dass diese in ihrer einfachstenAusführungsform nicht geregelt ist und einen konstanten Maximalvolumenstrom zur Kühlungbereitstellt, womit einerseits ein ineffizienter Betrieb hinsichtlich des Energieverbrauchsgegeben ist und der ständige Betrieb im maximalen Belastungszustand andererseits eineakustische Belastung darstellt.

Es ist auch bekannt, dass zur Regelung der Belüftungsvorrichtung Temperatursensoren imBereich der Statorwicklung vorgesehen sind. Umfangreiche Versuchsreihen haben jedochgezeigt, dass die Anordnung der Temperatursensoren in der Statorwicklung große

Ungenauigkeiten hervorrufen, da die Wärmeentwicklung in der Statorwicklung signifikantenTemperaturschwankungen ausgesetzt ist, wie in der Folge kurz erläutert wird.

Statorwicklungen sind üblicher Weise aus den stromführenden Wicklungen aufgebaut, welchein einen ferromagnetischen Mantel, beispielsweise Eisen, vergossen werden. Bei einerErhöhung der Last erhitzen sich die Wicklungen ausgehend von einzelnen Hitzezentren,wobei die größte Erwärmung immer radial am Spalt zwischen Statorwicklung und Rotorauftritt. Aus Fertigungsgründen sowie aufgrund der Geometrie der Statorwicklung werden dieTemperatursensoren im bzw. am metallischen Mantel angeordnet.

Sobald sich ein oder mehrere Hitzezentren ausgebildet haben gelangt entstandene Wärme inden diese Hitzezentren umgebenden Teil des metallischen Mantels, welcher sich dadurcherwärmt, und zwar in axialer Richtung rascher als in radialer Richtung. DieTemperaturverteilung und insbesondere Temperaturänderungen können sich innerhalb derStatorwicklung dadurch stark unterscheiden.

Die in der Statorwicklung angeordneten Temperatursensoren befinden sich jedoch zumeist ander Außenseite der Statorwicklung oder zumindest radial entfernt vom Luftspalt und gebendaher über die lokal herrschenden Temperaturen innerhalb der Statorwicklung und ihreÄnderungen nur ungenau Auskunft. Ist der Temperatursensor nah an einem zufälligentstandenen Hitzezentrum, so wird eine Temperatur gemessen, welche größer ist als einedurchschnittliche Stator-Ist-Temperatur und eine zu hohe Kühlleistung derBelüftungsvorrichtung zur Folge hat. Ist der Temperatursensor jedoch weit vom Hitzezentrumentfernt, so muss sich zuerst der gesamte metallische Mantel erwärmen, bevor einTemperaturanstieg vom Temperatursensor detektiert wird. Die zur Verfügung gestellteKühlleistung ist dadurch mitunter zu klein, um den gesamten erhitzten metallischen Manteleffektiv abzukühlen. Eine bekannte Maßnahme zur Erhöhung der Messgenauigkeit bestehtdarin, eine Vielzahl an Temperatursensoren entlang des Umfangs und in axialer Richtung derStatorwicklung zu verteilen, um aufgrund der vielen Messpunkte zeitnah Änderungendetektieren zu können und dadurch die Kühlleistung effizient regeln zu können. DieseVielzahl an Temperatursensoren erhöht jedoch den Messaufwand beträchtlich.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Belüftungsvorrichtung zur Kühlung einerelektrischen Drehfeldmaschine vorzuschlagen, welche die Nachteile des Stands der Techniknicht aufweist und auch bei einer geringen Anzahl an Temperatursensoren eine effizienteRegelung des zur Kühlung notwendigen Kühlluftvolumenstroms erlaubt. Dieerfindungsgemäße Belüftervorrichtung soll sich des Weiteren durch einen geringenRegelungsaufwand, eine kostengünstige Herstellung, eine hohe Lebensdauer sowie einengeringen Energiebedarf auszeichnen.

Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 sowie von Anspruch 4 gelöst.Anspruch 1 bezieht sich auf eine Belüftungsvorrichtung zur Kühlung einer elektrischenDrehfeldmaschine, wobei die elektrische Drehfeldmaschine eine Statorwicklung mitzumindest einem Wickelkopf sowie einen Rotor umfasst, und die Belüftungsvorrichtungeinen Antriebsmotor mit einem Lüfterrad, eine Steuereinrichtung für den Antriebsmotorsowie zumindest einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Temperatursensor umfasst.Erfindungsgemäß wird hierbei vorgeschlagen, dass der zumindest eine Temperatursensor zurMessung der Wickelkopf-Temperatur an dem zumindest einen Wickelkopf angeordnet ist.

Der Wickelkopf einer Statorwicklung dient der Führung von Strom im nicht aktivenMaschinenteil, also jenem Teil der Statorwicklung, in dem kaum Spannung bzw. Strömeinduziert werden. Daher kann die Entstehung der oben beschriebenen Hitzezentren imWickelkopf nahezu ausgeschlossen werden und es ist gewährleistet, dass die vomTemperatursensor gemessene Wickelkopf-Temperatur im Wesentlichen nur von derTemperaturentwicklung im Inneren der Statorwicklung des aktiven Maschinenteiles abhängt.Zudem hat sich erwiesen, dass die Wickelkopf-Temperatur mit der durchschnittlichen Stator-Ist-Temperatur besser korreliert als eine entlang der Statorwicklung gemessene, lokaleTemperatur. Dieser Sachverhalt ergibt sich vermutlich dadurch, dass ein Großteil der imWickelkopf vorliegenden Wärmemenge durch Wärmeleitung aus der Statorwicklung desaktiven Maschinenteils eingebracht wird und nur der geringere Teil im Wickelkopf selbstentsteht. Die durch Wärmeleitung aus der Statorwicklung des aktiven Maschinenteilseingebrachte Wärmemenge stellt aber selbst bereits eine gemittelte Wärmemenge dar, die sichzur Ermittlung einer durchschnittlichen Stator-Ist-Temperatur gut eignet. Zusätzlich wurdefestgestellt, dass der Zusammenhang zwischen der Wickelkopf-Temperatur und derdurchschnittlichen Stator-Ist-Temperatur nahezu linear verläuft.

Umfangreiche Versuchsreihen haben ferner gezeigt, dass die Wickelkopf-Temperatur imWesentlichen durch Wärmeleitung aus dem aktiven Maschinenteil beeinflusst wird. Dabei istin der Regel der Wärmeleitung s wider stand in axialer Richtung der Statorwicklung geringerals in radialer Richtung, da die Wärme in den Wicklungen, also den stromführenden Teilender Statorwicklung, selbst geleitet wird. Dadurch breitet sich die in einem Hitzezentrumentstandene bzw. entstehende Wärme schneller entlang der axialen Richtung derStatorwicklung aus. Dementsprechend wird eine Änderung der Wickelkopf-Temperatur auchschneller detektiert, als es bei einem an der Außenseite des metallischen Mantels derStatorwicklung angeordneten Temperatursensors der Fall wäre.

Alternative Ausführungsvarianten der Erfindung sehen vor, dass Temperatursensoren anbeiden Wickelköpfen angeordnet sind. Durch die Anordnung der Temperatursensoren am

Wickelkopf kann die Messgenauigkeit der Stator-Ist-Temperatur und somit die Regelung derBelüftungsvorrichtung verbessert werden, obwohl die Anzahl der benötigtenTemperatursensoren verglichen mit herkömmlichen Methoden auch bei einer Messung anbeiden Wickelköpfen entscheidend geringer ist.

Es versteht sich von selbst, dass die Belüftungsvorrichtung auch mehrere Lüfterräderaufweisen kann, welche entweder zentral oder unabhängig voneinander geregelt werdenkönnen. Dabei kann jedes Lüfterrad einem Teil der Drehfeldmaschine, beispielsweise einemWickelkopf, zugeordnet sein und/oder einem Temperatursensor bzw. einer Gruppe vonTemperatursensoren.

Ein weiterer Vorteil der gegenständlichen Erfindung liegt darin, dass die Montage desTemperatursensors am Wickelkopf auch nach Fertigstellung der elektrischenDrehfeldmaschine und der erforderlichen Peripherie-Geräte wie sie beispielsweise für einenPrüfstand notwendig sind problemlos möglich ist, wohingegen eine Anordnung an derStatorwicklung in der Regel nur nach der Demontage der Geräteanordnung bzw. untervollständiger Erneuerung der Statorwicklung möglich ist. Dadurch lassen sich auchbestehende Geräteanordnungen, welche derzeit eine ungeregelte Belüftungsvorrichtungaufweisen, auf einfache Art und Weise nachrüsten.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass zumindest ein Frequenzumrichtervorgesehen ist, der von der Steuereinrichtung ansteuerbar ist und zur Regelung der Drehzahldes Antriebsmotors und somit des Lüfterrads mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Über denan sich bekannten Zusammenhang zwischen der Lüfterraddrehzahl, welche direkt von derDrehzahl des Antriebsmotors abhängt, und der Geometrie des Lüfterrads lässt sich der vonder Belüftungsvorrichtung erzeugte Volumenstrom bestimmen. Soll der Kühlluftvolumenstrom veränderlich sein, wie es bei einer erfindungsgemäßenBelüftungsvorrichtung notwendig ist, muss auch die Drehzahl des Antriebsmotorsvorzugsweise stufenlos regelbar sein. Dies wird in einfacher Art und Weise durch dieVerwendung des Frequenzumrichters erreicht, da mit diesem eine in Frequenz und Amplitudeangepasste Wechselspannung generiert werden kann, über welche die Drehzahl desAntriebsmotors direkt einstellbar ist.

In alternativen Ausführungsvarianten der Erfindung, welche keinen Frequenzumrichtervorsehen, können beispielsweise mechanische Getriebe oder elektrische Schaltungenvorgesehen sein, um die Drehzahl des Lüfterrads zu verändern. Ebenfalls ist es möglich, dassder Antriebsmotor anstatt als Asynchromotor als Servomotor ausgeführt ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Regelung des Antriebsmotors eines Lüfterradeseiner Belüftungsvorrichtung zur Kühlung der zumindest einen Wickelkopf aufweisendenStatorwicklung einer elektrischen Drehfeldmaschine mittels einer Steuereinrichtung für denAntriebsmotor und zumindest einem mit der Steuereinrichtung verbundenenTemperatursensor, bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass die Wickelkopf-Temperatur an dem zumindest einen Wickelkopf mittels des zumindest einenTemperatursensors gemessen und an die Steuereinrichtung übermittelt wird, wobei dieSteuereinrichtung aus der Wickelkopf-Temperatur eine durchschnittliche Stator-Ist-Temperatur ermittelt, die Temperaturdifferenz zwischen der durchschnittlichen Stator-Ist-Temperatur und einer vorgegebenen Stator-Soll-Temperatur berechnet, und über dieberechnete Temperaturdifferenz mittels einer vorgegebenen Kennlinie den zur Kühlung derStatorwicklung benötigten Kühlluftvolumenstrom ermittelt und eine Steuerinformation an denAntriebsmotor zur Einstellung der für den ermittelten Kühlluftvolumenstrom benötigtenDrehzahl des Antriebsmotors übermittelt.

Die Messung der Wickelkopf-Temperatur ist, wie vorhergehend beschrieben, besondersvorteilhaft. Die zentrale Steuereinheit, welche die eingehenden Sensorinformationen erfasstund verarbeitet, ist so ausgeführt, dass aus der Wickelkopf-Temperatur die durchschnittlicheStator-Ist-Temperatur bestimmt werden kann. Der Algorithmus, der für diese Bestimmungherangezogen wird, stellt einen proportionalen Zusammenhang zwischen den Temperaturenher und berücksichtigt auch einen Proportionalitätsfaktor, welcher unter anderem von derGeometrie der Drehfeldmaschine, den verwendeten Materialien für die Statorwicklung undden Umgebungsbedingungen abhängig ist und daher für jede Maschinenanordnung gesondertbestimmt werden muss.

Der Vergleich der durchschnittlichen Stator-Ist-Temperatur mit der Stator-Soll-Temperatur,also jener Temperatur, bei der die Drehfeldmaschine in optimaler Art und Weise betriebenwerden kann bzw. bei der keine zusätzliche Kühlung erforderlich ist, ergibt dieTemperaturdifferenz, über welche der erforderliche Kühlluftvolumenstrom mittels einervorgegebenen Kennlinie ermittelt wird. Der Kühlluftvolumenstrom hängt dabei, wie zuvorbeschrieben, direkt von der Drehzahl des Lüfterrads ab. Bei Erhöhung der Drehzahl desAntriebsmotors erhöht sich der Kühlluftvolumenstrom und bei Verringerung der Drehzahlverringert er sich.

Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens äußert sich dadurch, dass die oben beschriebeneTemperaturdifferenz aufgrund der Messung am Wickelkopf zeitnah an der Entstehung vonHitzezentren in der Statorwicklung detektiert wird. Dadurch kann der Volumenstrom in derBelüftungsvorrichtung erhöht werden, bevor sich die gesamte Statorwicklung sowie derMantel, in dem die Wicklungen eingegossen sind, stark erwärmt haben. Somit wird nicht nur ein energieeffizienterer Betrieb ermöglicht, sondern auch thermische Belastungen der aktivenMaschinenteile verringert.

Falls ein Frequenzumrichter verwendet wird, der eine Sollfrequenz als Steuerinformation vonder Steuereinrichtung empfängt, kann der Antriebsmotor direkt mit der Wechselspannungbetrieben werden, welche vom Frequenzumrichter vorgegeben wird. Über dieSteuerinformation wird die einem benötigten Kühlluftvolumenstrom zugeordneteWechselspannung eingestellt und somit die Drehzahl des Antriebsmotors auf einfache Art undWeise geregelt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor,dass die vorgegebene Kennlinie zur Ermittlung des zur Kühlung benötigtenKühlluftvolumenstroms in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz einen erstenRegelungsbereich umfasst, bei dem unterhalb einer ersten Temperaturdifferenz ein konstanterMindestvolumenstrom vorgegeben ist, einen zweiten Regelungsbereich umfasst, bei demzwischen der ersten Temperaturdifferenz und einer zweiten Temperaturdifferenz ein linearerAnstieg des Kühlluftvolumenstroms bis zu einem Maximalvolumenstrom vorgegeben ist,sowie einen dritten Regelungsbereich umfasst, bei dem oberhalb der zweitenTemperaturdifferenz ein konstanter Maximalvolumenstrom vorgegeben ist.

Eine Begrenzung der Regelung in Form des Maximalvolumenstroms ist durch die begrenzteLeistung des Antriebsmotors bedingt. Dieser kann nur eine Maximaldrehzahl zur Verfügungstellen, aus welcher ein Maximalvolumenstrom resultiert. Der Minimalvolumenstrom dienteiner Vereinfachung der Regelung in einem Bereich, in dem eine genaue Messung der Stator-Ist-Temperatur einerseits schwierig ist, andererseits aber aufgrund der geringen thermischenBelastung auch weniger entscheidend. In alternativen Ausführungsvarianten der Erfindungkann auch eine automatische Abschaltung der Belüftungsvorrichtung vorgesehen sein, sobaldüber einen definierten Zeitraum nur der Mindestvolumenstrom benötigt wurde.

Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe derbeiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung zur Kühlungeiner elektrischen Drehfeldmaschine, und die

Fig. 2 eine Kennlinie zur Bestimmung des benötigten Kühlluftvolumenstromes inAbhängigkeit der ermittelten Temperaturdifferenz zwischen Soll- und Ist-Werten.

Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Fig. 1 zeigt eine Belüftungsvorrichtung,welche zwei Lüfterräder 7 mit jeweils einem Antriebsmotor 6 aufweist. Die Lüfterräder 7erzeugen einen Kühlluftvolumenstrom, der zur Kühlung einer elektrischenDrehfeldmaschine 9 dient. Die elektrische Drehfeldmaschine 9 weist einen Rotor 3, welchermit einer Abtriebswelle verbunden ist, und eine den Rotor 3 umschließende Statorwicklung 4auf, wobei zwischen dem Rotor 3 und der Statorwicklung 4 ein Luftspalt verbleibt. DieStatorwicklung 4 besteht dabei einerseits aus stromführenden Wicklungen, die aufgrund einesinduzierten Drehfeldes stromdurchflossen sind, und andererseits aus einem metallischenMantel, in dem die Wicklungen vergossen sind. An der Statorwicklung 4 ist jeweils in axialerRichtung endseitig und nach außen weisend ein Wickelkopf 5 angeordnet, welcher zurwechselseitigen Verbindung der einzelnen Wicklungen dient.

Die BelüftungsVorrichtung umfasst ferner eine zentrale Steuereinrichtung 1, in welcherEingangssignale erfasst, Berechnungen durchgeführt und Steuerinformationen erzeugtwerden, und zumindest einen Temperatursensor 2, welcher an einem Wickelkopf 5angeordnet ist. Aus der Fig. 1 ist zu erkennen, dass an jedem der beiden Wickelköpfe 5 einTemperatursensor 2 angeordnet sein kann bzw. dass an einem Wickelkopf 5 auch inUmfangsrichtung mehrere Temperatursensoren 2 angebracht sein können. Für die Funktionreicht im Wesentlichen ein einzelner Temperatursensor 2 aus, jedoch kann durch dieVerwendung von mehreren Temperatursensoren 2 die Qualität der Regelung durch eineMehrzahl an Messpunkten optimiert werden. Des Weiteren umfasst die

Belüftungsvorrichtung in der gezeigten Ausführungsform noch zumindest einenFrequenzumrichter 8, der einerseits mit der Steuereinrichtung 1 und andererseits mit demAntriebsmotor 6 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zweiFrequenzumrichter 8 vorgesehen, welche jeweils mit der Steuereinrichtung 1 und jeweilseinem der Antriebsmotoren 6 verbunden sind.

In der Folge wird der Ablauf eines Regelungsvorganges beschrieben, ausgehend von derDetektion einer Temperatur in einem der Temperatursensoren 2. Es versteht sich von selbst,dass dieser Vorgang für mehrere Temperatursensoren 2 im Wesentlichen analog verläuft undder Regelkreislauf sich wiederholt, sodas s nach dem letzten Schritt wieder der erste nachfolgt.

Der Temperatursensor 2 erfasst zunächst eine aktuelle Wickelkopf-Temperatur Tw, welchesich aufgrund der Wärmeleitung der Wicklungen bzw. des Kühlluftvolumenstroms Vverändert. Die gemessene Wickelkopf-Temperatur Tw wird an die Steuereinrichtung 1übermittelt, in welcher eine durchschnittliche Stator-Ist-Temperatur TiSt ermittelt wird. Dabeiwird der annähernd lineare Zusammenhang der Wickelkopf-Temperatur Tw und der Stator-Ist-Temperatur Tist ausgenutzt, wobei auch ein Proportionalitätsfaktor, welcher unter anderemvon der Geometrie der Drehfeldmaschine, den verwendeten Materialien für die

Statorwicklung 4 bzw. für den Rotor 3 und den Umgebungsbedingungen abhängig ist unddaher für jede Maschinenanordnung gesondert bestimmt werden muss, berücksichtigt werdenkann. Die Stator-Ist-Temperatur Tist entspricht dabei einer mittleren tatsächlichen Stator-Temperatur.

Die Stator-Ist-Temperatur TiSt wird sodann mit einer Stator-Soll-Temperatur Tsou verglichen,welche die Temperatur angibt, bei der noch keine zusätzliche Kühlung notwendig ist undüblicher Weise vom Hersteller der Drehfeldmaschine 9 bekannt gegeben wird. Durch denVergleich der beiden Temperaturen wird eine Temperaturdifferenz T bestimmt, über diedurch eine vorgegebene Kennlinie, wie sie etwa in der Fig. 2 dargestellt wird, der zurKühlung benötigte Volumenstrom bestimmt wird. Dieser wird sodann als Steuerinformationan den Antriebsmotor 6 zur Einstellung der für den ermittelten Kühlluftvolumenstrom Vbenötigten Drehzahl des Antriebsmotors 6 übermittelt.

In der vorliegenden Ausführungsvariante gemäß der Fig. 1 ist die Steuerinformation eineSollfrequenz, wobei diese Sollfrequenz an die Frequenzumrichter 8, welche mit denAntriebsmotoren 6 verbunden sind, übermittelt wird. Diese Sollfrequenz dient dazu, dieAntriebsmotoren 6 der Belüftungsvorrichtung mit der zur Herstellung des benötigtenKühlluftvolumenstroms erforderlichen Drehzahl anzutreiben. Da die Drehzahl desAntriebsmotors 6 in Verbindung mit der Geometrie des Lüfterrads 7 den Kühlluftvolumenstrom bestimmt, ist es möglich, durch Änderung der Sollfrequenz imFrequenzumrichter 8 Amplitude und Frequenz der zugeordneten Wechselspannungeinzustellen und damit die Drehzahl in einem durch den Antriebsmotor 6 festgelegten Bereichstufenlos zu regeln.

In alternativen Ausführungsvarianten kann anstatt der Kombination des Frequenzumrichters 8mit dem Antriebsmotor 6 beispielsweise ein Servomotor vorgesehen sein, an den alsSteuerinformation direkt die vorgegebene Drehzahl übermittelt wird.

In Figur 2 ist eine Kennlinie abgebildet, die einer möglichen Regelung derBelüftungsvorrichtung zugrunde liegt und den Zusammenhang der Temperaturdifferenz T,aufgetragen auf der Abszisse, und dem zur Kühlung benötigen Volumenstrom V, aufgetragenauf der Ordinate, darstellt. Dabei ist zu erkennen, dass bis zu einer ersten TemperaturdifferenzTi ein Mindestvolumenstrom Vmin durch die BelüftungsVorrichtung bereitgestellt wird. Abdieser ersten Temperaturdifferenz Ti steigt der bereitzustellende Volumenstrom linear mit derTemperaturdifferenz T an, bis eine zweite Temperaturdifferenz T2 erreicht ist, die einemMaximalvolumenstrom Vmax zugeordnet ist. Dieser Maximalvolumenstrom Vmax stellt jenenVolumenstrom dar, der von der Belüftungs Vorrichtung maximal erzeugt werden kann. Wird die zweite Temperaturdifferenz T2 überschritten, so wird der Volumenstrom V nicht weitererhöht, sondern der Maximalvolumenstrom Vmax aufrecht erhalten.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Steuereinrichtung 2 Temperatursensor 3 Rotor 4 Statorwicklung 5 Wickelkopf 6 Antriebsmotor 7 Lüfterrad 8 Frequenzumrichter 9 elektrische Drehfeldmaschine

Tw Wickelkopf-Temperatur

TiSt Stator-Ist-Temperatur

Tsoii Stator-Soll-Temperatur T Temperaturdifferenz

Ti erste Temperaturdifferenz T2 zweite Temperaturdifferenz

Vmin Mindestvolumenstrom

Vmax Maximalvolumenstrom V Kühlluftvolumenstrom

Claims (5)

1. ANSPRÜCHE 1. Belüftungsvorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Drehfeldmaschine (9), wobeidie elektrische Drehfeldmaschine (9) eine Statorwicklung (4) mit zumindest einemWickelkopf (5) sowie einen Rotor (3) umfasst, und die Belüftungsvorrichtung einenAntriebsmotor (6) mit einem Lüfterrad (7), eine Steuereinrichtung (1) für denAntriebsmotor (6) sowie zumindest einen mit der Steuereinrichtung (1) verbundenenTemperatursensor (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eineTemperatursensor (2) zur Messung der Wickelkopf-Temperatur (Tw) an demzumindest einen Wickelkopf (5) angeordnet ist.
2. 2. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestein Frequenzumrichter (8) vorgesehen ist, der von der Steuereinrichtung (1)ansteuerbar ist und zur Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors (6) und somit desLüfterrads (7) mit dem Antriebsmotor (6) verbunden ist.
3. 3. Prüfstand mit einer Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich beider elektrischen Drehfeldmaschine (11) um eine Prüfstandsantriebsmaschine oder einePrüfstandslastmaschine handelt.
4. 4. Verfahren zur Regelung des Antriebsmotors (6) eines Lüfterrades (7) einerBelüftungsvorrichtung zur Kühlung der zumindest einen Wickelkopf (5) aufweisendenStatorwicklung (4) einer elektrischen Drehfeldmaschine (9) mittels einerSteuereinrichtung (1) für den Antriebsmotor (6) und zumindest einem mit derSteuereinrichtung (1) verbundenen Temperatursensor (2), dadurch gekennzeichnet,dass die Wickelkopf-Temperatur (Tw) an dem zumindest einen Wickelkopf (5) mittelsdes zumindest einen Temperatursensors (2) gemessen und an die Steuereinrichtung (1)übermittelt wird, wobei die Steuereinrichtung (1) aus der Wickelkopf-Temperatur(Tw) eine durchschnittliche Stator-Ist-Temperatur (TiSt) ermittelt, dieTemperaturdifferenz (T) zwischen der durchschnittlichen Stator-Ist-Temperatur (TiSt)und einer vorgegebenen Stator-Soll-Temperatur (Tson) berechnet, und über dieberechnete Temperaturdifferenz (T) mittels einer vorgegebenen Kennlinie den zurKühlung der Statorwicklung (4) benötigten Kühlluftvolumenstrom (V) ermittelt undeine Steuerinformation an den Antriebsmotor (6) zur Einstellung der für denermittelten Kühlluftvolumenstrom (V) benötigten Drehzahl des Antriebsmotors (6)übermittelt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebeneKennlinie zur Ermittlung des zur Kühlung benötigten Kühlluftvolumenstroms (V) inAbhängigkeit der Temperaturdifferenz (T) einen ersten Regelungsbereich umfasst, beidem unterhalb einer ersten Temperaturdifferenz (Ti) ein konstanterMindestvolumenstrom (Vmin) vorgegeben ist, einen zweiten Regelungsbereichumfasst, bei dem zwischen der ersten Temperaturdifferenz (Ti) und einer zweitenTemperaturdifferenz (T2) ein linearer Anstieg des Kühlluftvolumenstroms (V) bis zueinem Maximalvolumenstrom (Vmax) vorgegeben ist, sowie einen drittenRegelungsbereich umfasst, bei dem oberhalb der zweiten Temperaturdifferenz (T2) einkonstanter Maximalvolumenstrom (Vmax) vorgegeben ist.