CH502018A - Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung zur Speisung eines Wechselstrommotors - Google Patents

Description

  
 



  Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung zur Speisung eines Wechselstrommotors
Die Erfindung betrifft eine regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung zur Speisung eines Wechselstrommotors, mit Regelung und Steuerung der Frequenz und der Grösse des Belastungsstroms, bei der zur Einstellung der Wechsel- oder Umrichterausgangsspannung mindestens eine mit dem Motor synchron arbeitende Wechselstromerzeugungseinrichtung als Taktgeber vorgesehen ist, die ihre Ausgangsspannungsamplituden unabhängig von der Motordrehzahl konstant hält und elektronische Potentiometer vorgesehen sind, durch welche die Ausgangsspanung der Wechselstromerzeugungseinrichtung eingestellt werden kann.



   Beim Hauptpatent sind zwei Ausführungsbeispiele für die Taktgebermaschine beschrieben worden. Einmal sind Hallgeneratoren beschrieben worden, welche getrennt von dem Motor oder auch im Motor selbst eingebaut sind. Eine andere Lösung ist, am Rotor des Motors einen Ring mit elektrisch gut leitenden Fahnen anzubringen, die im Polabstand voneinander entfernt liegen, wobei am Stator ein Schwingkreis vorgesehen ist, dessen Spule einen Eisenkern besitzt, durch dessen Luftspalt die Fahnen hindurch gehen.



   Es wird nun erfindungsgemäss eine dritte Lösung vorgeschlagen, die einfacher und dadurch gekennzeichnet ist, dass als Wechselstromerzeugungseinrichtung eine Schleifringanker-Asynchronmaschine vorgesehen ist, deren eine Drehstromwicklung von einer dreiphasigen Wechselspannung gespeist ist und bei der von der anderen Drehstromwicklung eine die Taktgeberspannung liefernde Spannung abgegeben wird, sowie dass Mittel vorgesehen sind, die die Wicklungsachse der Schleifringanker-Asynchronmaschine gegenüber der Wicklungsachse des Wechselstrommotors verdrehen.



   Hierbei ist es möglich, dem Rotor der Asynchronmaschine die Wechselspannung zuzuführen und die die Taktgeberspannung liefernde Spannung dem Stator zu entnehmen oder auch umgekehrt: Stator und Rotor zu vertauschen.



   Die Figuren zeigen dieses Ausführungsbeispiel als Beispiel der Erfindung:
In der Figur list der Zusammenbau der Maschinen, in der Figur 2 die Schaltung gezeigt. In Figur list 1 der Motor. Die Statorwicklungen des Motors sind mit R1,    St    und   Tl    bezeichnet; der Rotor, der die Erregung der Maschine darstellt, mit E1. 2 ist die Taktgebermaschine, welche elektrisch synchron mit dem Motor läuft. Sie ist eine Asynchronmaschine mit den Statorwicklungen R2,    S2, T2 und den Rotorwicklungen r2, s2, t2-
Die Verbindungswellen zwischen Motor und Asyn-    chronmaschine sind mit 3 und 4 bezeichnet. Es müssen nun Einrichtungen getroffen werden, welche ausser dem synchronen Lauf beider Maschinen auch die Phasengleichheit oder einen bestimmten Winkel gegeneinander herstellen.

  In der Figur 1 sind hierfür zwei Mittel angegeben, einmal die Möglichkeit, den Stator zu verdrehen.



  Dies ist durch die Anordnung 5 angedeutet, die aus einem Ritzel 6 und einem Zahnkranz 7 am Stator besteht und durch das Handrad 8 verstellt werden kann.



  Die Verstellung kann natürlich auch durch einen Servomotor erfolgen. Durch Betätigung des Handrades werden die Wicklungsachsen der Wicklungen R2,   S2,    T2 gegenüber denen des Motors R1,   S,    T1 verschoben.



  Dann verschiebt sich auch die Phase der im Stator induzierten Spannungen (R2,   92,    T2) und damit der Taktgeberspannung. Eine andere Möglichkeit ist in derselben Figur angegeben. Es ist dort die Kupplung 9 dargestellt, welche die Welle 3 und 4 miteinander kuppeln.



  Mit Hilfe des Hebels 10 kann die Kupplung verdreht werden, so dass   die    Wicklungsachse der Rotorwicklungen r2,   s2,      t2    gegenüber der   Feldwicklung      E1    des Rotors verdreht werden kann. Hierbei entsteht die gleiche Wirkung wie bei Verdrehung des Stators.



   Mit   lt    ist ein Getriebe dargestellt, das erforderlich ist, wenn die   Polpaarzahl    der beiden Maschinen ungleich ist. Um dann trotzdem synchronlaufende Spannungen zu erhalten, muss die Drehzahl im Verhältnis der Polpaarzahl übersetzt werden. Dies geschieht mit dem Getriebe 11.



   Die Erzeugung der Taktgeberspannung aus den im Rotor induzierten Spannungen der Asynchronmaschine 2  zeigt die Fig. 2. Dem Rotor wird die Wechselspannung   UN    mit der unveränderlichen Netzfrequenz fN zugeführt. Am Stator wird die Generatorenspannung   UG    abgenommen, welche je nach der Drehrichtung die Frequenz fG   +    fN besitzt, wobei fG die der Drehzahl entsprechende Frequenz ist. Beide Spannungen UN und UG werden den Mischgliedern 12 zugeführt, wobei die Phasenfolge der Wechselspannung, wie in der Zeichnung angegeben, vertauscht ist; dort entsteht dann durch Multiplikation eine Spannung UA, welche Glieder mit der Frequenz fG   :i:    2   N    und der Frequenz fG enthält.

  Das Glied mit der Frequenz fG + 2 fN ist in allen drei Phasen gleichphasig, während das Glied mit der Frequenz fG je eine Phasenverschiebung von 1200 besitzt; falls man die Phasenfolge der Wechselspannung UN am Eingang der Mischglieder nicht vertauscht, wird das Glied mit der Frequenz fG + 2 fN dreiphasig und das Glied mit der Frequenz fG gleichphasig. Für die Steuerung des Motors kommt im wesentlichen der erste (gezeichnete) Fall in Frage. Das erste Glied ist also eine Null-Spannung, das zweite eine Mit-Spannung im Sinne der Rechnung der symmetrischen Komponenten. Nun werden die drei Phasen der Spannung UA in dem Additionsglied 13 addiert.



  Hierdurch fallen alle dreiphasigen Komponenten, also die Mit-Systeme fort, während die gleichphasigen Glieder, also die Null-Systeme mit dreifacher Amplitude am Ausgang erscheinen. Es entsteht also eine Spannung   3 Ui, , welche die dreifache Amplitude wie UA besitzt    und nur noch das Glied mit der Frequenz fG + fN enthält. Diese Spannung wird in dem Umkehrglied 14 um 1800 gedreht, so dass 3   UAr    erscheint. Dann wird sie einem Spannungsteiler 15 zugeführt, so dass am Ausgang nurmehr die Spannung UA' erscheint, welche die gleiche Amplitude wie UA besitzt. Der Spannungsteiler übersetzt also 3:1. Diese Spannung wird also auf die drei Phasen aufgeteilt und den Additionsgliedern 16 zugeführt. Diese erhalten ausserdem unmittelbar die Spannung UA.

  Am Ausgang der Additionsglieder 16 entstehen nunmehr in den drei Phasen die Spannungen   U    welche gleich   UA - UA'    sind. Durch die Addition verschwinden die Glieder mit der Frequenz   f0    + 2 fN, und es bleiben nur noch die Glieder mit der Frequenz fG übrig, welche in den drei Phasen gegeneinander eine Phasenverschiebung von 1200 besitzen. Diese Ausgangsspannung ist die gewünschte Taktgeberspannung U0. Die Frequenz   fe    ist dann die gewünschte Motorfrequenz.



   Entsprechend der Anordnung nach dem Hauptpatent wird nun diese Spannung mit einer zu ihr 900 verschobenen Spannung   UgO    zusammengesetzt. Die Spannung   US0    kann nun leicht mit einem Phasendrehglied 17 erhalten werden. Diese setzt in geeigneter Weise Anteile der Spannung der verschiedenen Phasen so zusammen, dass insgesamt eine Amplitude gleich aber um   90"    verschoben entsteht. Nun ist die Spannung, die am Stator der Maschine 2 erscheint, nicht unabhängig von der Drehzahl. Sie ist aber bei Drehzahl null des Motors noch vorhanden. Daher ist es möglich, eine Spannungsregelung vorzusehen, welche für alle Drehzahlen von null bis zur Nenndrehzahl in beiden Richtungen die Spannung auf einen konstanten Wert regelt.

  Zu diesem Zwecke werden die Spannungen U0 und   U90    im Gleichrichter 18 gleichgerichtet und einem Vergleichsglied 19 zugeführt, wo sie mit einer Spanung   U,,11    verglichen werden. Die Differenz, also die Abweichung vom Sollwert wird dann in dem Verstärker 20 verstärkt und den Mischgliedern 12 zugeführt. Die Differenzspannung beeinflusst durch Division die Mischglieder derart, dass UA und damit auch U0 sowie   UgO    bei allen Drehzahlen eine gleiche Höhe besitzen. Die so auf gleicher Amplitude gehaltenen Spannungen U0 und U90 werden nun in gleicher Weise weiterbehandelt wie in der Anordnung nach dem Hauptpatent. 

  Sie werden also elektronischen Potentiometern zugeführt, die der Phase und Grösse nach die Taktgeberspannung schliesslich an die den Motor speisenden Wechselrichter oder Umrichter geben und damit die Drehzahl und die Belastung steuern können. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung zur Speisung eines Wechselstrommotors, mit Regelung und Steuerung der Frequenz und der Grösse des Belastungsstromes, nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes, dadurch gekennzeichnet, dass als Wech sel strom erzeugungseinrichtung eine Schleifringanker Asynchronmaschine vorgesehen ist, deren eine Drehstromwicklung von einer dreiphasigen Wechselspannung gespeist ist und bei der von der anderen Drehstromwicklung eine die Taktgeberspannung liefernde Spannung abgegeben wird, sowie dass Mittel vorgesehen sind, die die Wicklungsachse der Schleifringanker-Asynchronmaschine gegenüber der Wicklungsachse des Wechselstrommotors verdrehen.

   UNTERANSPROCHE 1. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stator der Asynchronmaschine (2) je Phase (R2, S2, T2) ein Mischglied (12) angeschlossen ist, dessen zweitem Eingang die Wechselspannung (UN) zugeführt wird, dass ein Additionsglied (13) vorgesehen ist, dem die drei Phasen der Ausgangsspannung (UA) der Mischglieder (12) zugeführt sind, dass ein Umkehrglied (14) an das Additionsglied (13) angeschlossen ist, das mit einem Spannungsteiler (15) verbunden ist, dass ein weiteres Additionsglied (16) je Phase vorgesehen ist, denen die Ausgangsspannungen (UA) der Mischglieder (12) sowie die Ausgangsspannung (UA') des Spannungsteilers (15) zugeführt werden,

   so dass am Ausgang dieser Additionsglieder (16) die Taktgeberspannung (Uc) entsteht.

   2. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die die Taktgeberspannung auf einen konstanten Wert unabhängig von der Frequenz hält.

   3. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleichsglied (19) vorgesehen ist, dem die Taktgeberspannung (UO) und eine Sollwertspannung (Usoii) zugeführt wird und an dessen Ausgang die Differenz dieser beiden Spannungen abgenommen wird, sowie dass diese Spannung über einen Verstärker (20) an die Mischglieder (12) gegeben wird, die die Spannung so lange verändern, bis die gewünschte Taktgeberspannung entsteht.

   4. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass am Asynchrongenerator (2) eine Statorverstelleinrichtung (5, 6, 7, 8) angebracht ist, welche die Wicklungsachse des Stators gegen die Wicklungsachse des Stators des Motors (1) verdreht.

   5. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass die Welle (3) des Asynchrongenerators (2) mit der Welle (4) des Motors (1) über eine verstellbare Kupplung (9, 10) verbunden ist, so dass die Achse der Rotorwicklung des Asynchrongenerators gegenüber der Achse der Rotorwicklung des Motors verstellt werden kann.

   6. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) des Asynchrongenerators (2) und die Welle (4) des Motors (1) über ein Getriebe (11) miteinander verbunden sind, deren Ubersetzung verschiedene Polpaarzahlen beider Maschinen ausgleicht.

   7. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung einer um 90 verschobenen Taktgeberspannung ein Phasendrehglied vorgesehen ist.

   8. Regel- und steuerbare Wechsel- oder Umrichteranordnung nach den Unteransprüchen 2, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktgeberspannung (Uo) und die um 90O verschobene Taktgeberspannung (U90) über einen Gleichrichter (18) an das Vergleichsglied (19) angeschlossen sind.