DE10141486A1 - Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich - Google Patents

Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich

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DE10141486A1 DE2001141486 DE10141486A DE10141486A1 DE 10141486 A1 DE10141486 A1 DE 10141486A1 DE 2001141486 DE2001141486 DE 2001141486 DE 10141486 A DE10141486 A DE 10141486A DE 10141486 A1 DE10141486 A1 DE 10141486A1
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/34—Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter
    • H02K17/36—Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter with another asynchronous induction motor

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich. DOLLAR A Mit der Erfindung wird der wesentlichste Nachteil der Kaskaden, die Stromübertragung über Bürsten und Schleifringe vermieden und sowohl ein motorischer als auch ein generatorischer bürstenloser Betrieb ermöglicht. DOLLAR A Außerdem ist eine Steuerung der Blindleistung, z. B. auch in Betrieb mit kapazitivem Leistungsfaktor cosphi = 0,8 möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich.
Auf dem Gebiet der elektrischen Antriebstechnik versteht man heute unter einer Asynchronmaschinenkaskade die Kombination aus einer Asynchronmaschine mit einem über Bürsten und Schleifringe an die Läuferwicklung angeschlossenen Frequenzumrichter.
Der wesentliche Vorteil dieser Kaskade ist, dass bei einem begrenzten Drehzahlstellbereich um die synchrone Drehzahl der Frequenzumrichter nur für eine geringe Leistung bemessen werden muss.
Die beiden bekanntesten Kaskaden sind unter den Begriffen "Untersynchrone Stromrichterkaskade" sowie "Doppelt gespeiste Asynchronmaschine" bekannt. Bei der Untersynchrone Stromrichterkaskade (Bild 1) wird eine Schleifringläufermaschine mit einem einfach aufgebauten Umrichter verwendet, der nur motorischen Betrieb unterhalb der synchronen Drehzahl erlaubt.
Bei der Doppelt gespeisten Asynchronmaschine verwendet man dagegen Umrichter, die einen Leistungsfluss in jede Richtung und Drehzahlen sowohl unter als auch über der synchronen Drehzahl gestatten. Der Frequenzumrichter kann als Spannungszwischenkreisumrichter oder auch als Direktumrichter ausgelegt sein. Bild 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Spannungszwischenkreisumrichter.
Der wesentlichste Nachteil der Kaskaden ist die Stromübertragung über Bürsten und Schleifringe und der damit verbundene Wartungsaufwand.
Zur Vermeidung der schleifenden Stromübertragung ist eine Lösung mit zwei Asynchronmaschinen bekannt [1]. Beide Maschinen sind mechanisch gekuppelt, sie laufen gleich schnell und daher können die beiden Läuferwicklungen fest miteinander verbunden werden. Bürsten und Schleifringe sind nicht notwendig. Der Ständer der einen Asynchronmaschine wird direkt an das Netz, der Ständer der anderen Asynchronmaschine über einen von der Untersynchronen Stromrichterkaskade bekannten Umrichter an das Netz angeschlossen.
Anstatt von der synchronen Drehzahl muss man bei dieser Anordnung von der so genannten natürlichen Drehzahl nnat ausgehen. Das ist die Drehzahl, die sich bei Gleichstrom in der mit dem Umrichter verbundenen Ständerwicklung ergibt. Die natürliche Drehzahl berechnet sich aus der Netzfrequenz f, und den Polpaarzahlen p1 und p2 der zwei Asynchronmaschinen.
Wenn man die beiden Läuferwicklungen zu gleicher Drehfeldrichtung zusammenschaltet, ergibt sich:
nnat = f/(p1-p2)
Wenn man die beiden Läuferwicklungen zu entgegengesetzter Drehfeldrichtung zusammenschaltet, ergibt sich:
nnat = f/(p1+p2)
Mit dieser Anordnung ist ein Betrieb wie bei einer Untersynchronen Stromrichterkaskade möglich. Anstatt mit der synchronen Drehzahl muss man aber von der natürlichen Drehzahl ausgehen. Der Betrieb mit dieser Kaskade ist auf motorischen Betrieb unter der natürlichen Drehzahl nnat beschränkt. Eine Verstellung der Blindleistung ist nicht möglich.
Die vorliegende Anordnung nach Anspruch 1 erweitert den Betriebsbereich. Mit ihr ist ein motorischer und auch ein generatorischer bürstenloser Betrieb möglich und dies jeweils unter als auch über der natürlichen Drehzahl. Außerdem ist eine Steuerung der Blindleistung, z. B. ein Betrieb mit kapazitivem Leistungsfaktor cosϕ = 0,8 möglich.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 1 mit zwei Asynchronmaschinen (1) und (2) und einem Frequenzumrichter (30) ist in Bild 3 dargestellt.
Die Asynchronmaschine (1) besteht aus dem Ständer (11) mit der Ständerwicklung (13), einem Läufer (12) mit der Läuferwicklung (14) und einer mechanischen Welle (17), die in den Lagern (18) drehbar gelagert ist. Außerdem ist der Wickelkopf (15) der Ständerwicklung (13) und der Wickelkopf (16) der Läuferwicklung (14) dargestellt.
Die Asynchronmaschinen (2) ist ähnlich aufgebaut. Sie besteht aus dem Ständer (21) mit der Ständerwicklung (23), einem Läufer (22) mit der Läuferwicklung (24) und der mechanischen Welle (27), die in den Lagern (28) gelagert ist. Außerdem ist der Wickelkopf (25) der Ständerwicklung (23) und der Wickelkopf (26) der Läuferwicklung (24) dargestellt.
Die beiden Asynchronmaschinen sind durch die Kupplung (43) mechanisch fest miteinander verbunden. Die Läuferwicklung (14) der Asynchronmaschine (1) ist durch mitrotierende Leitungen (40) elektrisch mit der Läuferwicklung (24) der Asynchronmaschine (2) verbunden. Zur Aufnahme der Verbindungsleitungen (40) sind die Wellen (17) und (27) hohl gebohrt.
Die Ständerwicklung (13) der Asynchronmaschine (1) kann man über die Kontakte (42) an das Drehstromnetz schalten.
Die Ständerwicklung (23) der Asynchronmaschine (2) ist mit dem Frequenzumrichter (30) verbunden, der außerdem an das Drehstromnetz (41) angeschlossen ist. Der Frequenzumrichter (30) besteht aus einem mit IGBT gesteuerten Netzstromrichter (31), einem Gleichspannungszwischenkreis mit Kondensator (32) und einem mit IGBT gesteuerten Maschinenstromrichter (33). Dieser Frequenzumrichter erlaubt den Betrieb der Kaskade als Motor wie auch als Generator, sowohl über als auch unter der natürlichen Drehzahl. Außerdem läßt sich die Netzblindleistung über den Strom der Ständerwicklung (13) als auch über den Strom des Maschinenstromrichters (31) einstellen.
Literatur
[1] Kratky, H. Der bürstenlose Kaskadenmotor als Regelantrieb für Sonderanwendungsgebiete
Elin Zeitschrift (1979), Heft 4

Claims (23)

1. Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade, bestehend aus zwei Asynchronmaschinen (1) und (2), deren Läufer (12) und (22) mechanisch fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferwicklung (14) der Asynchronmaschine (1) und die Läuferwicklung (24) der Asynchronmaschine (2) über mitrotierende Leitungen (40) elektrisch fest verbunden sind und die Ständerwicklung (13) der Asynchronmaschine (1) über Kontakte (42) direkt an das Drehstromnetz (41) angeschlossen werden kann und die Ständerwicklung (23) der Asynchronmaschine (2) mit einem speziellen Frequenzumrichter (30) verbunden ist, wobei der Frequenzumrichter (30) so aufgebaut ist, dass er Leistungsfluss in beide Richtungen und das sowohl über als auch unter der natürlichen Drehzahl erlaubt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter als Spannungszwischenkreisumrichter ausgeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter als Stromzwischenkreisumrichter ausgeführt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter als Direktumrichter ausgeführt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter als Mittelspannungsumrichter mit Strom- oder Spannungszwischenkreis ausgeführt ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (30) direkt an das Drehstromnetz (41) angeschlossen ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (30) an ein zweites Drehstromnetz angeschlossen ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (30) über einen Transformator an das Drehstromnetz (41) oder ein zweites Drehstromnetz angeschlossen ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (13), (14), (23), (24) als Niederspannungswicklungen ausgeführt sind.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Wicklungen (13), (14), (23), (24) als Mittelspannungswicklungen ausgeführt sind.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Wicklungen (13), (14), (23), (24) dreisträngig ausgeführt sind.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Wicklungen (13), (14), (23), (24) mit einer anderen Strangzahl als drei ausgeführt sind.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschinen (1) und (2) mit gleicher Polzahl ausgeführt sind.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschinen (1) und (2) mit ungleicher Polzahl ausgeführt sind.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferwicklung (14) die gleiche Drehfeldrichtung wie die Läuferwicklung (24) besitzt.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferwicklung (14) die entgegengesetzte Drehfeldrichtung wie die Läuferwicklung (24) besitzt.
17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer (12) und (22) zu einer Einheit zusammengefasst werden.
18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer (12) und (22) eine gemeinsame Wicklung besitzen.
19. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer (12) und (22) einen gemeinsamen Käfig besitzen.
20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer (12) und (22) zwei getrennte mechanische Wellen (17) und (27) besitzen.
21. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer (12) und (22) eine gemeinsame mechanische Welle besitzen.
22. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschinen (1) und (2) zwei getrennte Gehäuse besitzen.
23. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Asynchronmaschinen (1) und (2) ein gemeinsames Gehäuse besitzen.
DE2001141486 2001-08-24 2001-08-24 Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich Withdrawn DE10141486A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10259068A1 (de) * 2002-12-17 2004-07-15 Siemens Ag Schleifringlose doppeltgespeiste Asynchronmaschine
CN103762805A (zh) * 2014-01-21 2014-04-30 杭州电子科技大学 一种低振动转矩的罩极式单相交流异步电动机
ITUB20152844A1 (it) * 2015-07-23 2017-01-23 Davio Giovanni Piccinin Sistema di eccitazione senza spazzole della macchina sincrona mediante motore asincrono
CN109861480A (zh) * 2018-12-20 2019-06-07 珠海格力电器股份有限公司 单相电机降噪方法、装置、系统及家电设备

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