DE10141486A1 - Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich - Google Patents
Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und LeistungsbereichInfo
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- 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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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.
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.
[1] Kratky, H. Der bürstenlose Kaskadenmotor als Regelantrieb für
Sonderanwendungsgebiete
Elin Zeitschrift (1979), Heft 4
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001141486 DE10141486A1 (de) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001141486 DE10141486A1 (de) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10141486A1 true DE10141486A1 (de) | 2002-02-28 |
Family
ID=7696462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001141486 Withdrawn DE10141486A1 (de) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | Anordnung für eine bürstenlose Asynchronmaschinenkaskade mit uneingeschränktem Drehzahl- und Leistungsbereich |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10141486A1 (de) |
Cited By (4)
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 |
-
2001
- 2001-08-24 DE DE2001141486 patent/DE10141486A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
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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