DE10324665A1

DE10324665A1 - Vorrichtung und Verfahren zum geräuschreduzierten Ansteuern elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE10324665A1
Application number: DE2003124665
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Möhle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Die Körper- oder Luftschallemission einer elektrischen Maschine (1) soll reduziert werden. Hierzu wird ein Umrichter (2) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (1) dafür eingesetzt, ein zusätzliches Stromsignal derart zu erzeugen und die elektrische Maschine (1) damit anzusteuern, dass eine oder mehrere vorbestimmte Schwingungen, die sich bei der üblichen Ansteuerung der elektrischen Maschine (1) ergeben, reduziert oder kompensiert werden. Die Schwingungen können durch einen Sensor (9) erfasst und das Sensorsignal für eine entsprechende Regelung verwendet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine mit einer Wechselstromeinrichtung zum Erzeugen oder Weiterleiten eines Wechselstroms vorgebbarer Signalform für die elektrische Maschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Maschine.
Elektrische Maschinen werden vielfach in Umgebungen eingesetzt, in denen bestimmte Geräuschanforderungen gestellt werden. So dürfen beispielsweise durch die elektrische Maschine vorbestimmte Schallpegel nicht überschritten werden. Die elektrischen Maschinen werden daher mechanisch derart konzipiert, dass die Forderungen an die Schallemission erfüllt werden. Diese konstruktiven oder Zusatzmaßnahmen, z.B. Anpassung der Nutzahl und -gestalt, sind in der Regel sehr aufwändig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den Anforderungen an die Schallemission beim Lauf von elektrischen Maschinen auf vereinfachte Weise zu genügen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine mit einer Wechselstromeinrichtung zum Erzeugen oder Weiterleiten eines Wechselstroms vorgebbarer Signalform für die elektrische Maschine, wobei mit der Wechselstromeinrichtung für die elektrische Maschine mindestens ein zusätzliches Stromsignal derart erzeugbar ist, dass eine oder mehrere vorbestimmte Schwingungen der elektrischen Maschine, die sich aus der Ansteuerung mit dem Wechselstrom vorgebbarer Stromsignalform direkt und/oder indirekt ergeben, reduziert oder kompensiert werden.

Ferner wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Maschine durch Erzeugen oder Weiterleiten eines Wechselstroms vorgebbarer Signalform für die elektrische Maschine, durch Erzeugen mindestens eines zusätzlichen Stromsignals für die elektrische Maschine derart, dass eine oder mehrere vorbestimmte Schwingungen der elektrischen Maschine, die sich aus dem Ansteuern mit der vorgebbaren Stromsignalform ergeben, reduziert oder kompensiert werden.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch magnetische Radialkräfte im Luftspalt der elektrischen Maschine eine oder mehrere ihrer Komponenten, z.B. ein Blechpaket, zu Schwingungen angeregt werden. Dabei können beispielsweise aufgrund der Nutung des Läufers oder des Ständers signifikante Einzelanregungen zu mechanischen Schwingungen auftreten, die zu einer Überschreitung von zulässigen Körper- oder Luftschallgrenzpegeln führen. Daher werden gegebenenfalls zusätzlich zu mechanischen Maßnahmen, wie beispielsweise die Anpassung der Nutzahl und der Nutgestalt, zur Vermeidung von Schwingungen der Maschinenkomponenten spezifische Kompensationsströme zusätzlich in die elektrische Maschine eingeprägt.

Die unterschiedlichen Komponenten der elektrischen Maschine zeigen spezifische Schwingungsneigungen. Die Schwingungen werden ferner unterschiedlich als Schall nach außen transportiert. Dementsprechend können mit zusätzlichen gezielten Stromsignalen die Schwingungen konkreter einzelner Komponenten, wie beispielsweise der Blechpakete, ausgeschaltet beziehungsweise reduziert werden.

Vorzugsweise werden mit der Wechselstromeinrichtung zusätzliche Stromsignale erzeugt, die Stromoberschwingungen bezogen auf die Grundschwingung der elektrischen Maschine darstellen. Durch das Einspeisen derartiger harmonischer Komponenten der Anregung mit Grundfrequenz können beispielsweise Schwingungen kompensiert werden, die sich durch die Nutteilung ergeben.

Die mechanischen Schwingungen können mit einer Sensoreinrichtung automatisch erfasst werden, so dass entsprechende kompensierende zusätzliche Stromsignale entsprechend automatisch erzeugt werden können. Insbesondere sollten die Geschwindigkeit und die Phase der Schwingungen automatisch erfasst werden können. Damit lassen die auftretenden Schwingungen gezielt durch Einprägen von Kompensationsströmen entsprechender Amplitude und entgegengesetzter Phase dämpfen.

Besonders vorteilhaft ist, wenn eine Regeleinrichtung zum Kompensieren der erfassten Schwingungen eingesetzt wird. Hierdurch kann beispielsweise drehzahlabhängig die Kompensation von Schwingungen geregelt werden.

Eine entsprechend den oben genannten Maßnahmen angesteuerte elektrische Maschine besitzt eine verbesserte Schallemissionscharakteristik und damit breitere Einsatzbereiche.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 eine Prinzipskizze des Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine; und
2 ein Schwingungsspektrum einer elektrischen Maschine mit zu kompensierenden Frequenzanteilen.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Die in 1 skizzierte elektrische Maschine 1 wird von einer Ansteuerschaltung beziehungsweise einem Umrichter 2 angesteuert. Die Ansteuerschaltung 2 besitzt hierfür einen entsprechenden Stromversorgungseingang 3 und einen Ansteuerausgang 4. An den Ansteuerausgang 4 ist der Ständer 5 angeschlossen. Radial innerhalb des Ständers 5 befindet sich unter Bildung eines Luftspalts 6 der Läufer 7, der seinerseits auf eine Welle 8 montiert ist.
Durch die Ansteuerung mit Hilfe der Ansteuervorrichtung 2 zur Erzeugung des Nutzmoments der elektrischen Maschine 1 entstehen im Luftspalt 6 magnetische Radialkräfte. Diese Radialkräfte regen das Blechpaket des Ständers 5 und/oder des Läufers 7 zu Schwingungen an. Mit Hilfe eines Sensors 9 werden diese Schwingungen erfasst und über einen Signaleingang 10 der Ansteuervorrichtung 2 zur Verfügung gestellt. Dort wird das Sensorsignal analysiert, so dass mit Hilfe des Analyseergebnisses ein zusätzliches Stromsignal beziehungsweise Kompensationssignal erzeugt werden kann, das eine oder mehrere der detektierten Schwingungen kompensiert.
In 2 ist ein typisches Schwingungsspektrum einer elektrischen Maschine, das mit einer Sensoreinrichtung 9 aufgenommen wurde, wiedergegeben. Die Form des Spektrums hängt selbstverständlich von der Position des Sensors 9 ab, weshalb die Sensorposition geeignet gewählt werden muss, um ein Maß für die erzeugten Schwingungen gewinnen zu können.
Das beispielhafte Spektrum von 2 zeigt zwei signifikante Einzeltöne 11 bei 300 und 530 Hz, die durch Stromoberschwingungen gezielt kompensiert werden können. Es bleibt unbenommen, auch weitere Schwingungen zu kompensieren. Die Frequenz der zu kompensierenden Schwingungen können vorab ermittelt werden. Die Detektion der zu kompensierenden Schwingungen kann aber auch automatisch beispielsweise durch Schwellwertanalyse kontinuierlich oder in diskreten Zeitabständen durchgeführt werden.
In einem Regelkreis, der in die Ansteuervorrichtung 2 integriert ist, wird das Sensorsignal des Sensors 9 als Regelgröße verwendet, um den Stator mit einer oder mehreren zusätzlichen Frequenzen anzusteuern, mit denen die gewünschten Schwingungen reduziert werden. Der Umrichter beziehungsweise die An steuervorrichtung 2 sorgt damit für eine geeignete Absenkung bestimmter Schwingungspegel, so dass die Schallemission der elektrischen Maschine 1 in gewünschter Weise reduziert wird.

Claims

Vorrichtung (2) zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (1) mit – einer Wechselstromeinrichtung zum Erzeugen oder Weiterleiten eines Wechselstroms vorgebbarer Signalform für die elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass – mit der Wechselstromeinrichtung für die elektrische Maschine (1) mindestens ein zusätzliches Stromsignal derart erzeugbar ist, dass eine oder mehrere vorbestimmte Schwingungen (11) der elektrischen Maschine (1), die sich aus der Ansteuerung mit dem Wechselstrom vorgebbarer Stromsignalform direkt und/oder indirekt ergeben, reduziert oder kompensiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schwingungen ein Blechpaket der elektrischen Maschine (1) betreffen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit der Wechselstromeinrichtung als zusätzliches Signal Wechselstromoberschwingungen vorgebbarer Signalform, die kompensierend wirken, erzeugbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Sensoreinrichtung (9) zum automatischen Erfassen von Schwingungen aufweist, so dass das zusätzliche Stromsignal entsprechend erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Geschwindigkeit und Phase der Schwingung(en) automatisch erfassbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, die eine Regeleinrichtung zum Kompensieren der erfassten Schwingung en) aufweist.
Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (1) durch – Erzeugen oder Weiterleiten eines Wechselstroms vorgebbarer Signalform für die elektrische Maschine (1), gekennzeichnet durch – Erzeugen mindestens eines zusätzlichen Stromsignals für die elektrische Maschine (1) derart, dass eine oder mehrere vorbestimmte Schwingungen (11) der elektrischen Maschine, die sich aus dem Ansteuern mit der vorgebbaren Stromsignalform ergeben, reduziert oder kompensiert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schwingungen von einem Blechpaket der elektrischen Maschine (1) ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei als zusätzliches Signal Oberschwingungen bezogen auf den Wechselstrom vorgegebener Signalform zur Kompensation erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Schwingungen der elektrischen Maschine (1) automatisch erfasst werden, so dass das zusätzliche Stromsignal entsprechend kompensierend erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Geschwindigkeit und Phase der mindestens einen Schwingung automatisch erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erfasste mindestens eine Schwingung durch eine Regelung kompensiert wird.