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Synchroner Frequenzumformer Es ist bereits ein synchroner Frequenzumformer
zur Umwandlung von niederer in höhere Frequenz bekannt, dessen Ständer zwei getrennte
normale Wechselstromwicklungen verschiedener Polzahl enthält und dessen unbewickelter
Läufer Polansätze aufweist, die als Gleichpole wirken und deren Anzahl um mindestens
eine weniger als die Hälfte der Wechselpolzahl .der sekundären Ständerwicklung beträgt.
Durch einen derartigen Frequenzumformer wird für den Antrieb von Schnellfrequenzwerkzeugen
mit den heute gebräuchlichsten Frequenzen von 200, 300, 400 Hz eine synchrone Frequenzumformung
mit einfachsten Mitteln unter Verwendung normaler primärer und sekundärer Ständerwicklungen
erzielt. Bei höheren Frequenzen von einigen tausend Hz wäre man nun gezwungen, eine
ganze Reihe von Gleichpolen wegzulassen, um einen genügend großen Unterschied zwischen
dem magnetischen Längs- und Querwiderstand des Polrades zu erzielen, der für einen
sicheren Lauf im Synchronismus erforderlich ist. Hierdurch würde die Ausnutzung
des Umformers wesentlich herabgesetzt und der Spannungsabfall durch Vergrößerung
der Streuung bei Last stark erhöht.
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Bei diesem bekannten Frequenzumformer ist ein besonderer Antriebsmotor
nicht erforderlich, weil das Reaktionsdrehmoment genügend groß ist, um den Synchronismus
zwischen dem Ständ,erdrehfeld und dem Läufer aufrechtzuerhalten. Für hochpolige
Ausführungen des Frequ.enzumformers, bei denen der Unterschied zwischen den magnetischen
Widerständen in beiden Achsrichtungen zu gering ist, um den Läufer im synchronen
Lauf zu .erhalten, ist der bekannte Frequ.emzumformer jedoch nicht gegeignet.
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Der geschilderte Nachteil wird durch die Erfindung bei einem synchronen
Frequenzumformer in hochpoliger Ausführung für einen Frequenzbereich von etwa 1000
Hz und darüber dadurch behoben, daß er durch einen auf derselben Achse sitzenden
oder angekuppelten Synchronmotor angetrieben ist. Diese Ausgestaltung des Frequenzumformers
ermöglicht eine gute Ausnutzung des aktiven Materials und ergibt einen nur geringen
Spannungsabfall. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Antriebsmotor ein
Synchronmotor mit Gleichstromerregung vorgesehen, was insbesondere für größere Einheiten
zweckmäßig ist. Der Anlauf des Aggregats wird vorteilhaft durch eine Käfigwicklung
erzielt, die in den Nuten des Freluenzumformers liegt. Das Intrittfallen in Synchrolismus
kann durch eine zusätzliche Dämpferwicklung n den Polschuhen des Antriebsmotors
erleichtert wer-1en. Durch Übererregung des Antriebsmotors kann (er Blindstrombedarf
des Aggregats völlig kompeniert werden. Der Antriebsmotor fällt sehr klein aus,
da er mechanisch nur die Leerlaufverluste des Aggregats zu decken hat.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sitzt der Antriebsmotor
auf der Welle des Umformers innerhalb eines gemeinsamen Ständers. Das Polrad des
Antriebsmotors ist dann in der Weise angeordnet, daß der Läufer des Umformers und
das Polrad nebeneinander auf der Welle sitzen. Dabei erstreckt sich die Primärwicklung
über die ganze Ständerbreite, während die Sekundärwicklung nur in einem Teil des
Ständereisens liegt. Hierdurch wird die Möglichkeit einer zusätzlichen Regelung
der Sekundärspannung vermittelt.
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Die Erfindung ist in der Beschreibung an Hand der Zeichnung für die
Umwandlung von 50 Hz Drehstrom auf 1500 Hz Einphasenstrom erläutert.
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Bei der schematisch dargestellten Ausbildung des Umformers nach Abb.
1 weist der Ständer 1 sechzig Nuten 2 auf, die in der Zeichnung nur schematisch
angedeutet sind. In den Nuten 2 liegen gemeinsam die nicht dargestellte dreiphasige
zweipolige Primärwicklung und an der Nutenöffnung die einphasige 60polige, schematisch
dargestellte Sekundärwicklung 3. Der Läufer 4 besitzt insgesamt 29 Gleichpole 5,
und zwar 14 auf der einen Polhälfte und 15 auf der anderen. Wird das Polrad zweipolig
induziert, so bilden sich beispielsweise 14 Nord- und 15 Südpole. Zwischen diesen
Polgruppen bleiben zwei Lücken 6, die etwa die doppelte Breite der übrigen Lücken
zwischen den einzelnen Polen besitzen.
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Die einzelnen Spulen der Sekundärwicklung 3 werden alle in gleicher
Richtung induziert, so daß ihre Spannungen sich addieren. Es ist aus der Abbildung
ohne weiteres ersichtlich, daß der Unterschied zwischen den magnetischen Widerständen
in beiden Achsrichtungen zu gering ist, um ein Synchronisieren zu ermöglichen oder
den Läufer im synchronen Lauf zu erhalten. Es muß daher ein besonderer Antrieb durch
einen starr gekuppelten oder auf gleicher Achse sit-:enden Synchronmotor erfolgen.
In
Abb. 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der das Polrad 7 des Motors .auf der
Umformerwelle 8 innerhalb eines gemeinsamen Ständers sitzt. Der Ständer des Umformers
besteht aus zwei axial getrennten Teilen 1, 9 mit- der gleichen Nutung. Die zweipolige
Primärwicklung 10 liegt am Nutgrund und erstreckt sich über beide Teile des Ständers.
Die Sekundärwicklung 3 ist dagegen an der Nutöffnung nur in dem Teil t des Ständers
angeordnet. Das auf der Welle sitzende Blechpaket 4 mit den Polansätzen 5 ist zweckmäßig
mit einer Käfig-,,vicklung 11 versehen, die für den Anlauf dient. Daneben sitzt
das Pölrad 7 des Antriebsteils mit der Feldwicklung 12. Es wird lediglich von der
zweipoligen Wicklung 10 des Ständers 1, 9 induziert. Der Anlauf und das Intrittfallen
können durch eine Dämpferwicklung in den Polschuhen unterstützt werden. Durch Änderung
der Erregung ist es möglich, sowohl den induktiven Spannungsabfall zu kompensieren
als auch die Sekundärspannung in gewissem Umfang zu regeln.
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Gegenüber einem normalen, aus Motor und Generator bestehenden synchronen
Umformeraggregat der Klauentype besitzt der Umformer nach der Erfindung zunächst
einmal den Vorteil, daß die Ausnutzung des Materials eine wesentlich günstigere
ist, da nur ein Ständer und eine Sekundärwicklung vorhanden sind. Darüber hinaus
kann der Läufer aus Blech gestanzt werden. Die durch die Nutöffnungen verursachten
Pulsationsverluste werden daher erheblich niedriger. Schließlich ist der Gesamtwirkungsgrad
höher, weil die Frequenzumsetzung direkt transformatorisch erfolgt und nicht auf
dem Umweg über eine mechanische Leistung.