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Schutzeinrichtung für ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der
Drehzahl von Asynchronmotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung
für ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl von Asynchronmotoren
mit Schleifringläufern, bei dem die Läuferspannung gleichgerichtet wird und ein
intermittierendes Zu- und Abschalten eines Energieverbrauchers oder Energieumwandlers
durch elektronische Schaltelemente erfolgt.
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Es ist bereits bekannt, parallel zu elektronischen Schaltelementen
einen überspannungsableiter dann anzuwenden, wenn diese elektronischen Schaltelemente
durch im Betrieb auftretende Überspannung gefährdet sein können.
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Es ist weiterhin bekannt, daß sich die Drehzahl eines Asynchronmotors
durch Widerstände im Läuferkreis beeinflussen läßt. Dabei hängt jedoch die sich
einstellende Drehzahl in starkem Maße von dem jeweiligen Drehmoment an der Motorwelle
ab. Um bei gegebenen äußeren Drehmomentverhältnissen bestimmte Drehzahlen zu erhalten,
hat man daher bislang in den Rotorkreis Widerstände geschaltet, die durch Schütze
in Stufen gesteuert wurden oder auch als Wasserwiderstände ausgeführt worden sind.
Es ist auch schon der aus der Rotorwicklung kommende Strom zunächst gleichgerichtet
und dann in einen Widerstand geführt worden, wobei ihm eine von einer weiteren Spannungsquelle
erzeugte Spannung entgegengeschaltet wurde. Der Betrag des Widerstandes sollte im
wesentlichen unverändert bleiben.
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Es wurde weiterhin bereits ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung
der Drehzahl von Asynchronmotoren mit Schleifringläufern vorgeschlagen, bei dem
die Läuferspannung gleichgerichtet wird und auf einen Widerstand arbeitet, dessen
Ohmwert fest ist. Es wurde dabei die Größe des Gleichstroms im Läuferkreis durch
intermittierendes Kurzschließen oder Abschalten des Widerstandes mit elektronischen
Schaltelementen gesteuert oder geregelt. Durch das vorgeschlagene Verfahren läßt
es sich erreichen, daß der wirksame Widerstand im Läuferkreis in weiten Grenzen
schnell veränderbar ist, ohne daß sein Betrag durch Schalter oder durch Gleitkontakte
verändert wird.
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Weiterhin vorgeschlagen wurde darüber hinaus eine Anordnung, in welcher
der Belastungswiderstand des vorgenannten Verfahrens durch eine Reihenschaltung
eines Widerstandes mit einem Kondensator ersetzt worden ist. Durch Zwischenschaltung
des Kondensators war eine Erweiterung des wirksamen Belastungswiderstandes möglich.
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Letztlich wurde es auch bereits vorgeschlagen, daß die gleichgerichtete
Spannung des Läuferkreises von Asynchronmaschinen mit Schleifringläufern nicht auf
einen Verbraucher arbeitet, sondern daß dieselbe in Zusammenarbeit mit einer ebenfalls
bereits vorgeschlagenen Tastschaltung einen Energieumwandler, z. B. einen Wechselrichter,
speist. Die Energie des letzteren kann dann auf das den Asynchronmotor speisende
Dreiphasennetz zurückgeleitet werden.
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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für ein Verfahren zur
Steuerung oder Regelung der Drehzahl von Asynchronmotoren mit Schleifringläufern,
bei dem die Läuferspannung gleichgerichtet wird und ein intermittierendes Zu- und
Abschalten eines Energieverbrauchers oder Energieumwandlers durch elektronische
Schaltelemente erfolgt. Erfindungsgemäß ist parallel zu den elektronischen Schaltelementen
als überspannungsableiter ein steuerbares Halbleiterelement vorgesehen, dessen Zündspannung
mit Hilfe eines Spannungsteilers bestimmt wird, und in Reihe mit dem steuerbaren
Halbleiterelement ein Strombegrenzungswiderstand geschaltet.
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An Hand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 Beispiele bereits vorgeschlagener
Verfahren bzw. Anordnungen, während in F i g. 3 der Erfindungsgegenstand verdeutlicht
wird. In F i g. 1 ist eine Schaltung zur Durchführung des bereits erwähnten Verfahrens
zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl von Asynchronmotoren mit Schleifringläufern
dargestellt. Hierbei arbeitet eine gleichgerichtete Läuferspannung auf einen Widerstand.
U ist eine aus der Rotorspannung mit Hilfe eines Gleichrichters erzeugte Gleichspannung.
Solange die gesteuerten Halbleiterdioden D1 und Dz gesperrt sind, fließt der Gleichstrom
I durch den Widerstand R. Es gilt I = i,. Wird die Halbleiterdiode D,
gezündet,
so ist der Widerstand R praktisch kurzgeschlossen, und es stellt sich ein sehr viel
größerer Strom 1 ein, der im wesentlichen nur durch den Widerstand r der Läuferwicklung
begrenzt ist. Infolge des größeren Läuferstroms stellt sich bei gegebenem Drehmoment
eine andere Drehzahl des Motors ein. Wird d;e Di;pde Dl wieder gelöscht, so geht
der Strom 1 auf den kleineren Wert zurück. Erfolgt das öffnen und Schließen der
Diode Dl intermittierend mit genügend hoher Frequenz, so stellt sich ein Strom I
ein, welcher zwischen den beiden obengenannten Extremwerten liegt, und zwar beträgt
der wirksame Widerstand
wobei T.. und T1 die Stromflußdauern im Widerstand I2 bzw. in der Halbleiterdiöde
Dl bedeuten. Infolge der Wirkung einer Drossel L kann dabei der Strom 1 zeitlich
praktisch konstant sein, d. h., er enthält nur wenig Oberwellen. Der Strom in der
Läuferwicklung hat infolgedessen die von der Theorie der Gleichrichter bekannte
Blockform, die sich mit zunehmender Phasenzahl des Gleichrichters der Sinusform
annähert. In F i g. 1 ist angedeutet, wie in bekannter Weise mit Hilfe eines Löschkondensators
C, der gesteuerten Löschdiode p$ und der Diode De mit Umladedrossel L' die Hauptdiode
D intermittierend durch Impulse auf das Gitter der Diode Dz gelöscht werden kann.
Es läßt sich in der Schaltung der F i g. 1 de wirksame Widerstand R+ im Bereich
O bis R variieren. Dabei kann R beispielsweise das 5- bis 10fache des Läuferwiderstandes
r sein, so daß nach der Theorie der Asynchranmotoren bereits ein großer G6sehwindigkeits-
und Drehmomentbereich beherrscht wird.
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Die F i g. 2 veranschaulicht eine Anordnung, bei der parallel au elektronischen
Schaltelementen eine Reihenschaltung, bestehend aus Kondensator und Widiprstaad,
vorgesehen ist. Aus einem Dreiphasennetz R, S, 7 wird ein Asynchronmotor
As gespeist. Seine Läuferströme richtet ein Gleichrichter G gleich. Zwischen
den Ausgangsklemmen dieses Gleichrichters herrscht dann die Gleichspannung U. Mit
L ist eine Induktivität bezeichnet. In Reihe mit dem Widerstand R Ist ein Kondensator
CL geschaltet. Der Strom über die Reihenschaltung dieser beiden Elemente
wird durch das steuerbare Halbleiterelement TR gesteuert. An dem Kondensator
CL stellt sich selbsttätig eine Gegenspannung ein,' die den wirksamen Wert
der Widerstandsgröße des mit einem festen Ohmwert versehenen Widerstandes in der
dargestellten Tastschaitung erweitert.
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In der F i g. 9 ist der Erfindungsgegenstand im Zusammenhang mit einer
Anordnung dargestellt, bei welcher die gleichgerichtete Läuferspannung eines Asynchronmotors
in Zusammenarbeit mit einer Fastschaltung nicht auf einen Widerstand oder eine Widerstandskombination,
sondern auf einen Energieumwandler, beispielsweise einen Wechselrichter, arbeitet.
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Ein Dmiphaseanetz R, S, T speist einen Asynchronnzotar
As mit einem Schleifringläufer. Dessen Spannungen werdsa in dem GIoichrichter
G gleichgerichtet und arbeiten irrt Zusammenhang mit einer Tastscg auf einer Wechselrichter
W. Der Wsshsehiahter gibt seine Energie an das Dreiphasen.-netz R, ä, T zurück.
Bei dieser Anordnung sind in bekannter Weise zwischen den Strängen der Wechselrichterausgangsphasen
Glättungskondensatoren geschaltet. In der vorstehend beschriebenen Anordnung dient
als elektronisches Schaltelement ein steuerbares Halbleiterelement Dl.
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Tritt nun an dem Wechselrichter W ein Netzausfall oder ein Fehlimpuls
auf, dann treibt die Drossel L in der Testschaltung die Spannung an dem steuerbaren
Halbleiterelement Dl in die Höhe und zündet diese über Durchbruch. Eine Zerstörung
der Zelle ist die Folge. Um diese Möglichkeit der Zellenzerstörung auszuschließen,
wird eine weitere Triode D3 als steuerbarer überspannungsableiter zu dem gefährdeten
Halbleiterelement parallel geschaltet. Dabei wird das Gatter über einen Spannungsteiler
ST an die Anodenspannung gelegt. Je nach dem Verhältnis des Spannungsteilers
und der Zündspannung ergibt sich der Zündpunkt des überspannungsableiters. Für eine
feinere Einstufung des Zündpunktes ließe sich in nicht dargestellter Weise eine
Stabilisierung durch eine Zenerdiode oder einen Spannungstrigger mit angeschlossenem
Zündverstärker vorsehen.
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Bei der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ist ein Widerstand Rb
mit der Sicherungstriode in Reihe geschaltet, - um beim Zünden der Sicherungstriode
den Strom zu begrenzen.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung besteht darin,
daß bei einer angepaßten.Einstellung des Zündpunktes der Wechselrichter im Betrieb
ab- und zugeschaltet werden kann, ohne: daß das Halbleiterelement Dl gefährdet wird.
Der Testschalter tastet dann auf den Vorwiderstand der Sicherungstriode. Das bedeutet
für Pulskaskaden einen geregelten Weiterlauf der Asynchronmaschinen, wenn der Wechselrichter
ausfällt.
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Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung, nämlich die
Parallelschaltung eines Überspannungsableiters zu einem elektronischen Schaltelement,
bietet auch bei einer Anordnung entsprechend der F i g. 2 Vorteile. Wird nämlich
infolge einer sehr hohen Testfrequenz dem Kondensator nicht mehr die Möglichkeit
gegeben, sich über das parallele elektronische Schaltelement während der Zeit zu
entladen, da letzteres stromdurchlässig ist, dann besteht ebenfalls die Gefahr des
Übersteigens der Durchbruchsspannung für das elektronische Schaltelement und in
dieser Folge seine Zerstörung. Ein zu dem elektronischen Schaltelement parallel
geschalteter überspannungsableiter gemäß der Erfindung würde eine Entladung des
Kondensators selbst dann möglich machen, wenn das elektronische Schaltelement gesperrt
ist.