DE1413996C - Elektromotorisches Antriebssystem mit mehreren mechanisch gekuppelten Schleifringläufermotoren - Google Patents

Description

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destens einen dieser Motoren mit einer stetigen Netzfrequenz /, d. h., bei Stillstand ist die Belastung elektronischen Stelleinrichtung versehen, welche das des Läufers von AT, ohmisch, der Motor Af, entDrehmoment, zumindest über einen bestimmten wickelt also bei Stillstand ein großes negatives Teilbereich, stetig zu verstellen gestattet. Eine solche Drehmoment. Überlagert man das negative Drehelektronisch arbeitende Stelleinrichtung kann bei- 5 moment, das in F i g. 2 durch den Kurvenzug M_Js spielsweise dadurch verwirklicht werden, daß man angedeutet ist, dem positiven Drehmomentbereich im Rotor des Asynchronmotors einen Gleichrichter des Motors Af₁, so erhält man den Regelbereich der anordnet, der über eine Drossel auf einen Festwider- F i g. 3, der in der Umgebung des Nullpunktes die stand arbeitet, wobei parallel zu dem Festwiderstand vier Quadranten umschließt. Mit einer derartigen ein steuerbares Halbleiterelement angeordnet ist, das io Anordnung kann beispielsweise der leere Haken während mehr oder weniger großer Zeitabschnitte eines Kranes allein durch elektronische Einstellung den Festwiderstand kurzschließt und daher prak- des Widerstandswertes von R in stetiger Weise auf tisch den Festwiderstand in seiner Wirkung auf den und ab bewegt werden, ohne daß dazu das bislang Motor stetig verstellbar macht. angewendete Reversieren durch Vertauschen der

Diese einfache Anordnung erfaßt jedoch nur einen 15 Statorphasen notwendig wäre.

bestimmten Einstellbereich, der durch stufenförmige Durch entsprechende Ausbildung des Rotorkreises

Umschaltungen im Ständerkreis, z. B. Sterndreieck- von M., lassen sich auch andere Drehmomentverläufe umschaltung, erweitert werden kann, und zwar wer- als Mj₂ in Fig. 2 erzielen, beispielsweise ein Verden die Stufen und der stetige Einstellbereich derart lauf, wie er in F i g. 4 dargestellt ist. In diesem Fall gewählt, daß — je nach dem Anwendungsgebiet — 20 ergibt sich im ganzen Bereich positiver Drehzahlen η die Stufenschalter möglichst selten betätigt zu werden ohne Betätigung der Stufenschalter ein großes posibrauchen. tives und immerhin noch ein beträchtliches negatives

An Hand einer Zeichnung werden schematische Drehmoment. Man kann im Rotor von Af., auch Ausführungsbeispiele der Erfindung im folgenden Parallekesonanz anwenden oder auch in bekannter näher beschrieben. Es zeigen 35 Weise eine Parallelschaltung von ohmschen und·

Fig. 1 und 5 elektromotorische Antriebssysteme induktiven Widerständen. Man kann durch nicht mit zwei mechanisch gekuppelten, gegeneinander gezeichnete Schalteinrichtungen auch die Widerarbeitenden Schleifringläufermotoren, stände im Rotorkreis von Ai₂ und den Widerstand R

F i g. 2, 3, 4 und 6 das Betriebsverhalten der An- im Rotorkreis von Af₁ stufenweise umschaltbar triebssysteme gemäß den F i g. 1 und 5 an Hand von 30 machen, die Stufen dabei aber so wählen, daß nur Drehzahl-Drehmoment-Diagrammen. selten Stufenumschaltungen erforderlich sind, daß

M₁ und M₂ sind in Fig. 1 zwei Asynchron- also im wesentlichen die Einstellungen durch den motoren, die auf einer gemeinsamen Welle 1 arbei- Regler Re über das steuerbare Halbleiterelement 3 ten, wobei diese Welle eine Arbeitsmaschine A an- erfolgen.

treibt. Die Asynchronmotoren M₁ und M₂ werden 35 Die Schaltwerke S₁ und S₂ können beispielsweise über Schalteinrichtungen S₁ und S₂ aus dem Dreh- eine Sterndreieckumschalturlg enthalten, Phasenstromnetz RST der Frequenz / gespeist. Der Läufer vertauschungen vornehmen, sofern die Motoren auch des Asynchronmotors M₁ arbeitet auf einen Gleich- einmal gleichsinnig betrieben werden sollen, oder richter 2, auf eine Drossel Dr und einen Festwider- auch Schaltstellungen zur Einführung einer Gleichstand R. Parallel zum Festwiderstand R liegt ein 40 Strombremsung. Die Aufteilung der gesamten Motorsteuerbares Halbleiterelement 3, welches vom Reg- leistung auf beispielsweise zwei getrennte Motoren ler Re sowohl in den leitenden als auch in den sper- bringt zwar einen etwas erhöhten Preis- und Platzrenden Zustand versetzt werden kann; letzteres bei- aufwand mit sich, sie liefert aber auf der anderen spielsweise durch Kondensatorstromstöße negativer Seite nach der Erfindung vielfältige Möglichkeiten Polarität. 45 zur Entlastung der heute im Rotor und auch im

In F i g. 2 ist im Drehzahl-Drehmoment-Diagramm Stator von Asynchronmotoren üblichen Stufenschaldurch die Schraffur dargestellt, welche Bereiche mit ter. Dadurch wird die Lebensdauer dieser Schalter dieser einfachen elektronischen Einstellanordnung auf ein Vielfaches erhöht; außerdem kann die Anbei Betrieb nur des Motors M₁ beherrscht werden. Ordnung je nach dem Anwendungsbereich so ein-Dabei ist zur Erzielung der negativen schraffierten 50 gerichtet werden, daß gerade in dem Bereich, in dem Fläche eine Umkehrung des Drehfeldes, also eine Stufenschalter sehr oft schalten müßten, die elektroentsprechende Betätigung des Schaltwerkes S₂, er- nische Stelleinrichtung wirksam wird, das noch den forderlich. In manchen Anwendungsfällen ist es er- Vorteil hat, daß letztere stetig und nicht in Stufen wünscht, ohne Stufenschaltungen oder Reversieren arbeitet.

des Drehfeldes die vier Quadranten in der Um- 55 Die Aufteilung der Leistung auf zwei Motoren gebung des Nullpunktes zu beherrschen. Nach der wird im allgemeinen ausreichend sein. Dabei kann Erfindung wird dies dadurch möglich, daß der zweite man das Verhältnis der Aufteilung je nach dem AnMotor M₂ ein negatives Drehmoment entwickelt, wendungsgebiet verschieden wählen, beispielsweise und zwar braucht er in dem genannten Fall das dem rückwärts arbeitenden Motor nur etwa 20% der negative Drehmoment nur in der Umgebung des 60 Leistung des Hauptmotors geben, so daß er im Nullpunktes im Drehzahl-Drehmoment-Diagramm wesentlichen nur die Reibungsverluste des Antriebs aufzuweisen. Ein derartiges Drehmoment kann bei- zu überwinden vermag. Man kann andererseits auch spielsweise dadurch erzielt werden, daß man den dem nicht elektronisch einstellbaren Motor den größ-Läufer des Motors M₂ mit einer in F i g. 1 gezeich- ten Teil der Leistung übertragen und den elektronisch neten Resonanzschaltung C-L-r versieht und diese 65 einstellbaren Motor nur gerade so groß machen, wie Schaltung auf Resonanz mit der Netzfrequenz / ab- er je nach den Betriebsverhältnissen zur Vermeidung stimmt. In diesem Fall ist die Läuferfrequenz des häufiger Betätigung der Stufenschalter erforderlich Motors M₂ bei Stillstand der Welle 1 gleich der ist. Unter Umständen kann man die beiden Motoren

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konstruktiv zu einer Einheit vereinigen. Die beiden Die Anordnung nach der Erfindung kann mit VorMotoren können auch verschiedene Polpaarzahlen teil auch zum Antrieb von Werkzeugmaschinen, bei haben. Beispielsweise kann der kleinere Motor mit denen die Drehrichtung häufig gewechselt werden einer höheren synchronen Drehzahl ausgeführt wer- muß, verwendet werden.

den, so daß z. B. bei Kränen der leere Haken mit 5 Wie in F i g. 1 dargestellt ist, wird man die Steuedoppelter Geschwindigkeit gehoben oder gesenkt rung des steuerbaren Halbleiterelementes 3 mit der werden kann. Natürlich kann man auch beide Moto- Betätigung der Schaltwerke S₁ und S₂ derart autoren mit einer elektronischen Stelleinrichtung ver- matisch koppeln, daß sich eine einfache Bedienung', sehen, wenn dies im gegebenen Fall eine entspre- beispielsweise lediglich die Eingabe eines Sollwertes chende Entlastung der Stufenschalter zur Folge hat. io des Drehmomentes, der Drehzahl oder der Stellung Die Funktionen der Stufenschalter können natürlich der Arbeitsmaschine, wie in Fig. 1 angedeutet, erauch durch antiparallel gesteuerte Halbleiterelemente gibt. Macht man die beiden Motoren M₁ und M₂ der oder durch elektronisch geregelte Widerstände oder F i g. 1 etwa gleich groß, so hat man unter Umständurch Transduktoren erfüllt werden. Wenn man aber den noch den Vorteil, daß man bei Ausfall eines nach der Erfindung je nach dem Anwendungszweck 15 Motors mit dem anderen Motor einen Notbetrieb die elektronischen Stellglieder für die am häufigsten aufrechterhalten kann. Man kann auch die beiden vorkommenden Regelvorgänge heranzieht, werden Motoren über verschiedene Zahnradübersetzungen die Stufenschalter derart entlastet, daß man für sie in auf die Welle 1 arbeiten lassen, was unter Umständen vielen Fällen mechanische Schalter verwenden wird. Vorteile in der Dimensionierung der Motoren oder Natürlich wird man während der Betätigung der 20 der Steuerung mit sich bringt,
mechanischen Schalter die elektronischen Stellglieder Zu einer besonders interessanten Anordnung geauf möglichst kleine Stromstärken zurückstellen, da- langt man, wenn man zwei gleich große Asynchronmit die Schaltlichtbögen an den Kontakten möglichst motoren verwendet, die beide im Läufer eine elekklein werden. Statt auf den Festwiderstand R in ironische, weiter oben erläuterte Tastschaltung auf-F i g. 1 kann man unter Umständen auch auf eine 25 weisen, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. In dieser Sammlerbatterie, auf einen spannungsabhängigen Figur entsprechen gleichartig bezeichnete Teile Widerstand oder auch einen Gleichstrommotor arbei- denen der Fig. 1. Schaltet man mit den Schaltwerten. In allen genannten Fällen würde dadurch der in ken S₁ bzw. S₂ die Drehfelder gegensinnig, so ergibt F i g. 2 schraffierte Regelbereich erweitert werden, sich der in F i g. 6 schraffiert angedeutete elektrojedoch höchstens nur bis zur Nullinie des Dreh- 30 nische Regelbereich, der symmetrisch um den Nullmomentes, punkt des Diagramms liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Patentansprüche· drehmomentes an die Betriebsverhältnisse vor genommen wird, wobei die Umkehrung der Dreh-

1. Elektromotorisches Antriebssystem mit richtung des Motors durch Vertauschen zweier mehreren mechanisch gekuppelten Schleifring- Statorphasen z. B. mit Hilfe von Schaltern oder läufermotoren, deren Drehmomente durch Wider- 5 Transduktoren erfolgt.

Standsverstellung im Läuferkreis einstellbar sind, Es ist bereits bekannt, eine Veränderung der dadurch gekennzeichnet, daß minde- " Drehzahl bzw. des Drehmomentes bei Schleifringstens einer der Motoren in bestimmten Dreh- läufermotoren durch Veränderung des Läuferstromes moment-Drehzahlbereichen ein gegenüber den herbeizuführen. So läßt man letzteren beispielsweise anderen entgegengesetztes Drehmoment ent- io über einen Gleichrichter auf einen variablen Widerwickelt und daß der Läufer mindestens eines stand arbeiten (französische Zeitschrift »Electricity«, Motors (M₁) über einen Gleichrichter (2) auf November 1951, S. 265 bis 267).
einen festen Widerstand (R) arbeitet, der peri- Auch ist bereits eine Anordnung bekanntgeworodisch durch ein parallelgeschaltetes, jederzeit den, bei der der Läuferstrom über elektronische zünd- und lösbares Halbleiterventil (3) kurz- 15 Schaltelemente (Röhren) fließt und seine stetige Verschließbar ist. änderung durch Zündzeitpunktveränderung der

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch Schaltelemente beeinflußt wird (österreichische Pagekennzeichnet, daß zusätzlich zur durch das tentschrift 204139).

Halbleiterventil (3) bewirkten stetigen Einstel- Weiterhin sind bereits Anordnungen beschrieben

lung eine Änderung des Einstellbereiches in 20 worden, die den wirksamen Widerstandswert eines

Stufen durch elektronische oder mechanische ohmschen Widerstandes in einem Strompfad dadurch

Schalter (S₁, S₂) im Ständerkreis vorgesehen ist. verändern, daß zu dem Widerstand ein steuerbares

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch elektronisches Element parallel geschaltet ist. Durch gekennzeichnet, daß die häufig vorkommenden Veränderung der Zeiten, in denen das steuerbare Einstellungen durch die stetig wirkenden Ein- 25 Element stromführend ist, im Verhältnis zu den Zeistellglieder (3), die selten vorkommenden durch ten, in denen der Strom über den Widerstand fließt, Hinzuziehung der Stufenschalter (S₁, S₂) erfolgen. läßt sich ein bestimmter Effektivwert des Stromes

4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 einstellen (M. G. Tschelikin, Elektromotorische bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Antriebe, Berlin, 1957, S. 114 bis 118).
Widerstand (R) derart bemessen ist, daß in der 30 Ferner ist es bekannt, zwei über eine gemeinsame Umgebung des Nullpunktes des Drehmoment- Welle gekuppelte Motoren mit einander entgegen-Drehzahlkennlinienfeldes alle vier Quadranten gesetzt wirkenden, stetig einstellbaren Drehmomenausschließlich durch Betätigung der stetig wir- ten zu betreiben, um stetig ohne Umschaltungen den kenden Einstellglieder erreichbar sind. Nullpunkt durchfahren zu können (deutsches Ge-

5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 35 brauchsmuster 1 796 777).

bis 4 mit zwei gleichen Motoren, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kennzeichnet, daß auch der Läufer des zweiten elektrischen Antrieb mit Asynchronmotoren zu Motors über einen Gleichrichter auf einen festen schaffen, welcher im Drehmoment und in der Dreh-Widerstand arbeitet, der periodisch durch ein zahl möglichst weitgehend einstellbar sein soll, ohne parallelgeschaltetes, jederzeit zünd- und lösch- 40 daß in bestimmten Betriebsbereichen Drehmomentbares Halbleiterventil kurzschließbar ist (F i g. 5). stoße auftreten und ohne daß in diesen Bereichen

mechanische Schalter mit störanfälligen Kontakten bestätigt werden müssen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem elektro-

45 motorischen Antriebssystem der eingangs genannten Art, dadurch gelöst, daß mindestens einer der Mo-

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromoto- toren in bestimmten Drehmoment-Drehzahlbereichen risches Antriebssystem mit mehreren mechanisch ein gegenüber den anderen entgegengesetztes Drehgekuppelten Schleifringläufermotoren, deren Dreh- moment entwickelt und daß der Läufer mindestens momente durch Widerstandsverstellung im Läufer- 50 eines Motors über einen Gleichrichter auf einen kreis einstellbar sind. ' festen Widerstand arbeitet, der periodisch durch ein Ein derartiges Antriebssystem ist bekannt (öster- parallelgeschaltetes, jederzeit zünd- und löschbares reichische Zeitschrift »Elin-Zeitschrift« VI [1954], Halbleiterventil kurzschließbar ist.
S. 135 bis 140). Bei diesem Antriebssystem werden Das erfindungsgemäße elektromotorische Anbeide Motoren gleichsinnig betrieben und jeder über 55 triebssystem wird den Erfordernissen einer schnellen, einen Flüssigkeitswiderstand im Läuferkreis stetig stufenlosen Regelung mit kontaktlosen Bauelementen eingestellt. unter Wahrung der Vorteile, die die Einsatzmöglich-Elektromotorische Antriebe, beispielsweise für keit eines robusten Asynchronmotors bietet, in Hebezeuge, wie Kräne, Winden, Aufzüge, Bagger hohem Maße gerecht.

oder auch Werkzeug- oder andere Arbeitsmaschinen, 60 Dabei ist einer der Motoren ständig derart gewerden gern mit Asynchronmotoren ausgeführt, da schaltet, daß er ein negatives Drehmoment entdiese Motoren verhältnismäßig billig und robust wickelt, so daß beim häufigen Umkehren der Drehsind. Sie haben aber gegenüber Gleichstrommotoren zahl nicht — beispielsweise durch Vertauschen der den Nachteil, daß sie weniger gut in ihrer Drehzahl Drehstromanschlüsse — reversiert zu werden bzw. ihrem Drehmoment regelbar sind. Praktisch 63 braucht, sondern daß es ausreicht, lediglich die wird dieser Nachteil dadurch überwunden, daß Drehmomente der beiden invers gegeneinander ardurch Stufenschaltung von Widerständen, Vorzugs- beitenden Motoren gegeneinander zu verstellen. Insweise im Läuferkreis, eine Anpassung des Motor- besondere kann man die Einzelmotoren oder min-