DE1563287A1 - Anlasserkreis fuer einen Synchronmotor - Google Patents

Description

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DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 1563287

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

telefon; 55547Ä 8000 MöNCHEN 15, 17. September 19/6'

TELEGRAMMEiKARPATENT NUSSBAUMSTRASSE 10

W₀ 12 784/66 13/Ko

Meidenaha Electric Mfgo Co₀, Ltd. Tokyo (Japan)

Anlasserkreis für einen Synchronmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromkreis zum Anlassen oder Einschalten eines Synchronmotors.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Möglichkeit, daß nur das Verbinden oder Anschließen der Ankerspule oder Ankerwicklung des Synchronmotors an eine Wechselstromquelle (AO) die automatische Ausführung des Anlassens und Mitnehmens in Sychronismus' des Synchronmotors ermöglichte

Bei den bisher bekannten Methoden zum Anlassen eines Synchronmotors wurden Anlaufen und Beschleunigung -£lrehmoments angewendet, das durch mit Ankerfeldpolköpfen (rotor field pole heads) versehenen Dämpfungswicklungen (amortisseur windings) erzeugt wirdο Während des Anlaßvorgangs wird die

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Feldwicklung durch Widerstand kurzgeschlossen und beim Erreichen von etwa der Synchrondrehzahl oder der Synchrongeschwindigkeit wird der Kurzschluß von der Feldwicklung entfernt und ein Erregergleichstrom an die Feldwicklung zur Mitnahme angelegt , da die Induktion einer hohen Spannung in der Feldwicklung verhindert und die Drehmomentcharakteristik des Synchronraotors verbessert werden müssen» Jedoch besitzt diese gebräuchliche Arbeitsweise zum Anlassen eines Synchronmotors Nachteile; so sind beispielsweise Betrieb und Instandhaltung oder Beibehaltung kompliziert und nicht mühelos,da im Betrieb Relais dd» dgl_o zur Anwendung gelangen«

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Anlasserkreises für einen Synchronmotor,der von den vorstehend geschilderten Nachteilen frei ist_o Der Anlasserkreis der Erfindung ermöglicht die Beschleunigung des Synchronmotors und dessen Mitnahme in Synchronismus in automatischer Weise, und zwar lediglich durch das Anschließen oder Verbinden der Ankerwicklung des Synchronmot.ors an die Stromquelle _o Auch wenn der Synchronmotor aus dem Schritt fällt, wird die Feldwicklung kurzgeschlossen und de» Gleichstromfeldstrom unmittelbar durch diesen Stromkreis unterbrochen. Dadurch wird eine erneute ..Synchronisierung des Motors nach Entfernung der Ursache, durch die das Ausdemschrittfallen veranlaßt wurde, ermöglichte :

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Der Anlasserkreis für einen Synchronmotor gemäß der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert^ in welcher ein Arbeitsstromkreis für einen Synchronmotor ohne. Kontaktbürsten gezeigt wird. Darin zeigt Fig. 1 ein Stromkreisdiagraram oder Schaltschema für eine Ausführungsform der Erfindung} Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Schal*- diagramm für eine andere Ausführungsform der Erfindung und Figo 3 zeigt ein Kennliniendiagramm zur Erläuterung der Erfindung«)

Gemäß Fig„ 1 ist eine Ankerwicklung{eines Synchron-' motors an eine Dreiphasenwechselstromquelle angeschlossen. Die Primärwicklung eines Transformators 2 ist zwischen zwei Phasen der Ankerwicklung 1 angeschlossen und der Sekundär'-ausgang ist durch den Gleichrichter 3 gleichgerichtete Die Feldwicklung 4 und der Feldregelwiderstand 5 (field rheostat) für einen Wechselstromerregerkreis des Synchronmotors sind in **erie oder Reihe am Ausgangsteil deTGleiehricht ..er 3 angeschlossen, Di">ae Ankerwicklung des Synchronmotors 1, Feldwicklung 4, ^eldrheostat 5 des Wechselstromerregers und der Transformator 2 bestehen aus einem feststehenden oder stationären Teil. Die Feldwicklung 11 des Synchronmotors ist mit dem Gleichstromausgangsteil des Erregergleichrichters 31 über einen Thyrister-Schalter /61/ für den Erregerstrom verbunden,, Bei der in Fig. 1 gezeigten Aus-

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führungsform für den Thyristor-Schalter 61 wird ein doppelseitig gerichteter Dioden-Thyristor verwendet, der · als symmetrischer Siliciumflächen-Schalter bezeichnet wird und Überferemseigenschaften (brake-over characteristics) und symmetrische elektrische Eigenschaften in beiden Richtungen aufweist«, 41 bezeichnet eine Ankerwicklung eines Wechselstromerregers, von fleni jede Phase an einen Erregergleichrichter 31 angeschlossen ist» Ein Entladungswiderstand 51 ist in Reihe an den doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristor 6% und an die Feldwicklung 11 in Parallelschaltung angeschlossen,, Alle diese Teile, nämlich 11, 31, 41, 51, 61 und 62 sind auf der Rotorwelle des Synchronmotors angebracht. Bei dieser Ausfuhrungsform der Erfindung wird der doppelseitig gerichtete Dioden-Thyristor, dessen überbremsspannung (b#ake~ over voltage) höher als diejenige von 6$ ist, für den Thyristor-Schalter 61 verwendet·

2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Thyri-6tor«ehalters für den Erregerstrom» Gemäß Fig, 2 wird ein Halbleitergleichrichter 7 mit Regler- oder Steuerelektrode (die nachstehend als Thyristor bezeichnet wird) anstelle des doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristors 61 verwendet» Die Anode einer.Zener-Diode 8 ist an das Gitter des Thyristors 7 Über einenWiderstand 52 angeschlossen und die Kathode der Zener-Diode 8 ist an ein Ende der Sekundärspule des Transformators 21 über eine *>iode 10 angeschlossen.

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Die Primärspule des Transformators 21 ist zwischen zwei Phasen einer Wechselstromerregerankerwicklung 41 angeschlossen« Das andere Ende der Sekundärspule ist mit der Kathode des Thyristors 7 verbunden„Ein Impulsübertrager 9 ist für das sichere Ansteuern oder Auslösen des.doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristors 62 vorgesehen, dessen Primärwicklung mit der Feifepule 11 und dessen Sekundärwicklung mit dem doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristor 62 in Reihe verbunden ist_o Es werden dabei die gleichen Bezeichnungen für gleiche Teile wie in S¹Ig₀ 1 verwendet« i^li_og«3 zeigt ein Kennliniendiagramm, in welchem die Beziehung zwischen der Spannung E und dem Schlupf S zum Zeitpunkt des Anlassens des Synchronmotors gezeigt wirdβ Die Kurve A zeigt die induzierte Spannung, wenn die Pole oder Klemmen F- und Fg ^der Feldspule oder -wicklung 11 offen sind (maximaler Wert des Uf*eift$<lstroms) und die Kurve B zeigt die Änderung der Gleichstoxspannung, wenn die induzierte Spannung eines ^fi^liistromerregers durch den Erregergleichrichter 31 gleichgerichtet wirdο

Bäi der in Fig₀ 1 dargestellten Ausführungsform bewirkt, wenn die Ankerwicklung 1 an die Wechselstromiiuelle (AG) angeschlossen wird, die am Kopf des Rotorfeldpols des Synchronmotors vorgesehene Dämpfungswicklung dann als Sekundärwicklung eines Induktionsmotors oder Asynchronmotors das Anlaufen • oder Beginnen eines Drehmoments zur Beschleunigung des Rotors. Gleichzeitig schaltet sich ein Wechselstromerreger ein, der mechanisch mit der Welle des Rotors des Synohronmotors ver-

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bunden ist„(Wechselstromgenerator, der elektrische Energie zur Erregung des Synchronmotors zuführt)„ Wenn andererseits Strom durch die Ankerwicklung 1 dws Synchronmotors fließt, dann wird durch den Transformator 2, den Gleichrichter 3 und Feldreglerwiderstand 5 die Feldwicklung 4 des Wechselstromerregers erregt und ein statisches magnetisches Feld in der Lücke des Erregers aufgebaute Die Feldwicklung 11 erzeugt, wid inFig. 3 gezeigt, eine hohe Spannung, da der Schlupf zu Beginn des Anlassens groß ist. Die induzierte Spannung nimmt mit der Zunahme der Ro44tioris- oder Drehgeschwindigkeit · ■:. oder mit der Abnahme des Schlupfes des Synchronmotors ab„ Die Überbrems-§pannung Va des doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristors 62 wird so gewählt, daß sie der indufierten Span» nung der Feldwicklung 11 bei dem geeigneten ^chlupf ?a" (erzeugter Schlupf) gleich ist» Bis zu dem Zeitpunkt, bei welchem der erzeugte oder errichtete Schlupf (slip) erreicht ist, ist der Wert der an der Feldwicklung des Synchronmotor^ 1 höher als die Überbremsspannung Va des doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristors 62, so daß der doppelseitig gerichtetes· Dioden-Thyristor 62 für jeden Cyclus oder für jede Periode der induzierten Spannung der Feldwicklung leitend wird und Ström durch den Entladungswiderstand 51 und diesen doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristor 62 fließt, wodufch die Feldwicklung 11 kurzgeschlossen ist; demgemäß kann in der Feldwicklung 11 keine außergewöhnliche Spannung

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erzeugt werden. Die induzierte Spannung in der Feldwicklung 11 wird entsprechend der Zunahme der Dreh- oder RatQtionsgeschwindigkeit des Synchronmotors verringert, wie dies in -B¹IgO 3A gezeigt ist· Daher wird der Wer* der an den doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristor^etwas kleiner als die tiberbremsspannung, wenn der Schlupf des Synchronmotors etwas geringer als der mit *a^M in Fig, 3 bezeichnete Schlupf wird. Wenn die induzierte Spannung der Feldwil£clung 11 beim Schlupf umgekehrt wird, wird der doppelseitig gerichtete Dioden-Thyristor 62 von der Vorspannung zurückgeführt (antibiased) und wird nichtleitende Der Wert der Gleichstromspannung, die aus der induzierten Spannung der Ankerwicklung 41 eines mit der Rotorwelle verbundenen oder gekuppelten Wechselstrom-, erregers gleichgerichtet worden ist, steigt entsprechend der Beschleunigung der Laufgeschwindigkeit des Synchronmotors , wie in ^ig« 3B gezeigt, an. Und an dem doppelseitig

werden die
gerichteten Dioden-Thyristor 6i/induzierte Spannung der Fed£.wicklung 11 (jedoch nur, wenn die Klemme oder der Anschluß F₂ bei positiver Halbperiode ist) und die Gleichstromausgangsspannung des Brregergleichrichters 31 angelegt. Daher wird bei der Halbperiode, wenn der Schlupf des Synchronmotors etwas mehr als ^wa^H Tseträgt, wobei die Anschlußklemme ig der Feldwicklung 11 positiv ist und wenn der Gesamt wert der Spannung von induzierter Wechselstromspannung der Feldwicklung 11 und der Ausgangsgleichstromspannung des

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Erregergleiajtiiichters gleich der tiberbremssparmung ' des doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristors 61 gewählt^ ist, wenn dann ein Schlupf stattfindet, der doppelseitig gerichtete Dioden-Thyristor 61 leitend und liefert der Feldwicklung 11 eine G^eichstrom-Erregerenergie, auf welche der Synchronmotor in Synchronismus mitgenommen wird» Ir. synchronen Xaufzustand des Synchronmotors, wobei der Sc...lupf Null .ist, fließt kein Ausgangsglelchstrom von dem ErrG^ergleichrichtei¹ 51 durch den doppelseitig gerichteten Dioden-Thyristor 62, da die Gleichstromspannung, die aus der i;:;duzi<:it'Jü Spannung eines Wechselstromerregers gleich-,ericru-.t worden i;-t, etwas niedriger als die Überbrems_ spannung -des dop·: else it irr gerichteten Di oder.-Thyristors 62 "■er^;; ..It worien ist. Daher tritt niemals ein Kurzschluß der Ai^ier/r· c\lung o:;er Aukelspule eines Weehselstromerregers ein. -Ver.n außerdem -J.er Synchronmotor aus dem Schritt fäUtγ und der .cJv;pf dec 3ynchronmotors großer als der Wert von "a".

aas Ij ο stimmte m Grund wird, dann v/ird die induzierte Spannung

wieder ^
dei· ..'cldwicklunc· 11/rröCer als die überbremsspannung des d.v. el,ä--;itig pjericüteten Dioden-Thyristors, während die ül-*-*";,chstro.meut-£ranffssrai;nung des Errenjerßrleichriohters 31 kleiner" v.'ird. Dsiie":"¹ ;.^fix-d bei einer Heütpc/iode der indu-e» , zi -rteii £jpar.nuh,4: der Feldwicklung 11, v;cbei die Klemnni oder df;.¹ Anßcului? 7. pc-.?iciv wird, der doD ^lseitig gerichtete , ··

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Dioden-Thyristor 61 umgekehrt vorgespannt und wird nichtleitend, während der andere doppelseitig gerichtete Dioden-• T-ayristor 62 leitend wird, um die Feldwicklung 11 kurzzuschließeno Wenn die Urs.achefür das Ausdemscurittfallen entfernt ist, dann wird der Synchronmotor erneut in gleicher itfeise wie beim Anlassen beschleunigt ..und erneut automatisch mitgenommen., ■

In der in i*ig. 2 gezeigten Ausführungsform sind ein Thyristor 7» eine Zener-Diode 8, eine Diode 10, ein Widerstand 52.-und- ein !Transformator oder Umwandler 21 anstelle des in der Ausführungsform von B¹Ig. 1 gezei-gtenjioppe-l— seitigen Dioden-Thyristors aufgenommen. Die Sekundärspannung des Transform .tors 21 steigt entsprechend der Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Synchronmotors genauso wie in dem in -O¹Ig. 3B gezeigten Fall an. 'Venn daher die Zener-Spannung zweckmäßig so ausgewählt ist,. daß der Thyristor 7 durch die dem Schlupf entsprechende Spannung leitend-wird, wobei der Schlupf etwas größer als der Schlupf "a" ist, dann kann die gleiche Punktion wie diejenige des vorstehend beschriebenen doppelseitigen Dioden-Thyristors 61 ausgeführt werden. Es gibt natürlich viele andere Scaaltungen, die in gleicher 'Jeise wie die vorstehend bescnriebene Ausf uhr ungs'f orm wirken. Wenn der Thyristor-Scualter mittels Spannung auf der Wechselstromseite eines Wechselstromerregers

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in Betrieb genommen wird, darin kann die Arbeits- oder Betriebsspannung des Tlyyristor-.oc .^alters nicht durch die Überbremssrannune des doppelseitig-gericatoten iModen-.Tnyristors 62 oder durch die Klemtüppannung des Kntlac.unrsv/iderStandes 51» wie in den in Jig. 1 gezeigten Fall, bewirkt werden, Dahedkönnen die Verte des ^r.t widerstnncios 51 j die die Dvehmomentseigenscii'-fteri des Synchronmotors beeinflussen aus einen: breiteren Bereich gewäult werden, d. ii, es Sj.nd auca weitere freie Ausgestaltungen oder Au. f ührungsf oriaen möglich. Der i-ntaladun^ewiderstand 51 seil- Di-'ehincmenLseigensch-.ften ei halten,welche di-ar Belastung des Synchronmotors, die ir; einigen Fällen

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nicht ru v. rmeiclDn iat, ss,, Der .;;u^ulsumwandler

der an dem doppelseitig gerichteten DiodenThyristor 62 in Heihe ang-^chloesen ist, soll diesen dop.elseitig gerichteten .Diöden-^1J-hyristor 62 gegen eine bestimmte, in der Feldwicklung 11 inclfeierte Spannung steuern. Die übrigen Punktionen sinakie gleichen wie diejenigen der in Fig. gezeigten ü.usf i'äirunrcsf orm. Obgleich in den vorst- hend beschriebenen -^u.-f ührungsformen ein ^;/<i?chselstromerreger

mit der Dreiiwelle für die Zuführung der -Erregerenergie vorgesehen ist, kann ein üleichstromerreger oder eine Erregerenergie von außerhalb anstelle des Wechselstromerregers: oder des Gleichrichters in der in Fig. 1 gez-eig-'ten Ausführungsform zur Erzielung einer zufriedenstellenden wirkung verwendet werden, ' 00 9 813/0621

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Claims (3)

1. Bat ent ans'pruc h-'
2. '.; la'Jasserkreis für einen Synchronmotor, der den -Synchronmotor lediglieh ducch Verbinden der Ankerwicklung oder -si)ule des Synchronmctors an eine Stromquelle beschleunigt und in Synchronismus mitnimmt, dadu ch gekennzeichnet,. daß er einen gleichbleibend erregten Generator, der mit ■^riIn0iii Hotor des Synchronmotors mechanisch verbunden ist, doppelseitig gerichtete Halbleiterelemente, insbesondere doppelseitig gerichtete Dioden-'i¹hy-riBturen, in Parallel- · schaltung an die i'eldwickluns: des öynchronmotors angescilosseii, einen Arischen der ^rregerquelle und der Feldwicklung vorgesehenen Halbleiterfeldschalter umfaSt, 'vobfi der doppelseitig . gerichtete Dioden-Thyristor durch die iiiduciej-to VqIdspannung,wenn der Schlupfwert über einem vorbestimmten Schlupf ist, leitoiiä ist, und nichtleitend ±^t\ wenn deiⁿ Schlupfw.ei"t unter, -lea vorbestianiten Schlupf liegt, und »- die JPeldwicl'lürif: direkt oder über einen ?intli^:idun^swiderHt«nd kursseirliüßt, während) deii^- itotor/> bi·? auf einen vorbestiiBäiter. Schlupf] undüie i^ldwicklung bei e.nem Iz 1 oine^eh- 3calupf .als dem vorbsstimiKt-ju iiculupf von dem
3. 3 böfrsit und au der Feldwiciclun^ eine Erregerg liefert, inlern der Kalbleitende Feldschalter bei -eii".e>a vorbestlsimten Scnlupf durch die -^nwendungl, daß dir- IMusiart·- Spannung des gleichaleicsnä errsgtc-i-uenex-at-ors is Verhältnis sur Drihg-sseiiwindlgkeit ist, leitend gemacht; wir4· ..-■ 009813/0621

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