DE1563287C3

DE1563287C3 - Schaltungsanordnung zum Anlassen eines Synchronmotors

Info

Publication number: DE1563287C3
Application number: DE19661563287
Authority: DE
Inventors: Akira Tokio Ishizaki
Original assignee: Meidensha Electrice Mfg. Co. Ltd.; Tokio
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1966-09-17
Publication date: 1977-02-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Anlassen eines Synchronmotors mit einem mit dem Rotor umlaufenden Generator zur Speisung der Läuferwicklung des Synchronmotors, wobei zur Läuferwicklung eine Reihenschaltung aus einem ersten elektronischen Schaltelement und einem Widerstand parallel geschaltet und zu dieser Parallelschaltung ein zweites elektronisches Schaltelement in Reihe geschaltet ist und wobei das erste elektronische Schaltelement oberhalb und das zweite elektronische Schaltelement unterhalb eines angenommenen Schlupfwertes ist.

Eine Schaltungsanordnung der vorstehend genannten Art ist durch die Zeitschrift »Power«, Februar 1965, S. 70 bis 73 bekannnt. Bei der bekannten Schaltungsanordnung sind die beiden elektronischen Schaltelemente Thyristoren, zu deren Durchschaltung zusätzliche Steuerkreise und Schaltelemente erforderlich sind, die ebenfalls am rotierenden Teil angeordnet sein müssen. Durch die zusätzlichen Steuerkreise und Schaltelemente wird die sich drehende Seite sehr groß und erfordert eine Reihe von mechanischen Maßnahmen, um das Gewicht der Vielzahl der erforderlichen Elemente entsprechend auszugleichen. Die großen, erforderlichen Ausgleichgewichte erhöhen das Gewicht eines mit der bekannten Schaltanordnung versehenen Synchronmotors beträchtlich, so daß das Gesamtgewicht und die Außenabmessungen des Synchronmotors entsprechend zunehmen.

Es war daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Schaltungsanordnung für einen Synchronmotor zu schaffen, die mit einer geringen Anzahl von Steuerkreisen und Schaltelementen auskommt und zu einer schaltungs- und funktionstechnischen Vereinfachung führt.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die beiden elektronischen Schaltelemente Zweiwegschaltdioden sind, daß die Durchbruchspannung des ersten elektronischen Schaltelementes kleiner als die des zweiten elektronischen Schaltelementes ist und daß die Differenz zwischen den Durchbruchspannungen gleich bzw. etwas kleiner als die vom Generator zur Speisung der Läuferwicklung erzeugte Spannung bei dem angenommenen Schlupfwert ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gestattet, die auf dem rotierenden Teil des Synchronmotors unterzubringenden Schaltelemente auf ein Minimum zu begrenzen. Die in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendeten Zweiwegschaltdioden sind so klein an Größe und Gewicht, daß eine erhebliche Vereinfachung bei der mechanischen Auslegung des Synchronmotors möglich ist.

Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

F i g. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

F i g. 2 ein Kennliniendiagramm der Schaltungsanordnung mit der Darstellung des Verlaufes der Spannung £über dem Schlupf 5.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist ein Synchronmotor mit einer Ständerwicklung 1 und einer Läuferwicklung 11 über eine Schaltungsanordnung an einen Erregergenerator mit einer Feldwicklung 4 und einer Ankerwicklung 41 angeschlossen. Die Ständerwicklung 1 des Synchronmotors und die Feldwicklung 4 des Erregergenerators befinden sich auf einem feststehenden Teil, während die Läuferwicklung 11 des Synchronmotors und die Ankerwicklung 41 des Erregergenerators zum rotierenden Teil gehören und gemeinsam umlaufen.

Die Ständerwickiung 1 des Synchronmotors ist an eine Dreiphasenwechselstromquelle AC angeschlossen. Die Primärwicklung eines Transformators 2 ist zwischen zwei Phasen der Ständerwicklung 1 angeschlossen, während die Sekundärwicklung des Transformators 2 an einen Gleichrichter 3 angeschlossen ist. Die Feldwicklung 4 des Erregergenerators und ein Feldregelwiderstand 5 sind in Reihe an die Ausgangsklemmen des Gleichrichters 3 angeschlossen. Die Ständerwicklung 1 des Synchronmotors, der Transformator 2, der Gleichrichter 3, die Feldwicklung 4 des Erregergenerators und der Feldregelwiderstand 5 bilden einen feststehenden Teil.
Die Läuferwicklung 11 des Synchronmotors ist über eine Zweiwegschaltdiode 61 mit den Ausgangsklemmen eines Erregergleichrichters 31 verbunden. Die Eingangsklemmen des Erregergleichrichters 31 werden von der Ankerwicklung 41 des Erregergenerators gespeist. Ein Entladungswiderstand 51 ist in Reihe mit einer weiteren Zweiwegschaltdiode 62 geschaltet. Diese Reihenschaltung aus Entladungswiderstand 51 und Zweiwegschaltdiode 62 ist parallel zur Läuferwicklung 11 geschaltet. Die Läuferwicklung 11, der Erregergleichrichter 31, die Ankerwicklung 41, der Entladungswiderstand 51 und die beiden Zweiwegschaltdioden 61 und 62 sind auf der Läuferwelle des Synchronmotors angeordnet. Der Läufer des Synchronmotors und der Anker des Erregergenerators sind mechanisch miteinander verbunden. Die Durchbruchspannung V61 der Zweiwegschaltdiode 61 ist höher als die Durchbruchspannung V62 der Zweiwegschaltdiode 62.

In F i g. 2 ist ein Kennliniendiagramm dargestellt, in welchem die Beziehung zwischen der Spannung E und dem Schlupf während des Anlassens des Synchronmotors gezeigt ist. Die Kurve A zeigt die Maximalwerte der in der Läuferwicklung 11 in Abhängigkeit vom Schlupf induzierten Wechselspannung zwischen den Klemmen Fl und F2, wenn die Klemmen Fl und F2

offen sind, d. h. wenn Leerlaufbetrieb vorliegt. Die Kurve B stellt die vom Erregergenerator (4, 41) und vom Erregergleichrichter 31 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Läufers abgegebene Gleichspannung dar.

Wenn bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform die Ständerwicklung 1 des Synchronmotors an die Wechselstromquelle ACangeschlossen wird, wirkt eine im Läufer des Synchronmotors vorgesehene Dämpfungswicklung als Sekundärwicklung eines Asynchronbzw. Induktionsmotors, so daß der Läufer des Synchronmotors und damit der Anker des Erregergenerators anlaufen. Gleichzeitig wird die Feldwicklung 4 des Erregergenerators durch den Transformator 2, den Gleichrichter 3 und den Feldregelwiderstand 5 erregt und ein statisches Magnetfeld im Luftspalt des Erregergenerators aufgebaut, so daß in der rotierenden Ankerwicklung 41 des Erregergenerators eine Spannung erzeugt wird.

Wie die Kurve A in F i g. 2 zeigt, wird bei Beginn des Anlassens, d. h. bei großen Schlupf, in der Läuferwicklung 11 des Synchronmotors eine hohe Spannung induziert. Diese induzierte Spannung nimmt mit der Zunahme der Drehgeschwindigkeit bzw. mit der Abnahme des Schlupfes des Synchronmotors ab und hat bei Erreichen des Synchronlaufes den Wert Null.

Die Durchbruchspannung V62 der Zweiwegschaltdiode 62 entspricht der in der Läuferwicklung 11 induzierten Spannung bei einem angenommenen Schlupf a. Die Zweiwegschaltdiode 62 ist oberhalb des Wertes a leitend und unterhalb des Wertes a nichtleitend. Solange der Schlupf größer als der angenommene Wert a ist, ist die Zweiwegschaltdiode 62 in jeder Periode der in der Läuferwicklung 11 induzierten Spannung leitend und fließt ein Strom aus der Läuferwicklung 11 durch die Zweiwegschaltdiode 62 und den Entladungswiderstand 51. Da bei Beginn des Anlaßvorganges auf Grund des großen Schlupfes zwischen dem im Ständer erzeugten Drehfeld und dem Läufer eine die Durchbruchspannung V62 übersteigende Spannung zwischen den Klemmen Fl und F2 erzeugt wird, ist die Zweiwegschaltdiode 62 sofort bei Beginn des Anlaßvorganges leitend, so daß die beiden Klemmen Fi und F2 der Läuferwicklung 11 über den Widerstand 51 kurzgeschlossen sind. Die Spannung zwischen den Klemmen Fl und F2 wird daher auf die Spannung V 62 herabgesetzt, bis der Schlupf a erreicht ist. Die tatsächliche Spannung an den Klemmen Fl und F2 verläuft daher bis zum Erreichen des Schlupfes a längs der gestrichelten Linie für die Durchbruchspannung V 62 und nach Erreichen des Schlupfes a längs der Kurve A. Die tatsächliche Spannung an den Klemmen Fl und F2 wird durch die Kurve A⁺ dargestellt.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, nimmt die durch die Kurve B dargestellte, vom Erregergenerator und Erregergleichrichter 31 abgegebene Gleichspannung proportional mit der Drehzahl und umgekehrt proportional zum Schlupf zu. Die vom Erregergleichrichter 31 abgegebene Gleichspannung erreicht ihren maximalen Wert beim Schlupf Null. Der Erregergenerator (4, 41) ist so ausgelegt, daß die von ihm abgegebene maximale

ίο Gleichspannung im Synchronlauf etwas unter der Durchbruchspannung V62 der Zweiwegschaltdiode 62 liegt.

Die vom Erregergleichrichter 31 ausgehende und der Kurve B entsprechende Spannung beeinflußt die Zweiwegschaltdiode 61. Darüber hinaus wird an der Zweiwegschaltdiode 61 die in der Läuferwicklung 11 induzierte Spannung wirksam, die bei positiver Halbperiode an F2 der Kurve A⁺ in Fig.2 entspricht. Insgesamt wird daher an der Zweiwegschaltdiode 61 die Summe der durch die Kurven A⁺ und Bdargestellten Spannungen wirksam. Die Summe der an der Zweiwegschaltdiode 61 wirksam werdenden Spannungen sind durch die Kurve A⁺ + B in F i g..2 dargestellt. Die Durchbruchspannung V61 der Zweiwegschaltdiode 61 wird so gewählt, daß sie bei einem Schlupf b, der größer als der Schlupf a ist, gleich der Summe der an der Zweiwegschaltdiode 61 wirkenden Spannungen ist. Daraus ergibt sich, daß die Zweiwegschaltdiode 61 bei Erreichen des Spannungs'wertes (A⁺ + B) beim Schlupf a sicher zündet. Die Zweiwegschaltdiode 61 ist daher während des Anlaufvorganges gesperrt, solange der Schlupf größer als der Schlupf b ist, wogegen die Zweiwegschaltdiode 61 unterhalb des Schlupfes a leitend ist: Bei synchronem Lauf des Synchronmotors, in welchem der Schlupf Null ist, kann ein Strom vom Erregergleichrichter 31 durch die Zweiwegschaltdiode 62 fließen, da die Spannung dieses Gleichstroms etwas niedriger als die Durchbruchspannung V62 der Zweiwegschaltdiode 62 gewählt worden ist. Daher kann kein Kurzschluß der Läuferwicklung 11 eintreten.

Wenn der Synchronmotor außer Tritt fällt und sein Schlupf größer als der Schlupf a wird, dann bewirkt die in der Läuferwicklung 11 induzierte Spannung, daß die Zweiwegschaltdiode 62 wieder in den leitenden Zustand überführt wird, während die Gleichspannung des Erregergleichrichters 31 kleiner wird und die Zweiwegschaltdiode 61 wieder in den sperrenden Zustand überführt. Wenn die Ursache für das Außertrittfallen beseitigt ist, wird der Synchronmotor erneut in gleicher Weise wie beim Anlassen beschleunigt und erneut automatisch synchronisiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung zum Anlassen eines Synchronmotors mit einem mit dem Rotor umlaufenden Generator zur Speisung der Läuferwicklung des Synchronmotors, wobei zur Läuferwicklung eine Reihenschaltung aus einem ersten elektronischen Schaltelement und einem Widerstand parallel geschaltet und zu dieser Parallelschaltung ein zweites elektronisches Schaltelement in Reihe geschaltet ist und wobei das erste elektronische Schaltelement oberhalb und das zweite elektronische Schaltelement unterhalb eines angenommenen Schlupfwertes leitend ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektronischen Schaltelemente Zweiwegschaltdioden (61, 62) sind, daß die Durchbruchspannung des ersten elektronischen Schaltelementes (62) kleiner als die des zweiten elektronischen Schaltelementes (61) ist und daß die Differenz zwischen den Durchbruchspannungen gleich bzw. etwas kleiner als die vom Generator zur Speisung der Läuferwicklung erzeugte Spannung bei dem angenommenen Schlupfwert ist.