DE1588685A1

DE1588685A1 - Antriebsvorrichtung hoher Drehzahlkonstanz

Info

Publication number: DE1588685A1
Application number: DE1967S0108447
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hausmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-02-22
Filing date: 1967-02-22
Publication date: 1970-07-23
Also published as: US3549965A; GB1198944A; AT280438B; BE711140A; NL6800456A; DE1588685B2; FR1555091A

Description

Antriebsvorrichtung hoher Drehzahlkonstanz

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung - hoher Drehzahlkonstanz, mit einem Synchronmotor und einem Asynchronmotor.

Beim Antrieb mechanischer Geräte ist eine hohe Drehzahlkonstanz oft die Grundvoraussetzung für die einwandfreie Funktion. Die für diesen Zweck häufig verwendeten Synchronmotoren bringen viele Nachteile, wie z. B. ein kleines Anlaufmoment, einen niedrigen Wirkungsgrad und ein großes Bauvolumen mit sich. Größere Synchronmotoren benötigen Anlaufhilfen, beispielsweise Anlaufmotoren.

Bei Asynchronmotoren, welche hinsichtlich Anlaufmoment, Wirkungsgrad und Bauvolumen wesentlich günstiger liegen, wirken sich dagegen Belastungsänderungen, Netzspannungsschwankungen und dergleichen in einer für viele Anwendungsfälle unzulässigen Weise auf die Drehzahl aus. Es ist zwar bekannt, zur Verbesserung der Konstanz der Drehzahl

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Kontaktregler vorzusehen, doch sind diese relativ störungsanfällig und erfordern häufige Wartung. Sie werden daher gerne vermieden. Durch die deutsche Patentschrift 826 ist eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl von Induktionsmotoren (Asynchronmotoren) bekannt. Bei dieser Anordnung ist der Asynchronmotor mit einem aus zwei Synchr Maschinen bestehenden Satz gekuppelt. Die Läuferwicklung des Asynchronmotors ist mit der Läuferwicklung der ersten Synchronmaschine verbunden. Das erzeugte Drehfeld nimmt einen Zwischenläufer synchron, mit, der in der Ständerwicklung der zweiten Synchronmaschine Spannungen mit der Netzfrequenz induziert. Diese zur Drehzahlregelung in ihrer Phasenlage veränderbaren Spannungen werden den Erregerspannungen für das Ständerfeld des Asynchronmotors hinzugefügt.

Die bei der bekannten Anordnung das Ständerfeld des Asynchronmotors beeinflussenden, rückgeführten Spannungen wirken zwar im Sinne einer Beibehaltung der eingestellten Drehzahl auch bei wechselnder Belastung, hohe Anforderungen an die Drehzahlkonstanz vermag die bekannte Anordnung jedoch nicht zu befriedigen.

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung anzugeben, die auch bei einer in weiten Grenzen schwankenden Belastung eine Drehzahlkonstanz aufweist, die der im allgemeinen recht hohen Konstanz der Netzfrequenz entspricht. Diese Aufgabe wird bei einer Antriebsvorrichtung mit einem direkt vom Versorgungsnetz gespeisten Asynchronmotor, der mit einem je nach der Belastung der Antriebsvorrichtung als Motor oder als Generator arbeitenden Synchronmotor gekuppelt ist, dadurch gelöst, daß zwischen beiden Motoren

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ein Getriebe vorgesehen ist, dessen unveränderliches Übersetzungsverhältnis dem Verhältnis der mit der Netzfrequenz synchronen Drehzahl des Synchronmotors und der Drehzahl des Asynchronmotors entspricht, bei der letzterer an die Antriebsvorrichtung höchstens eine gemäß seiner Nennleistung festgelegte Leistung N. abgibt, und daß die mechanische Nennleistung N_g des Synchronmotors etwa 40 bis 50 % der Differenz zwischen der von der Antriebsvorrichtung abgebbaren Nennleistung N_K und der bei" minimaler Belastung abzugebenden Leistung Nt beträgt.

Durch die kraftSchlussige Kopplung des Asynchronmotors f

mit dem Synchronmotor wird dem Asynchronmotor eine konstante Drehzahl und damit ein konstanter Schlupf aufgezwungen, der die abgegebene Leistung N. bestimmt. Belastungsänderungen der Antriebseinrichtung können daher die Leistungsabgabe N. des Asynchronmotors nicht mehr beeinflussen; die LastSchwankung übernimmt der Synchronmotor. Fällt die Belastung der Motorkombination unter den Wert der vom Asynchronmotor der bei dem erzwungenen Schlupf abgegebenen Leistung N_Ag, so wird vom Synchronmotor mechanische Leistung Ng _&en aufgenommen. Der Synchronmotor läuft dann als Generator und liefert entsprechend seinem Generatorwirkungsgrad elektrische Leistung an das Netz zurück. Messungen haben gezeigt, daß Synchronmotoren im Generatorbetrieb etwa die eineinhalbfache Leistung aufnehmen können, als ihrer Motornennleistung Ng entspricht, ohne außer Tritt zu fallen.

Die von der Antriebseinrichtung maximal abgebbare Leistung

N_v (Nennleistung) ist die Summe der Nennleistung des Jv

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Synchronmotors und der bei dem festgelegten Schlupf vom Asynchronmotor abgegebenen Leistung N^₈. Die ohne Drehzahlerhöhung minimal abzugebende leistung N-^ (Minimalleistung) ergibt sich aus der Differenz der vom Asynchronmotor abgegebenen Leistung N^₈ und der vom Synchronmotor im Generatorbetrieb maximal aufnehmbaren Leistung N_g „ . Es gilt N_L = H_Afl - N

Bei Berücksichtigung von ^sy^«"*'¹»5 N_g , wobei Ng die Nennleistung des Synchronmotors bedeutet, ergibt sich für die von der Antriebsvorrichtung ohne Drehzahlerhöhung abzugebende Minimalleistung

Die Minimalleistung kann also, falls erwünscht, auch zu Null gemacht werden.

Nur in wenigen Anwendungsfällen werden Motoren verfügbar sein, deren Nennleistungen genau die geforderten Werte be sitzen, da zumindest handelsübliche Motoren bezüglich ihrer Nennleistungen im allgemeinen mehr oder weniger grob gestuft sind. Aus Gründen der Betriebssicherheit wird man selbstverständlich gegebenenfalls einen Synchron motor mit der über dem Sollwert liegenden Nennleistungsstufe einsetzen, wobei sich unter Umständen der Leistungs überschuß durch den Einsatz eines entsprechend kleineren Asynchronmotors kompensieren läßt.

In manchen Fällen kann es erforderlich sein, auch beim Asynchronmotor auf die über dem Sollwert liegende Nennleistungsstufe überzugehen. Um die Drehzahlkonstanz der Antriebsvorrichtung bei Minimalbelastung nicht zu gefährden, ist es zweckmäßig, die vom Asynchronmotor tatsächlich abgegebene, von der Belastung der Antriebs-

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ORfGlNAL IN&PECTED

vorrichtung unabhängige leistung durch entsprechende Wahl . der Übersetzung des Ausgleichsgetriebes und damit der konstanten Drehzahl des Asynchronmotors, wie schon beschrieben, so auf einen unterhalb seiner Nennleistung liegenden Wert festzulegen, daß die Nennleistung der Antriebsvorrichtung die geforderte Größe nicht oder nicht wesentlich übersteigt.

Trotz der Aufteilung der Antriebseinrichtung nach der Erfindung in zwei Motoreinheiten bleibt das gesamte Bauvolumen noch ganz wesentlich unter dem Volumen eines Synchronmotors, der die gesamte Antriebsleistung zu übernehmen hätte. Darüber hinaus ergibt sich die Aufteilung in zwei ' f Einheiten in vielen Fällen eine Erleichterung beim Einbau der Antriebseinrichtung in ein Gerät.

1 Patentanspruch

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fttSPECTED

Claims

- 6 Patentanspruch

Antriebsvorrichtung hoher Drehzahlkonstanz, vorzugsweise für stark wechselnde Belastung, mit einem direkt vom Versorgungsnetz gespeisten Asynchronmotor, der mit einem je nach der Belastung der Antriebsvorrichtung als Motor oder als Generator arbeitenden Synchronmotor gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden Motoren ein Getriebe vorgesehen ist, dessen unveränderliches Übersetzungsverhältnis dem Verhältnis der ψ mit der Netzfrequenz synchronen Drehzahl des Synchronmotors und der Drehzahl des Asynchronmotors entspricht, bei der letzterer an die Antriebsvorrichtung höchstens eine gemäß seiner Nennleistung festgelegte Leistung N^₈ abgibt, und daß die mechanische Nennleistung N_g des Synchronmotors etwa 40 bis 50 $ der Differenz zwischen der von der Antriebsvorrichtung abgebbaren Hennleistung N₁₇. und der bei minimaler Belastung abzugebenden Leistung Νχ beträgt.

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