DE1613923A1 - Daempfungsfreier Synchronmotor mit Wechselrichterspeisung - Google Patents

Description

• Daämp.#ungsfreier SyjLchronmotor mit Wechselrichterspeiaung.
• --------------------------------------------- Die Erfindung stellt sich die Aufgabe.einen elektrischen Antrieb zu schaffen, dessen Drehzahl auf einfache'Weise genau auf vorgebbare Werte eingestellt werden kana. Genau vorgebbare Drehzahlen lassen sich mit SyiLchronmotoreia verwirklichen, --die Über Wechselrichter mit einstellbarer Frequenz betrieben werden. Wenn diese Synchronmotoren in bekannter Weise eine Gleichstromerregung erhalten, die den Magnetisierungsstrom des Motors liefert, so dass der Motor keinen Blindstrom gebraucht, kann in normalem Betrieb die Kommlitierung des Wechselrichters vom Motor her erfolgen, d.h. es kann ein normaler, klassischer--Wechselrichter verwendet werden. Die Gleichstromerregung des Synchronmotors verlangt jedoch eine Wicklung auf den Läufer, ausserdem Schleifringe. Um diese Nachteile zu vermeiden und einen äusserst einfachen Synahronao:tor zu erhalten, wird nach der Erfindung der Läufer des Synchronmotors wicklungsfrei und dämpfungsarm, vor zugsweise aus magnetisch gut leitenden wirbelstromarmen Blechen nach Art von Reluktanzmotoren mit ausgeprägten Polen ausgeführt. Ein derartiger Motor nimmt Blindstrom auf, so dase zu seiner Speisung ein zwangskommutierter Wechselrichter erforderlich ist, dessen Frequenz und Span nung entsprechend der gewünschten Drehzahl des Motors einstellbar sein müssen. Übliche Reluktanzmotoren.haben zum Anlaufen und zur Schwingungsdämpfung auf dem Läufer eine Dämpferwicklung. Nach der Erfindung kommt diese Dämpferwicklung in Fortfall. Dadurch wird einer,-aeits der Läufer des Motors wesentlich vereinfacht, andererseits jedoch vermag der Motor nicht an einer festen Frequenz anzulaufen, ausserdem neigt er-zu Fendelungen bei Spannungs- oder Laststössen. Um dies zu verhindern, ist nach der weiteren Erfindung auf der Läuferwelle ein Stellunggeber angeordnet9 welcher immer dann in die Steuerung des Wechselrichters eingreift, wenn die Gefahr von Pendelungen oder die Gefahr des Aussertrittfallens infolge von LaststÖssen oder Überlastungen gegeben ist.
• Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Dem Wechselrichter wird im normalen Betrieb ein der gewünschten Drehzahl n entsprechender MVthmus f der Phasen.1,imachaltbetehle zugeführt. Dies kann erfindungsgemäss derart geschehen, daso in der Steuerung nicht nur eine der Phasenzahl des Motors entsprechende Zahl von Umschaltbefehlen mit gewünschter Frequenz gebildet wird, sondern daas die zeitlichen Abstände zwischen je zwei Umschaltbefehlen feinstufig unterteilt sind, so dass die Mglichkeit besteht, bei gegebeiker Frequenz die Winkellage der dem Wechselrichter zuzuführenden" der Phasenzahl entsprechenden Umschaltbefehle noch wählbar ist. Diese Auswahl-wird nach der Erfindung bei der Gefahr von Fendelungen oder Aussertrittfallen durch den Stellunggeber G getroffen, und zwar derart, daas bei Überschreitung, des für die betreffende Belastung optimalen Polradwinkels etwas spätere Phasenumschaltbefehle ausgewählt werden, bei Unterschreitung Jedoch etwas frühere. Auf diese Weise lässt sich der Polradvinkel in gewissenGrenzen halten., also Fendelungen und Kippgefahr beseitigen. Dabei ist allerdings in Kauf zu nehmen, dass vorübergehend die Frequenz des Wechselrichters und damit die Drehzahl des Motors etwas von ihrem genauen Sollwert abweichen, und zwar bei vorübergehenden Überlastungen in dem Sinne.. dass der Motor wie ein Gleichstrommotor in seiner Drehzahl etwas zurückbleibt. Nach Verschwinden der Überlastung setzt der Betrieb mit genau vorgegebener Drehzahl n -selbsttätig wieder ein. Da der Läufer des Motors keinerlei Wicklung trägt, ist er besonders einfachl sein Durchmesser kann ausserdeminfolge Fortfalls der Wicklung bzw. der Dämpferwicklung gegenüber normalen Motoren verkleinert werden, so dass auch Dein Aussendurchmesser und damit der Gesamtmotor kleiner wird. Da der Motor von einem zwangskommutierten Wechselrichter angetrieben wird, ist es-besonders wichtig, dass der Läufer ebenso wie der Ständer dämpfungsarm und wirbeletromarm aufgebaut wird. Zwangskommutierte Wechselrichter lassen sich nämlich, wenn ihr Aufwand nicht zu grose werden soll, nur mit niedriger Phasenzahl bauen, z.B. mit dreiphasiger Brückenschaltung. Die Folge daon ist, dass im Stator kein stetig umlaufendesq sinusförmig verteiltes Drehfeld entsteht, sondern dem mit Grundfrequenz umlaufenden DrehTeld sind Oberschwingungsfelder überlagert, die im Ilotor Verluste erzeugen würden, wenn dieser nicht dämpfungsarm und wirbelstromarm ausgeführt sein würde. Ein dämpfungs- und wirbelstromarmer Rotor läuft aber nicht an einer gegebenen Frequenz an, ausserdem neigt er zum Pendeln; diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung durch den Eingriff des Gebers G in die Steuerung St beseitigt, und damit wird es möglich, den Motor in der angegebenen Weise einfach und klein-zu bauen. Bei der Formgebung des Läufers wird man von den fÜr Reluktanzmotoren inzwischen bekannt gewordenen Hilfsmitteln zur Optimierung des Drehmomentes und des Leistungsfaktors Gebrauch machen, d.h. die Polbreite muss ein bestimmter Bruchteil der Polteilung sein, ausserdem kann man im Läufer Schlitze 8 vorsehen, wie sie in Fig. 1 angedeutet sind. Diese Schlitze und darüber hinaus die Gesamtformgebung des Läufers werden sich jedoch auf Massnahmen beschränken, die z.B. bei Aufbau des Läufers aus wirbelstromarmen Blechen durch einen einfachen Stanzvorgang erreichbar sind. In diesem Fall ist derLäufer des Motors einfach herzustellen; für den Ständer kann in vielen Fällen der Blechschnitt eines normalen Asynchronmotors oder Synxhronmotors verwendet werden.
• Bekanntlich lassen sich auch Asynchronmotoren an zwangskommutierten Wechselrichtern in einem weiten Drehzahlbereich betreiben. Gegenüber diesen elektrischen Antrieben hat der Antrieb nach der Erfindung einerseits den Vorteil" daso der Läufer des Motors einfacher und kleiner wird als der des mit einer Wicklung versehenen Läufers des Asynehronmotors. Ausserdem ist im normalen Betrieb eine ausserordentlich hohe Genauigkeit und Kenntan der Drehzahl des Motors von vornherein gegeben. Der Blindstrombedarf des Motors nach der Erfindung ist u.TJ. grÖsser als der eines As7nehronmotors. In der in Fig. 1 dargestellten Anoranung belastet dieser Blindstrom jedoch nicht das speisende Drehstromnetz., sondern lediglich den zwangskommutierten Wechselrichter. Durch optimale Formgebung der Läuferpole und Schlitze 3 und kleinem Luftspalt lässt sich dies jedoch ausgleichen. Mit dem Antrieb nach der Erfindung ist in normalem Betrieb nicht nur sehr genaue Einhaltung einer gewünschten Drehzahl möglich, sondern auch die Winkellage der Notorwelle kam bei zweckmässiger Ausbildung der,Steuerung St und des Gebers G in gewissen Grenzen, z.B. bei einem 4-poligen Motor in den Grenzen von etwa 90 0 vorgeschrieben werden, wie es bei manchen praktischen Anwendungen erwünscht ist.
• Bei sehr hohen Drehzahlen, wie sie bei den Antrieb nach der Erfindung infolge den kleinen Läuferdurchmessersund infolge den einfachen Läuferaufbaus leicht -erreichbar sind, ist es zweckmännigg die Pollücken zur Vermeidung von Luftwirbeln auszufüllen,-und zwar aues dies nicht nur mit einen uxaagnetischem Material erfolgengsondern das Material muss im Sinne der Erfindung auch wirbelstromfreL, d.h. dämpfungsfrei sein, es darf also nicht aus Metall bestehen. Wenn die Induktion im Motor bei veränderlicher Frequenz konstaat sein soll, muse sich die vom Wechselrichter gelieferte Spannung angenähert proportional mit der Frequenz ändern. Dies stellt an den Wechselrichter erhöhte Inforderungen. Aus diesem Grund ist es in mancheapraktischea Fällen zweckmässig, den Motor bei Nenndrehzahl und Nennlast magnetisch nicht voll auszunutzen, so daas bei Absenkung der Drehzahl, d.h. der Frequenz, die Spannung U zunächst konstant bleiben kann. Erst nach Absenkung der Frequenz auf z.B. 80 % Nennfrequenz muss in einem solchen Fall die Wechselrichterspannung abgesenkt werden.. um ein zu hohes Ansteigen des

Claims (2)

1. F a t e x t a x s p r ü c h e 1. Elektrischer Synchronmotorantrieb mit einer StänderWicklung, die von einem zwangskommiltierten Wechselrichter mit veränderlicher Frequenz und Spannung gespeist wird, und einen wicklungsfreien und dämpfungsarmen, vorzugsweise aus magnetisch gut leitenden Wirbelstromarmen Blechen aufgebauten Läufer mit ausgeprägten Polen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im normalen Betrieb der Ständer equenz mit einer der gewünschten Drehzahl entsprechenden Fr-und Spannung gespeist wird, und dass bei Überlastungen, Laststössen oder Fendelungen des dämpfungsarmen Läufers, welche die Gefahr des-Aussertrittfallens mit sich bringen, durch einen auf der Läuferwelle angebrachten Stellunggeber derart vbrübergehend in die Frequenz- und Spannungsvorgabe des Wechselrichters eingegriffen wird, dass die Überschreitung bzw. Unterschreitung des optimalen Polradwinkels und damit das Aussertrittfallen bzw. die Pendelungen vermieden werden.
2. 2. Elektrischer Synchronmotorantrieb nach Anspruch 1 für Arbeitsmaschinen, deren Drehmoment mit der Drehzahl zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis und die Wicklung des Motors derart ausgelegt sind, dass bei Nenndrehzahl und Nennlast der Motor magnetisch nicht voll ausgenutzt ist, so dass bei Absenkung der Drehzahl mindestens um 20 % unter den Nennwert die vom Wechselrichter zu liefernde Spannung konstant gehalten, d.h. die magnetische Induktion im Ständer und'Läufer um mindestens 20 % erhöht wird. Elektrischer Synchronmotorantrieb nach Anspruch 1 und 2 für Antriebe hoher Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Pollücken zur Vermeidung von Luftwirbelung durch wirbelstromfreies magndisches Material ausgefüllt sind.