DE1638586B2 - Stromversorgungsanlage fuer einen mehrphasigen induktionsmotor - Google Patents

Description

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Die Hrfindiing bezieht sich auf eine .Stromversorgungsanlage für einen mehrphasigen Induktionsmotor mit einem aus einer Gleichstromquelle gespeisten Wechselrichter, bestehend aus mehreren parallel zur Gleichstromquelle liegenden l.eitungszweigcn. die zwei in Reihe geschaltete Transistoren aufweisen, zwischen denen jeweils die Slatorwicklungen angeschlossen sind und die im Gegentaktbetrieb durch eine Transformatorphase steuerbar sind, die einen sättigbares im Sättigungsbereich betriebenen Kern, eine von den Transistoren an die Gleichstromquelle schaltbare Primärwicklung und mehrere an die Basen der Transistoren angeschlossene Sekundärwicklungen aufweist.

Eine derartige Stromversorgungsanlage ist aus der US-PS 31 75 167 bekannt. Bei dem aus dieser Patentschrift bekannten Wechselrichter zur Erzeugung von Mehrphasenstrom ist für jede Stromphase ein eigener Steuertransformator mit sättigbarem Kern vorgesehen. Zur Synchronisierung der Arbeitsweise der einzelnen Steuertransformaioren und zur Gewährleistung einer entsprechenden Phasenlage der einzelnen Phasenströme sind die einzelnen Magnetkerne über Synchronisierwicklungen elektrisch miteinander gekoppelt. Diese bekannte Stromversorgungsanlage ist nun für tragbare Geräte ungeeignet, da ja für jede Stromphasc ein verhältnismäßig viel beanspruchender und ein ziemlich hohes Gewicht aufweisender Transformator erforderlich ist.

Aus »Revue Generale de lElectricite«. Oktober l%5. S. 791 bis 800. ist es auch bereits bekannt, zur Versorgung der Statorwicklungen eines mehrphasigen Induktionsmotor einen von einer Gleichstromquelle gespeisten Wechselrichter vorzusehen, der mehrere parallel zur Gleichstromquelle liegende l.eiiungs/weige mit jeweils in Reihe liegenden Thyristoren aufweist. Die Thyristoren werden von einer Steuerschaltung .ingesteuert, in der für jeden Leitungszweig ein von einer bistabilen Kippschaltung gespeister Transformator vorgesehen ist. der zwei Sekundärwicklungen umfaßt, durch deren Ausgangssignal die im zugeordneten Leitungszweig angeordneten Thyristoren gesteuert werden. Die bistabilen Kippschaltungen für die verschiedenen Leitungszweige werden von einem gemeinsamen Impulsgenerator derart angesteuert, daß die in den verschiedenen Leitungszweigen fließenden Wechselströme die entsprechende Phasenlage aufweisen. Auch diese bekannte Stromversorgungsanlage eignet sich nicht für den Einsatz in tragbaren Geräten, da die erforderlichen Transformatoren keine gewichtssparende Ausführung ermöglichen und darüber hinaus die Ansteuerung der Thyristoren einen komplizierten .Schaltungsaufwand bedingt.

Aus der US-PS 32 21 192 ist es Deceits bekannt, in tragbare Werkzeuge elektrisches Steuer/ubehör einzubauen.

Elektrisch betriebene tragbare Werkzeuge wurden bisher meist mit einem Reihenschlußmotor ausgerüstet, dessen Kommutatorbürsten jedoch regelmäßig gewartet werden müssen. Ein durch einen Reihenschlußmotor angetriebenes Werkzeug liefert nun keine so hohe Ausgangsleistung wie ein pneumatisch angetriebenes Werkzeug mit vergleichbarer Größe und vergleichbarem Gewicht. Induktionsmotoren mit hoher Umdrehungszahl sind zwar zuverlässiger und robuster als Reihenschlußmotoren, werden jedoch kaum verwendet, da sie nicht mit normaler Netzspannung betrieben werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine leichte und kompakte Stromversorgungsanlage für ein mit einem mehrphasigen Induktionsmotor bestücktes tragbares Werkzeug zu schaffen.

Diese Aufgabe wird von einer Stromversorgungsanlage der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Verwendung der .Stromversorgungsanlage für ein tragbares Werkzeug der von der Gleichstromquelle über den Wechselrichter gespeiste Stator des Induktionsmotors als sattigbarer Kern der Transformatorphasen vorgesehen ist. auf dem die Sekundärwicklungen angeordnet sind, während die Primärwicklungen durch die Spulen der Statorwicklungen gebildet sind.

Die Stromversorgungsanlage nach der Erfindung zeichnet sich durch einen außerordentlichen einfachen und gew ichtssparenden Aufbau aus, da zur phasenrichtigen Aussteuerung der Transistoren der Stator des Induktionsmotors herangezogen wird und daher keine zusätzlichen sättigbaren Magnetkerne erforderlich sind. Gleichzeitig werden die Spulen der Statorwicklungen als Ansteiierwicklungen für die Transistoren ausgenutzt.

Für die in den Unteransprüchen beanspruchten Weiterbildungen der Erfindung wird Schutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch begehrt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht

die Gleichstromquelle aus einem Gleichrichter in Bruckenschaltiing. der an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Eine derart ausgestaltete Slronuerso! gungsanlage kann nut normaler Netzwcehsclspannung betneben werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Gleichrichter allein oder zusammen mit mehreren oder allen Bauteilen des Wechselrichters in einem Netzstecker angeordnet werden. Ein derart ausgestalteter Netzstecker zeichn.. sich durch korn- ;o pakiaufbau und geringes Gewicht aus und kann daher ohne Schwierigkeiten zusammen mit dem tragbaren Werkzeug transportiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind alle Bauteile des Wechselrichters innerhalb des Wei kzeuggehauses untergebracht. Dadurch wird neben einem kompakten Aufbau auch noch ein guter Schutz der einzelnen Bauteile vor Beschädigung gewährleistet.

Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Ausfuhrungsform nach der Erfindung.

Ft g. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung der Wicklungen auf dem Stator des Induktionsmotor und

I ig. 3 eine Tabelle zur Erläuterung der Schaltfolie der Transistoren.

Die in E i g. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage im aber die Zuleitungen 16 und 17 .tn eine Gleichstromquelle anschließbar und speist einen dreiphasigen Induktionsmotor, dessen Statorwicklungen mit 29, 30 und 31 bezeichnet sind, (ede der drei Statorw ickliingen 29, 30 und 31 besteht aus vier in Reihe liegenden Spulen 145 bis 148 bzw. 150 bis 153 bzw. 155 bis 158. Die Statorwicklungen 29, 30 und 31 stellen gleichzeitig die Primärwicklungen eines Steueitranslormators dar. dessen sättigbarer Kern vom Stator des Induktionsmotors gebildet wird.

Zwischen den Zuleitungen 16 und 17 sind zwei Transistoren 33 und 34 angeordnet, die über eine Verbindungsleitung 35 in Reihe geschaltet sind, die mit der Statorwicklung 29 in Verbindung steht. Der Transistor 33 wird durch in Reihe liegende Spulen 160 und 161 angesteuert, die zwischen der Basis des Transistors 33 und der Verbindungsleitung 35 liegen und als Sekundärwicklung auf dem Stator angeordnet sind. In ähnlicher Weise wird der Transistor 34 durch die in Reihe geschalteten Spulen 162 und 163 angesteuert, die zwischen der Basis des Transistors 34 und der Zuleitung 17 liegen und als Sekundärwicklung auf dem Stator angeordnet sind.

Zwischen den Zuleitungen 16 und 17 liegen weiterhin zwei Transistoren 44 und 45, die über die Verbindungslcitung 46 in Reihe geschaltet sind, an die auch die .Statorwicklung 30 angeschlossen ist. Zwischen der Basis des Transistors 44 und der Verbindungsleitung 4f. liegen zwei in Reihe geschaltete Spulen 165, 166, die auf dem Stator als Sekundärwicklungen angeordnet sind. In ähnlicher Weise sind zwischen der Basis des Transistors 45 und der Zuleitung 17 zwei in Reihe liegende Spulen 168 und 169 vorgesehen, die ebenfalls als Sekundärwicklung auf dem Stator angeordnet sind.

Zwischen den beiden Zuleitungen 16 und 17 liegen weiterhin zwei Transistoren 56 und 57, die über die Verbindungsleitung 58 in Reihe geschaltet sind, die mit der Statorwicklung 31 in Verbindung steht. Zur Steuerung des Transistors 56 dienen zwei in Reihe lieeende Spulen 170 und 17Ϊ. die zwischen der Basis des I r.tnsisturs 56 und der Verbindungslcituiig 58 liegen und ■ils Sekundärwicklung auf dem Stator angeordnet sind. Der Transistor 57 ist durch /wei in Reihe liegende Spulen 172 und 173 anstcuerbar. die zwischen der Basis des Transistors 57 und der Zuleitung 17 liegen und ebenfalls als Sekundärwicklung auf dem Stator angeordnet sind. Die nicht mit den Zuleitungen 35, 46 und 48 in Verbindung stehenden rinden der Slatorw ickluii g-.'n 29, 30 und 31 sind miteinander verbunden

Mit der Zuleitung 17 steht eine auf dem Stator angeordnete Slartwicklung 174 in Verbindung, deien anderes Ende über einen Kondensator 94. parallel /u dem ein Widersland 95 liegt, und eine Diode 175 an die andere Zuleitung 16 angeschlossen ist

Die Lage der einzelnen Spulen aiii dem Stator 17h des Induktionsmotors sind in E i g. 2 schematised dargestellt. Die Enden der Spulen sind in E ig. 1 und I 1 g. 2 leweils durch einen bzw. zwei Striche gekennzeichnet.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der oben beschriebenen Stromversorgungsanlage kurz erläutert.

Werden die Zuleitungen 16 und 17 .111 eine Gleichstromquelle angeschlossen, fließt durch die auf dem Stator Γ76 angeordnete Stariw icUung 174 ein Stromimpuls, wodurch im Stator ein Magnclllull induziert und die in I i g. 3 dargestellte SiIuIt¹OlL¹C der als Ein-Aus-Schalter betriebenen 1 ransistoren 33, 34. 44, 45, 56, 57 in Gang gesetzt wird. N.mini nun an. dall zunächst der Transistor 33 eingeschaltet ist. J.inn wud der Sta'orw icklung 29 ein TeChIeCkWeIIeIiIOnHiL¹Cr Strom zugeführt, der im Stator einen Magnetllult induziert. Dadurch wird wiederum in den von den Spulen 160 und 161 sowie 162 und 163 gebildeten Sekundärwicklungen Spannung induziert, so dall an der Basis des Transistors 33 eine den 'Transistor 3 3 111 Durchlaßrichtung vorspannende positive Spannung anliegt, während an der B.isis des Transistors 34 cmc den Transistor 34 in Spernchliing vorspannende negative Spannung anliegt. Erreicht nun der induzierte Magnetfluß den Sättigungswert, sinkt die Spannung an den Sekundärwicklungen und damit die Vorspannung an der Basis des Transistors 33, der dadurch in den Sperrzustand gesteuert wird. Hierdurch wird der in der Stabwicklung 29 fließende Strom verringert, wodurch auch der induzierte Magnetfluß abnimmt. Durch Jen abnehmenden Magnetfluß werden in den Sekundärwicklungen Spannungen entgegengesetzter !'olariät erzeugt, wodurch der Transistor 34 in den Durchlallzustand gesteuert und der Transistor 33 gesperrt wird Ober den eingeschalteten Transistor 34 Hießt durch die Statorwicklung nunmehr Strom umgekehrter Polarität, wodurch im Stator ein Magnetfluß umgekehrter Polarität induziert wird. Sobald dieser Magnetfluß seinen Sättigungswert erreicht, wird ein erneuter Umschaltvorgang der Transistoren 33 und 34 eingeleitet. Die anderen Transistorenpaare 44 und 45 sowie 56 und 57 werden in ähnlicher Weise periodisch umgeschaltet, wobei der Stator, über den die Wicklungen magnetisch miteinander gekoppelt sind, die phasenrichtige Ansteuerung der einzelnen Transistorenpaare gewährleistet, so daß an den Statorwicklungen des Induktionsmotors ein hochfrequenter Drehstrom anliegt.

Als Gleichstromquelle zur Speisung der vorstehend erläuterten Stromversorgungsanlage verwendet man zweckmäßigerweisc einen an das Wechselstromnetz anschließbaren Gleichrichter in Brückenschaltung, so daß die Stromversorgungsanlage mit Net/wechselst rom betrieben werden kann. Der Gleichrichter kann

allein oder zusammen mit mehreren oder allen Bauteilen des in der Stromversorgungsanlage vorgesehenen Wechselrichters in einem Netzstecker angeordnet werden, um das Gewicht des Werkzeuges möglichst gering zu halten. V.s können auch alle Bauteile des Wechselrichters innerhalb des Werkzeuggchaiiscs untergebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. "atentanspruche:

   I. Stromversorgungsanlage fur einen mehrphasigen Induktionsmotor nut einem aus einer Gleichstromquelle gespeisten Wechselrichter, bestehend aus mehreren parallel zur Gleichstromquelle liegenden Leitungs/vveigen. die zwei in Reihe geschaltete Transistoren aufweisen, /wischen denen jeweils die Statorwicklungen angeschlossen sind und die im Gegentaktbetneb durch eine Transformatorphase steuerbar sind, die einen sättigbares im Sältigungsbereich betriebenen Kern, eine von den Transistoren an die Gleichstromquelle schaltbare Primärwicklung und mehrere an die Basen der Transistoren angeschlossene Sekundärwicklungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dali bei Verwendung der Stromversorgungsanlage für ein tragbares Werkzeug der von der Gleichstromquelle über den Wechselrichter gespeiste Stator des Induktionsmolors als sattigbarer Kern der Transformatorphasen vorgesehen ist. auf dem die Sekundärwicklungen (160 bis (6J, 165 bis 168, 170 bis 173) angeordnet sind, wahrend die Primärwicklungen durch die Spulen (145 bis 148, 150 bis 153. 155 bis 158) der .Statorwicklungen (29 bis Jl)gebildet sind.
2. 2. Stromversorgungsanlage nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle aus einem Gleichrichter in ßruckensehaliung besteht. der an ein Wechselstromnetz, angeschlossen ist.
3. 3. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter allein oder zusammen mit Bauteilen des Wechselrichters in einem Netzstecker angeordnet ist.
4. 4. Stromversorgungsanlage nacl. Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauteile des Wechselrichters innerhalb des Werkz.euggehäuses untergebracht sind.