DE1638586C3 - Stromversorgungsanlage für einen mehrphasigen Induktionsmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine .Stromversorgungsanlage für einen mehrphasigen Induktionsmotor mit einem aus einer Gleichstromquelle gespeisten Wechselrichter, bestehend aus mehreren parallel /nr Gleichstromquelle liegenden I.eitungs?weigert die zwei in Reihe geschaltete Transistoren aufweisen, /wischen denen jeweils die Statorwicklungen angeschlossen sind und die im Gegcntaklbetrieb 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 3) 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 Steuertransformatoren 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 Stromphase ein verhältnismäßig viel beanspruchender und ein ziemlich hohes Gewicht aufweisender Transformator erforderlich ist.

Aus »Revue Generale de l'Eleciriche«. Oktober 1%5. S. 791 bis 800, ist es auch bereits bekannt, /ur Versorgung der Statorwickiuiigen eines mehrphasigen Induktionsmotors einen von einer Gleichstromquelle gespeisten Wechselrichter vorzusehen, ckr mehrere parallel zur Gleichstromquelle liegende I.eiiungs/weige mit jeweils in Reihe liegenden Ih>ristoien aufweist. Die Thyristoren werden von einer Steuerschaltung angesteuert, in der für jeden I.eiiungszweig ein von einer bislabilen 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 Schaiiungsauiwand bedingt.

Aus dtr US-PS 32 21 192 ist es bereits bekannt, in tragbare Werkzeuge elektrisches Steuerzubehör einzubauen.

Elektrisch betriebene tragbare Werkzeuge wurden bisher meist mit einem Reihenschlußmotor ausgerüstet, dessen Kommutalorbursten jedoch regelmäßig gewartet werden müssen. Ein durch einen Reihenschlußmotor angetriebenes Werkzeug lieleii 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 c! r Stromversorgungsanlage für ein tragbares Werkzeug der von der Gleichstromquelle über den Wechselrichter gespeiste Stator des Induktionsmotor als sättigbarcr 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 gewichtssparenden Aufbau aus, da zur phasenrichtigen Aussteuerung der Transistoren der Stator des Induktionsmotor herangezogen wird und daher keine zusätzlichen sättigbaren Magnetkerne erforderlich sind. Gleichzeitig werden die Spulen der Statorwicklungen als Ansteuerwicklungen für die Transistoren ausgenutzt.

Für die in den Umeransprüchen 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 Brückensehaltung. der an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Line derart ausgestaltete Stromversorgungsanlage kann mit normaler Netzweehselspannung betrieben werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Windung kjnii der Gleichrichter allein oder zusammen mit mehreren oder allen Bauteilen des Wechselrichters in einem Netzslecker ungeordnet werden. Hin derart ausgestalteter Netzstecker zeichnet sich rlurch ,"onipaktaufbau 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 Wcrkzcuggehüuses untergebracht. Dadurch wird neben einem kompakten Aufbau auch noch ein guter Schulz der einzelnen Bauteile vor Beschädigung gewährleistet.

Die F.rfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigt

\ 1 g. 1 ein Schaltbild einer Ausl'iihningsl'orm nach der Erfindung.

F i g. 2 eine schcmalischc Darstellung der Anordnung der Wicklungen auf dem Stator des Induktionsmotors und

Γ ig. J eine Tabelle zur LHäuicriing der .Schallfolge der Transistoren.

Die in K i g. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage ist über die Zuleitungen 16 und 17 an eine Gleichstromquelle anschließbar und speist einen dreiphasigen induktionsmotor, dessen Statorwieklungcn mit 29, 30 und 31 bezeichnet sind, jede der drei Statorwicklungen 29, 30 und 31 besteht aus vier in Reihe liegenden Spulen 145 bis 148 bzw. 150 bis 153 bzw. 155 bis 158. Die Statorwickliingen 29, 30 und 31 stellen gleichzeitig die Primärwicklungen eines Steuertransformators dar. dessen sätligbarer Kern vom Stator des Induktionsmotors gebildet wird.

Zwischen den Zuleitungen 16 und 17 sind zwei Transistoren 33 und 34 angeordnet, die über eine Verbindungslcitung 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 /wischen der Basis des Transistors 33 und der Verbindungsleitung 35 liegen und als Sekundärwicklung auf dem Stator .ingeordnet 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 Vcrbincliingsleitung 46 in Reihe geschaltet sind, an die auch die Stabwicklung 30 angeschlossen ist. Zwischen der Basis des Transistors 44 und der Verbindungslcilung 46 liegen zwei in Reihe geschaltete Spulen 165, 165, 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 liegende Smilen 170 und 171. die zwischen der Basis des 9 .

Transistors 56 und der Verbindungsleitiing 58 liegen und als Sekundärwicklung auf dem Stator ungeordnet sind. Der Transistor 57 isi durch zwei in Reihe liegende Spulen 172 und 173 ansteuerbar, 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 linden der Slalorwicklungen 29, 30 und 31 sind miteinander verounden.

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

Die Lage der einzelnen Spulen auf dem Stator 176 des Induktionsmotors sind in I i g. 2 schematisch dargestellt. Die Enden der Spulen sind in K i g. 1 und I- i g. 2 jeweils durch einen bzw. zu ei Striche gekennzeichnet.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der oben beschriebenen Stromversorgungsanlage kurz erläutert.

Werden die Zuleitungen 16 und 17 an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Hießt durch die aul dem Stator 176 angeordnete Startwicklung 174 ein Stromimpuls, wodurch im Stator ein Magnet I iuß induziert und die in I" i g. 3 dargestellte Schalllolge der als iiin-Aus Schalter betriebenen Transistoren 33, 34, 44, 45, 56, 57 in Gang gesetzt wird. Nimmt Man an, daß zunächst der Transistor 33 eingeschaltet ist. dann wird der Stalorwickiung 29 ein rechteckwellenformiger Strom zugeführt, der im Stator einen Magnetfluß induziert. Dadurch wird wiederum in den von den Spulen 160 uncJ 161 sowie 162 und 163 gebildeten Sekundärwicklungen Spannung induziert, so daß an der Basis des Transistors 33 eine den Transistor 33 in Durchlaßrichtung vorspannende positive Spannung anliegt, während an der Basis des Transistors 34 eine den Transistor 34 in Spcmchlung 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 Statorwicklung 29 fließende Strom verringert, wodurch auch der induzierte Magnetfluß abnimmt. Durch den abnehmenden Magnetfluß werden in den Sekundärwicklungen Spannungen entgegengesetzter Polanät erzeugt, wodurch der Transistor 34 in den Durchlaßzustand gesteuert und der Transistor 33 gesperrt wird. Über den eingeschalteten Transistor 34 fließt durch die Statorwicklung nunmehr Strom umgekehrter Polarität, wodurch im Stator ein Magnetfluß umgekehrter Polarität induziert wird. Sobald dieser Magnetfluß seinen Sättigungsweri 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 anlieft.

Als Gleichstromquelle zur Speisung der vorstehend erläuterten Stromversorgungsanlage verwendet man zweckmäßigerweise einen an das Wechselstromnetz anschließbaren Gleichrichter in Brückenschaltung, so daß die Stromversorgungsanlage mit Netz.wcchselstrom betrieben werden kann. Der Gleichrichter kann

16 3b bob

allein oder /.usiimmon mil mehreren oder allen Bauteilen des in der Stromversorgungsanlage vorgesehenen Wechselrichters in einem Net/sleeker angeordnet werden, um das Gewicht des Werkzeuges möglichst gering zu halten, l-'s können auch alle Bauteile des Wechselrichters innerhalb des Weik/eiiggehäiises untergebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

h 969

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stromversorgungsanlage für einen mehrphasigen Induktionsmotor mit einem aus einer Gleichstromquelle gespeisten Wechselrichter, bestehend aus mehreren parallel zur Gleichstromquelle liegenden Leitungsz.wcigen, die zwei in Reihe geschaltete Transistoren aufweisen, /wischen denen jeweils die .Statorwicklungen angeschlossen sind und die im Gegentaktbetrieb durch eine Transformatorphase steuerbar sind, die einen siitligbaren, im Sättigungsbereich betriebenen Kern, eine von den Transistoren an die Gleichstromquelle schahbare Primärwicklung und mehrere an die Basen der Transistoren angeschlossene Sekundärwicklungen aufweist, dadurch g e k e η η / c i e h η e I. daß bei Verwendung der Stromversorgungsanlage für ein tragbares Werkzeug der von der Gleiehs.romquellc über den Wechselrichter gespeiste Stator des Induktionsmotors als sättigbarcr Kern der Transformatorphasen vorgesehen ist. auf dem die Sekundärwicklungen (160 bis Ι6Ϊ, 165 bis 168, 170 bis 173) angeordnet sind, während die Primärwicklungen durch die Spulen (145 bis 148, 150 bis 153, 155 bis 158) der Statorwicklungen (29 bis 31)gcbildet sind.

2. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. dal5 die Gleichstromquelle aus einem Gleichrichter in Brückcnschallung besteht, der an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist.

3. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter allein oder zusammen mit Raulcilen des Wechselrichters in einem Netzstecker angeordnet ist.

4. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauteile des Wechselrichters innerhalb des Werkzeuggehäuses untergebracht sind.