DE2057073A1

DE2057073A1 - Antriebssystem mit Reluktanzmotor

Info

Publication number: DE2057073A1
Application number: DE19702057073
Authority: DE
Inventors: Vilmos Toeroek
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1969-11-26
Filing date: 1970-11-20
Publication date: 1971-06-16
Also published as: BE759482A; JPS5040763B1; FR2073417B1; CA925566A; US3743906A; NL7017178A; GB1329596A; FR2073417A1; SE352497B; DE2057073B2

Description

Antriebssystem mit Reluktanzmotor

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Reluktanzmotor mit mehreren tangential aufeinander folgenden Statorpölkörpern und mit mehreren tangential aufeinander folgenden Rotorpolen in solcher Anordnung, daß sich bei Drehung des Rotors die magnetische Leitfähigkeit zwischen einem Statorpol und einem Rotorpol abwechselnd zwischen einem Höchst- und einem Kleinstwert ändert, und mit einer Statorwicklung, deren Spannung bei Motorbetrieb mit der Rotorbewegung derart synchronisiert ist, daß der Mittelwert des durch die Wicklung fließenden Stromes während des Ansteigens der magnetischen Leitfähigkeit größer ist als beim Abnehmen.

Antriebssysterne der beschriebenen Art sind für Zwecke bekannt, die nur geringe Leistung fordern (DT-AS 1 102 262), Die synchronisierte Stromquelle ist hierbei eine Gleichstromquelle in Reihe mit einem von der Rotorbewegung gesteuerten Schalter, Die Kontakte des Schalters sind während der Intervalle, in denen die magnetische Leitfähigkeit abnimmt, offen, wobei der Strom durch die Wicklung unterbrochen oder zumindest reduziert wird» JöLna notwendige Voraussetzung, um eine Motorwirkung bei

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einem Reluktanzmotor zu erhalten, ist, daß der magnetische Fluß durch die Pole während der genannten Intervalle mit abnehmender magnetischer Leitfähigkeit klein ist. Bei der zuvor beschriebenen Anordnung wird dies dadurch erreicht, daß ein wesentlicher Teil der magnetischen Energie, die im Polsystem bei maximalem Fluß gespeichert ist, im Lichtbogen des Schalters verbraucht wird, was bedeutet, daß der Wirkungsgrad des Antriebssystems sehr niedrig wird und die Anwendbarkeit dev Motore stark begrenzt. Dazu kommt, daß ein betriebssicherer Schalter für die genannte Arbeitsweise kaum zu tragbaren Kosten hergestellt werden kann, wenn es sich um eine Motorleistung von über 0,5 kW handelt.

Es ist auch versucht worden, eine Reluktanzmaschine für relativ hohe Leistungen zu entwickeln. Eine solche Maschine ist in der GB-PS 1 099 010 beschrieben, nämlich eine Reluktanzmaschine, die als Synchronmaschine betrieben werden soll. Die Maschine erfordert kein Umschaltorgan. Sie hat eine Arbeitswicklung, ) die direkt am Wechselstromnetz angeschlossen wird, und außerdem eine Gleichstromwicklung. Die erforderliche Differenz zwischen der magnetischen Anziehungskraft bei zunehmender und abnehmender magnetischer Leitfähigkeit erhält man, indem man Wechselstromfluß und Gleichstromfluß im Luftspalt addiert. Dabei ist man gezwungen, die B'lußwege so anzuordnen, daß der WechselstroBfluß nicht von der Gleichstromwicklung umschlossen wird. Das hat zur Folge, daß die Maschine eine komplizierte und kostspielige Form erhält. Die Pole werden Jedoch sowohl

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vom Wechselfluß als auch von dem von der Gleichstromwicklung erzeugten Fluß durchsetzt, was bedeutet, daß der Materialaufwand je Leistungseinheit sehr viel größer ist als bei üblichen Maschinen.

Die Maschine ist auf den Rotor- oder Statorflächen mit einer besonderen magnetischen Schicht versehen. Diese magnetische Schicht hat eine Sättigungsinduktion, die wesentlich niedriger ist als die der übrigen Teile des magnetischen Kreises. Mit Hilfe dieser Schichten wird der Polfluß von der Überlappung zwischen den Stator- und Rotorpolflächen abhängig gemacht, d.h. er ändert sich bedeutend bei geändertem Überlappungsgrad, auch wenn die Überlappung ziemlich groß ist, z.B. mehr als de Hälfte ihres Maximalwertes.

Bei relativ großen Maschinen, die für einen großen Ausnutzungsgrad bemessen sind, kann die Polflußzunähme bei einer gewissen Zunahme des Überlappungsgrades innerhalb eines Überlappungsbereichs, der dem überwiegenden Teil der tangentialen Abmessung ' des Pols entspricht, praktisch konstant gehalten werden, vorausgesetzt, daß der Pol in Übereinstimmung mit den Prinzipien für die Konstruktion eines üblichen Reluktanzmotors ohne Vergrößerung des Polquerschnittes in der Nähe der Luftspaltfläche konstruiert wird.

Es ist bisher kein Antriebssystem mit einem Reluktanzmotor entwickelt worden, das die aus Lehrbüchern und Handbüchern hervor-

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gehende Auffassung widerlegt, nämlich daß der Reluktanzmotor aufgrund seines niedrigen Wirkungsgrades und seines niedrigen Ausnutzungsgrades nicht für Antriebssysteme mit relativ hoher Leistung geeignet ist.

Ein Antriebssystem gemäß der Erfindung geht von einem Reluktanzmotor aus, der auch für hohe Leistungen im wesentlichen mit derselben einfachen Konstruktion ausgeführt werden kann wie die meisten üblichen Reluktanzmotoren, d.h. ohne den komplizierten Aufbau und die hohen Herstellungskosten, wie es der zuletzt beschriebene Reluktanzmotor erfordert.

Erfindungsgemäß ist ein einleitend beschriebenes Antriebssystem so ausgebildet, daß die Leistung des Motors mindestens 0,5 kW beträgt, daß seine Statorwicklung einem Netz über einen gesteuerten Halbleiterstromrichter angeschlossen ist, der pulsierenden Gleichstrom liefert und zu einem geschlossenen Regelkreis gehört, daß der Regelkreis ein Stromvergleichsgerät, einen an diesem angeschlossenen Istwertgeber für den Wicklungsstrom, ein als Sollwertgeber dienendes impulsgesteuertes Umschaltgerät zum Wechseln von einem ersten auf einen zweiten und höheren Strombezugswert und umgekehrt und einen Taktgeber enthält, der in Zeitabständen, die der Rotordrehung um eine halbe Polteilung entsprechen, Umschaltsignale an das genannte Umschaltgerät gibt, und daß der Halbleiterstromrichter auf bekannte Weise so angeordnet ist, daß er mit konstanter Stromrichtung und wechselnder Leistungsrichtung in der Wicklung

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arbeitet und Leistung in den Zeitintervallen an das Netz zurückgeführt wird, wenn der von der Wicklung umschlossene magnetische Fluß bei Abnahme der magnetischen Leitfähigkeit der Pole kleiner wird.

Die Verwendung von gesteuerten Halbleiterventilen für Antriebssysteme ist bekannt, z.B. für Systeme mit kontinuierlicher Geschwindigkeitsregelung und regenerativer Bremsung, die auf Kombinationen von gesteuerten Halbleiterventilen und rotierenden elektrischen Maschinen aufgebaut sind. Da die Ventilausrüstung solcher Systeme einen ganz wesentlichen Anteil der Kosten des Antriebes ausmacht, so ist deshalb ein hoher Wirkungsgrad der mit den Ventilen zusammenarbeitenden Maschine und eine hohe Ausnutzung der Ventile erforderlich. Diese Voraussetzungen sind bei einem Reluktanzmotor nicht gegeben. Der Fachmann wird also ein ventilgesteuertes Antriebssystem für einen Reluktanzmotor nicht in Betracht ziehen, zumal wenn dieser für eine relativ hohe Leistung bemessen sein soll, z.B. für eine Leistung von mehr als 0,5 kW.

Die Erfindung beruht auf Erwägungen über.den Variationsbedarf verschiedener Motortypen hinsichtlich Strom- und/oder Spannungsrichtung in verschiedenen Betriebsfällen bei verschiedenen Maschinen. Eine graphische Darstellung dieses Bedarfs ist in Fig. 1, 2und3 der Zeichnung gezeigt, und zwar in Fig. 1 für einen Gleichstrommotor, in Fig. 2 für einen Synchron- oder Asynchronmatcrr und in Fig. 3 für einen Reluktanzmotor, wobei U die Spannung und I den Strom bezeichnet. Es ist ersichtlich,

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daß ein Synchron- oder Asynchronmotor erfordert, daß sowohl Spannung als auch Strom in zwei verschiedenen Richtungen zugeführt werden können und der Strom in einem Gleichstrommotor seine Richtung wechseln muß, wenn eine regenerative Bremsung möglich sein soll. Wie in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, muß in dem letztgenannten Fall auch die zugeführte Spannung die Richtung wechseln, wenn der Motor reversierbar sein soll. Ein Reluktanzmotor arbeitet bei zunehmender magnetischer Leitfähigkeit als Motor und kann in den Intervallen, in denen die magnetische Leitfähigkeit abnimmt, als Generator arbeiten, wobei die Stromrichtung in der Wicklung beim Übergang vom Abnehmen zum Zunehmen der Leitfähigkeit unverändert ist, da während des Abnehmens der magnetischen Leitfähigkeit eine Spannung in der Wicklung induziert wird, die zur Aufrechterhaltung des Flusses beiträgt. Wenn die an der Wicklung angeschlossene Stromquelle hierbei mit umgekehrter Spannungsrichtung arbeitet, bedeutet das, daß der Reluktanzmotor während des Abnehmens der magnetischen Leitfähigkeit Leistung an die Stromquelle zurückführt. Regenerative Bremsung kann dadurch erreicht werden, daß der Absolutwert der aufgedrückten Spannung auf solche Weise variiert wird, daß die zurückgeführte Leistung größer ist als die, die dem Motor in einem angrenzenden Intervall zugeführt wird. Die Rotationsrichtung des Motors ist unabhängig von der Richtung des von der Stromquelle gelieferten Stromes und der Spannung.

In einer Reluktanzmaschine können also sämtliche Betriebsmöglichkeiten bei ein und derselben Stromrichtung in der Wicklung erreicht werden, was in Fig. 3 angedeutet ist.

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Wenn ein gesteuerter Gleichrichter an einer Stromquelle angeschlossen ist, die über den Gleichrichter Strom an eine Belastung liefert, kann der Strom im Belastungskreis nur eine Richtung haben und kann weiterfließen, wenn die Spannung der Stromquelle die Richtung wechselt, vorausgesetzt, daß gleichzeitig eine ausreichend hohe und der Stromquelle entgegenwirkende Spannung in dem Kreis entsteht, z.B. durch Induktion.

Ein gesteuertes Stromventil in Zusammenarbeit mit einer Stromquelle mit wechselnder Spannung hat also ein Arbeitsgebiet, das graphisch wie in Fig. 4 gezeigt abgebildet werden kann, wobei U Spannung und I Strom bezeichnet. Bei Vergleich von Fig. mit Fig. 1, 2 und 3 sieht man, daß Fig. 3 mit Fig. 4 gleich ist, was bedeutet, daß ein Reluktanzmotor, und zwar nur dieser, die Eigenschaften hat, die erforderlich sind, um mit obengenannter einfacher Stromrichterausrüstung eine nahezu unbegrenzte Betriebsanpassung zu erhalten.

Ein Antriebssystem gemäß der Erfindung hat im Vergleich mit gleichen allseitigen Antriebssystemen mit Halbleiterventilen in Kombination mit einer oder mehreren rotierenden Maschinen den Vorteil, daß dem Motor die erforderliche Leistung mit einer weit einfacheren und billigeren Ventilausrüstung zugeführt werden kann. Man könnte vielleicht befürchten, daß der preisreduzierenden Tendenz, die man durch die ungewöhnliche niedrige Anzahl erforderlicher Halbleiterkomponenten erhält, in großem Ausmaß dadurch entgegengewirkt wird, daß der Reluktanz-

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motor aufgrund seines bekannten niedrigen Wirkungsgrades relativ hohe Bruttoleistung erfordert. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß es bei einem Antriebssystem gemäß der Erfindung nicht nur möglich ist, alle gerechtfertigten Regelungsansprüche mit einem ungewöhnlich kleinen Aufwand an Halbleiterventilen zu erfüllen, sondern daß außerdem die dabei angewandte Betriebsweise dem Reluktanzmotor einen Wirkungsgrad gibt, der zumindest genau so hoch ist wie der einer entsprechenden Asynchronmaschine. Der hohe Wirkungsgrad kann zum großen Teil dem Umstand unterstellt werden, daß die Leistung, die während der Intervalle mit Generatorwirkung in dem Motor erzeugt wird (gewöhnlich in Intervallen mit abnehmender magnetischer Leitfähigkeit zwischen Rotor und Stator), mit Hilfe der in das Antriebssystem eingehenden Halbleiteranordnung an die Stromquelle zurückgeführt wird.

Es hat sich gezeigt, daß der Ausnutzungsgrad des gemäß der Erfindung angewandten Motors zumindest genau so hoch ist wie bei einem Asynchronmotor üblicher Konstruktion, und da die konstruktive Ausbildung nicht sehr kompliziert ist, ist es auch bei sehr hoher Motorleistung, z.B. 1000 kW, möglich, den Motor zu einem Preis herzustellen, der unter dem Preis üblicher Maschinen liegt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigen :

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Fig. 5, 5a und 5b ein Beispiel eines Reluktanzmotors im

Schnitt winkelrecht zur Welle,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 5, Fig. 6a einen aus drei Motoreinheiten des in Fig. 5 und

gezeigten Typs zusammengesetzten Reluktanzmotor, Fig. 7, 7A bis 7D eine Ausführungsform eines Antriebssystems

gemäß der Erfindung und Diagramme zur Illustration

der physikalischen Verhältnisse des Systems,

und
Fig. 9, 9A und 10 geeignete Halbleiterumformer für das

Antriebssystem.

In der Zeichnung bezeichnen 1 die Rotorwelle und 2 einen auf der Rotorwelle befestigten Polträger aus Stahl oder unmagnetischen Material mit mehreren in tangentialer Richtung gleichmäßig verteilten Rotorpolen 3. Die zwischen den Polen liegenden Pollücken haben eine mittlere Breite von ca. 40% der Polteilung. In Fig. 5 sind nur zwei Pole 3 gezeigt. An einem starren Statorring 4 sind mehrere U-förmige Statorpole 5 mit derselben Teilung wie die Rotorpole befestigt. Wenn ein Statorpol 5 und ein Rotorpol 3 einander wie in Figur 5 gegenüberstehen, bilden sie zusammen einen vollständigen magnetischen Kreis. Die magnetische Leitfähigkeit des Kreises hat in dieser Lage der Pole seinen maximalen Wert und nimmt bei Drehung des Rotors um eine halbe Polteilung auf einen Kleinstwert ab, d.h. dann, wenn ein Rotorpol mitten zwischen zwei Statorpolen steht. Im Gegensatz zu dem, was bei Gleichstroiamaschinen und Synchronmaschinen Üblich ist, ist die

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Polbreite am Luftspalt nicht größer als an den übrigen Polteilen. Bei beginnender Überlappung von einem Statorpol und einem Rotorpol triff leicht eine örtliche Sättigung an den überlappenden Polflächen auf, auch bei relativ niedriger Amperewindungszahl. Mit obengenannter, in der Figur gezeigten Ausbildung der Pole wird - auch bei großer Überlappung - sichergestellt, daß eine eintretende Sättigung in der Überlappungszone immer geschehen kann, wenn die Statoramperewindungszahl kleiner ist als die, die zur Sättigung eines überwiegenden Teils des Pols erforderlich ist. Damit erreicht man den Vorteil einer gleichmäßig zunehmenden magnetischen Leitfähigkeit während einer Rotorumdrehung beinahe von Null bis 100% Überlappung. Der Motor hat nur eine Wicklung, nämlich eine Statorwicklung 6, die ringförmig ist, tangential verlaufende Windungen hat und so angeordnet ist, daß sie teilweise von jedem Statorpol umschlossen wird.

Mit dem Ziel, einen gleichmäßigen, ruckfreien Gang zu erreichen sowie einen sicheren Start in allen Winkellagen, kann man mit W Vorteil einen Motor verwenden, der aus mehreren Einheiten derselben Konstruktion wie in Fig. 5 und 6 gezeigt zusammengesetzt ist. Eine aus den Einheitsmotoren X, Y, Z zusammengebaute Maschine ist in Fig. 6a gezeigt. Die Statoren der drei gleichen Motoreinheiten haben genau dieselbe Winkellage im Verhältnis zu der gemeinsamen Welle 1γγ_Ζ· Eine Axialebene A-A durch das Zentrum der Welle und die Polmitte des Statorpols 5 geht auch mitten durch die Statorpole 5a und 5b. Die drei Rotoren sind mit verschiedenen Winkellagen auf der Welle 1_χγ_Ζ befestigt,

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wie in Fig. 5, 5a und 5b gezeigt ist. Wenn der in Fig. 5 gezeigte Rotor mit einem Rotorpol mitten unter dem Statorpol 5 liegt, hat der Motor Y einen Rotorpol in solcher Lage, daß seine Mittellinie im Verhältnis zur Axialebene A-A um 10° verschoben ist, und der Motor Z hat eine entsprechende Verschiebung um 20°. Alle Rotoren haben eine Polteilung von 30°.

Der Stator einer Motoreinheit muß nicht unbedingt so ausgebildet sein, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Im Prinzip kann man einen Stator mit in tangentialer Richtung wechselweise aufeinander folgenden Nord- und Südpolen verwenden, die mit je einer Feldspule versehen sind, wobei die Statorwicklung aus mehreren zusammengeschalteten Spulen besteht«

Anstelle von mehreren Statorkörpern kann ein einziger Statorring verwendet werden, wenn dieser mit einer Anzahl Phasenwicklungen versehen wird, die mit der Anzahl Rotorkörper gemäß der ersten Alternative übereinstimmt. Z.B. kann ein Motor gemäß Fig. 3 der US-PS 3 062 979 verwendet werden, wenn einander gegenüberliegende Spulen zu Phasenwicklungen verbunden werden. Man erhält dann einen Motor mit zwei Phasenwicklungen.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein System, das einen Motor ähnlichen Typs wie den in Fig. 6a gezeigten enthält, d.h. einen aus drei Motoreinheiten zusammengesetzten Motor. Sämtliche Wicklungen der Motoren sind gezeigt und

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der symbolisch angedeutete Rotor soll einen aus drei auf derselben Welle montierten Rotoreinheiten zusammengesetzten Rotor darstellen. Der Einfachheit halber sind nur die Pole einer Rotoreinheit in dem Rotorsymbol gezeigt. Größen und Komponenten, die den verschiedenen Motoreinheiten entsprechen, sind mit X, Y bzw. Z bezeichnet. Somit ist ein geschlossener Regelkreis, der speziell der Motoreinheit Y zugehört, mit einem gestrichelten Rahmen versehen und mit Y bezeichnet. Entsprechende und genau gleiche Regelkreise sind auch für die Motoreinheiten X und Z vorhanden, aber in der Figur nicht gezeigt. Die angewendeten Buchstabenbezeichnungen bedeuten :

Iy = Strom durch die Wicklung Y I_RY = Strombezugswert für die Wicklung Y I^ο s Stromsollwert für eine Halbperiode mit abnehmender

magnetischer Leitfähigkeit Ipn = Stromsollwert für eine Halbperiode mit zunehmender

magnetischer Leitfähigkeit η = Mötordrehzahl
n_R

w n_n = Sollwert der Drehzahl

In Fig. 7 ist der Reluktanzmotor mit 7 bezeichnet, sein Rotor mit 7r und die Statorwicklungen mit 8. Der Stator ist im einzelnen nicht gezeigt. Die Statorwicklung 8 jeder Motoreinheit ist über einen gesteuerten Halbleiterstromrichter 10, der den Wechselstrom in Gleichstromimpulse von konstanter Länge umwandelt, an einem Wechselstromnetz 9 angeschlossen. Eine dem Wicklungsstrom proportionale Größe wird einem Stromgeber 19 entnommen

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und in einem Vergleichsgerät 12 mit einem Strombezugswert verglichen, wobei die Differenz der Eingangsseite eines am Steuerkreis des Stromrichters 10 angeschlossenen Reglers 11 zugeführt wird. Der Regler 11 besteht im wesentlichen aus einem Reihenwiderstand 11d und einem Verstärker 11a mit RUckschaltung mittels eines Kondensators 11b und eines Widerstandes 11c.

Der aus drei Motoreinheiten bestehende Motor 7 ist mit einem Lagegeber 20 in Form eines Gerätes versehen, das - durch Vermittlung eines in gewissen Fällen entbehrbaren Voreilungsgerätes 23 - Signalimpulse an eine Umschaltvorrichtung 13 in solchen Rotorlagen gibt, wo Stator- und Rotorpole einander im wesentlichen genau gegenüberstehen, und in solchen Lagen, wo die Rotorpole im wesentlichen mitten zwischen zwei Statorpolen stehen. Bs ist möglich, einen rotorgetriebenen Lagegeber mit einem magnetischen Kreis anzuwenden, dessen magnetische Leitfähigkeit von der Rotorlage abhängig ist, oder man kann einen fotoelektrischen Lagegeber verwenden. Die Umschalvorrichtung 13 hat zwei Eingangskreise für Strombezugswerte. Von diesen Kreisen ist der eine an einem manuell einstellbaren Bezugswertgeber 14 und der andere an der Ausgangsseite einer Reglereinheit 15 von ähnlichem Aufbau wie die Einheit angeschlossen. Der Eingangsseite der Reglereinheit 15 wird mittels eines Vergleichsgeräts 16 die Differenz zwischen der Ausgangsgröße eines Bezugswertgeräts 17 zur Einstellung der gewünschten Drehzahl und dem Ausgangswert eines vom Motor 7 getriebenen Tachometergenerators 18 zugeführt. Ein drehzahl-

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ί gesteuertes Voreilungsgerät 23 ist zwischen dem Taktgeber und dem Umschaltgerät 13 angeordnet, was besonders bei hoher Drehzahl vorteilhaft ist.

Es wird beispielsweise unterstellt, daß der Motor 7 stillsteht und der Drehzahlsollwert n_R auf ungefähr die halbe maximale Drehzahl im Uhrzeigersinn eingestellt ist, wenn die Speisespannung des Stromrichters 10 eingeschaltet wird. Der Drehzahlregler 15 von bekanntem proportionalen oder proportional-in-)) tegrierenden Typ wird voll ausgesteuert und gibt ein Aussignal I_2R, das zusammen mit dem festeingestellten I^_R-¥ert einen Bezugswert I_maXR ergibt, der dem maximal zugelassenen Wicklungsstrom 3L-„ entspricht. Mindestens einer der drei Einheitsrotoren max

befindet sich immer in solcher Lage, nachfolgend Einziehungslage genannt, daß die Magnetisierung des entsprechenden Stators in einem in Uhrzeigerrichtung wirkenden Moment resultiert. Der Impulsgeber 20 zeigt an, zu welchem Zeitpunkt ein Einheitsmotor in die Einziehungslage kommt, und das Schaltorgan 13 gibt ^ die Stromorder I_1R + I™ = I_max als Bezugswert für den entsprechenden Wicklungsstrom. Den Motoreinheiten, die nicht in Einziehungslage sind, wird gleichzeitig ein von dem dazugehörigen Stromrichter gelieferter Wicklungsstrom zugeführt, der von dem Strombezugswert I^_D bestimmt wird, wobei Ι*_Ώ < I

° IK * IK max

ist.

Nun entsteht ein Antriebsmoment, das nicht nur das gegebene Belastungsmoment des Motors überwinden, sondern den Motor auch beschleunigen kann. Sowie die nächste Rotoreinheit in Ein-

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ziehungslage kommt, bekommt ihr Stromrichter die Stromorder I , und einer Motoreinheit, die die Einziehungslage verläßt (in Ausziehungslage kommt), wird von ihrem Stromrichter ein Wicklungsstrom zugeführt, der von der Stromorder I^_R bestimmt wird.

In stationärem Zustand, wenn der Motor die gewünschte Drehzahl erreicht hat, vermindert der Regler 15 den Wert I^ zu einem solchen Wert, daß das Moment des Motors, das eine eindeutige Funktion von 1™ ist, genau ausreicht, um das Belastungsmoment zu überwinden, ohne daß weder eine Beschleunigung oder Verzögerung eintritt.

Ist die Drehzahl des Motors bedeutend höher als der Sollwert, n™, was bei starker Verminderung von n_R oder auch bei plötzlicher Verminderung des Belastungsmomentes eintreten kann, wird das Aussignal des Drehzahlreglers 15 negativ, was von dem Schaltorgan so gedeutet wird, wie es in Fig. 7A und 7B zu sehen ist, wobei 7A Einziehung und" 7B Ausziehung bedeutet. Der Stromsollwert für Motoreinheiten in Einziehungslage wird I_1R, während man für Phasen in Ausziehungslage den höheren Wert I^_R + Ipn hat. Dadurch entsteht ein bremsendes Moment im Motor. Die Motordrehzahl nimmt ab, nachdem die gewünschte niedrigere Drehzahl erreicht ist, entsteht eine neue Gleichgewichtslage, wie sie im Zusammenhang mit dem Start des Motors beschrieben wurde.

Der Strom- und Spannungsverlauf für eine Motoreinheit beim Treiben ist schematisch in Fig. 7C und beim Bremsen in Fig. 7D . - -16-

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dargestellt, wo U und I Phasenspannung bzw. Phasenstrom bedeuten. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß I.,„ = O ist.

Bei hohen Drehzahlen ist die Verzögerung zwischen Stromorder und Strom ein nicht vernachlässigbarer Teil der Periodenzeit, weshalb eine Vorverlegung der Stromorder im Verhältnis zum Wechseln zwischen Aus- und Einziehungslage nötig sein kann. Diese Vorverlegung wird mit dem Vorverlegungswinkel α in Fig. 7D und 7C ausgedrückt, α ist zweckmäßigerweise proportional zur Rotations- W geschwindigkeit η (siehe Voreilungsgerät in Fig. 7).

Der in Fig. 7 gezeigte Stromrichter 10 hat die in Fig. 9 gezeigte Ausführung, wobei 25 ein an sich bekanntes, zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstromimpulse vorgesehenes Steuerwinkelgerät und 26 Thyristoren bezeichnen.

Wenn das speisende Netz ein Dreiphasennetz ist, wird für jede Motoreinheit ein Umwandler 10a gemäß Fig. 9a verwendet, in ^ der das entsprechende Steuerwinkelgerät, das bekannter Konstruktion ist, ait 25a und das Dreiphasennetz mit 9a bezeichnet ist.

Wenn das speisende Netz ein Gleichstromnetz ist, kann mit Vorteil die in Fig. 10 gezeigte Stromrichteranordnung verwendet werden, in der 27 und 28 sogenannte "lösbare Thyristoren" sind, doh. jeder Thyristor hat eine Steuerklemme zum Zünden und eine zum Löschen. Die Anordnung enthält auch zwei Dioden 29.

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Bei Belastungsmoment und maximaler Motorgeschwindigkeit wird Thyristor 27 auf solche Weise gesteuert, daß er kontinuierlich leitend ist, wenn der Rotor sich in Einziehungslage befindet, und der Wicklungsstrom bei Ausziehung wird auf einen niedrigen Wert heruntergesteuert, indem mittels des Thyristors 28 eine Anzahl Bin- und Ausschaltungen vorgenommen wird, und zwar gewöhnlich auf solche Weise, daß seine sperrenden Perioden bedeutend länger sind als die leitenden. Bei jeder Stromunterbrechung am Thyristor 28 fließt der Strom weiter durch die Wicklung 8, da in dieser eine elektromotorische Kraft induziert wird, teils aufgrund von Selbstinduktion, teils aufgrund von verminderter magnetischer Leitfähigkeit, dieser Strom wird mittels der Dioden 29 generatorisch dem Netz zugeführt. Wenn I^_R = O ( auf ähnliche Weise wie in Fig_# 7D und 7C gezeigt) sein soll, wird der Thyristor 28 so gesteuert , daß er während der ganzen Ausziehungsperiode sperrend ist, Der Sollwert Ipo bestimmt die Länge der leitenden Intervalle des Thyristors 27 während der Einziehung. '

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Claims

Patentansprüche ;

1 J Antriebssystem mit einem Reluktanzmotor, mit mehreren tangential aufeinander folgenden Statorpolkörpern und mit mehreren tangential aufeinander folgenden Rotorpolen in solcher Anordnung, daß sich bei Drehung des Rotors die magnetische Leitfähigkeit zwischen einem Statorpol und einem Rotorpol abwechselnd zwischen einem Höchst- und einem Kleinstwert ändert, und mit einer Statorwicklung, deren Spannung bei Motorbetrieb mit der Rotorbewegung derart synchronisiert ist, daß der Mittelwert des durch die Wicklung fließenden Stromes während des Ansteigens der magnetischen Leitfähigkeit größer ist als beim Abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Motors (7) mindestens 0,5 kW beträgt, daß seine Statorwicklung (8) einem Netz über einen gesteuerten Halbleiterstromrichter (10) angeschlossen ist, der pulsierenden Gleichstrom liefert und zu einem geschlossenen Regelkreis (Y) gehört, daß der Regelkreis ein StromvergLeichsgerät (12), einen an diesem angeschlossenen Istwertgeber (19) für den Wicklungsstrom, ein als Sollwertgeber dienendes impulsgesteuertes Umschaltgerät (13) zum Wechseln von einem ersten auf einen zweiten und höheren Strombezugswert und umgekehrt und einen Taktgeber (20) enthält, der in Zeitabstanden, die der Rotordrehung um eine halbe Polteilung entsprechen, UmschaltsLgnaLe an das genannte Umschaltgerät (13) gibt, und daß dur HaLbLeiterstromrichter (10) auf bekannte Welse ao angeordnet ist, daß er mit konstanter Stromr Lchtung und wechselnder I,a Istungiu· ithtung in dor Wicklung arbeitet und Leistung In den Zu Lt■ intervalivn

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an das Netz zurückgeführt wird, wenn der von der Wicklung umschlossene magnetische Fluß bei Abnahme der magnetischen Leitfähigkeit der Pole kleiner wird.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (20) ein vom Rotor getriebener Impulsgenerator ist, daß der Rotor mit einem Drehzahlgeber (18) gekuppelt ist, dessen Ausgangsseite an der Eingangsseite eines Drehzahlvergleichsgeräts (16) zwecks Vergleichen der Istdrehzahl mit einem Drehzahlbezugswert (1?) angeschlossen ist und daß die Antriebsanordnung Mittel (15) zur Übertragung einer zu dem erhaltenen Bezugswert im wesentlichen proportionalen Größe auf das genannte Umschaltgerät enthält, wobei diese Größe den zweiten Strombezugswert bildet.

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