DE2057073B2

DE2057073B2 - Reluktanzmotor groesserer leistung, bestehend aus einer oder mehreren antriebseinheiten

Info

Publication number: DE2057073B2
Application number: DE19702057073
Authority: DE
Inventors: Vilmos Dipl Ing Vasteraas Torok (Schweden)
Original assignee: Allmanna Svenska Elektnska AB, Vasteraas (Schweden)
Priority date: 1969-11-26
Filing date: 1970-11-20
Publication date: 1972-12-07
Also published as: JPS5040763B1; GB1329596A; CA925566A; DE2057073A1; FR2073417B1; US3743906A; FR2073417A1; SE352497B; NL7017178A; BE759482A

Description

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Die Erfindung be/.iehi; sich auf einen Reluktanzmotor größerer Leistung, bestehend aus einer oder mehreren Antriebseinheilen, mit mehreren tangential aufeinanderfolgenden Statorpolen und mit mehreren tangential aufeinanderfolgenden Rotorpolen in solcher Anordnung, daß sich beim Drehen des Rotors die magnetische Leitfähigkeit zwischen einem Statorpol und einem Rotorpol abwechselnd zwischen einem Höchstwert und einem Kleinstwert ändert, welche Statorpole mindestens eine Statorwicklung tragen, die über einen gesteuerten Halbleiterstromrichter an ein Netz angeschlossen ist, welche Halbleiterstromrichter die Statorwicklung in Abhängigkeit von der durch einen Lagegeber erfaßten Rotorlage derart mit einem pulsierenden Gleichstrom versorgt, daß bei motorischem Betrieb der Mittelwert des durch die Statorwicklung fließenden Stromes während des durch die Rotordrehiuig bedingten Ansteigens der rcagnetischen Leitfähigkeit zwischen den Rotor- und Statorpolen größer ist als bei dem darauffolgenden Abnehmen der magnetischen Leitfähigkeit.

Antriebssysteme dieser Art sind beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 102 262, der USA.-Patentschrift 2 631264 und der britischen Patentschrift 1114 561 bekannt. Die synchronisierte Stromquelle besteht hierbei aus einer Gleichstromquelle in Reihe mit einem Schalter, der in Abhängigkeit der Rotorstellung gesteuert wird. Als Schalter sind gittergesteuerte Röhren sowie Halbleiterstromrichter bekannt. Die Schalter sind während der Intervalle, in denen die magnetische Leitfähigkeit abnimmt, geöffnet, wobei der Strom in der Statorwicklung unterbrochen oder zumindest reduziert wird. Eine notwendige Voraussetzung, um eine Motorwirkung bei einem Reluktanzmotor zu erzielen, 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 Antriebssystfims sehr niedrig wird und die Anwendbarkeit der 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. Bei diesen bekannten Anordnungen wird die während der Phase steigender magnetische Leitfähigkeit an die Statorwicklung durchgeschaltete Spannung nicht der Drehzahl ingepaßt. Die induzierte Gegenspannung ist jedoch von der Drehzahl abhängig. Das hat zur Folge, daß bei niedrigen Drehzahlen die der Statorwicklung zugeführte Spannung zu hoch ist und ein Teil dieser zugeführten Leistung in Schutzwiderständen vernichtet wird. Die bekannten Antriebsaiicrdnungen sind nicht imstande, während der Phase abnehmender magnetischer Leitfähigkeit die in der Maschine gespeicherte magnetische Energie an das Netz zurückzuspeisen. Vielmehr wird diese Energie vernichtet. Ebenso wenig ist mit den bekannten Anordnungen ein regeneratives Bremsen beim Heruntersteuern der Drehzahl möglich. Aus diesem Grunde sind die bekannten Anordnungen auf Reluktanzmaschinen geringer Leistung begrenzt.

Es ist auch versucht worden, eine Reluktanzmaschine für relativ hohe Leistungen zu entwickeln. Eine solche Maschine ist in der britischen Patentschrift 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 Leitfähig-

keit erhält man, indem man Wechselstromfluß und der Reluktanzmotor dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromfluß im Luftspalt addiert. Dabei ist man Lagegeber ein vom Rotor angetriebener Impulsgezwungen, die Flußwege so anzuordnen, daß der generator ist, daß der Rotor mit einem Tachometer-Wechselstromfluß nicht von der Gleichstromwicklung generator als Drehzahlistwertgeber gekuppelt ist, daß umschlossen wird. Das hat zur Folge, daß die Maschine S die in einem Drehzahlvergleichsgerät ermittelte Dif feeinen komplizierten und aufwendigen Aufbau erhält. renz zwischen dem Drehzahlistwert und dem an einem Die Pole werden jedoch sowohl vom Wechselfluß als Sollwertgeber eingestellten Drehzahlsollwert über einen auch von dem von der Gleichstromwicklung erzeugten Regler, der einen der Differenz proportionalen Strom-Fluß durchsetzt, was bedeutet, daß der Materialauf- bezugswert bildet, dem Umschaltgerät zuführbar ist. wand je Leistungseinheit sehr viel größer ist als bei io Die Verwendung von gesteuerten Halbleiterventilen, üblichen Maschinen. die nicht nur als bloße drehzahlunabhängige Schalter

Die Maschine ist auf den Rotor- oder Statorflächen benutzt werden wie in der britischen Patentschrift mit einer besonderen magnetischen Schicht versehen. 1 114 561, ist für Antriebssysteme bekannt, z. B. für Diese magnetische Schicht hat eine Sättigungsinduk- Systeme mit kontinuierlicher Geschwindigkeitsregetion, die wesentlich niedriger ist als die der übrigen 15 lung und regenerativer Bremsung, die auf Kombrnstio-Teile des magnetischen Kreises. Mit Hilfe dieser nen von gesteuerten Halbleite' ;ntilen und rotierenden Schichten wird der Polfluß von der Oberiappung elektrischen Maschinen aufgebau* sind. Da die Venzwischen den Stator- und Rotorpolflächen abhängig tilausrüstung solcher Systeme einen wesentlichen Angemacht, d. h., er ändert sich bedeutend bei geändertem teil des Gesamtaufwands des Antriebes ausmacht, so Überlappungsgrad, auch wenn die Überlappung ziem- 20 ist deshalb ein hoher Wirkungsgrad der mit den lieh groß ist, z. B. mehr als die Hälfte ihres Maximal- Ventilen zusammenarbeitenden Maschine und eine wertes. hohe Ausnutzung der Ventile erforderlich. Diese Vor-

Bei relativ großen Maschinen, die für einen großen aussetzungen sind bei einem Reluktanzmotor nicht

Ausnutzungsgrad bemessen sind, kann die Polfluß- gegeben. Per Fachmann wird also ein ventilgesteuertes

zunähme bei einer gewissen Zunahme des Übtrlap- 25 Antriebssystem für einen Reluktanzmotor nicht in

pungsgrades innerhalb eines Überlappungsbereichs, Betracht ziehen, zumal wenn dieser für eine relativ

der dem über viegenden Teil der tangentialen Ab- hohe Leistung bemessen sein soll, z. B. für eine Lei-

messung des I'ols entspricht, praktisch konstant ge- stung von mehr als 0,5 kW.

halten werden, vorausgesetzt, daß der Pol in Überein- Die Erfindung beruht auf Erwägungen über den

Stimmung mit den Prinzipien für die Konstruktion 30 Variationsbedarf verschiedener Motortypen hinsicht-

eines üblichen Reluktanzmotors ohne Vergrößerung lieh Strom- und/oder Spannungsrichtung in verschie-

des Polquerschnittes in der Nähe der Luftspaltfläche denen Betriebsfällen bei verschiedenen Maschinen,

konstruiert wird. Eine graphische Darstellung dieses Fcdarfs ist in

Es ist bisher kein Antriebssystem mit einem Reluk- Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung gezeigt, unc¹ zwar in

tanzmotor entwickelt worden, das die aus Lehrbüchern 35 Fig. 1 für einen Gleichstrommotor, in F i g. 2 für

und Handbüchern hervorgehende Auffassung wider- einen Synchron- oder Asynchronmotor und in F i g. 3

legt, daß der Reluktanzmotor auf Grund seines für einen Reluktanzmotor, wobei U die Spannung und

niedrigen Wirkungsgrades und seines niedrigen Aus- / den Strom bezeichnet. Es ist errichtlich, daß ein

nutzungsgrades nicht für Antriebssysteme mit relativ Synchron- oder Asynchronmotor- erfordert, daß sowohl

hoher Leistung geeignet ist. -_f° Spannung als auch Strom in zwei verschiedenen Rich-

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- tungen zugeführt werden können und der Strom in gründe, einen Reluktanzmotor bzw. ein Antriebs- einen Gleichstrommotor seine Richtung wechseln system für einen Reluktanzmotor zu schaffen, das eine muß, wenn eine regenerative Bremsung möglich sein Energierückspeisung sowohl bei konstanter Drehzahl soll. Wie in F i g. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet wie bei Verstellt ng der Drehzahl (Bremsung) gestattet, 45 ist, muß in dem letztgenannten Fall auch die zugeeine pi aktisch verlustlose Drehzahl- bzw. Drehmo- führte Spannung die Richtung wechseln, wenn der mentenregelung eines Reluktanzmotors ermöglicht Motor reversierbar sein soll. Ein Reluktanzmotor arund die Verwendung der bisher verwandten einfachen beitet bei zunehmender magnetischer Leitfähigkeit Konstruktionen von Reluktanzmotoren für erhebliche als Motor und kann in den Intervallen, in denen die größere Leistungen zuläßt. 5° magnetische Leitfähigkeit abnimmt, als Generator

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Reluktanz- arbeiten, wobei die Stromrichtung in der Wicklung motor der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, der beim Übe~gang vom Abnehmen zum Zunehmen der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Halbleiterstrom- Leitfähigkeit unverändert ist, da während des Abnehrichter für einen Betrieb mit wechselnder Energie- mens der magnetischen Leitfähigkeit eine Spannung in richtung ausgelegt ist und daß ein geschlossener 55 der Wicklung induziert wird, die zur Aufrechterhaltung Regelkreis, bestehend aus einem an die Steuerelektrode des Flusses beiträgt. Wenn die an der Wicklung angedes Halbieiterstromrichters angeschlossenen Regler sc'ilossene Stromquelle hierbei mit umgekehrter Span- und einem Siromvergleichsgerät, vorgesehen ist, an nungsrichtung arbeitet, bedeutet das, daß der Relukwelchem ein Istw.;;tgeber für den Ständerwicklungs- tanzmotor während des Abnehmens der magnetischen strom und eine als Sollwertgeber für den Ständer- 60 Leitfähigkeit Leistung an die Stromquelle zurückführt. Wicklungsstrom dienende Umschaltvorrichtung ange- Regenerative Bremsung kann dadurch erreicht werden, schlossen ist, die üurch von dem Lagegeber je halbe daß der Absolutwert der aufgedrückten Spannung Rotorpolteilung abgegebenen Impulse von einem auf solche Weise variiert wird, daß die zurückgeführte ersten niedrigeren auf einen zweiten höheren Strom- Leistung größer ist als die, die dem Motor in einem bezugswert bei dem Höchstwert und in vertauschter 65 angrenzenden Intervall zugeführt wird. Die Rotations-Reihenfolge bei dem Kleinstwert der magnetischen richün.g des Motors ist unabhängig von der Richtung Leitfähigkeit oder umgekehrt umsteuerbar ist. des von der Stromquelle gelieferten Stromes und der

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist Spannung.

In einer Reluktanzmaschine können also sämtliche Fig. 5 und 6 gezeigten Typs zusammengesetzten

Betriebsmöglichkeiten bei ein und derselben Strom- Reluktanzmotor,

richtung in der Wicklung erreicht werden, wie in Fig. 7, 7A bis 7D eine Ausführungsform eine; F i g. 3 angedeutet ist. Reluktanzmotors gemäß der Erfindung und Dia-Wenn ein gesteuerter Gleichrichter an einer Strom- 5 gramme zur Illustration der physikalischen Verhältquelle angeschlossen ist, die über den Gleichrichter nisse und

Strom an eine Belastung liefert, kann der Strom im Fig. 9, 9A und 10 geeignete Halbleiterumkehr-Belastungskreis nur eine Richtung haben und kann stromrichter für den Reluktanzmotor,
weiterfließen, wenn die Spannung der Stromquelle die In den Zeichnungen bezeichnen 1 die Rotorweih Richtung wechselt, vorausgesetzt, daß gleichzeitig eine io und 2 einen auf der Rotorwelle befestigten Polträgei ausreichend hohe und der Stromquelle entgegenwir- aus Stahl oder unmagnetischem Material mit mehrerer kende Spannung in dem Kreis entsteht, z. B. durch in tangentialer Richtung gleichmäßig verteilten Rotor-Induktion, polen 3. Die zwischen den Polen liegenden Pollückei

Ein gesteuertes Stromventil in Zusammenarbeit mit haben eine mittlere Breite von etwa 40% der Pol

einer Stromquelle mit wechselnder Spannung hat also 15 teilung. In F i g. 5 sind nur zwei Rotorpole 3 gezeigt

ein Arbeitsgebiet, das graphisch wie in F i g. 4 gezeigt An einem starren Statorring 4 sind mehrere t/-förmige

abgebildet werden kann, wobei U Spannung und / Statorpole 5 mit derselben Teilung wie die Rotorpoh

Strom bezeichnet. Bei Vergleich von F i g. 4 mit befestigt. Wenn ein Statorpol 5 und ein Rotorpol 2

Fig. 1, 2 und 3 sieht man, daß F i g. 3 mit F i g. 4 einander wie in Fig. 5 gegenüberstehen, bilden sie

gleich ist, was bedeutet, daß ein Reluktanzmotor, 20 zusammen einen vollständigen magnetischen Kreis

und zwar nur dieser, die Eigenschaften hat, die erfor- Die magnetische Leitfähigkeit des Kreises hat in diesel

derlich sind, um mit obengenannter einfacher Strom- Lage der 1 öle seinen Höchstwert und nimmt bei

richterausrüstung eine nahezu unbegrenzte Betriebs- Drehung des Rotors um eine halbe Polteilung auf einen

anpassung zu erhalten. Kleinstwert ab, d. h. dann, wenn ein Rotorpol mitter

Ein Antriebssystem gemäß der Erfindung hat im 25 zwischen zwei Statorpulen steht. Im Gegensatz zu den· Vergleich mit gleichen allseitigen Antriebssystemen was bei Gleichstrommaschinen und Synchronmaschimit Halbleiterventilen in Kombination mit einer oder nen üblich ist, ist die Polbreite am Luftspalt niehl mehreren rotierenden Maschinen den Vorteil, daß dem größer als an den übrigen Polteilen. Bei beginnendei Motor die erforderliche Leistung mit einer weit Überlappung von einem Statorpol und einem Rotorpo einfacheren und weniger aufwendigen Ventilausrüstung 30 tritt schnell eine örtliche Sättigung an den überzugeführt werden kann. Man könnte vielleicht be- läppenden Polflächen auf, auch bei relativ niedrigei fürchten, daß der geringere Aufwand, den man durch Amperewindungszahl. Mit der in der Fig. 5, 5a unc die ungewöhnliche niedrige Anzahl erforderlicher 5 b gezeigten Ausbildung der Pole wird sichergestellt Halbleiterkomponenten erhält, in großem Ausmaß daß eine Sättigung sofort mit Beginnen der Überlapdadurch entgegengewirkt wird, daß der Reluktanz- 35 pung der Pole eintritt und auch bei großer Übermotor auf Grund seines bekannten niedrigen Wirkungs- lappung bestehen bleibt, und zwar auch dann, wenn die grades relativ hohe Bruttoleistung erfordert. Unter- Statoramperewindungszahl kleiner ist als die, die zui suchungen haben jedoch gezeigt, daß es bei einem Sättigung des übrigen Poleisens erforderlich ist. Damii Antriebssystem gemäß der Erfindung nicht nur mög- erreicht man den Vorteil einer gleichmäßig zuneh lieh ist, alle gerechtfertigten Regelungsansprüche mit 40 menden magnetischen Leitfähigkeit während einei einem ungewöhnlich kleinen Aufwand an Halbleiter- Rotorumdrehung beinahe von Null bis 100% Über ventilen zu erfüllen, sondern daß außerdem die dabei lappung. Der Motor hat nur eine Wicklung, nämlicl angewandte Betriebsweise dem Reluktanzmotor einen eine Statorwicklung 6, die ringförmig ist, tangertia Wirkungsgrad gibt, der zumindest genau so hoch ist verlaufende Windungen hat und so angeordnet ist wie der einer entsprechenden Asynchronmaschine. 45 daß sie teilweise von jedem Statorpol umschlösset Der hohe Wirkungsgrad kann zum großen Teil dem wird.

Umstand unterstellt werden, daß die Leistung, die Mit dem Ziel, einen gleichmäßigen, ruckfreiea Ganj

während der Intervalle mit Generatorwirkung in dem zu erreichen sowie einen sicheren Start in allen Winkel

Motor erzeugt wird (gewöhnlich in Intervallen mit lagen, kann man mit Vorteil einen Motor verwenden

abnehmender magnetischer Leitfähigkeit zwischen 50 der aus mehreren Einheiten derselben Konstruktioi

Rotor und Stator), mit Hilfe der in das Antriebssystem wie in F i g. 5 und 6 gezeigt zusammengesetzt ist. Eir

eingehenden Halbleiteranordnung an die Stromquelle aus den Antriebseinheiten X, Y, Z zusammengebaute!

zurückgeführt wird. Reluktanzmotor ist in Fig. 6a gezeigt. Die Statorei

Es hat sich gezeigt, daß der Ausnutzungsgrad des der drei gleichen Antriebseinheiten haben genau die

gemäß der Erfindung angewandten Motors zumindest 55 selbe Winkellage im Verhältnis zu der gemeinsamer

genau so hoch ist wie bei einem Asynchronmotor üb- Rotorwelle Ιχγζ- Eine Axialebene A-A durch du

licher Konstruktion, und da die konstruktive Ausbil- Wellenmitte und die Polmitte des Statorpols 5 geh

dung nicht sehr kompliziert ist, ist es auch bei sehr auch mitten durch die Statorpole 5a und 5b. Di<

hoher Motorleistung, z. B. 1000 kW, möglich, den Rotoren der drei Antriebseinheiten sind mit verschie

Motor mit einem Aufwand herzustellen, der geringer 60 denen Winkellagen auf der Rotorwelle ίχγζ befestigt

i:.t als der für übliche Maschinen. wie in Fig. 5, 5a und 5b gezeigt ist. Vein der ii

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher Fig. 5 gezeigte Rotor mit einem Rotorpol rritter

beschrieben, in dieser zeigt unter dem Statorpol 5 liegt, hat die Antriebseinheit 1

Fig. 5, 5a und 5b ein Beispiel eines Reluktanz- einen Rotorpol 3a in solcher Lage, daß seine Mittel

motors im Schnitt winkelrecht zur Welle, 65 linie im Verhältnis zur Axialebene A-A um 10° ver

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie A-A in schoben ist, und der Motor Z hat einen Rotorpol 3^

F i g. 5, mit einer entsprechenden Verschiebung um 20°. Aiii

Fig. 6a einen aus drei Antriebseinheiten des in Rotoren haben eine Polteilung von 30°.

Der Stator einer Antriebseinheit muß nicht unbedingt so ausgebildet sein, wie in F i g. 5 und 6 gezeigt ist. Im Prin:ip kann man einen Stator mit in tangentialer Richtiug wechselweise aufeinander folgenden Nord- und Südpolen verwenden, die mit je einer Feldspule versehen sind, wobei die Statorwicklung aus mehreren zusammengeschalteten Spulen besteht.

An Stelle 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. Zum Beispiel kann ein Motor gemäß Fig. 3 der USA.-Patentschrift 3 062 979 verwendet werden, wenn einander gegenüberliegende Spulen zu Phasenwicklungen verbunden werden. Man erhält dann einen Motor mit zwei Phasenwicklungen.

Die in F i g. 7 gezeigte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Schaltung zur Drehzahlregelung eines Reluktanzmotors, der gemäß F i g. 6a aus drei Antriebseinheiten zusammengesetzt ist. Sämtliche Wicklungen der drei Antriebseinheiten sind dargestellt, und der symbolisch angedeutete Rotor soll einen aus drei auf derselben Welle montierten Rotoreinheiten zusammengesetzten Rotor darstellen. Der Einfachheit halber si rid nur die Pole einer Rotoreinheit in dem Rotorsymbol gezeigt. Größen und Komponenten, die den verschiedenen Motoreinheiten entsprechen, sind mit X, Y bzw. Z bezeichnet. Ein geschlossener Regelkreis, der speziell der Motoreinheit Y zugehört, ist mit einem gestrichelten Rahmen versehen und mit Y bezeichnet. Entsprechende und genau gleiche Regelkreise sind auch für die Antriebseinheiten X und Z vorhanden, aber in der Figur nicht gezeigt. Die angewendeten Buchstabenbezeichnungen bedeuten:

Iy = Strom durch die Statorwicklung Y.

Inr = Strombezugswert für die Statorwicklung Y,

I₁Ii = Stromsollwert für eine Halbperiode mit abnehmender magnetischer Leitfähigkeit,

I₂H = Stromsollwert für eine Halbperiode mit zunehmender magnetischer Leitfähigkeit.

/j = Motordrehzahl.

im = Sollwert der Drehzahl.

In F i g. 7 ist der Reluktanzmotor mit 7 bezeichnet, sein Rotor mit Iv und die Statorwicklungen mit 8. Der Stator ist im einzelnen nicht gezeigt. Die Statorwicklung 8 jeder Antriebseinheit ist über einen gesteuerten Halbleiterstromrichter 10, der den Wechselstrom in Gleichstromimpulse von konstanter Länge umwandelt, an einem Wechselstromnetz 9 angeschlossen. Eine dem Ständerwicklungsstrom proportionale Größe wird einem Istwertgeber 19 entnommen und in einem Stromvergleichsgerät 12 mit einem Strombezugswert verglichen, wobei die Differenz der Eingangsseite eines am Steuerkreis des Halbleiterstromrichters 10 angeschlossenen Reglers 11 zugeführt wird. Der Regler 11 besteht im wesentlichen aus einem Reihenwiderstand 11 rf und einem Verstärker 11a mit Rückschaltung mittels eines Kondensators 11 b und eines Widerstandes lic.

Der aus drei Antriebseinheiten bestehende Reluktanzmotor 7 ist mit einem Lagegeber 20 in Form eines Gerätes versehen, das — durch Vermittlung eines in gewissen Fällen entbehrbaren Voreilungsgerätes 23 — Steuerimpulse 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. Es ist möglich, einen rotorgetriebenen Lagegeber mit einem magnetischen Kreis anzuwenden, dcssc.i magnetische Leitfähigkeit von der Rotorlage abhängig ist. oder man kann einen fotoelektrischen Lagegeber verwenden. Die Umfüllvorrichtung 13 hat zwei Eingangskreise für Strombezugswerte. Von diesen Kreisen ist der eine an einem manuell einstellbaren Stromsollwertgeber 14 und der andere an der Ausgangsseite

ίο eines Reglers 15 von ähnlichem Aufbau wie der Regler 11 angeschlossen. (Die Teile 15« bis 15d entsprechen dabei den bereits erläuterten Teilen 11 ο bis Wd.) Der Eingangsseite des Reglers 15 wird mittels eines Drehzahlvergleichsgeräts 16 die Differenz zwisehen der Ausgangsgröße eines Drehzahlsollwertgebers 17 zur Einstellung der gewünschten Drehzahl und dem Ausgangswert eines vom Reluktanzmotor 7 getriebenen Tachometergenerators 18 zugeführt. Ein dreluahlgesteuertes Voreilungsgerät 23 ist zwischen dem Taktgeber 20 und dem Umschaltgerät 13 angeordnet, was besonders bei hoher Drehzahl vorteilhaft ist.

Es wird beispielsweise unterstellt, daß der Reluktanzmotor 7 stillsteht und der Drehzahlsollwert η η auf ungefähr die halbe maximale Drehzahl im Uhrzeigersinn eingestellt ist, wenn die Speisespannung des Halbleiterstromrichters 10 eingeschaltet wird. Der Regler 15 für die Drehzahl von bekanntem proportionalen oder proportional-integrierenden Typ wird voll ausgesteuert und gibt ein Ausgangssignal Z₂/;, das zusammen mit dem festeingestellten /jü-Wert einen Bezugswert ImaxR ergibt, der dem maximal zugelassenen Wicklungsstrom Ι,,,αΐ entspricht. Mindestens einer der Rotoren der drei Antriebseinheiten befindet sich immer in solcher Lage, nachfolgend Einziehungsla^e genannt, daß die Magnetisierung des entsprechenden Stators in einem in Uhrzeigerrichtung wirkenden Moment resultiert. Der Lagegeber 20 zeigt an. zu welchem Zeitpunkt einer der drei Rotoren in die Einziehungslage kommt: sodann gibt die Umschaltvorrichtung 13 die Stromorder Z₁/? + I₁^ = I_m„._rii als Bezugswert für den entsprechenden Ständerwicklungsstrom. Den Antriebseinheiten, die nicht in Einziehungslage sind, wird gleichzeitig ein von dem dazugehörigen Halbleilerstromrichter gelieferter Ständerwicklungsstrom zugeführt, der von dem Strombezugswert Z₁/; bestimmt wird, wobei I₁R < I_maxR ist.

Nun entsteht ein Aiitriebsmoment, das nicht nur das gegebene Belastungsmoment des Motors überwinden sondern den Motor auch beschleunigen kann. Sowi< der nächste Rotor in Einziehungslage kommt, bekomm ihr Halbleiterstromrichter die Stromorder I_max, unc einer Antriebseinheit, die die Einziehungslage verlaß (in Ausziehungslage kommt), wird von ihrem Halb leiterstromrichter ein Ständerwicklungsstrom züge führt, der von der Stromorder I₁R bestimmt wird.

Tn stationärem Zustand, wenn der Motor die ge wünschte Drehzahl erreicht hat, vermindert der Res ler 15 den Wert /₂r zu einem solchen Wert, daß de Moment des Motors, das eine eindeutige Funktio von /₂/i ist, genau ausreicht, um das Belastungsmomei zu überwinden, ohne daß weder eine Beschleunigur oder Verzögerung eintritt.

Ist die Drehzahl des Motors bedeutend höhe, als d Drehzahlsollwert/ι/;, was bei starker Verminderung v< /in oder auch bei plötzlicher Verminderung des E lastungsmomentes eintreten kann, wird das Ausgani signal des Reglers 15 negativ, was von der Umscha

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vorrichtung 13 so gedeutet wird, wie es in Fig. 7A und 7 B zu sehen ist, wobei 7 A Einziehung und 7 B Auszichung bedeutet. Der Strornsollwcu für Antriebscinheiten in Einziehungslagc wird Z₁/;, während man für Phasen in Ausziehuiigslagc »Jen höheren Wert Z₁K + /₂/e 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 Antriebseinheit beim Treiben ist schematisch in F i g. 7 C und beim Bremsen in Fig. 7D dargestellt, wo U und / Phasenspannung bzw. Phasenstiom bedeuten. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß Z₁« = 0 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 a in Fig. 7D und 7C ausgedrückt, α ist zweckmäßigerweise proportional zur Drehzahl η (s. Voreilimgsgerät in F i g. 7).

Der in Fig. 7 gezeigte Halbleiterstromriohter 10 hat die in Fig. 9 gezeigte Ausführung, wenn das speisende Netz ein Wechselstromnetz 9 ist, ferner enthält die F i g. 9 ein an sich bekanntes, zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstromimpulse dienendes Steuerwinkelgerät 25 und Thyristoren 26.

Wenn das speisende Net? ein Dreiphasennetz 9« ist, wird für jede Antriebseinheit ein Halbletterstromrichter 10a mit einem an sich bekannten Stcuerwinkelgerät 25« gemäß Fig. 9A verwendet.
Wenn das speisende Netz ein Gleichstromnetz ist, kann mit Vorteil die in Fig. )0 gezeigte Halbleiter-Stromrichter verwendet werden. Diese enthält Thyristoren 27, 28 mit je einer Stcuerklcmme zum Zünden und einer zum Löschen. Die Anordnung enthält auch zwei

ίο Dioden 29.

Bei Reiastungsnioment und maximaler Motorgeschwindigkeit wird der Thyristor 27 derart gesteuert, daß er kontinuierlich leitend ist, wenn der Rotor sich in Einziehungslage befindet. Bei der Ausziehung wird der Ständerwicklungsstrom auf einen niedrigen Wert heruntergesteuert. Dies geschieht mittels des Thyristors 28, mit dem eine Anzahl Ein- und Ausschaltungen derart vorgenommen wird, daß seine sperrenden Perioden bedeutend länger sind als die leitenden. Bei

ao jeder Stromunterbrechung am Thyristor 28 fließt der Strom weiter durch die Ständerwicklung 8, da in dieser eine elektromotorische Kraft teils auf Grund von Selbstinduktion, teils auf Grund von verminderter magnetischer Leitfähigkeit induziert wird. Dieser

■"^ Strom wird mittels der Dioden 29 generatorisch dem Netz zugeführt. Wenn Z₁R = 0 (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 I₂R bestimmt die Länge der leitenuen Intervalle des Thyristors 27 während der Einziehung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reluktanzmotor größerer Leistung, bestehend aus einer oder mehreren Antriebseinheiten, mit mehreren tangential aufeinanderfolgenden Statorpolen und mit mehreren tangential aufeinanderfolgenden Rotorpolen in solcher Anordnung, daiS sich beim Drehen des Rotors die magnetische Leitfähigkeit zwischen einem Statorpol und einem Rotor- pol abwechselnd zwischen einem Höchstwert und einem Kleinstwert ändert, welche Statorpole mindestens eine Statorwicklung tragen, die über einen gesteuerten Halbleiterstromrichter an ein Netz angeschlossen ist, welche Halbleiterstromrichter die Statorwicklung in Abhängigkeit von der durch einen Lagegeber erfaßten Rotorlage derart mit einem pulsierenden Gleichstrom versorgt, daß bei motorischem Betrieb der Mittelwert des durch die Statorwicklung fließenden Stromes während des an durch die Rotordrehung bedingten Ansteigens der magnetischen Leitfähigkeit zwischen den Rotor- und Statorpolen größer ist als bei dem darauffolgenden Abnehmen der magnetischen Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiters -umrichter (10; 10a; 27, 28, 29) für einen Betrieb mit wechselnder Energierichtung ausgelegt ist und daß ein ",eschiossener Regelkreis, bestehend aus einem an die Steuerelektrode des Ha'ibleiterstromrichters (10) angeschlossenen Regler (11) und einem Stromvergleichsgerät (1^Λ), vorgesehen ist, an welchem ein Istwertgeber (19) für den Ständerwicklungsstrom und eine als Sollwertgeber für den Ständerwicklungsstrom dienende Umschaltvorrichtung (13) angeschlossen ist, die durch vcn dem Lagegeber (20) je halbe Rotorpolteilung abgegebenen Impulse von einem erstew niedrigeren auf einen zweiten höheren Strombezugswert bei dem Höchstwert und in vertauschter Reihenfolge bei dem Kleinstwert der magnetischen Leitfähigkeit oder umgekehrt umsteuerbar ist.

2. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagegeber (20) ein vom Rotor (7r) angetriebener Impulsgenerator ist, daß der Rotor (7/·) mit einem Tachometergenerator (18) -15 als Drehzahlistwertgeber gekuppelt ist, daß die in einem Drehzahlvergleichsgerat (16) ermittelte Differenz zwischen dem Drehzahlistwert und dem an einsm Sollwertgeber (17) eingestellten Drehzahlsollwert über einen Regler (15), der einen der Differenz proportionalen Strombezugswert bildet, dem Umschaltgerät (13) zuführbar ist.

3. Reluktanzmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagegeber (20) mit der Umschaltvorrichtung durch ein drehzahlgesteuertes Voreilungsgerät (23) verbunden ist.