DE2143864B1 - Synchronisierter asynchronmotor - Google Patents

Description

• Der rotierende Schalter, welcher bei dem gemäß der Erfindung ausgebildeten synchronisierten Asynchronmotor im geeigneten Moment die umlaufenden Gleichrichter mit den an die Schleifringe geführten Enden der Läuferwicklung verbindet, kann verschieden ausgebildet sein. Man kann z.B. einen rotierenden mechanischen Schalter verwenden und dessen Pole auf der einen Seite mit den Schleifringen verbinden, während auf der anderen Seite zwei zusammengefaßte Pole zu dem einen Ausgang des Gleichrichters und der dritte Pol zu dem anderen Ausgang des Gleichrichters geführt sind. Es ist aber auch möglich, als Schaltelement zwei Thyristoren zu verwenden, die den einen Ausgang des Gleichrichters mit zwei Schleifringen verbinden, während der andere Ausgang des Gleichrichters unmittelbar zu dem dritten Schleifring geführt ist. Weiterhin läßt sich auch ein Kurzschließer für zwei Schleifringe verwenden, an den der eine Ausgang des Gleichrichters angeschlossen ist, während der andere Ausgang unmittelbar zu dem dritten Schleifring führt. Damit die Zuschaltung der Erregung im richtigen Moment erfolgt, ist für den rotierenden Schalter eine ebenfalls rotierende geeignete Steuereinrichtung vorgesehen, oder die Steuerung erfolgt über Funk.
• Im folgenden sei die Erfindung noch an Hand der in den F i g. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, von denen jeweils die Fig. 1, 5, 6 und 7 das Schaltbild für unterschiedliche Ausführungsbeispiele zeigen, während die Fig.2, 3, 4, 8 und9 im Schema jeweils den Läuferkreis eines gemäß der Erfindung ausgebildeten synchronisierten Asynchronmotors während einzelner Betriebszustände zeigen.
• F i g. 1 zeigt einen Asynchronmotor 1 mit der dreiphasigen Ständerwicklung 2 und der dreiphasigen Läuferwicklung 3, die einseitig in Stern geschaltet ist.
• Die Ausgänge der Läuferwicklung 3 führen jeweils zu einem der auf der Maschinenwelle 4 angeordneten Schleifringe 5, 6 und 7. Diese Schleifringe 5, 6 und 7 können über abhebbar ausgebildete Bürsten 8 und den Schalter 9 mit dem ruhend angeordneten Anlaufwiderstand 10 verbunden werden.
• Weiterhin ist eine Erregermaschine 11 vorgesehen, deren Drehstromwicklung 12 auf dem Wellenstrang des Asynchronmotors 1 angeordnet ist. Die Drehstromwicklung 12 ist mit den ebenfalls umlaufenden Gleichrichtern 13 verbunden, die den in der Drehstromwicklung 12 erzeugten Strom gleichrichten. Der eine Ausgang 14 des Gleichrichters 13 ist unmittelbar mit dem Schleifring 5 verbunden, während der andere Ausgang 15 mit einem Kurzschließer 16 für die beiden Schleifringe 6 und 7 verbunden ist. Außerdem liegen noch Schutzvorrichtungen 17 für die Gleichrichterelemente parallel zu dem Gleichrichter 13. Alle auf dem Wellenstrang des Asynchronmotorsl angeordneten Teile, die somit rotieren, sind durch ein gestricheltes Rechteck eingefaßt.
• Für den asynchronen Anlauf des Asynchronmotorsl liegen die Bürsten 8 auf den Schleifringen 5, 6 und 7 an und der Schalter 9 ist geschlossen. Dadurch ist der Anlaufwiderstand 10, wie in Fig.2 dargestellt, mit der Läuferwicklung 3 verbunden.
• Durch Änderung des Widerstandswertes des Anlaufwiderstandes 10 kann jedes gewünschte Anlaufdrehmoment eingestellt werden.
• Nachdem die Maschine dann hochgelaufen ist, wird der Kurzschließer 16 auf die Schleifringe 6 und7 gesetzt und die Erregung auf die Läuferwicklung3 geschaltet. Von den drei Zweigen der Läuferwicklung 3 sind dadurch zwei parallel und in Reihe zum dritten Zweig geschaltet. Die Bürsten8 liegen aber noch auf den Schleifringen 5, 6 und 7 auf. Dadurch liegt noch der Anlaufwiderstand 10 im Läuferkreis, ist aber, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, ebenfalls so umgeschaltet, daß zwei Zweige des Anlaufwiderstandes 10 parallel und in Reihe zu dem dritten liegen. Weiterhin liegt die in F i g. 3 mit dem Symbol 18 dargestellte Erregeranordnung parallel zu dem umgeschalteten Anlaufwiderstand 10 und der umgeschalteten Läuferwicklung 3. Diese wird somit aus der Erregeranordnung 18 mit Gleichstrom gespeist. Dadurch wird der Asynchronmotor 1 synchronisiert und in Tritt gezogen und verhält sich nun wie ein Synchronmotor.
• Danach wird schließlich der Schalter 9 geöffnet und somit der Anlaufwiderstand 10 abgetrennt. Die Bürsten 8 werden ebenfalls von den Schleifringen abgehoben. Der Läuferkreis des synchronisierten Asynchronmotors 1 sieht also während des normalen Betriebes wie in Fig.4 dargestellt aus. Die Läuferwicklung 3 wird hierbei von der rotierenden Erregeranordnung 18 schleifringlos mit Gleichstrom gespeist. Der synchronisierte Asynchronmotor 1 ist also schleifringlos erregt.
• F i g. 5 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem der Ausgang 14 des Gleichrichters 13 zu einem Pol eines rotierenden dreipoligen mechanischen Schalters 19 geführt ist, während die beiden anderen Pole gemeinsam mit dem anderen Ausgang 15 des Gleichrichters verbunden sind. Die anderen Seiten der Pole des Schalters 19 liegen jeweils an den Schleifringen 5, 6 und 7, die mit der Läuferwicklung 3 verbunden sind. Wird nun der Schalter 19 geschlossen, so wird der Gleichrichter 13 auf die Läuferwicklung 3 geschaltet, die dabei so umgeschaltet wird, daß zwei Zweige parallel und in Reihe zu dem dritten Zweig liegen. Durch eine rotierende, nicht dargestellte Steuervorrichtung erfolgt das Zuschalten der Erregung genau im gewünschten, geeigneten Moment.
• Eine weitere Abwandlung der gemäß der Erfindung ausgebildeten Maschine zeigt die Fig.6. Der Ausgang 14 des Gleichrichters 13 ist hierbei unmittelbar an den Schleifring 5 geführt. Die Schleifringe 6 und 7 sind dagegen über zwei Thyristoren 20 und 21 zusammen zu dem Ausgang 15 des Gleichrichters geführt. Werden also die beiden Thyristoren 20 und 21 durchgängig gemacht, so speist der Gleichrichter 13 die umgeschaltete Läuferwicklung 3 der Maschine mit Gleichstrom. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch eine geeignete Steuerung der Thyristoren 20 und 21 der Moment, in dem der Gleichrichter 13 auf die Läuferwicklung 3 zu schalten ist, in geeigneter Weise sehr genau ausgewählt werden kann. Außerdem fehlen in dieser Anordnung alle Verschleißteile, da die Thyristoren 20, 21 keine beweglichen Kontakte haben.
• Bei synchronisierten Asynchronmotoren großer Leistung ist es möglich, daß beim Anfahren der Maschine die zwischen den Schleifringen liegende Spannung zu hoch wird, wenn die dreiphasige Läuferwicklung einseitig direkt in Stern geschaltet ist.
• F i g. 7 zeigt einen derartig synchronisierten Asynchronmotor großer Leistung, der erfindungsgemäß schleifringlos erregt wird. Die mit Fig.l übereinstimmenden Teile haben die gleichen Bezugszeichen behalten.
• Zur besseren Veranschaulichung sind sämtliche mit dem Wellenstrang des synchronisierten Asynchronmotors 1 umlaufenden Teile ebenso wie in Fig. 1 innerhalb eines gestrichelten Kästchens angeordnet.
• Bei diesem synchronisierten Asynchronmotor 1 großer Leistung mit der Ständerwicklung 2 sind die einzelnen Zweige 31, 32, 33 der Läuferwicklung 3 an beiden Seiten jeweils mit einem Schleifring verbunden, die auf der Maschinenwelle4 angeordnet sind.
• Es handelt sich hierbei um die Schleifringe5, 6,7 bzw. 22, 23, 24. Auf diesen Schleifringen sind abhebbar ausgebildete Bürsten 8 angeordnet. Diese führen jeweils über den Schalter 9 zu den beiden Enden von drei veränderlichen Widerständen 25, 26, 27, die zusammen den Anlaufwiderstand 10 bilden. Außerdem sind die Schleifringe 22, 23, 24 jeweils mit einem Pol eines dreiphasigen Schalters 28 verbunden, dessen andere drei Pole untereinander kurzgeschlossen sind.
• Die anderen drei Schleifringe 5, 6, 7 liegen ebenfalls einseitig jeweils an einem Pol eines dreipoligen Schalters 19. Die beiden Schalter 28 und 19 sind mechanische Schalter, die also auf dem Läufer des Asynchronmotors 1 liegen und mithin rotieren. Man könnte auch statt des Schalters 28 einen dreipoligen rotierenden Kurzschließer verwenden.
• Weiterhin ist auf dem Wellenstrang des Asynchronmotors 1 die Drehstromwicklung 12 der Erregermaschine 11 angeordnet. Diese ist einseitig in Stern geschaltet und führt zu dem Gleichrichter 13, dessen einer Ausgang 14 mit an den einen Pol des Schalters 19 und dessen anderer Ausgang 15 an die beiden anderen Pole des Schalters 19 geführt sind, derart, daß bei Schließen des Schalters 19 der Ausgang 14 des Gleichrichters 13 mit dem Schleifring 5 und der Ausgang 15 des Gleichrichters 13 mit den Schleifringen 6 und 7 verbunden ist.
• Zum Anlaufen des Asynchronmotors 1 sind die Schalter 19 und 28 geöffnet, und die Bürsten 8 sind auf den Schleifringen 5, 6,7 bzw. 22, 23, 24 aufgesetzt. Der Schalter 9 ist ebenfalls geschlossen, so daß jeweils ein Läuferwicklungszweig 31, 32, 33 unmittelbar über einen Widerstand 25, 26, 27 kurzgeschlossen ist (siehe F i g. 8). Die Maschine wird nun in üblicher Weise hochgefahren. Um nach Erreichen des kritischen Schlupfes die Erregung zuschalten zu können, wird zunächst der Schalter 28 geschlossen, wodurch über die Schleifringe 22, 23, 24 ein Sternpunkt 30 für die Zweige der Läuferwicklung 3 und des Anlaufwiderstandes 10 hergestellt ist. Diese Schaltung des Läuferkreises ist in F i g. 9 dargestellt.
• Danach schließt man den Schalter 19, wodurch der Gleichrichter 13 bzw. die Erregeranordnung 18 mit der parallel liegenden Läuferwicklung 3 und dem Anlaufwiderstand 10 verbunden wird, wobei gleichzeitig die Zweige der Läuferwicklung und des Anlaufwiderstandes so umgeschaltet werden, daß jeweils zwei parallel in Reihe zu der dritten liegen.
• Man hat somit eine Schaltung des Läuferkreises, wie er bereits in F i g. 3 dargestellt ist, jedoch beide Sternpunkte verbunden. Als letzter Schritt wird dann der Schalter 9 geöffnet, und die Bürsten8 werden von den Schleifringen abgehoben. Dadurch ist der AnlaufwiderstandlO aus dem Läuferkreis entfernt, und der in Fig. 4 dargestellte normale Betriebszustand des Läufers des Asynchronmotors 1 ist erreicht.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Synchronisierter Asynchronmotor, dessen drei Zweige der Läuferwicklung einseitig mit Schleifringen verbunden sind, an denen während des Anlaufes über Bürsten und einen Schalter der ruhend angeordnete Anlaufwiderstand und während des Synchronbetriebes die Erregeranordnung derart angeschlossen ist, daß zwei der drei Zweige der Läuferwicklung parallel geschaltet sind und in Reihe zum dritten liegen, d adurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (8) abhebbar ausgebildet sind und daß die Wicklung (12) einer Erregermaschine (11) auf dem Wellenstrang angeordnet und mit ebenfalls umlaufenden, ungesteuerten Gleichrichtern (13) verbunden ist und daß ein mit den Schleifringen (5, 6, 7) verbundener, rotierender dreipoliger Schalter (19) mit einem Pol zu dem einen Ausgang (14) der Gleichrichter (13) und mit zwei anderen, kurzgeschlossenen Polen zu dem anderen Ausgang (15) führt (F i g.5).
2. 2. Synchronisierter Asynchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ausgang (14) der Gleichrichter (13) unmittelbar zu dem ersten Schleifring (5) führt, während der andere Ausgang (15) mit einem Kurzschließer (16) für die beiden anderen Schleifringe (6, 7) verbunden ist (F i g. l).
3. 3. Synchronisierter Asynchronmotor nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Kurzschließers (16) zwei Thyristoren (20, 21) vorgesehen sind, welche mit den beiden anderen Schleifringen (6, 7) verbunden sind (F i g. 6).
4. 4. Synchronisierter Asynchronmotor nach Anspruch 1 für große Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß die sternpunktseitigen Enden der Zweige (31, 32, 33) der Läuferwicklung (3) zu Schleifringen (22, 23, 24) mit abhebbaren Bürsten (8) geführt sind, an welchen die sternpunktseitigen Enden der Widerstände (25, 26, 27) des ruhenden Anlaufwiderstandes (10) angeschlossen sind, und daß ein mit den Schleifringen (22, 23, 24) verbundener, rotierender mechanischer drei poliger Schalter (28) einen Sternpunkt für die Läuferwicklung (3) herstellt (F i g. 7).

   Bei synchronisierten Asynchronmotoren sind bekanntlich (siehe Elektrowelt, Industrie-Elektrik + Elektronik, 1967, Seiten 57 bis 60) die drei Zweige der Läuferwicklung einseitig mit drei auf der Maschine nenwelle angeordneten Schleifringen verbunden, während die andere Seite entweder unmittelbar in Stern geschaltet oder ebenfalls mit drei weiteren Schleifringen verbunden ist. Während des Anlassens der Maschine stellen die Schleifringe die Verbindung der Läuferwicklung zu einem ruhend angeordneten Anlaufwiderstand dar, wodurch man den bekannten Vorteil erreicht, daß sich jedes gewünschte Arllaufdrehmoment erzielen läßt. Nach dem Hochlaufen der Maschine werden dann die Zweige der Läuferwicklung über die Schleifringe mit einer ebenfalls ruhenden Erregeranordnung so verbunden, daß zwei Zweige der Läuferwicklung parallel geschaltet sind und in Reihe zu dem dritten liegen. Die Läuferwicklung wird nun über die Schleifringe und Bürsten mit Gleichstrom gespeist. Dadurch verhält sich dann die Maschine während des Betriebes wie ein Synchronmotor.

   Nun hat aber bekanntlich die tÇbertragung von Strömen über Bürsten und Schleifringe den Nachteil, daß die Bürsten Verschleißteile sind und eine intensive Wartung erfordern.

   Durch die vorliegende Erfindung soll der Einsatz der Bürsten beim Betrieb eines synchronisierten Asynchronmotors wesentlich verkürzt werden.

   Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem synchronisierten Asynchronmotor, dessen drei Zweige der Läuferwicklung einseitig mit Schleifringen verbunden sind, an denen während des Anlaufes über Bürsten und einen Schalter der ruhend angeordnete Anlaufwiderstand und während des Synchronbetriebes die Erregeranordnung derart angeschlossen ist, daß zwei der drei Zweige der Läuferwicklung parallel geschaltet sind und in Reihe zum dritten liegen, gemäß der Erfindung die Bürsten abhebbar ausgebildet und die Wicklung einer Erregermaschine ist auf dem Wellenstrang angeordnet und mit ebenfalls umlaufenden, ungesteuerten Gleichrichtern verbunden und ein mit den Schleifringen verbundener, rotierender dreipoliger Schalter führt mit einem Pol zu dem einen Ausgang der Gleichrichter und mit zwei anderen, kurzgeschlossenen Polen zu dem anderen Ausgang.

   Der gemäß der Erfindung ausgebildete synchronisierte Asynchronmotor hat den Vorteil, daß zwar zum Anlauf die Verwendung eines ruhenden Anlaufwiderstandes beibehalten wird, wodurch dieser keiner räumlichen Beschränkung und zusätzlichen Beanspruchungen unterliegt, daß aber während des normalen Synchronbetriebes die Erregung schleifringlos erfolgt, mit Hilfe eines auf dem Wellenstrang der Maschine angeordneten Erregerkreises mit umlaufenden Gleichrichtern. Während des schleifringlosen Betriebes der Maschine sind die während des Anlaufes auf den Schleifringen liegenden Bürsten, die zu dem ruhenden Anlaufwiderstand führen, abgehoben.

   Diese Bürsten liegen also nur noch während des Hochlaufens der Maschine an den Schleifringen an.

   Dadurch ist ihre Einsatzzeit wesentlich verringert und ihre Abnutzung entsprechend herabgesetzt, wodurch sich ihre Lebensdauer verlängert. Die erforderlichen Wartungsarbeiten können also in wesentlich größeren Abständen durchgeführt werden, als dies bei einem normalen, auch im Synchronbetrieb über Schleifringen erregten synchronisierten Asynchronmotor der Fall ist.

   Eine solche schleifringlose Erregung über umlaufende Gleichrichter ist an sich bereits bei Synchronmotoren bekannt (siehe Siemens-Zeitschrift 1968, Seiten 930 bis 933). Der umlaufende Erregerkreis und insbesondere die Schutzvorrichtungen der Gleichrichter gegen tSberspannungen können daher in geeigneter Weise wie bereits bekannt ausgebildet sein.