DE2340197C3 - Drehzahlstellbarer Antrieb mit einem Induktionsmotor - Google Patents
Drehzahlstellbarer Antrieb mit einem InduktionsmotorInfo
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Description
zweipoliger
wird mit
wird mit
(einphasiger)
Für die Maschine mit Kurzschlußläuferwicklung
Zj=JXj und Z11 = jX'j.
Die Maschine kann ohne zusätzliche Hilfe über den
halben Wert der synchronen Drehzahl nicht hochlaufen.
Das asynchrone Drehmoment als Funktion des Schlupfes .v kann mit v=2s-l wie folgt angegeben
werden:
AZ11 =
2(1 τ α)
Hierin bedeutet mit
2 a
(2)
und
Ai11 = 2 ■ /] · R,.
(D
30
35
Die Erfindung bezieht sich auf einen drehzahlstellbaren
Antrieb mit einem Induktionsmotor, dessen Stander ein mit Netzfrequenz umlaufendes Drehfeld erzeugt,
das auf einen asymmetrischen Läufer mit unterschiedlichen Längs- und Qucrreak'.anzen wirkt, und mit einer in
den Zuleitungen vom Netz /um Motor angeordneten F.inriehtung zur Einstellung der am Motor anliegenden
Speisespannung.
Kin solcher drehzahlstellbarer Antrieb ist aus der Zeitschrift »Archiv für Elektronik«, 1964, Seiten 190 bis
202, bekannt. Der bei dic;cm bekannten Antrieb verwendete Induktionsmotor besitzt keine Läuferwicklung,
sondern lediglich ein Blechpaket mil Pollücken-Ausstanzungen und gegebenenfalls innere Flußsperreii.
wodurch ein möglichst großer Unterschied zwischen Längs- und Querreaktanzen erzeugt wird (Fig. la).
Eine andere Bauweise eines einachsigen Motors benutzt eine Läuferwicklung mit zweipoligem Kurzschluß
(Fig. Ib), wobei der Läuferwiderstand R\ durch entsprechende
Bemessung kleinstmöglich (/?i— 0) gewählt
wird. Derartige Asynchronmaschinen mit einachsigem Läufer (/?i «s 00 oder R\ =0) bilden ihr Drehmoment mit
Hilfe des Ständerstromes h des durch die Asymmetrie
des Läufers hervorgerufenen Gegensystems im Zusammenwirken mit dem Ständerkreiswiderstand R5. Der
Ständerkreiswiderstand Rs kann allein der in der
Ständerwicklung vohandene Ständerwidersland R\ sein. Er kann aber auch durch einen zusätzlichen externen
Widerstand ft,, der sich an beliebiger, möglichst gut zu kühlender Stelle innerhalb der Zuleitung vom Netz zum
Motor befindet, vergrößert werden, so daß Rs= R\ + R;
ist. Das asynchrone Drehmoment :st mit dem ohmschen Läuferwidersiand R\ = °o nach Fig. la und ft| =0 nach
Fig. Ib.
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Hieraus ist zu ersehen, daß das asynchrone Moment nur vom Ständerkreiswiderstand R5 und vom Quadrat (,5
des Ständerstromes h des Gegensystems abhängig ist. Die Größe /2 hängt vom Grad der Asymmetrie ab, der
eine Funktion von K - XJX11 ist.
/C11= (K - I)/2
« = ''κ Ko/(i2 + K"vl
(3)
(4)
mk =-- u\ K1J \IV + K2 0) · (,-2 κ2 + k2) ■ (l + c) X11
(5)
Der Verlaui' des Drehmomentes in Abhängigkeit von
der Drehzahl ist bei einer Maschine ohne Verluste im Läufer fast genau der gleiche, wie es für Sonder-Kurzschlußläufermaschinen
mit erhöhtem Schlupf, z. B. Drehmomentengeber, meistens vorgeschrieben wird. Dabei wird bei einem einachsigen Läufer ein kleinerer
Maschinentyp gebraucht als bei einer normalen Asynchronmaschine mit erhöhtem Schlupf.
Die fallende Drehmomentcharakteristik, der Wegfall von im Maschineninneren auftretenden Läuferverlusten
und die dadurch mögliche gute Modellausnutzung schaffen ideale Voraussetzungen für einfache drehzahlvariable
Antriebe. Ausgehend von der Beeinflussung der Drehzahl-Drehmoment-Charakieristik beim herkömmlichen
Drehstromschleifringläufer-Motor durch zusätzliche Widerstände im externen Läuferkreis, läßt sich bei
der einachsigen Asynchronmaschine gleichermaßen durch Änderung von /?s= fti + Rz ein ähnlicher Effekt
erzielen. Die Variation von Rz erfolgt hierbei zweckmäßigerweise
unter Ausnutzung moderner Elektronik-Technik. Bei Antrieben sehr kleiner Leistung kann R,
eine Kombination in ihrem Kennlinienfeld durchsteuerbarer Transistoren sein, bei größeren Leistungen eine
Kombination von Widerständen, die in Chopper- oder Anschnitt-Technik mehr oder weniger durch Thyristoren
oder Triacs in den Ständerkreis zwischen Motorwicklung und Netzzuieitung zugeschaltet werden. Bei
unveränderten Maschinen-Parametern und konstantem Rs läßt sich aber auch auf anderem Weg eine
Beeinflussung der Diehzahl-Drehmoment-Chrakteri-
stik des Antriebes erreichen. Vereinfacht lassen sich die Gleichungen^) und (5) wie folgt zusammenfassen:
M11 =
1; ■ A
I lierbei ist
Bei einer vorgegebenen Drehzahl ικη.,12 damit
konstantem Zähler vorstehender Gleichung, ist damit das asynchrone Moment
Mu - U2.
Wird bei einem drehzahlstcllbaren Antrieb z. B. das
Lastmoment vervielfacht, so kann die vorgegebene Solldrehzahl η durch eine Verdoppelung der Ständerspeisespannung
Ui konstant gehalten werden. Diese Anpassung der Ständerspeisespannung an das jeweilige
Lastdrehmoment erfolgt am einfachsten mit den bekannten Mitteln der Phasenanschnittsteuerung unter
Einsatz antiparalleler Thyristoren oder Triacs. Ähnlich wäre eine Anpassung von Us durch variable Vorwiderstände
R1, möglich. Beide Wege, reine Anschnittsteuerung
oder auf elektronischem Weg variierte Vorwiderstände, führen zu vergleichbaren Drehzahl-Drehmomem-Charakterisiik-Beeinflussungen.
Sie unterscheiden sich vornehmlich in ihrer mathemalischen Formulierung
und Auswertung. Gemeinsames Kennzeichen ist. daß sich zwischen dem Motor 1 mit asymmetrischem
Läufer 2 (R\ ~ oc oder R\ = 0) und dem speisenden Netz
eine elektronische Steuerung 3 befindet, die in den Energiefluß zwischen beiden steuernd oder regelnd
eingreift (Fi g. 2).
Aus dieser theoretischen Darstellung zur Funktionsweise des bekannten einachsigen Induktionsmotors
ergibt sich, daß die Drehzahleinstellung durch Verändern der an dem Motor abfallenden Spannung möglich
ist. Zur Einstellung der am Motor abfallenden Spannung ist somit ein Drehzahl-Regelkreis erforderlich, dem für
die Regelung ein Drehzahl-Istwert zugeführt werden muß. Zur Erfassung des Drehzahl-Istwertes ist es
bekannt, einen Tachogenerator an den Motor anzubauen, der eine der Drehzahl proportionale Spannung
liefert. Der Tachogenerator stellt an sich schon einen erheblichen Aufwand dar, wozu dann noch die
entsprechende Montage am Motor hinzukommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
dreh/ahUiellbaren Antrieb der eingangs beschriebenen
Art so auszubilden, daß mit wenig Aufwand eine genaue Drehzahlregelung möglich ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß als Einrichtung zur Einstellung
der Speisespannung elektronische über einen Regelkreis angesteuerte Bauelemente \ erwendet sind und
daß /ur Ermittlung der Ist-Drehzahl des Antriebs die
durch den asymmetrischen Lanier \ciursachten drehzahlabhängigen
Unterschwir.gungen im Speisestrom
immittelbiir heraiisgefilieri und dem Regelkreis zur
•Viswertung zugeführt sind.
Bei der Erfindung wird auf die sonst üblicherweise \ erwendete Tachometermaschine verzichtet.
Die asymmetrische Läuferausführung kann bei Antrieben mit kleinen Schwungmomenten oder hohen
Forderungen bezüglich Drehmomentpulsationen zu Schwierigkeiten führen. Hiergegen hilft die Anordnung
gemäß F i g. 3. Wenn nämlich die asymmetrischen Läufer von zwei gleich aufgebauten Asynchronmaschinen
5 und 6 auf eine gemeinsame Welle um 90 elektrisch gegeneinander verdreht aufgebracht werden,
dann sind die gemeinsamen .Ständerströme L in allen
drei Phasen symmetrisch, una das am äußeren Wellenende abzunehmende Drehmoment ist ein gleichmäßiges
asynchrones Moment. Die fremdlrequcnten Ströme (ließen nur zwischen den beiden Maschinen, und
das pulsierende Moment beansprucht nur das Wellen· stück zwischen den beiden Läufern.
Vorstehende Ausführungen wurden anhand von drehstromgespeisten Maschinen erläutert. Es ist bekannt,
daß mit Hilfe von Widerständen (Widcrstandshill'sphasen-Motor),
Kondensatoren (Kondensator-Motor), Induktivitäten oder mittels phasen verschiebender
Elektronikschaliungen bei Speisung eines Asynchronmotors
vom Einphasen-Nctz den 2 oder 3 Wicklungssträngen untereinander phasenverschobene Ströme
derart zugeführt werden können, daß ein Drehfeld entsteht. Damit gelten vorstehende Ausführungen
grundsätzlich analog auch für drehzahlstellbare Antriebe mit einer anderen Phasenzahl als m=3. Unter
Berücksichtigung der Möglichkeiten der Λ",-Kompensation
durch ein geeignetes AV und damit Drehmomentsteigerung
wie auch der Drehmomentcharakteristik-Becinflussung durch ein angepaßtes R., innerhalb /?,
addieren sich zu den Besonderheilen, die der asymmetrische stromverlustfreie Läufer mit sich bringt, noch eine
große Varianzbreite von asymmetrischen Beschaltungen der Motorwicklungsstränge, die im Zusammenwirken
aller Komponenten eine günstige Anpassung des Drehzahl-Drehmoment-Verhaltens des gesamten Antriebes
an die gestellten Antriebsbedingungen ermöglichen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Drehzahlstellbarer Antrieb mit einem Induktionsmotor, dessen Ständer ein mit Netzfrequenz umlaufendes Drehfeld erzeugt, das auf einen asymmetrischen Läufer mit unterschiedlichen L.ängs- und Querreaktanzen wirkt, und mit einer in den Zuleitungen vom Netz zum Motor angeordneten Einrichtung zur Einstellung der am Motor anliegenden Speisespannung, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Hinstellung der Speisespannung elektronische, über einen Regelkreis angesteuerte Bauelemente verwendet sind und daß zur Hrmittlung der 1st-Drehzahl des Antrieb:, die durch den asymmetrischen Laufer verursachten drehzahlabhängigen Unterschwingungen im Speisestrom unmittelbar herausgefiltert und dem Regelkreis zur Auswertung zugeführt sind.Somit entstehen im Läufer des Motors bei Drehmonientbildung praktisch keine stromabhängigen Verluste. Diese treten entweder allein in der Siänderwickiung bzw. zusätzlich zu dieser im externen Widerstand R.uui.Für die Einzelpolmaschine ohne Wicklung ist Za=JX,, R Fü di Mhi iund Zq=jX.,f, wenn
Priority Applications (4)
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FR7424671A FR2240566A1 (en) | 1973-08-08 | 1974-07-16 | Speed regulated drive with reduced slip losses - uses induction motor with sync. stator winding and asymmetric rotor reactance |
IT26066/74A IT1017970B (it) | 1973-08-08 | 1974-08-07 | Dispositivo di azionamento a nu mero di giri regolabile compren dente un motore elettrico e un complesso elettronico di comando |
JP49090649A JPS5045225A (de) | 1973-08-08 | 1974-08-07 |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19732340197 DE2340197C3 (de) | 1973-08-08 | Drehzahlstellbarer Antrieb mit einem Induktionsmotor |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2340197A1 DE2340197A1 (de) | 1975-02-27 |
DE2340197B2 DE2340197B2 (de) | 1977-03-03 |
DE2340197C3 true DE2340197C3 (de) | 1977-10-13 |
Family
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