DE2530112A1

DE2530112A1 - Schaltungsanordnung zum automatischen entregen eines motors

Info

Publication number: DE2530112A1
Application number: DE19752530112
Authority: DE
Inventors: Johann Mundt
Original assignee: Uranit GmbH; Uranit Uran Isotopen Trennungs GmbH
Current assignee: Uranit GmbH
Priority date: 1975-07-05
Filing date: 1975-07-05
Publication date: 1977-01-27
Also published as: NL187877B; FR2317805A1; GB1527676A; DE2530112C3; DE2530112B2; NL187877C; NL7602904A; FR2317805B1; US4054943A

Description

Schaltungsanordnung .,zum _automtischen Entregen eines Motors

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum automatischen Entregen eines Motors, dessen Blindleistungsaufnahme durch Kondensatoren kompensiert ist, und dessen über einen Frequenzumrichter aus einem Drehstromnetz gespeiste Ständerwicklung mit ihrem Drehfeld den aus ferromagnetischem Material bestehenden Läufer magnetisiert und dadurch eine permanentmagnetischen Erregung herstellt (Hysteresemotor), die auch nach dem Abschalten des I4otors vom Drehstromnetz in Form remanenter Magnetpole im Läufer bestehen bleibt.

Der Läufer des Hysteresemotors besteht aus ferromagnetischem Material mit definierten hysteretischen Eigenschaften. Im synchronen Nennbetrieb ähnelt der Hysteresemotor in seinem Verhalten der Synchronmaschine im stark untererregten Betriebsfall. Während jedoch bei der Synchronmaschine das Erregerfeld durch eine an Gleichspannung liegende Erregerwicklung erzeugt wird, induziert beim Hysteresemotor das Drehfeld des Ständers

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in dem z.B. scheibenförmig ausgebildeten Läufer permanentmagnetische Pole, deren Feldstärke geringer ist als die des bei der Synchronmaschine durch Gleichstromwicklungen erzeugten Erregerfeldes.

Die Erregung des Läufers ist nicht ohne weiteres abschaltbar, d.h. sie bleibt auch nach dem Abschalten des Motors von dem Drehstromnetz in Form remanenter Hagnetpole im Läufer erhalten.

Eine andere Eigenschaft des Hysteresemotors ist dessen ungünstiger Leistungsfaktor (cos ψ»*0,3), der bei Anlagen mit einer Vielzahl solcher Motoren zu einer erheblichen Blindleistungsbelastung des speisenden Drehstromnetzes führt. Deshalb wird mit Kompensationskondensatoren dafür gesorgt, daß der Blindleistungsaustausch innerhalb des Systems Motor-Kondensator stattfindet und das Drehstromnetz nur den Wirkleistungsbedarf deckt. Ist die Kapazität des Kompensationskondensators bei Betriebsfrequenz so abgestimmt, daß die Blindwiderstände des Motors und des Kondensators dem Betrage nach gleich groß sind, so ist das Netz mit einem abgestimmten Parallelresonanzkreis belastet, der nur durch die Motorverluste und die an der Welle umgesetzte Wirkleistung bedämpft ist. Wird das System Motor-Kondensator vom Netz getrennt, so arbeitet der Motor, dessen EMK erhalten bleibt, durch seine Schwungmasse angetrieben als Generator und der aus dem Netz gespeiste Parallelresonanzkreis wird zu einem an der EMK des Motors liegenden schwach bedämpften Reihenresonanzkreis. Der durch den Wirkwiderstand begrenzte generatorische Strom verursacht eine stärkere Auf magnetisierung des Läufers und eine Erhöhung der EMK, die wiederum einen höheren Strom durch den Reihenresonanzkreis treibt, bis innerhalb weniger Millisekunden Motorstrom und Klemmenspannung das Mehrfache ihrer Betriebswerte erreichen. Dieser Vorgang der Selbsterregung ist unter allen Umständen zu vermeiden, da er nicht nur durch überspannung und Stromüberlastung eine Gefahr für die Einrichtungen der Energieverteilung, sondern auch durch erhöhte Lagerbeanspruchung zur Zerstörung des Motors führen kann.

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Deshalb ist es bekannt, die Motorspannung an einen zentralen Ort der Energieverteilung irit einem Spannungswächter zu überwachen und bei einer Störung der genannten Art die Klemmen des Motors und damit auch der Kompensationskondensatoren kurzzuschließen. Dadurch werden die Reihenresonanzverhältnisse zwar aufgehoben, aber der Motorlaufer nur teilweise entregt, so daß nach Aufheben des Kurzschlusses der Selbsterregungsvorgang infolge der Restmagnetisierung des Läufers wieder einsetzen kann. Es ist deshalb notwendig, die Hysteresemotoren möglichst vollkommen zu entregen. Auch bei einem betriebsmäßigen Abschaltvorgang ist eine möglichst vollkommene Entregung anzustreben, da das Wiederzuschalten von erregten Hysteresemotoren auf statische Frequenzumrichter mit Schwierigkeiten verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, bei betriebsmäßigem oder störungsbedingtem Abschalten von Motoren mit permanentmagnetischer Erregung, also Hysteresemotoren, die mit Kondensatoren zur Blindleistungskompensation beschaltet sind, den Vorgang der Selbsterregung vollständig zxx verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Spannungswächter die netzseitige Einspeisung in einen Frequenzumrichter auf störbedingtes oder betriebsmäßiges Abschalten überwacht, daß im Gleichstromzwischenkreis des FrequenzUmrichters ein Kondensator einer Pufferschaltung beim Abschalten der Netzspannung die gespeicherte Energie mit abklingender Spannung über einen Wechselrichter des Frequenzumrichters an den Ständer des Motors abgibt, und daß eine Einrichtung zum Löschen des remanenten Magnetismus des Läufers die Ausgangsfrequenz f des Spannungs-Frequenzwandlers durch entsprechende Aussteuerung des Taktgenerators beim Ansprechen des Spannungswächters automatisch um einen vorbestimmten Betrag Λ f erhöht.

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Bei einer beispielhaften Ausführung der Erfindung steuert der Spannungswächter über eine SammeIstormeldung ein Relais mit einem Umschalter so, daß bei Rückgang oder Ausfall der Netzspannung eine mit dem Ruhekontakt des Umschalters verbundene Hilfsspannungsquelle über einen Kondensator auf einen Steuereingang des Spannungs-Frequenz-Wandlers geschaltet ist, und daß dadurch das am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers anstehende Signal für die Aussteuerung des Wechselrichters in seiner im Betriebsfall der Motordrehzahl entsprechenden Frequenz gegenüber der Betriebsfrequenz f um einen vorbestimmten Betrag A f erhöht wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einfachen Mitteln unter Verwendung des speisenden Frequenzumrichters eine wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit von mit Hysteresemotoren arbeitenden Anlagen auch bei Ausfallen der Energieversorgung erreicht und sichergestellt wird, indem der Effekt der Selbsterregung, d.h. das Ansteigen der Motorklemmenspannung auf ein Mehrfaches des Nennwertes und das Auftreten hoher Rückströme und Läuferbremskräfte vollständig unterdrückt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 Prinzipschaltbild eines Hysteresemotors, Fig. 2 Hysteresemotor mit automatischer Entregung.

In Figur 1 ist ein einphasiges, stark vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Hysteresemotors mit Stromversorgungseinrichtung (Frequenzumrichter) dargestellt. Der Hysteresemotor 1 besitzt eine Ständerwicklung, in der die permanentmagnetischen Pole des Läufers eine EMK als Gegenspannung zu der an den Klemmen K1 und K2 anliegenden Netzspannung induzieren. Eine Induktivität L repräsentiert alle Streu- und Hauptreaktanzen, ein Wirkwiderstand R die Eisen-,

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Kupfer- und Wirbelstromverluste sowie die Wirkleistungsabgabe an die Welle bei motorischem Betrieb. An den Klemmen K1 und K2 ist ein Kondensator C angeschlossen, dessen Kapazität bei einer vorbestimmten Betriebsfrequenz so groß ist, daß sein Blindwiderstand dem Betrage nach etwa gleich groß ist wie der Blindwiderstand des Motors 1. Dabei bildet die Teilschaltung links von den Klemmen K1 und K2 mit dem zur Blindleistungskoinpensation angeschlossenen Kondensator C einen Parallelresonanzkreis, der durch Schließen des Schalters S mit dem zur Stromversorgung eingesetzten statischen Frequenz-Umrichter 2 verbunden ist. Das betriebsmäßige Abschalten der Stromversorgung kann ebenso wie ein störungsbedingter Ausfall der Versorgungsspannung durch das öffnen des Schalters S nachgebildet werden. Der Motor 1 wird durch die Schwungmasse angetrieben, die er im Betriebsfall gedreht hat und arbeitet unter Erhaltung der EMK als Generator. Abschlußimpedanz der EMK ist die Reihenschaltung von R, L und C, die nun einen schwach bedämpften Reihenresonanzkreis bilden. Der durch R nur wenig begrenzte generatorische Strom verursacht eine höhere Magnetisierung des Läufers und damit eine Erhöhung der EMK, die wiederum einen höheren Strom durch den Reihenresonanzkreis treibt. Dabei steigen Klemmspannung und Strom in Millisekunden auf das 4- bis 5-fache ihrer Nennwerte. Dieser Vorgang der Selbsterregung kann mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung in einfacher Weise vollständig unterdrückt werden. Der statische Frequenz-Umrichter 2 besteht im wesentlichen aus einem netzseitigen Gleichrichter 3, einem lastseitigen Wechselrichter 4 und einem Gleichstromzwischenkreis mit einer Glättungsdrossei 5 und einem Kondensator 6 zur Zwischenkreispufferung.

Im synchronen Nennbetrieb des Motors 1 laufen Ständer- und Läuferfeld mit Nennfrequenz, beide Felder befinden sich relativ zueinander in Ruhe. Bei einer Motorabschaltung, sei es betriebsmäßig oder z.B. durch einen Netzausfall wird nicht der lastseitige Schalter 7 am Ausgang des Frequenzumrichters 2, sondern der netz-

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seitige Schalter 8 am Eingang des Frequenzumrichters geöffnet. Ein Spannungswächter 9 meldet den Ausfall der Netzspannung an eine Sammelstörmeldung 10, die ein Relais 11 abschaltet und dadurch einen Unischalter 12 betätigt. Eine Ililfsspannungsquelle 13 wird dadurch über einen Ruhekontakt 14 des Umschalters 12 und einen Kondensator 15 auf einen Steuereingang 16 des Spannungs-Frequenz-Wandlers 17 geschaltet, so daß an dessen Ausgang 18 eine sprunghafte Frequenzerhöhung auftritt. Das Ausgangssignal wird über eine Treiberstufe 19 dem Wechselrichter 4 des Frequenzumrichters 2 zugeführt, an dessen Eingang 20 der sich entladende Kondensator eine exponentiell abklingende Spannung legt. Der Ständer des Motors 1, der auf den Ausgang 21 des Wechselrichters 4 geschaltet ist, wird dadurch mit einer Drehspannung gespeist, deren Frequenz sprunghaft um etwa 10 % gegenüber der Betriebsfrequenz erhöht ist. Jetzt ist das Ständerdrehfeld übersynchron zur Drehzahl des Läufers , der mit der Differenzfrequenz zwischen Ständer und Läufer ummagnetisiert wird. Gleichzeitig sinkt die Amplitude der am Ausgang 21 des Wechselrichters 4 dem Motor 1 angebotenen Wechselspannung abhängig von der im Kondensator 6 des Gleichstromzwischenkreises gespeicherten Energie nach einer e-Funktion stetig bis auf den Wert Null ab. Dabei wird der Läufer ständig mit abklingender Amplitude von Feldstärke und Induktion umraagnetisiert, bis der Läufer vollständig entmagnetisiert ist.

Während dieses ca. 1 Sekunde dauernden Vorganges wird die Steuer- und Regelelektronik des Frequenzumrichters 2 weiter mit Betriebsspannung versorgt. Am Ende des EntregungsVorganges wird durch den Spannungswächter 22 der Lastschalter 7 geöffnet und der Motor 1 vom Frequenzumrichter 2 getrennt.

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Claims

.-!Schaltungsanordnung zum automatischen Entregen eines Motors, dessen Blindleistungsaufnahme durch Kondensatoren kompensiert ist, und dessen über einen Frequenzumrichter aus einem Drehstromnetz gespeiste Ständerwicklung mit ihrem Drehfeld den aus ferromagnetisehern Material bestehenden Läufer magnetisiert und dadurch eine permanentmagnetische Erregung herstellt (Hysteresemotor), die auch nach den Abschalten des Motors vom Drehstromnetz in Form remanenter Mag ratpole im Läufer bestehen bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungswächter (9) die netzseitige Einspeisung in einen Frequenzumrichter (2) auf störbedingtes oder betriebsmäßiges Abschalten überwacht, daß im Gleichstrorazwischenkreis (5) des Frequenzurarichters (2) ein Kondensator (6) einer Puffer schaltung beim Abschalten der Netzspannung die gespeicherte Energie mit abklingender Spannung über einen Wechselrichter (4) des Frequenzumrichters (2) an den Ständer des Motors (1) abgibt, und daß eine Einrichtung (11 bis 19) zum Löschen des remanenten Magnetismus des Läufers die Ausgangsfrequenz f des Spannungs-Frequenz-Wandlers (17) durch entsprechende Aussteuerung des Taktgenerators beim Ansprechen des Spannungswächters (9) automatisch um einen vorbestimmten Betrag Δ f erhöht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswächter (9) über eine Sammelstörmeldung (10) ein Relais (11) mit einem Umschalter (12) so steuert, daß bei Rückgang oder Ausfall der Netzspannung eine mit dem Ruhekontakt (14) des Unischalters (12) verbundene HilfsSpannungsquelle (13) über einen Kondensator (15) auf einen Steuereingang (16) des Spannungs-Frequenz-Wandlers (17) geschaltet ist, und daß dadurch das am Ausgang (18) des Spannungs-Frequenz-Wandlers (17)

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anstehende Signal für die Aussteuerung des Wechselrichters (4)· in seiner im Betriebsfall der Motordrehzahl entsprechenden Frequenz, gegenüber der Betriebsfrequenz f um einen vorbestimmten Betrag A f erhöht wird.

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