DE2530112B2

DE2530112B2 - Anordnung zur Speisung eines Hysteresemotors

Info

Publication number: DE2530112B2
Application number: DE2530112A
Authority: DE
Inventors: Johann 5170 Juelich Mundt
Original assignee: Uranit Uran Isotopen Trennungs GmbH
Current assignee: Uranit GmbH
Priority date: 1975-07-05
Filing date: 1975-07-05
Publication date: 1979-05-17
Also published as: FR2317805A1; NL7602904A; DE2530112A1; GB1527676A; NL187877B; US4054943A; FR2317805B1; NL187877C; DE2530112C3

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. 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, in dem z. B. scheibenförmig ausgebildeten Läufer permanentmagnetischen 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 einem störungsbedingten Ausfall oder einer betriebsmäßigen Abschaltung der Netzspannung in Form remanenter Magnetpole im Läufer erhalten.

Eine andere Eigenschaft des Hysteresemotors ist dessen ungünstiger Leistungsfaktor (cos φ « 0,3), der bei Anlagen mit einer Vielzahl solcher Motoren zu einer erheblichen Blindleistungsbelastung des speisenden Drehstrotnnetzes führt Deshalb wird mit Kompensa- w) tionsmotoren 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 to 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 ge-ieratorische Strom verursacht eine stärkere Aufmagnetisierung 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 Oberspannung und Stromüberlastung eine Gefahr für die Einrichtungen der Energieverteilung, sondern auch durch erhöhte Lagerbeanspruchung zur Zerstörung des Motors führen kann. Es ist bekannt, die Motorspannung an einem zentralen Ort der Energieverteilung mit 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 Motorläufer 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

Es ist auch bekannt (ETZ-A, Bd. 93 (1972), H. 1. Seiten 8 bis 15), Hysteresemotoren zu Parallelschwingkreisen zu ergänzen und über einen lastgesteuerten und lastkommutierten Wechselrichter zu speisen und dabei das Einstellen der Sollfrequenz sowie das Stabilisieren des Gesamtsystems über eine Beeinflussung der Resonanzfrequenz dieser Schwingkreise mittels induktiver Drehstromsteller vorzunehmen. Aber auch diese Einrichtung ist nicht gegen die Selbsterregung und deren die Betriebssicherheit von Hysteresemotoren beeinträchtigenden Folgen geschützt

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Anordnung gelöst

Bei einer beispielhaften Ausführung der Erfindung steuert der Spannungswächter über eine Sammelstörmeldung ein Relais mit einem Umschalter so, daß bei störungsbedingtem Ausfall oder bei betriebsmäßiger Abschaltung 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-Frquenz-Wandlers anstehende Signal für die Aussteuerung des

Frequenz-Umrichters in seiner im Betriebsfall der Motordrehzahl entsprechenden Frequenz gegenüber der Betriebsfrequenz f₀ um einen vorbestimmten Betrag Δ /erhöht wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einfachen Mitteln unter Verwendung des speisenden Frequenz-Umrichters eine wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit von mit Hysteresemotoren arbeitenden Anlagen auch bei störungsbedingtem Ausfall oder bei betriebsmäßiger Abschaltung der Netzspannung 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 zeigt

F i g. 1 Prinzipschaltbild eines Hysteresemotors, F i g. 2 Hysteresemotor mit automatischer Entregung.

In F i g. 1 ist ein einphasiges, stark vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Hysteresemotors mit Stromversorgungseinrichtung (Frequenz-Umrichter) dargestellt Der Hysteresemotor 1 besitzt eine Ständerwicklung, in der die permanentmagnetischen Pole des Läufers eine EMK als Gegenspannung zu der an den Klemmen K\ und K₂ anliegenden Netzspannung induzieren. Eine Induktivität L repräsentiert alle Streu- und Hauptreaktanzen, ein Wirkwiderstand R die Eisen-, Kupfer- und Wirbelstromverluste sowie die Wirkleistungsabgabe an die Welle bei motorischem Betrieb. An den Klemmen K\ und Ki 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 K\ und Ki mit dem zur Blindleistungskompensation 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 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 Klemmenspannung und Strom in Millisekunden auf das 4- bis Sfache ihrer Nennwerte. Dieser Vorgang der Selbsterregung kann mit der in F i g, 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 Gleichstrom-

M) zwischenkreis mit einer Glättungsdrcssel 5 und einem Kondensator 6 zur Zwischenkreispuf ferung.

Im synchronen Nennbetrieb des Motors 1 laufen Ständer- und Läuferfeld mit Nennfrequenz, beide Felder befinden sich relativ zueinander in Ruhe. Bei störungs bedingtem Ausfall oder bei betriebsmäßiger Abschal tung der Netzspannung wird nicht der lastseitige Schalter 7 am Ausgang des Frequenz-Umrichters 2, sondern der netzseitige Schalter S am Eingang des Frequenz-Umrichters 2 geöffnet Ein Spannungswäch ter 9 meldet das Fehlen der Netzspannung an eine Sammelstörmeldung 10, die ein Rel<v 11 abschaltet und dadurch einen Umschalter 12 betätigt 'line Hilfsspannungsquelle 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 en dessen Ausgang 18 eine sprunghafte Frequenzerhöhung auftritt Das Ausgangssignal wird über eine Treiberstufe 19 dem Wechselrichter 4 des Frequenz-Umrichters 2 zugeführt, an dessen

jo Eingang 20 der sich entladende Kondensator 6 eine exponentiell abklingende Spannung legt Der Ständer des Motors 1, der auf den Ausgang 21 des Frequenz-Umrichters 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 Glfc^chstromzwischenkreis 5 gespeicherten Energie nach einer e-Funktion stetig bis auf den Wert Null ab. Dabei wird der Läufer ständig mit abklingender

4~> Amplitude von Feldstärke und Induktion ummagnetisiert bis der Läufer vollständig entmagnetisiert ist

Während dieses ca. 1 Sekunde dauernden Vorganges wird die Steuer- und Regelelektronik des Frequenz-Umrichters 2 weiter mit Betriebsspannung versorgt Am

'.ο Ende des Entregungsvorganges wird durch den Spannungswächter 22 der Lastschalter 7 geöffnet und der Motor 1 vom Frequenz-Umrichter 2 getrennt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Speisung eines an einem von einem Taktgenerator in der Frequenz seiner Ausgangsspannung gesteuerten Zwischenkreis- Fre- s quenzumrichter angeschlossenen Hysteresemotors, dessen Blindleistungsaufnahme durch zu ihm parallelgeschaltete Kondensatoren kompensiert ist, d a durch gekennzeichnet, daß der Zwischenkreis-Frequenzumrichter (2) einen Pufferkondensa- ι ο tor (6) im Zwischenkreis besitzt und daß ein die netzseitige Einspeisung in den Zwischenkreis-Frequenzumrichter überwachender Spannungswächter (9) bei störungsbedingtem Ausfall oder bei betriebsmäßiger Abschaltung der Netzspannung einen Befehl auslöst, der über einen Spannungsfrequenzwandler (17) im Taktgenerator die Frequenz um einen vorbestimmten Betrag (Af) erhöht

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswächter (9) über eine Santmelstörmeldung (10) ein Relais (11) mit einem Umschalter (12) so steuere, daß eine mit dem Ruhekontakt (14) des Umschalters (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 (1?) des Spannungs-Frequenz-Wandlers (17) anstehende Signal für die Aussteuerung des Frequenz-Umrichters (2) in seiner im Betriebsfall der Motordrehzahl entsprechenden Frequenz, gegenüber der Betriebsfrequenz k um einen vorbestimmten Betrag4/erhöht wird.