DE2530112C3 - Schaltungsanordnung zur Speisung eines Hysteresemotors - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Speisung eines HysteresemotorsInfo
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Description
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
30
d) dem Frequenzumrichter (2) ist ein dessen netzseu.ge Einspeisung überwachender erster
Spannungswächter (9) ve -geschaltet,
e) der Spannungs-Frequenz-Wandler (17) erhöht bei einer Spannungsausfa!;meldung des ersten
Spannungswächters (9) sprunghaft seine Frequenz um einen vorbestimmten Betrag (Af),
f) zwischen die Glättungsdrossel (5) und den Wechselrichter (4) des Frequenzumrichters (2)
ist ein Kondensator (6) zur Zwischenkreispufferung geschaltet,
g) am Ausgang (21) des Wechselrichters (4) ist ein zweiter Spannungswächter (22) angeordnet, d«.r
den Motor nach Absinken der Wechselrichterausgangsspannung auf den Wert Null über
einen lastseitigen Schalter (7) abschaltet.
2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet, daß der ersie Spannungswächter (9) über eine Sammelstörmeldung (10) ein Relais (11)
mit einem Umschalter (12) so steuert, 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 (18) 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
(Z0) um den vorbestimmten Beirag (of)
sprunghaft erhöht wird.
65
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches I. Eine solche
Schaltungsanordnung ist bekannt (ETZ-A, Bd. 93 (1972),
H. I,Seiten 8 bis 15).
Der Läufer des Hysteresemotors besteht aus ferromagnetischem Material mit definiertem 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 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 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 «03), 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 vorher aiiS dem Netz gespeiste
Parallelresonanzkreis wird zu einen; an der EMK des Motors liegenden schwach bedämpften Reihenresonanzkreis.
Der nur durch den Wirkwiderstand begrenzte generatorische 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 Überspannung und Stromüberlastung eine Gefahr für die Einrichtungen der
Energieverteilung ist, 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. Aisch bei einem betriebsmäßigen Abschaltvorgang
ist eine möglichst vollkommene Entregung anzustreben, da das Wieder/uschalten von erregten
Hysteresemotoren auf statische Frequenzumrichier 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 gegen Pendelungen 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.
Durch die DE-OS 23 20 748 ist es bei einem über einen Zwischenkreisfrequenzumrichter mit Drossel und
Kondensator im Zwischenkreis gespeisten Drehstrommotor bekannt, die Wechselrichterfrequenz bei Überschreiten
einer bestimmten Motorspannung im generatorischen Betrieb zu erhöhen und dadurch einen
übersynchronen Betrieb mit hohen Spannungen zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu&runde, bei
störungsbedingtem Ausfall oder betriebsmäßiger Abschaltung der Netzspannung den Vorgang der Selbsterregung
des Hysteresemotors zu verhindern und den Läufer vollständig zu entmagnetisieren.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Schaltungsanordnung erfindungsgemäß durch
die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Schaltungsanordnung gelöst. Die Erfindung
ist nur in der Gesamtheit der Anspruchsmerkmale zu sehen.
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 Ruhekon ■ takt des Umschalters verbundene Hilfsspannungsquelle
über einen Kondensator auf einen Steuereingang des Spannurigs-Frequenz-Wandlers geschaltet ist und daB
dadurch das am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers anstehende Signal für die Ausstsuerung des
Frequenz-Umrichters in seiner im Betriebsfall der Motordrehzahl entsprechenden Frequenz gegenüber
der Betriebsfrequenz fo 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 Läuferbremskrnfte vollständig unterdrückt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. I Prinzipschaltbild eines Hysteresemotors,
F i g. 2 I lysteresemotor mit automatischer Entregung.
In Fig. 1 ist ein einphasiges, stark vereinfachtes Ersatzschaltbild cires Hysteresemotors mit Stromversorgungseinrichtung
(Frequenz-Umrichter) dargestellt. Der Hysteresemotor I desitzt eine Ständerwicklung, in
der die permanenimagnetischen Pole des Läufers eine EMK als Gegenspannung zu der an den Klemmen Ki
und Ki 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 Kj mit dem zur Blindleistungskompensation angeschlossenen Kondensator Ceinen ParaHelresonanzkreis,
der durch Schließen des Schalters 5 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 5 nachgebildet werden. Der
Motor 1 wird durch die Schwungrn »se angetrieben, die
er im Betriebs?;;!! gedreht hat \mo arbeitet unter
Erhaltung der EMK als Generator. Abschlußimpedanz der EMK ist die Reihensch. ang von R, L und C, die
nun einen schwach bedämpften Reihenresonanzkreis bilden Der durch R nur wenig begrenzte generatonsc he
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 5fache 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 netzseiligen Gleichrichter 3, einem
lastseitigen Wechselrichter 4 und einem Gleichstromzwischenkreis mit einer Glättungsdrossel 5 und einem
Kondensator 6 zur Zwischenkreispufferur.g.
Im synchronen Nennbetrieb des Motors 1 laufen Ständer- und Läuferfeld mit Nennfrequenz, beide Felder
b.finden sich relativ zueinander in Ruhe. Bei störungsbedingtem
Ausfall oder bei betriebsmäßiger Abschaltung der Netzspannung wird nicht der lastseitige
Schalter 7 am Ausgang des Frequenz-Umrichters 2. sondern der netzseitige Schalter 8 am Eingang des
Frequenz-Umrichters 2 geöffnet. Ein Spannungswächter 9 meldet das Fehlen der Netzspannung an eine
Sammelstörmeldung 10, die ein Relais 11 abschaltet und
dadurch einen Umschalter 12 betätigt. Eine 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 an dessen Ausgang 18 eine sprunghafte Frequenzerhöhung auftritt. Das Ausgangssignal
wird über *ine Treiberstufe 19 dem Wechselrichter 4 des Frequenz-Umrichters 2 zugeführt, an dessen
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 geschalte! 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 ummagnetisien wird. Gleichzeitig sinkt die Amplitude der am Ausgang 21 des
Wechselrichters 4 dem Motor 1 angebotenen Wechsel-
spiinming iibhiingig von der im l'iifferkondensator 6 des
(ileichsirom/wischcnkreises 5 gespeicherten F.nergie
nach einer e-Funkiion stetig bis auf den Wert Null ab. Dabei wird der Läufer ständig mit abklingender
Amplitude von feldstärke und Induktion ummagnetisiert.
bisder Läufer vollständig entmagnelisiert ist.
Während dieses ca. I Sekunde dauernden Vorganges wird die Steuer- und Regelelektronik des Frequenz-Umrichters
2 weiter mit Betriebsspannung versorgt. Am linde des Fntregungsvorganges wird durch den
Spannungswächter 22 der Lastschalter 7 geoffne! und der Motor t vom Frequenz-Umrichter 2 getrennt.
Hiereu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines eine Schwungmasse antreibenden Hysteresemotors, mit
den Merkmalen:
a) der Motor ist mit einem eine Blindleistungsaufnahme kompensierenden Kompensationskondensator
beschaltet, welcher mit den am Netz liegenden Blindwiderständen des Motors
ai) bei Betriebsfrequenz (fo) einen Parallelresonanzkreis
und
a?) beim Trennen vom Netz einen durch die
Motor-EM K gespeisten schwach bedämpften Reihenresonanzkreis bildet, i.>
b) der Motor wird über einen von einem Taktgenerator in der Frequenz seiner Ausgangsspannung
gesteuerten Zwischenkreis-Frequenzumrichter gespeist, in dessen Zwischenkreis
eine Glättungsschaltung mit Glättungsdrossel
angeordnet ist,
c) über eine Steuer- oder Regelschaltung, enthaltend eine Motorspannungsmeßeinrichtung, einen
Spannungs-Frequenz-Wandler und eine Treiberstufe, wird die Wechselrichterfrequenz
des Umrichters abhängig von der Motorspannung eingestellt.
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Owner name: URANIT GMBH, 5170 JUELICH, DE |