DE2530112C3

DE2530112C3 - Schaltungsanordnung zur Speisung eines Hysteresemotors

Info

Publication number: DE2530112C3
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: 1982-07-22
Also published as: GB1527676A; DE2530112A1; FR2317805A1; NL187877C; FR2317805B1; NL187877B; US4054943A; NL7602904A; DE2530112B2

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

Patentansprüche:

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.