DE2549157C3 - Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines elektrischen Mehrphasen-Wechselstromsynchronmotors mit Permanentmagnet- oder Reluktanzrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines elektrischen Mehrphasen-Wechselstromsynchronmotors mit Permanentmagnet- oder Rekikianzrotor, dessen Erregerspulen von einer Stromquelle über von einem Rotorlagegeber gesteuerte Halbleiterventile gespeist sind.

Eine solche Anordnung is«, bereits aus der DE-OS 22 21 779 bei einem dreiphasigen Motor bekannt Bei einem zweiphasigen Motor ist jedoch beim Anlauf die Drehrichiung zunächst unbestimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß die Halbleiterventile des zweiphasigen Motors auf einfache Weise ohne elektronischen Aufwand rotorlageabhäng',5 angesteuert werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einem zweiphasigen Motor als Rotorlagegeber auf der Rotorwelle ein Permanentmagnet und eine einzige, feststehende Induktionsspule vorgesehen sind, deren Wicklungsenden an den Verbindungspunkten je zweier, paarweise gleichsinnig hintereinander geschalteter Dioden, welche jeweils die Steuerelektroden der Halbleiterventile mit der Stromquelle verbinden, angeschlossen sind, wobei der Rotor und der Permanentmagnet so zueinander ausgerichtet angeordnet sind, daß die Rotorpole etwa in 45° elektrisch zu den Statorpolen stehen, wenn der Permanentmagnet mit seinen Polen die größte magnetische Kopplung zur Induktionsspule aufweist.

Es ist zwar aus der US-PS 27 19 944 bereits bekannt, als Rotorlagegeber einen auf der Rotorwelle befestigten Permanentmagneten in Verbindung mit einer einzigen, feststehenden Induktionsspule zu verwenden, jedoch fehlen die für die Erfindung wesentlichen Schaltmittel und damit eine eindeutige und sichere Drehrichtungsbestimmung bei diesem Motor.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es stellt dar

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Elektromotor,

Fig. 2eine Rückansicht nach Fig. 1, F i g. 3 den Schnitt B-B nach F i g, 1,

Fig.4 ein elektrisches Schaltbild des Motors nach Fig. 1 mit Thyristoren,

F i g. 5 ein Schaltbild nach F i g. 4 mit einer anderen Startschaltung,

F i g. 6 ein Schaltbild nach F i g. 4 mit Triacs.

In den Fig. 1 bis 3 sind der Rotor mit 1, die Rotorwelle mit 2, der Ständer mit 3, die Stenderpolpaare mit 4,5 und die dazugehörigen Erregerspulen mit 6,7 bezeichnet Die Rotorwelle 2 ist an ihrem freien Ende mit einem Permanentmagneten 8 versehen, der mit einer fest angeordneten Induktionsspule 9 auf einem Jochblech 10 zusammenwirkt Bei der Drehung der Rotorwelle 2 ergibt sich dann an den Spulenanschlußstellen eund /eine sinusförmige Ausgangswechselspan nung. Die Anschlußstellen der Erregerspulpaare sind mit a, b und c, d bezeichnet Der Permanentmagnet 8 ist so angeordnet daß nach dem Ausschalten des Elektromotors der Rotor eine für den Wiederanlauf besonders günstige Stellung einnimmt Diese Lage ist in F i g. 3 durch den Winke! « gekennzeichnet Dabei stehen die Rotorpole etwa in 45° zu den Statorpolen 4,5 und weist der Permanentmagnet 8 mit seinen Polen die größte magnetische Kopplung zur Induktionsspule 9 auf (Fig.2).

Im Schaltbild nach F i g. 4 entsprechen die Anschlußstellen a bis /denjenigen der Fi g. 1 bis 3. Bei 11 ist eine Wechselspannungsquelle angeschaltet, welche den Vierweg-Gleichrichter 12 speist Der positive Pol ist mit den Anoden der beiden Thyristoren 13 und 14 und deren Kathoden sind mit den Enden a und eder Erregerspulen

6 und 7 verbunden. Außerdem sind die beiden Kathoden der Spulenthyristoren 13,14 durch einen Löschkondensator 15 ebenfalls miteinander verbunden.

js Die Enden e und / der Induktionsspule 9 sind über Dioden 18,19 zu den Steuerelektroden der Spulenthyristoren 13,14 geführt Diese Enden sind außerdem über die Dioden 20 und 21 in Sperrich'.ung mit dem negativen Pol verbunden. Parallel zu den EnC sn a, b und d, c der Erregerspulen 6,7 sind Dioden 16,17 geschaltet, welche verhindern, daß beim Ausschalten der Erregerspulen 6,

7 induktive Spannungen die Spulenthyristoren 13, 14 unnötig belasten.

Außerdem ist auch noch eine Startschaltung vorgese-

hen, wobei vom Plus-Pol über einen Vorwiderstand 25 ein Thyristor 28 mit dem negativen Pol verbunden ist Die Steuerelektrode des Startthyristors 28 erhält ihre Spannung von der Kathode des Spulenthyristors 13 über eine Diode 23 und einen Widerstand 27. Außerdem ist die Steuerelektrode des Spulenthyristors 13 über eine Diode 22 in Sperrichtung und den Widerstand 26 an die Verbindung zwischen dem Vorwiderstand 25 und der Anode des Startthyristors 28 angeschlossen. Die Funktionsweise der Schaltung ist folgende:

Wenn der Hauptschalter 24 eingelegt wird, erhält die Steuerelektrode des Spulenthyristors 13 über den Vorwiderstand 25, den Widerstand 26 und die Diode 22 eine positive Spannung. Der Thyristor 13 wird leitend und über die Diode 23 und den Widerstand 27 erhält die Steuerelektrode des Startthyristors 28 eine positive Spannung, so daß auch dieser leitend wird. Infolgedessen fließt der vom Widerstand 25 stammende Strom nicht mehr über den Widerstand 26, sondern über den Startthyristor 28 ab, so daß die Steuerelektrode des Spulenthyristors 13 von dieser Seite aus nach dem Start spannungslos bleibt. Die Steuerelektroden der Spulenthyristoren 13,14 werden nunmehr in Abhängigkeit von der Lage des Permanentmagneten 8 zur Induktionsspu-

le 9 abwechselnd positiv, so daß jeweils die entsprechenden Spulen 6 oder 7 erregt werden. Dabei wird über den Löschkondensator 15 jeweils der Spulenthyristor 13,14 ausgeschaltet, an dessen Steuerelektrode keine Steuerspannung von der Induktionsspule 9 anliegt Die Dioden 18 bis 20 dienen lediglich dazu, daß jeweils nur eine positive Steuerspannung an den Steuerelektroden anliegt und der Stromkreislauf geschlossen ist Wird der Schalter 24 geöffnet, so schaltet auch der Thyristor 28 aus.

Die F i g. 5 zeigt zusammen mit F i g. 2 eine andere Möglichkeit einer Startschaltung, dabei entspricht F i g. 5 bis auf diese Startschaltung der bereits beschriebenen Fig.4. In Fig.2 ist ein federndes Kontaktpaar 46 dargestellt, dessen Kontakte g und Λ is den jeweiligen Anschlußstellen der F i g. 5 entsprechen. An der unteren Kontaktzunge ist ein magnetisch weiches Eisen 47 angeordnet Das Kontaktpaar 46 befindet sich in einer solchen Lage zum Rotor 1, daß das Eisen 47 bei stillstehendem Motor mittig zwischen zwei Polen des Permanentmagneten 8 Hegt, wobei dann die Kontakte geschlossen sind. Wenn in dieser Stellung des Rotors der Schalter 24 in F i g. 5 ebenfalls geschlossen wird, liegt über dem Vorwiderstand 25 an der Steuerelektrode des Spulenthyristors 13 eine positive Spannung, so daß der Thyristor 13 leitend wird und sich die bereits in Fig.4 beschriebenen Startvorgänge ergeben.

Durch den Einschaltvorgang dreht sich der Permanentmagnet 8 auf das Eisen 47 zu, so daß dieses angezogen wird und den Startstromkreis unterbricht Bei normalem Lauf des Motors rotiert der Permanentmagnet rwit seinen Polen am Eisen 47 vorbei, wobei dieses immer wieder magnetisch angezogen wird. Es ist daher erforderlich, dem Eisen 47 eine so große Masse zu geben, daß seine Trägheit ein Zurückfedern in eine Pollücke während des Laufs verhindert

Falls der Start aus irgendeinem Grunde nicht gelingt bleibt der Rotor zunächst in Richtung des ursprünglich eingeschalteten Polpaares stehen. Dabei ist das Kontaktpaar 46 offen und der eingeschaltete Thyristor löscht beim nächsten Tiefpunkt der gleichgerichteten Wechselspannung. Der Permanentmagnet 8 dreht dann den Rotor 1 wieder in seine Ausgangsstellung, so daß sich der Startvorgang selbsttätig gegebenenfalls mehrfach wiederholen kann.

In Fig.6 sind die gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Dabei ist die Schaltung vereinfacht dargestellt und insbesondere wurde hier die Startvorrichtung nicht dargestellt Diese müßte bei 29 angeschlossen werden. In diesem Ausführungsbeispiel wurden lediglich die Spulenthyristr in 13 und 14 nach F i g. 4 durch die Triacs 30 und 31 ercciyt Infolgedessen konnte auch der Gleichrichter 12 eingespart werden. Ansonsten ist die Funktionsweise dieser Schaltung die gleiche wie bei F i g. 4, jedoch mit dem Unterschied, daß mit Wechselstrom gearbeitet wird. Infolgedessen kann nur ein Elektromotor verwendet werden, dessen Rotor nicht als Permanentmagnet ausgebildet ist, sondern aus einem Eisenblechpaket besteht

Die Dioden 18 bis 21 sind im Gegensatz zu der Schaltung nach F i g. 4 umgekehrt eingesetzt, da Triacs günstiger mit negativer Spannung eingeschaltet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen!

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines elektrischen Mehrphasen-Wechselstromsynchronmotors mit Permanent- oder Reluktanzrotor, dessen Erregerspulen von einer Stromquelle über von einem Rotorlagegeber gesteuerte Halbleiterventile gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zweiphasigen Motor als Rotorlagegeber auf der Rotorwelle (2) ein Permanentmagnet (8) und eine einzige, feststehende Induktionsspule (9) vorgesehen sind, deren Wicklungsenden (e, f) an den Verbindungspunkten je zweier, paarweise gleichsinnig hintereinander geschalteter Dioden (18, 20; 19, 21), welche jeweils die Steuerelektroden der Halbleiterventile (13,14; 30,31) mit der Stromquelle (11, 12) verbinden, angeschlossen sind, wobei der Rotor (1) und der Permanentmagnet (8) so zueinander ausgerichtet angeordnet sind, dati die Rotorpole eiwa in 45° elektrisch zu den Statorpolen stehen, wenn der Permanentmagnet (8) mit seinen Polen die größte magnetische Kopplung zur Induktionsspule (9) aufweist