DE2601567C3

DE2601567C3 - Anordnung zur Steuerung von Hysteresismotoren

Info

Publication number: DE2601567C3
Application number: DE2601567A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Matsuda; Kunio Hitachi Miyashita; Hiroshi Okuda; Yasuyuki Takahagi Sugiura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-01-16
Filing date: 1976-01-16
Publication date: 1978-05-24
Also published as: JPS5181924A; DE2601567A1; DE2601567B2

Description

Eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist aus »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 1970, Seiten 567 bis 576 bekannt. Bei dieser Anordnung geht es darum, die Leistungsaufnahme der Hysteresismotoren unter konstanter Belastung einer Gleichspannungsquelle und konstanter Beanspruchung des Umrichters zu stabilisieren.

Eine grundsätzliche Eigenschaft des Hysteresismotors besteht darin, daß er trotz einfachen Gesamtaufbaus über einen weiten Drehzahlbereich ein konstantes Drehmoment erzeugen kann und sich einfacher betreiben läßt als Synchronmotoren anderer Typen. Aus diesem Grund wird der Hysteresismotor in großem Umfang für Tonbandgeräte verwendet, bei denen es auf eine sehr genaue Steuerung der Motordrehzahl ankommt, sowie für Zentrifugen, bei denen die hohe Drehzahl des Hysteresismotors ausgenützt wird. Ein stabiler Betrieb ist dann gegeben, wenn die Spannung E und die Frequenz f der Antriebs-Wechselspannung derart gesteuert werden, daß das Verhältnis Elf konstant bleibt.

Eine Schwierigkeit der bekannten Hysteresismotoren besteht jedoch darin, daß ihr Wirkungsgrad mit nur 50 bis 60% wesentlich unter dem Wirkungsgrad eines Synchronmotors mit einem feste Magnetpole aufweisenden Rotor (85 bis 95%) liegt.

Aus »AIEE Transactions«, Band 66(1947), Seiten 1419 bis 1430 ist es ferner bekannt, daß sich der Wirkungsgrad eines Hysteresismotors steigern läßt, indem der Rotor nach Erreichen des Synchronlaufs einmal übermagnetisiert wird, so daß er sich danach wie ein gewöhnlich permanent-magnetisierter Rotor verhält. Allerdings ist ein Hysteresismotor in dieser Betriebsart gegen Überlastungen empfindlich, da Belastungsspitzen, die die Phasenlage des Rotors momentan ändern, zu einer Entmagnetisierung führen. Deshalb ist der Hysteresemotor in dieser Betriebsart eigentlich nur für geringe Lasten geeignet und kann jedenfalls nur mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand unter der Grenzlast betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen oder mehrere Hysteresismotoren derart zu steuern, daß unter Aufrechterhaltung eines hohen Wirkungsgrads eine höhere lastmäßige Ausnutzung sowie Lasiunempfindlichkeit erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt ausgehend von der .i._n—\tt t u^gi nt

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Kennzeichnungsmerkmalen des Patentanspruchs. Danach wird eine Steuerschaltung geschaffen, die eine periodische kurzzeitige Übermagnetisierung des Rotors des bzw. sämtlicher jeweils angeschlossener Hysteresismotoren bewirkt. Gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik vermittelt die Erfindung also einen Hysteresismotorbetrieb mit höherem Wirkungsgrad; gegenüber dem weiteren Stand der Technik zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß der bzw. die ίο erfindungsgemäO gesteuerten Hysteresismotoren normal belastbar und auch gegen Belastungsspitzen unempfindlich sind.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Gesamt-Blockschaltbild eines Hysteresismotors mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung der dem Hysteresismotor zugeführten elektrischen Leistung,

Fig.2 ein Schaltbild mit den Einzelheiten der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

F i g. 3a bis 3d Diagramme, aus welchen die Eingangsund Ausgangswellenformen in den einzelnen Schaltungen gemäß den Fig.! und 2 ersichtlich sind, und

Fig.4 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen Frequenz und Spannnung in verschiedenen Betriebszuständen wiedergibt.

Gemäß F i g. 1 wird der Hysteresismotor 1 durch einen Umformer 2 mit einer Antriebs-Wechselspannung versorgt. Anstelle des einen Hysteresismotors 1 können zwei oder mehr parallellaufende Hysteresismotoren vorgesehen sein. Die von einer Versorgungsquelle 3 kommende Wechselspannung wird durch einen Umformer 2, welcher im wesentlichen aus einem Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer (AC-DC-Umformer) 20 und einem Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer (DC-AC-Umformer) 25 besteht, in eine Antriebs-Wechselspannung gewünschter Frequenz umgeformt. Der AC-DC-Umformer und der DC-AC-Umformer weisen eine Vielzahl von Thyristoren auf, deren Steuerwinkel durch die Steuerschaltung 4 für die Leistungszufuhr zum Hysteresismotor steuerbar ist.

Wie in F i g. 1 gezeigt, weist die Steuerschaltung 4 eine Gleichspannungssteuerung 40 zur Steuerung der aus dem AC-DC-Umformer 20 austretenden Ausgangs-Gleichspannung sowie eine Frequenzsteuerschaltung 45 zur Steuerung der aus dem DC-AC-Umformer 25 austretenden Antriebs-Wechselspannung auf. Die Amplitude und Frequenz der Antriebswechselspannung kann durch den AC-DC-Umformer 20 bzw. den DC-AC-Umformer 25 festgelegt werden.

Es wurde experimentell gefunden, daß der Rotor des Hysteresismotors nur für eine kurze Zeit übermagnetisiert zu werden braucht. Beispielsweise ergibt bei einem Hysteresismotor mit 60 000 Umdrehungen pro Minute und 100 Watt Ausgangsleistung eine Übermagnetisiening für ungefähr eine Sekunde einen beträchtlich verbesserten Wirkungsgrad.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist die erfindungsgemäße Steuereinrichtung derart ausgebildet, daß die Atisgangs-Gleichspannung des AC-DC-Umformers 20 etM'a eine Sekunde lang erhöht wird, um den fiotor des Hysteresismotors 1 zu übermagneiisieren.

F1 g. 2 zeigt die in F i g. 1 nur schernatisch dargestellte Gleichspannungs· Steuerschaltung 40 im Detail. Die vjiciCNSpannürig-dicüersCNaltüfig 40 iäi gebildet durch

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einen Ultratieffrequenz-Steuersignalgenerator 43, eine Spannungsreglerschaltung 42 und eine Impulsphasensteuerschaltung 41.

Der Generator 43 seinerseits ist gebildet durch einen Ultratieffrequenz-Impulsgenerator 430 und einen monostabilen Multivibrator 435. Die Ausgangswellenformen der Kreise 430 und 435 sind in den F i g. 3a bzw. 3b gezeigt. Die Ausgangsgröße des Generators 430 hat einen Zyklus von der Größenordnung von 10 Minuten. Die Daujr des Zeitimpulses gemäß Fig. 3b beträgt ι ο etwa 1 Sekunde und hängt von der Zeitkonstanten des monostabilen Multivibrators 435 ab.

Wie in Fig.2 gezeigt weist die Spannungsreglerschaltung 42 zwei Verstärker 421, 422 zur Verstärkung der Ausgangsgröße eines Spannungsgenera tors 47, ein UND-Gatter 423, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 421 verbunden ist, ein UND-Gatter 424, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 422 verbunden ist, einen Verstärker 425 sowie einen Gleichrichter 426 zur Gleichrichtung der Ausgangsgröße eines Transformators HO auf.

Wie bereits oben erwähnt, führt der Spannungsgenerator 47 der Spannungssteuerschaltung 42 eine Ausgangsspannung zu, wobei das Verhältnis Elf konstant bleibt Somit wird Jie Frequenz /durch die Drehzahl des Hysteresismotors bestimmt, und die dieser Frequenz entsprechende Spannung E wird dann durch den Spannungsgenerator 47 bestimmt und erzeugt

Das Frequenz/Spannungs-Verhältnis ist durch Geraden a und £> in F i g. 4 gezeigt, wobei die Gerade a den Wert für die normale Umlaufperiode und die Linie b den Wert für die Übermagnetisier-Periode wiedergibt.

Das Ausgangssignal des Generators 43 wird dem anderen Eingang des UND-Gatters 423 und durch ein NEIN-Gatter 427 dem anderen Eingang des UND-Gatters 424 zugeführt. Die Ausgangsgrößen der UND-Gat ter 423, 424 werden kombiniert und über einen Widerstand 429 dem Gleichrichter 426 zugeführt. Die kombinierten Ausgangs-Wellenformen der UND-Gatter 423,424 sind in F i g. 3c dargestellt.

Das Ausgangssignal des Spannungsgenerators 47 wird durch die Verstärker 421, 422 verstärkt, welche unterschiedliche Verstärkungsfaktoren haben. Das Ausgangssignal des Verstärkers 421 erscheint nur dann am Ausgang des UND-Gatters 423, wenn das Ausgangssignal »1« durch den Steuersignalgenerator 43 erzeugt wird. Wenn das Ausgangssignal »0« durch den Steuersignalgenerator 43 erzeugt wird, erscheint das Ausgangssignal des Verstärkers 422 am Ausgang des UND-Gatters 424. Die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 421, 422 werden durch die in Fig.4 gezeigten Geraden a und b bestimmt und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 421 ist größer als der des Verstärkers 422.

Das kombinierte Ausgangssignal der UND-Gatter 422,423 und das Ausgangssignal des Gleichrichters 426 werden durch die Widerstände 428 bzw. 429 dem Verstärker 425 zugeführt Das Ausgangssignal des Verstärkers 425 hat eine Wellenform gemäß F i g. 3d.

Die Impulsphasensteuerschaltung 41 steuert die Thyristoren des AC-DC-Umformers 20 in Abhängigkeit vom Ausgangssignai der Spannungsreglerschaltung 42. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Dreiphasen-Wechselstromspannung der Versorgungsquelle 3 durch sechs Thyristoren gleichgerichtet In der Impulsphasensteuerschaltung sind für die einzelnen Thyristoren Phasensteuerschaltungen U, V. W, LJ', V, W vorgesehen. In der Zeichnung ist der Einfachheit halber nur die Phasensteuerschaltung LJ im einzelnen dargestellt

Die Phasensteuerschaltungen LJ, V, W, W, V, W sind mit den Ausgängen des Transformators 100 zum Erfassen der Versorgungs-Wechselspannung für den Hysteresismotor 1 verbunden.

Die Impulsphasensteuerschaltung 4i-U ist durch eine Reihenschaltung gebildet, welche aus einer Impulsformerschaltung 410, einer integrierenden Schaltung 411, einer Vei gleichsschaltung 412 und einem Verstärker 413 besteht. Die Eingangs- und Ausgangssignal-Wellenformen der einzelnen Schaltungskomponenten sind schematisch an der oberen Seite der F i g. 2 dargestellt.

Wie aus diesen Wellenformen ersichtlich, wird das Ausgangssignal des Transformators 100 in ein Rechteckwellensignal umgeformt, welches durch die integrie rende Schaltung 411 integriert wird. Das integrierte Ausgangssignal wird dem Ausgangssignal der Spannungssteuerschaltung 42 an einer Verbindungsstelle 414 hinzugefügt und das kombinierte Signal wird der Vergleichsschaltung 412 zugeführt, welche ein Ausgangssignal liefert, wenn das kombinierte Signal eine vorgegebene Vergleichsspannung übersteigt. Die Ausgangsgröße der Vergleichsschaltung 412 wird durch den Verstärker 413 verstärkt.

Die Steuerwinkel der 6 Thyristoren des AC-DC-Umformers 20 werden durch die Ausgangsgrößen der Phasensteuerschaltungen 41-t/, 41- V, 41-W, 41-L/' 41- y und 41- W gesteuert.

Der Hysteresismotor 1 kann periodisch übermagnetisiert werden durch die Wirkung des Umformers 2, welchem die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann vorteilhafterweise zur Steuerung eines Umformers, welcher eine Mehrzahl von Thyristoren aufweist und einem Hysteresismotor eine Antriebs-Wechselspannung zuführt, oder zum Übermagnetisieren einer Zentrifuge mit einem einzigen Hochleistungs-Hysteresismotor oder mehreren Hysteresismotoren verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentanspruch:

Anordnung zur Steuerung eines oder mehrerer parallelgeschalteter Hysteresismotoren, die über einen Umrichter mit einer Wechselspannung einstellbarer Frequenz und Amplitude gespeist sind, mit einer Einrichtung zur Steuerung der Amplitude der Wechselspannung, gekennzeichnet durch einen Frequenzgenerator (430) sehr kleiner Frequenz (Ultratieffrequenz), dessen Ausgangsklemmen mit den Eingangsklemmen eines m onostabilen Multivibrators (435) verbunden sind, dessen Ausgangssignal die Einrichtung (42) zur Steuerung der Amplitude der Wechselspannung derart beeinflußt, daß die Amplitude der Wechselspannung periodisch kurzzeitig erhöht ist.