DE2613115C2 - Drehstromlinearmotor des asynchronen Langstatortyps - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehstromlinearmotor des asynchronen Langstatortyps, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Ein derartiger Drehstromlinearmotor ist z. B. aus der ETZ (A), Bd. 95 (1974), H. 2, S. 69-74, bekannt.

Bei solchen Linearmotoren treten ganz allgemein infolge der offenen Enden des magnetischen Kreises und der sich dort einstellenden Wechseldurchflutung sogenannte LängsendefTekte auf, die einen ungünstigen Einnuß auf das Betriebsverhalten der Motoren haben. Diese LängsendefTekte treten sowohl bei Läufern als auch Ständern auf und resultieren aus den endlichen Längen der Läufer- und Ständerteile sowie dem Ein- und Austreten der Läuferleiterschleifen vom feldfreien Raum in die Luftspaltfelder der Ständerteile und umgekehrt. Dabei werden in den Spulen Ströme induziert, deren Kraftwirkungen als Bremskräfte dem Bewegungsablauf gegengerichtet sind. Verluste treten auf und rückwirkend wird das Luftspaltfeld geschwächt. Diese Effekte nehmen mit dem Quadrat der Wanderfeldgeschwindigkeit zu, sofern die Speisefrequenz konstant ist und können bei Motoren für hohe Geschwindigkeit den wirtschaftlichen Betrieb in Frage stellen.

Es gibt verschiedene Vorschläge, die Längsendeffekte zu vermindern. So ist es z. B. bekannt, einen erhöhten Wicklungsaufwand, wie z. B. Kompensationswicklungen oder abgestufte Wicklungen am Stator vorzusehen, was zum Teil auch eine Verlängerung des Ständers zur Folge hat [z. B. ETZ A (1974), H. 2, S. 73, re. Sp., vorletzter Absatz], Der Aufwand an der Trasse wird damit beträchtlich vergrößert, ohne die LangsendefTekte in befriedigendem Umfang zu beseitigen, Versuche, dem Problem bei Maschinen mit bewickelten Läufern durch parallele Wicklungszweige an den Enden im Stator beizukommen, um die das Luftspaltfeld schwächenden Läuferströme magnetisch zu kompensieren, verliefen ebenfalls nicht völlig befriedigend. Ständige Ströme in der Größenordnung von Kurzschlußströmsn bringen thermische und mechanische Schwierigkeiten [vgl. ETZ A (1974) a. a. OJ.

Weiterhin ist es zur Verminderung der Längsendeffekte infolge endlicher Läuferlänge bekannt, den Läuferstromkreisen im Anfangsbereich einen höheren Wirkwiderstand zuzuordnen, womit allerdings dieser Bereich für die Ausbildung der vollen Zugkraft ausfallt (a. a. O. S, 73, re. Sp„ letzter Absatz). Darüber hinaus ist es bei diskontinuierlich mit Ständern belegten Strekken noch bekannt, zur Unwirksammachung der Blindwiderstände der zwischen den Statoreinheiten liegenden Translatorwicklungszweige die Läuferwicklung in parallele Stränge aufzuteilen und die Wicklungsstränge über eine Diodenbrückenschaltung auf einen gemeinsam gepulsten Widerstand zu schalten [vgl. ETZ A (1974), S. 69, re. Sp., letzter Absatz]. Davon wird letztlich ausgegangen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Schaltung aufzuzeigen, mit der die geschilderten LängsendefTekte in befriedigenderer Weise als bislang unterdrückt werden können.

Diese Aufgabe wird für einen Drehstromlinearmotor der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches I gelöst. Es besteht damit die Möglichkeit, die das Betriebsverhalten störenden Teile der Läuferwicklung einfach durch Abschalten zu beeinflussen. Weitere vorteilhalfte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand von schematischen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 anhand von Teilfiguren a bis e werden die Zusammenhänge beim Bewegungsablauf eines Läufers als Funktion der Ortskoordinate χ aufgezeigt.

F i g. 2 die Wicklung eines Linearmotors mit über Thyristorbrücken ein- und ausschaltbaren Läuferteilwicklungen.

F i g. 3 eine über eine halbsteuerbare Thyristorbrücke einschaltbare Läuferteilwicklung.

F i g. 4 eine über eine vollsteuerbare Thyristorbrücke einschaltbare Läuferteilwicklung.

In Fig. la ist eine Il-polige Statorwicklung durch ihre Wicklungszonen dargestellt. Es handelt sich um eine Zweischichtwicklung, deren Spulen schrittverkürzt sein können. Bei /= O ergeben sich für die Oberschicht der Drehstromwicklung die in Ib und für die Unterschicht die in Ic dargestellten Strombeläge. Der unter Id aufgezeigte Gesamtstrombelag ergibt den definierten Momentanwert der Ströme mit den Phasen i/und V mit jeweils Vj Scheitelwert und der Phase w gleich dem vollen Betrag des negativen Scheitelwertes. Unter Ie findet sich die Durchflutung bzw. die Induktion der Drehstromwicklung, die sich aus der Integration des Strombelages über der Ortskoordinate χ ergibt. Deutlich sichtbar ist die in der Anfangszone und der Endzone 11 bestehende unerwünschte Wechseldurchflutung sowie die in der dazwischen liegenden Zone erwünschte Wanderdurchflutung. Unter lfist die

induzierte Spannung in einer Läuferspule dargestellt, wenn man sie mit einem Schlupf von 0,1 durch eine Feidverteilung nach Ie von rinks nach rechts bewegt, If zeigt deutlich die durch die WechseldurchfluUing erzeugten hohen Spannungsimpulse in den Bereichen 12 und 13, die zu den Längsendeffekten beitragen. Zwischen beiden Bereichen wird normale, dem Schlupf proportionale Wechselspannung induziert. Es gilt jetzt, die unerwünschten Bereiche jeweils abzuschalten.

In F i g, 2 ist einDrehstromlinearmotormit 11-poliger Ständerwicklunp 1 und einer Läuferwicklung, die in Drehstromteilwicklungen 2je Pol aufgeteilt ist, abgebildet. Die Drehstromwicklungen 2 sind auf Thyristor-Brückerischaltungen geschaltet, wie sie in der F i g. 3 näher dargestellt sind. F i g. 3 zeigt dabei eine halbsteuerbare Thyristor-Drehstrombrücke 3, über deren Ventile 4 der zweite Sternpunkt für die Wicklungsspulen 2 gebildet wird. Es handelt sich hier um drei jeweils 120° C el. versetzte Spulen. Es soll jedoch erwähnt werden, daß die einzelnen Spulen stellvertretend für eine ganze Anzahl von Spulen, wie bei Drehstromwicklungen üblich, stehen können. Es können auch drei Spulen jeweils um 60° C e!. versetzt angeord-

net sein, wobei die mittlere Spule dann mit entgegengesetzter Polarität mit dem Sternpunkt verbunden werden muß. Durch die steuerbaren Ventile sind die die Anfangs- und Endzonen (vgl, 10 und 11 der Fig, Ij passierenden Spulen der Drehstromteilwicklungen 2 abgeschaltet und nur im Mittelbereich, wo normale Schlupfspannung induziert wird, eingeschaltet Der Zündort bzw, Ejnschaltort der den Spulen zugeordneten Thyristoren ist in F i g. 1 bei f mit x\ und der Löschort mit X₁ markiert. Bei der halbgesteuerten Thyristor-Brückenschaltung 3 werden jeweils zwei in Reihe liegende Spulen geschaltet. Bei einer weiteren Modifikation mit einer vollgesteuerten Thyristor-Drehstrombrücke 5 nach F i g. 4, bei der noch der Sternpunkt 6 der Wicklung 2 mit den kurzgeschlossenen Ventilsternpunkten 7 der Brücke verbunden ist, kann sogar jede Spule bzw. jeder Zweig einzeln ein- bzw. ausgeschaltet werden, sowie er den Ort x\ bzw. X₁ in F i g. 1 erreicht hat Auf diese Weise ist im mittleren Bereich des Wanderfeldes ein Betrieb wie bei einer normalen rotierenden Asynchronmaschine möglich. Durch die Erfindung sind die Längsendeffekte weitgehend ,liminierbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Drehstromlinearmotor des asynchronen Langstatortyps mit längs der Strecke in Abständen angeordneten Statoreinheiten und einem Läufer, dessen Wicklung in entkoppelte parallele Wicklungsstränge aufgeteilt ist, wobei die Wicklungsstränge der Läuferwicklung auf der einen Anschlußseite in Stern geschaltet sind und auf der anderen ι ο Anschlußseite die leitende Verbindung untereinander über jeweils zugeordnete Halbleiter in Brückenschaltung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Wicklungsstränge mit ihren zugeordneten Halbleitern zu separaten Drehstromteilwicklungen (2) und Drehstrombrücken (3 bzw. S) zusammengefaßt sind, wobei die Drehstrombrücken (3 bzw. S) steuerbare Halbleiter (Ventile 4) aufweisen, mittels der jeweils diejenigen Drehstromteilwicklungen (2), die gerade die Anfangs- (10) und Endzonen χϋ) der Statoreinheiten (Ständerwickiung 1) passieren, abschaltbar sind.

2. Drehstromlinearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Schalten der Spulen der Drehstromwicklungen (2) des Läufers halbsteuerbare Thyristor-Drehstrombrücken (3) vorgesehen sind, deren Ventilsternpunkte kurzgeschlossen sind.

3. Drehstromlinearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Schalten der Spulen der Drehstromteilwicklungen (2) des Läufers vollsteuerbarc Thyristor-Drehstrombrücken (5) vorgesehen sind, deren kurzgeschlossene Ventilsternpunkte (7) jeweils mit dem direkten Sternpunkt (6) der Drehstromteilwirkung (2) verbunden sind.