DE3149487A1 - Elektronisch geregelter wechselstrommotor - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Wechselstrommotor, entsprechend dem über
• begriff des Anspruches 1.
• Die Drehzahlregelung von Elektromotoren (überwiegend mittels gesteuerter Halbleiter) wobei als Motor ein Wechselstrommotor verwendet wird, ist bekannt, wegen der Wartungsfreiheit besonders als Asynchronmotor z.B.
• aus der Patentschrift DE 17 63 210 und dem Forschungsbricht Nr. 2981 von Prof. Holzmann "Leistungsmessung bei dreiphasigen Stromrichterantrieben", Westdeutscher Verlag Leverkusen (Seite 47-60).
• Bei diesen Drehzahlregelungen ist allen Ausführungen gemeinsam, daß nur im günstigsten Fall über den ganzen Drehzahlbereich mit konstantem Drehmoment gearbeitet werden kann, wobei für Dauerleistung im oberen und/oder unteren Drehzahlbereich das Drehmoment noch abzusenken ist (wenn nicht die Modelleistung entsprechend reduziert wurde).
• Auch der Frequenzumrichter für Asynchronmotoren bringt keine befriedigende Lösung. Da die Verluste durch die Energieumformung zwischen Netz und Motor und die zusätzlichen Verluste aufgrund der Oberwellen in der Wicklung im allgemeinen die Energieverluste - bezogen auf die Verluste, welche beim eintourigen Motor zwischen Netz und Motorwelle entstehen - etwa verdoppeln.
• Ein Motor mit indirekter Ankerspeisung (Repulsionsmotor) ist an und für sich auch bekannt. Er ist beschrieben in Arnold: "Die Wechselstromtechnik" Springer Verlag Berlin 1912, V Band, 2. Teil, Seite 367-431, ferner u.a.
• DRP 153 730 (1901). Er ist kaum noch gebräuchlich (s. BBC-Handbuch 3. Auflage 1980, Seite 304, 2. Absatz). Er fand seine vorwiegende Anwendung in der Zeit der einphasigen Wechselstromnetze als Motor mit hohem Anzugsmo ment und wurde durch den billigeren, einfacheren Drehstrommotor verdrängt.
• Seine Probleme waren die Bürsten, der empfindliche Kollektor, die Bürsten verstelleinrichtung und der Reihenschlußchrarakter, der zu unkontrolliertem, unzulässigem - bis zur Zerstörung gehenden - Hochlauf führen konnte.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktionsmerkmale eines elektronisch regelbaren verbesserten Repulsionsmotors, dessen Betriebsweise und Zubehör anzugeben.
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
• Dabei entfällt die Bürstenverstelleinrichtung. Die Gefahren des Reihenschlußcharakters werden durch die in der elektronischen Regelung integrierte Drehzahlmessung und -überwachung ausgeschaltet, so daß der große Vorteil ein Drehzahlregelung bei konstanter Leistung - auch unterschiedlicher Drehzahlen - ohne die bisher bekannten Nachteile voll zur Geltung kommt.
• Die durch die Spannungsdosierung im zwischen- Netz und Motor entstehenden Verluste betragen nur etwa 1 % der durchgesetzten Energie.
• Wirkungsgrad und Leistungsfaktor erreichen weit bessere Werte, als dies bisher bei geregelten Asynchronmotoren im gesamten Regelbereich der Fall war, sodaß die Regelung auch energietechnisch sehr vorteilhaft ist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Für die Spannungsdosierung im Primärkreis werden die aus den Patentschriftten der Anmelderin DT 17 63 210 und DE 19 19 716 bekannten Merkmale, entsprechend der neuen Aufgabe - benutzt. Im übrigen die in den Schutzansprüchen genannten Merkmale.
• Die Vorteile des erfindungsgemäßen Motors mit Spannungsdosierung sind: 1. Direkter Anschluß an das Wechselstromnetz bei höchster Phasenspannung, 2. Wesentlich geringere Energieverluste durch vorgeschaltete elektronische Regelung bei Betrieb in allen Lastbereichen, bei der Drehzahlregelung einschließlich Leistungsfaktor-Kompensation.
• 3. Bester Wirkungsgrad über den gesamten Regelbereich (geringe Stromkosten)..
• 4. Geringe Blindleistung.
• 5. Einschaltstrom bei Nennlast unter 2-fachem Nennstrom.
• 6. Keine Dossel und kein Transformator erforderlich.
• 7. Hohe dynamische Grenzleistung.
• 8. Optimaler Wirkungsgrad im Lastpunkt justrierbar.
• 9. Ankerspannungweit unter Netzspannung durch induktive Übertragung.
• 10. Hohe Zuverlässigkeit der Halbleiter im Lastkreis durch die Reihenschaltung mit der Arbeitswicklung.
• 11. Geringe Störspannungen durch sinusförmigen Strom.
• 12. Verbesserte Kommutierung durch Wendepole oder Kurzschlußkäfig.
• Einzelheiten werden anhand von Zeichnungen erläutert.
• In Fig. 1 ist mit 1 ein Elektromotor bezeichnet. Die primäre Wicklung ist gleichzeitig Erregerwicklung und mit 11 bezeichnet. Der rotierende Anker 12 enthält einen Kollektor, dessen Bürsten über eine Verbindung 13 kurzgeschlossen sind. Mit dem Anker 12 ist eine Tachomaschine 14 verbunden. Gekühlt wird der Motor durch einen separaten Fremdlüfter 31.
• Die indirekte Ankerspeisung von 11 nach 12 ist an und für sich bekannt als Repulsionsmotor.
• Erfindungsgemäß wird für die Drehzahlregelung an Stelle der Verschiebung der kurzgeschlossenen Bürsten eine Spannungsdosierung durch die vorgesetzten steuerbaren Halbleiter 21, als Thyristoren dargestellt, vorgenommen.
• Die Drehzahl-Sollwert-Vorgabe erfolgt über das Poti 23. Die Zündung der Thyristoren, der Soll-Ist-Vergleich und die Synchronisierung über die Elektronikeinheit 22.
• Angeschlossen wird der Motor über ein Wechselstromnetz mit den Klemmen 2.
• Die Elektronik 22 und der Fremdlüfter 31 liegen vorteilhaft am gleichen Netz.
• Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Mit dem Potentiometer 23 wird die gewünschte Arbeitsdrehzahl vorgegeben. Nach Anlegen der Netz spannung an die Klemmen 2 steigert sich die Motordrehzahl, bis von Tacho 14 das Erreichen der Solldrehzahl an die Regelelektronik 22 gemeldet wird. Über die Elektronik 22 bzw. den dort eingebauten Regler wird der Spannung- und Stromanstieg so gedämpft, daß keine unzulässige Belastung des Kommutators eintritt.
• Treten Last- oder Netzschwankungen auf, werden die Differenzen über die Elektronik 22 ausgeregelt. Der Regelbereich geht über den gesamten Arbeitsbereich des Motors. Da die anzutreibenden Maschinen einen nach Drehzahl und Drehmoment bevorzugten unterschiedlichen Arbeitsbereich haben, kann für diesen Lastpunkt eine einmalige Optimierung des Motor-Wirkungsgrades durch Verstellen der Bürstenbereiche 13 vorgenommen werden. Hierdurch wird besonders der Oberwellenanteil in der Wicklung von 11 und 12 beeinflußt, wodurch sich ein verringerter Strom und eine günstigere Energiebilanz ergibt.
• Liegt die Stellung der Bürstenbrücke fest, so kann erfindungsgemäß über eine Wendepolwicklung 15 in Fig. 2 die Kommutierung verbessert werden.
• Damit wird ein wesentlicher Nachteil der Reglung durch Bürstenverschiebung aufgehoben. (Die unterschiedliche Stellung der Bürstenbrücke ließ bisher keine Wendepolwicklung zu.) In Fig. 3 ist eine andere Möglichkeit der Verbesserung der Kommutierung angegeben. Der Anker enthält eine zusätzliche Kurzschluß-Käfigwicklung 16.
• Da diese den Charakter des Motors verändert, hängt die Ausführungsmöglichkeit vom Einsatz des Motors ab, da insbesondere keine übersynchrone Drehzahl des Motors mehr möglich ist.
• In Fig. 4 und 4a ist eine Schaltung für zwei Drehrichtungen angegeben.
• Durch Zuschalten des einen oder anderen Teiles 111 oder 112 des Erregerfeldes verschiebt sich die Polmitte des Hauptfeldes 11. Dies entspricht in seiner Wirkungsweise einer Verschiebung der Bürstenbrücke beim Repulsionsmotor.
• In Fig. 4b ist eine Verschiebung der Polmitte bei gleicher Drehrichtung angegeben. Dies ist vorteilhaft, wenn der Motor bei-unterschiedlichen Drehzahlen mit stark abweichendem Drehmoment belastet ist.
• Leerseite

Claims (13)

1. Elektronisch geregelter Wechselstrommotor Patentansprüche: 1. Zum Betrieb mittels Stromrichter geeigneter regelbarer Wechselstrommotor g e k e n-n z e i c h n e t d u r c h die Kombination folgender Merkmale: a Einen Motor mit indirekter Ankerspeisung (Repulsionsmotor), welcher b eine feststehende Kurzschlußverbindung im Sekundärkreis besitzt, welche zwischen der Kurzschluß- und Leerlaufstellung angeordnet ist (Bürstenbrücke), c ein Betrieb des Motors mit minimaler, den jeweiligen Belastungen angepaßter Magnetisierung, d Energieversorgung des Motors über Halbleiter mit Zündcharakteristik, e einer Steuerung der Zündung, welche mit einer strom- und spannungsabhängigen Synchronisierung verbunden ist und mit dem Motor in Verbindung stehend f ein Meßglied zur Drehzahlerfassung (Tacho), sowie g einem Lüfter mit eigenem Antrieb.
2. 2. Regelbarer Wechselstrommotor mit indirekter Ankerspeisung und feststehender Sekundär-Kurzschlußverbindung nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Verbesserung der Kommutierung und Verringerung des Bürstenverschleißes eine Wendepolwicklung angeordnet ist.
3. 3. Regelbarer Wechselstrommotor nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Rotor des Motors eine Wicklung mit Kommutator und eine Käfigkurzschlußwicklung enthält.
4. 4. Motor nach den Ansprüchen 1. und 2. oder 3. d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Erzielung eines Bremsmomentes durch den Motor die Primärwicklung aufgeteilt und umschaltbar ist.
5. 5. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Änderung der Drehrichtung durch Verlegen der Einspeisung im Primärteil erfolgt.
6. 6. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Primärwicklung mehrere Anschlüsse enthält, welche eine Umschaltung gestatten, die einer Verschiebung der sekundären Kurzschlußverbindung entspricht.
7. 7. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n-n z e i c h n e t, daß zur Aufnahme der Halbleiter und deren Beeinflussungselementen im oder am Motor eine Leiterplatte angeordnet ist.
8. 8. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Erzielung eines sinusförmigen Stromes beim Betrieb mit Phasenanschnitt eine gesehnte Wicklung im Primär- und/oder Sekundärteil des Motors vorgesehen ist.
9. 9. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Primärwicklung unterschiedliche Windungszahlen pro Nut enthält.
10. 10. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die sekundäre Nutenzahl oberhalb der Primärnutenzahl liegt.
11. 11. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Primärnuten zu den Sekundärnuten schräg gestellt sind.
12. 12. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r-c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine von der Wicklungstemperatur beeinflußte Halbleiteranordnung Umschaltungen ausführt, um den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern.
13. 13. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine von der Drehzahl beeinflußte Anordnung Umschaltungen ausführt, um den Motor zu optimieren.