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Titel der Erfindung
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Verfahren zum Betrieb von zweisträngigen Wechselsbrommotoren am Einphasennetz
Anwendungagebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlstellung,
Drehrichtungsumkehr, Anlauf-, Motor- und Bremsbetrieb von zweisträngigen Wechselstrommotoren
am Einphasennetz, deren Läufer eine kurzgeschlossene Wicklung haben.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die Drehzahl von
zwei strängigen Wechselstrommotoren läßt sich durch Verändern der Speisefrequenz
bei gleichzeitiger Änderung der Spannung in bekannter Weise stellen und die Drehrichtung
umkehren. Der dazu notwendige Umrichter erfordert aber einen erheblichen Aufwand.
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Die Drehzahl läßt sich auch durch Umschaltung der Polpaarzahl in zwei
und mehr Stufen verstellen. Mit der Polpaarumschaltung kann eine Drehrichtungsumschaltung
kombiniert werden. Eine kontinuierliche Drehzahl stellung ist damit nicht möglich.
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Eine weitere Methode der Drehzahlstellung und Drehrichtungsumkehr
bei Asynchronmotoren besteht in der Stellung der Speisespannung kombiniert mit einer
Umschaltung der Anschlüsse des Motors. Diese Methode hat den Nachteil, daß mit zweistrangigen
Asynchronmotoren üblicher Baugröße nur kleine Drehzahlstellbereiche realisiert werden
können oder daß speziell dimensionierte Motoren mit großem EippßchlupS
bei
schlechtem Wirkungsgrad notwendig sind.
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Die Impulssteuerung von zweisträngigen Wechselstrommotoren am Einphasennetz
ermöglicht durch das periodische Ein- und Ausschalten das verlustbehaftete Verstellen
der Drehzahl. Dabei ist die Spieldauer wesentlich größer und unabhängig von der
Periodendauer der Netzspannung und muß außerdem in einem bestimmten Verhältnis zu
den Parametern des Antriebssystems stehen. Für die Drehrichtungsumkehr sind zusätzliche
Maßnahmen erforderlich.
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Bekannt ist auch die Phasenanschnittsteuerung eines Stranges mittels
Triac oder antiparallelen Thyristoren.
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Diese Methode hat den Nachteil, daß nur ein Nacheilen der Grundschwingung
der angeschnittenen Spannung gegenüber der Netzspannung realisiert werden kann und
daß mit wachsendem Phasenanschnittwinksl, bei konstanter Netzspannung, die Spannungszeitfläche
und damit das Drehmoment quadratisch verkleinert wird, so daß sich sehr steile Drehzahl-Drehmoment-BEnnlinien
ergeben, die sich für eine Steuerung nur bei quadratischer Abhängigkeit des Widerstandsmomentes
von der Drehzahl, wie z. B. bei Lüftern, eignen und sonst eine Regelung erfordern.
Die erreichbaren Drehmomente sind gering. Die Wicklung kannnur für eine Spannungszeitfläche
und damit nur für einen Punkt der Drehzshl-Drehmoment-Kennlinie ausgelegt werden.
Bei kleinem Schlupf wird die Gegenspannung so groß, daß der Triac oder die antiparallelen
Thyristoren durch Unterschreitung des Raltestromes gelöscht werden. Dadurch wird
der Strom in dem Strang mit Phasenanschnittsteuerung von einer nacheilenden Phasenlage
im Vergleich mit dem Strom im anderen Strang (induktive Phasenverschiebung) in eine
voreilende Phasenlage (kapazitive Phasenlage) verschoben. Infolgedessen kehrt sich
das entwickelte Drehmoment in der Drehrichtung um und wirkt bremsend. Der Motor
kann deshalb nur mit großem Schlupf betrieben werden. Drehrichtungsumkehr kann nur
mit zusätzlichen Maßnahmen erreicht werden.
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Bis auf die Phasenanschnittsteuerung und die Steuerung
mit
einem Zweiphasen-Umriohter, muß bei allen anderen Verfahren für den Anlauf des zweisträngigen
Wechselstrommotors am Einphasennetz noch zusätzlich eines der dafür bekannten Bauelamente
(z. 3. Eondensator) in die Schaltung eingefügt werden.
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Alle bekannten Verfahren zur Drehzahlstellung, Drehrichtungsumkehr,
Anlauf-, Motor- und Bremsbetrieb lassen entweder mit einer Einrichtung nur einige
dieser Möglichkeiten zu oder sind, wie der Zweiphasen-Umrichter, mit erheblichem
Aufwand verbunden. Die Ursache für diese Mängel der bekannten Verfahren liegen darin,
daß sie entweder nur aug die dem Motor zugeführte Speisespannung einwirken oder
wenn sie schon in das innere Wirkprinzip des zweisträngigen Wechselstrommotors eingreifen,
wie die Polpaarumschaltung oder die Phasenanschnittsteuerung, dann nur hinsichtlich
eines Teiles des Wirkprinzips.
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Es ist auch möglich, mehrere der bekannten Verfahren miteinander zu
kombinieren, was ebenso einen erhöhten Au£-wand verursacht.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der angeführten
bekannten technischen Lösungen zu vermeiden und mit geringem Aufwand die Drehzahlstellung,
die Drehrichttingsumkehr den Anlauf-, den Motor- und den Bremsbetrieb zu realisieren.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem durch nur eine Schaltungsanordnung
sich die Drehzahlstellung, die Drehrichtungsumkehr, Anlauf-, Motor- und Bremebetrieb
realisieren lassen.
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Bei einem an einem Einphasennetz betriebenen zweisträngigen Wechselstrommotor
mit zumindest in einem Strang des Motors liegenden Ein-/Ausschalter wird diese Aufgabe
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findungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ein-/Aussohalter die dem
Strang zugeführte Spannung in Jeder Halbwelle so an-und abschneidet, daß eine nahezu
konstante Spannungszeitfläche entsteht und die Zeitpunkte des Phasenan- und -abschnittes
über den Bereich einer Halbwelle verschoben werden.
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Dadurch wird der in dem Strang mit der an- und abgeschnittenen Spannung
fließende Strom Je nach der zeitlichen Lage des An- und Abschnitt-Zeitpunktes kapazitiv
bzw.
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induktiv im Vergleich zum Strom im anderen Strang.
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Im Gegensatz zu den bekannten technischen Lösungen kann die Wicklung
mit der an- und abgeschnittenen Spannung für alle Betriebspunkte optimal ausgelegt
werden, da die Spannungszeitfläche nahezu konstant ist. Damit wird eine Möglichkeit
zur Erzeugung eines Drehfeldes geschaffen, dessen Ellsptizität sowie Drehrichtung
in einem großen Bereich beeinflußbar ist. Über das vom Drehfeld abhängige asynchrone
Moment wird auf die Drehzahl Einfluß genommen.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel
und anhand der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert.
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Din zweisträngiger Asynchronmotor 1 ist an einem Sinphasennetz 2 angeschlossen.
Der Läufer des Motors kann dabei beliebig ausgeführt sein; muß aber eine kurzgesohlossene
Wicklung haben. In der Zuführungsleitung in einem Strang des Motors ist ein Ein-/Ausschalter
3 angeordnet.
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Bes einer elektronischen Drehzahlregelung besteht diese aus einem
Drehzahlregler 4, einem Sollwerteinsteller 5 und einer Drehzahlistwerterfassung
6. Der von der Drehzahlistwerterfassung 6 gemessene Istwert wird in der Regelschaltung
in bekanntes Weise mit dem am Sollwerteinsteller 5 eingestellten Drehzahlsollwert
verglichen und daraus werden die Zeitpunkte für das Sin-/Busschalten des Ein-/Ausschalters
3 abgeleitet und diesem, unter lSinhaltung
der Bedingung eine nahezu
konstante Spannungszeitfläche aus der Sinushalbwelle durch Ein-/Ausschalten herauszuschneiden,
als Stellbefehl zugeführt. Damit wird dem einen Strang ein Strom zugeleitet, dessen
Grundschwingungsamplitude nahezu konstant ist, aber gegenüber dem Strom im anderen
Strang von kapazitiv bis induktiv kontinuierlich verschoben werden kann Die Größe
und die Richtung der Phasenverschiebung sowie die Spannungszeitfläche bestimmen
das vom zweisträngigen Asynchronmotor 1 entwickelte Moment nach Größe und Drehriohtung
und über die Drehzahlstellung bzw. -regelung die Drehzahl vom Stillstand bis zur
Höchstdrehzahl nO(1" Bei allen Betriebspunkten, zu deren Einstellung eine kapositive
Verschiebung des Stromes im Strang mit der an-und abgeschnittenen Spannung notwendig
ist, tritt zusätzlioh eine Verbesserung des Leistungsfaktors auf. Es ist möglich,
diese Eigenschaft des Verfahrens in bestimmten Anwendungsfällen besonders zu nutzen.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 zweisträngiger Asynchronmotor
2 Einphasennetz 3 Ein-/Ausschalter 4 Drehzahlregler 5 Sollwerteinsteller 6 Drehzahli
stwerterfassung
L e e r s e i t e