DE4018146A1 - Electronically-regulated electric drive - has star-delta switching device in supply path of asynchronous motor - Google Patents

Electronically-regulated electric drive - has star-delta switching device in supply path of asynchronous motor

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DE4018146A1
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Wolf-Dieter Ehrmann
Albert Enste
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    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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Abstract

The electric drive uses an arynchronous motor (M) supplied via a star/delta switching device (1) with measurement of the power supplied by the latter to the motor (M). The measured power is compared with a switching value (Pschalt) via a comparator (3) which activates a pulse source (4) supplying the switching pulses for the star/delta switching device (1). Pref. the power supplied to the motor (M) is measured at regular intervals by measuring the current. ADVANTAGE - Improved efficiency for energy saving.

Description

Drehstrom-Asynchronmotoren erfreuen sich steigender Beliebtheit als elektrische Antriebsquelle, da sie mit Hilfe einer Leistungselektronik gut drehzahlregelfähig sind und die Kosten für die Bauteile dieser Leistungselektronik immer geringer werden.Three-phase asynchronous motors are enjoying increasing popularity Popularity as an electric drive source as it comes with Power electronics are capable of speed control and the cost of the components of this power electronics become less and less.

Obwohl Polzahl, Nutenform, Nennleistung und andere Parameter das Betriebsverhalten jedes Motors anders festlegen, kann doch prinzipiell von einer bestimmten qualitativen Gestalt der Betriebskennlinien derartiger Motoren ausgegangen werden. Leider bringen die Betriebslinien dieser Motoren auch zum Ausdruck, daß der normale Betriebsbereich des Motors sich nur in einem sehr schmalen Drehzahlbereich zwischen Schlupf s = 0,1 bis 0,03, oder anders ausgedrückt etwa einer Motordrehzahl, die zwischen 90 und 97% der Synchrondrehzahl des Drehfeldes des Motors beträgt, liegt. Nur in diesem Bereich ist der Wirkungsgrad η gut.(Innerhalb dieses Drehzahlbereiches fällt aber auch das zur Verfügung stehende Drehmoment M des Motors stark ab.) Wird das Lastmoment ML wesentlich kleiner als das Nennmoment MN, (welches üblicherweise den rechten Rand des Betriebsbereiches des Motors bildet), so nehmen der Wirkungsgrad η und auch der Leistungsfaktor cos ϕ rasch ab; der Strom I bleibt dagegen fast konstant. Dies bedeutet, daß Motoren auf keinen Fall zu groß ausgelegt werden sollten, da deren Betrieb wegen des geringen Wirkungsgrades sonst sehr unwirtschaftlich wird.Although number of poles, slot shape, nominal power and others Parameters the operating behavior of each engine differently can determine, in principle, of a certain qualitative shape of the operating characteristics of such Engines are run out. Unfortunately they bring Operating lines of these engines also express that the normal operating range of the engine is only in a very narrow speed range between slip s = 0.1 to 0.03, or in other words, about an engine speed that between 90 and 97% of the synchronous speed of the rotating field of the Motors is. This is the only area Efficiency η good. (Within this speed range but also falls the available torque M des Motors strongly.) The load moment ML becomes significantly smaller than that Nominal torque MN, (which is usually the right edge of the  Operating range of the engine), so take the Efficiency η and also the power factor cos ϕ rapidly decrease; the current I, however, remains almost constant. This means, that motors should never be too big should, because of their low efficiency otherwise becomes very uneconomical.

Es gibt jedoch Anwendungsfälle wie etwa unstetig ausgelastete Fördermittel etc., bei denen das Lastmoment ML bei Vollast und das benötigte Drehmoment bei Leerbetrieb so stark divergieren, daß sie nicht mehr beide innerhalb des optimalen Betriebsbereiches des Motors liegen. Da das bei Vollast benötigte Drehmoment auf jeden Fall vorhanden sein muß, und damit der Vollast-Zustand innerhalb des normalen Betriebsbereiches der Motorkennlinien liegen muß, liegt der Betriebspunkt für Leerlast ausserhalb des normalen Betriebsbereiches, und damit bereits im Bereich eines sehr geringen Wirkungsgrades η.However, there are use cases such as discontinuous Utilized funding, etc., where the load moment ML at full load and the required torque when idle diverge so much that they no longer both within the optimal operating range of the engine. Since that at Full load required torque is definitely available must, and thus the full load state within the normal Operating range of the engine characteristics must be Operating point for no load outside of normal Operating area, and thus already in the area of a very low efficiency η.

Falls man erreichen könnte, daß auch derartige Leerfahrten bei einem günstigeren Wirkungsgrad des gleichen Drehstrom- Asynchronmotors bewältigt werden könnten, so würde dies einer erheblichen Energieeinsparung über die Summe der im Einsatz befindlichen Motoren darstellen.If one could achieve that such empty runs with a cheaper efficiency of the same three-phase Asynchronous motor could be coped with, so this would considerable energy savings over the sum of the Represent the motors in use.

Es ist weiterhin bekannt, die Ständerwicklung eines solchen Drehstrom-Asynchronmotors von Stern- auf Dreieck-Schaltung umschaltbar auszuführen. Anstelle des Stern- Dreieckumschalters ist auch eine Regeleinheit möglich, welche die von der Stromversorgung gelieferte Spannung stufenlos auf den optimalen Wert regelt. Bei Einsatz von Stern- auf Dreieck umschaltbaren Motoren zu Zwecken, bei denen nur ein geringes Anlaufmoment notwendig ist, da der Anlauf ohne oder mit nur sehr geringer Last (Leichtanlauf), vor sich gehen kann, wird die Umschaltbarkeit der Ständerwicklung von Stern- auf Dreieckschaltung dazu benutzt, den hohen Anlaufstrom bei Kurzschlußläufern herabzudrücken. Dies geschieht, indem der Anlauf des Motors in der Sternschaltung vorgenommen wird, und bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl automatisch oder manuell auf Dreieck-Schaltung weitergeschaltet wird.It is also known the stator winding of such Three-phase asynchronous motor from star to delta connection switchable design. Instead of the star Triangle switch, a control unit is also possible, which is the one supplied by the power supply Continuously regulates the voltage to the optimal value. At Use of star- and delta-switchable motors Purposes where only a low starting torque is required is because the start-up has no or very little load (Easy start) that can go ahead Switchability of the stator winding from star to  Delta connection used to the high starting current To squeeze short-circuit runners. This is done by the The motor is started in the star connection, and automatically when a certain speed is reached or manually switched to a delta connection.

Es besteht daher die Aufgabe, Drehstrom-Asynchronmotoren, insbesondere wenn sie mit einem Stern-Dreieck-Schalter ausgerüstet sind, im Leichtlaufbetrieb, also bei Betrieb ohne oder mit nur geringer Last, mit geringeren Leistungsverlusten und damit einem günstigeren Wirkungsgrad η zu fahren.There is therefore the task of three-phase asynchronous motors, especially when using a star-delta switch are equipped, in smooth operation, i.e. during operation with little or no load, with less Loss of performance and thus a lower efficiency η to drive.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 3 gelöst.This task is carried out by the characteristic parts of the Claims 1 and 3 solved.

Bei Drehstrom-Asynchronmotoren ist zusätzlich zwischen drehzahl-gesteuerten und nicht drehzahlgesteuerten Motoren zu unterscheiden. Da die Beeinflussung der Drehzahl z. B. über die Veränderung der zugeführten Stromstärke geschieht, muß bei drehzahlgesteuerten Drehstrom-Asynchronmotoren, die einen Stern-Dreieckschalter oder die besagte Regeleinheit besitzen, zwischen z. B. diesem Schalter und dem Motor die elektrische Leistung Pe1 (z. B. durch Überwachung des aufgenommenen Stromes I) gemessen und gesteuert werden. Bei nicht drehzahlgesteuerten Motoren fehlt eine solche Leistungselektronik.With three-phase asynchronous motors, a distinction must also be made between speed-controlled and non-speed-controlled motors. Since influencing the speed z. B. happens about the change in the supplied current, must be in the case of speed-controlled three-phase asynchronous motors that have a star-delta switch or said control unit between z. B. this switch and the motor, the electrical power P e1 (z. B. by monitoring the current I) measured and controlled. Such a power electronics is missing in motors that are not speed-controlled.

Durch das beschriebene Überwachen der elektrischen Leistung Pe1 wird ständig kontrolliert, an welchem Punkt innerhalb des normalen Betriebsbereiches man sich befindet, da bekannt ist, wie die Betriebskennlinie der elektrischen Leistung Pe1 innerhalb des Betriebsbereiches in Richtung auf die Synchrondrehzahl hin abfällt.By monitoring the electrical power P e1 as described , it is constantly checked at which point within the normal operating range one is, since it is known how the operating characteristic of the electrical power P e1 drops within the operating range in the direction of the synchronous speed.

Gleichzeitig wird die überwachte Größe ständig mit einer vorgegebenen Vergleichsgröße verglichen. Sinkt die überwachte Größe bei Motoren mit Stern-Dreieck-Umschalter unter diese Schaltschwelle ab, so wird dadurch ein Impuls ausgelöst, welcher ein Zurückschalten des Stern- Dreieckschalters von der Dreieckschaltung in die Sternschaltung bewirkt.At the same time, the monitored size is constantly increasing predetermined comparison variable compared. Sinks  monitored size for motors with star-delta switch below this switching threshold, it becomes an impulse triggered, which a switching back of the star Delta switch from the delta connection in the Star connection causes.

Bei Motoren mit stufenloser Regeleinheit wird die Spannung laufend der benötigten Leistung nachgeregelt.For motors with a stepless control unit, the voltage continuously adjusted to the required output.

Bekanntermaßen liegen zwischen den drei Phasen einer Drehstromleitung, also bei der sogenannten Dreieckschaltung, Spannungsdifferenzen von jeweils 380 Volt Wechselstrom an. Die Spannungsdifferenzen dieser drei Phasen jeweils zum Mittelpunktsleiter, also bei sogenannter Sternschaltung, betragen jeweils 220 Volt Wechselstrom.As is known, there are three phases between one Three-phase line, that is, the so-called Delta connection, voltage differences of 380 volts each Alternating current. The voltage differences of these three Phases to the center leader, i.e. at so-called star connection, are each 220 volts Alternating current.

Durch diese Umschaltung bzw. Regelung wird also die Betriebsspannung verändert, so daß sich die Drehmomentenkennlinie bei gleichbleibendem Nulldurchgang quantitativ beeinflußt. Dies bedeutet jedoch, daß das benötigte niedrige Lastmoment ML bei einem drehzahlungesteuerten Motor bei etwas geringerer Drehzahl als vorher abgegeben wird, so daß der Motor also im Bereich eines besseren, nämlich höheren Wirkungsgrades ν läuft. Dies führt zu einer durchaus erheblichen Ersparnis an elektrischer Leistung. Bei drehzahlgesteuerten Motoren erhöht sich ebenfalls der Wirkungsgrad 2, jedoch die Drehzahl wird konstant gehalten.The operating voltage is thus changed by this switchover or regulation, so that the torque characteristic curve is influenced quantitatively while the zero crossing remains the same. However, this means that the required low load torque ML is delivered in a speed-controlled motor at a slightly lower speed than before, so that the motor runs in the range of a better, namely higher efficiency ν. This leads to a considerable saving in electrical power. In the case of speed-controlled motors, efficiency 2 also increases, but the speed is kept constant.

Ein wichtiger Vorteil dieser automatischen Stern-Dreieck- Umschaltung bzw. Spannungsanpassung liegt darin, daß sie bei den meisten Elektromotoren auch nachgerüstet werden kann. Die Nachrüstung ist selbstverständlich dann besonders einfach und wirtschaftlich wenig aufwendig, wenn bei diesem Drehstrom-Asynchronmotor bereits die elektrische Leistung Pe1 beispielsweise durch Überwachung des aufgenommenen Stromes I gemessen wurde. Es müßte dann lediglich ein Vergleicher der elektrischen Leistung Pe1 mit einer vorgegebenen Schaltgröße Pschalt bzw. der Regelgröße sowie ein damit gekoppelter Impulsgeber für den Stern-Dreieck- Schalter bzw. die Regeleinheit ergänzt werden. Pschalt ist dabei die aufgenommene elektrische Leistung, bei deren Durchlaufen ein Umschalten von Stern- in Dreieckschaltung wirtschaftlich sinnvoll ist.An important advantage of this automatic star-delta changeover or voltage adjustment is that it can also be retrofitted to most electric motors. Retrofitting is of course particularly simple and economically inexpensive if the electrical power P e1 has already been measured in this three-phase asynchronous motor, for example by monitoring the current I consumed. It would then have to be switched only one comparator of the electric power P e1 with a predetermined shift amount P or the controlled variable, and a pulse generator coupled thereto for the star-delta switch or the control unit be added. P switch is the electrical power consumed , during the course of which switching from star to delta connection makes economic sense.

Bei drehzahlungesteuerten Motoren muß selbstverständlich zusätzlich erst eine Leistungselektronik ergänzt werden, die die elektrische Leistung meist durch Überwachung des aufgenommenen Stromes I und das Eingangssignal für den ebenfalls benötigten Vergleicher liefert.Of course, with speed-controlled engines power electronics must first be added, which the electrical power mostly by monitoring the recorded current I and the input signal for the also provides the comparator needed.

Sollte der nachzurüstende Motor nicht einmal einen Stern- Dreieck-Umschalter besitzen, für eine solche Umschaltung jedoch geeignet sein, so müsste dieser nachgerüstet werden.If the engine to be retrofitted does not even have a star Have triangle switches for such a switch however, it would have to be retrofitted.

Anhand der folgenden Diagramme und Prinzipdarstellungen kann dies konkret erläutert werden.Using the following diagrams and schematic diagrams this can be explained concretely.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Antriebs­ einheit, mit Stern-Dreieck-Umschalter, Fig. 1 unit is a circuit diagram of the drive according to the invention, with a star-delta change-over switch,

Fig. 2 typische Anfahrkennlinien bei Stern-Dreieck- Umschaltung, FIG. 2 shows typical starting characteristics with star-delta switching,

Fig. 3 die Betriebskennlinien eines Drehstromasynchron­ motors zwischen der Drehzahl 0 und der Synchron­ drehzahl nd und Fig. 3 shows the operating characteristics of a three-phase asynchronous motor between the speed 0 and the synchronous speed n d and

Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung dieser Betriebskennlinien, aufgetragen über einer anderen Bezugsgröße. Fig. 4 is an enlarged detail view of these operating characteristics, plotted against another reference variable.

Fig. 1 zeigt das prinzipielle Schaltbild für eine Antriebseinheit, bei der der Antrieb A von einem Motor M angetrieben wird. Bei diesem Motor handelt es sich etwa um einen Kurzschlußläufermotor, welcher einen Stern-Dreieck- Umschalter 1 besitzt, mit dessen Hilfe Spannung entweder bezüglich der Phasen untereinander (380 Volt) oder bezüglich des Mittelpunktleiters (220 Volt) für den Motor abgenommen werden kann. Fig. 1 shows the basic circuit diagram for a drive unit in which the drive A is driven by a motor M. This motor is, for example, a squirrel-cage motor which has a star-delta changeover switch 1 , with the aid of which voltage can be removed either with respect to the phases with one another (380 volts) or with respect to the center conductor (220 volts) for the motor.

Statt des Stern-Dreieck-Umschalters kann auch eine stufenlose Spannungsregeleinheit eingesetzt werden, die einen wirtschaftlich höheren Aufwand erfordert, andererseits jedoch ein noch genaueres Ansteuern des Betriebspunktes der Antriebseinheit ermöglicht.Instead of the star-delta switch, one can stepless voltage control unit can be used, the requires an economically higher effort, on the other hand, however, an even more precise control of the Operating point of the drive unit enables.

Die Stern-Dreieck-Umschaltung wird zum Anfahren des Motors benutzt, wobei zunächst in der Stern-Schaltung angefahren wird und später in die Dreieck-Schaltung geschaltet wird. Um den Umschaltpunkt zu bestimmen, wird mittels einer Meßeinheit 2 zwischen dem Umschalter 1 und dem Motor M die elektrische Leistung Pe1 gemessen. Diese wird in einem nachgeschalteten Vergleicher 3 mit einer vorgegebenen Schaltleistung Pschalt verglichen und je nach Ergebnis dieses Vergleiches wird über den mit dem Vergleicher 3 verbundenen Impulsgeber 4 der Stern-Dreieck-Umschalter 1 betätigt.The star-delta changeover is used to start the motor, starting first in the star connection and later switching to the delta connection. To determine the changeover point, the electrical power P e1 is measured by means of a measuring unit 2 between the changeover switch 1 and the motor M. This is compared in a downstream comparator 3 with a predetermined switching power P switching and, depending on the result of this comparison of the star-delta change-over switch 1 is connected to the comparator 3 pulse generator 4 is operated.

Das Anfahren in der Stern-Schaltung dient der Reduzierung des Stromes I während der Anlaufphase. Die Wirkung der Stern-Dreieck-Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt, welches die Anfahrkennlinien eines Kurzschlußläufermotors mit Stern-Dreieck-Umschaltung der Ständerwicklung, wie etwa gemäß Fig. 1, zeigt.Starting in the star connection serves to reduce the current I during the start-up phase. The effect of the star-delta connection is shown in FIG. 2, which shows the starting characteristics of a squirrel-cage motor with star-delta changeover of the stator winding, such as according to FIG. 1.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Momentenkennlinie in Stern-Schaltung qualitativ gleich, jedoch quantitativ flacher verläuft als die Momentenkennlinie bei Dreieckschaltung. Ähnliches gilt für die entsprechenden Stromkurven, jedoch ist hier der größte Unterschied bei der Drehzahl 0 zu erkennen. Um bei dieser Drehzahl nicht die für den Strom I sehr hohe Stromspitze gemäß der Kurve I, also des Strombedarfes in der Dreieck-Schaltung, zu benötigen, wird der Motor in Stern-Schaltung angefahren. Dies ist selbstverständlich nur in solchen Fällen möglich, in denen das vom Antrieb A geforderte Lastmoment ML niedriger ist als das vom Motor in der Stern-Schaltung zur Verfügung gestellte Drehmoment M.From Fig. 2 it can be seen that the torque characteristic in star connection is qualitatively the same, but quantitatively flatter than the torque characteristic in delta connection. The same applies to the corresponding current curves, but here the greatest difference in speed 0 can be seen. In order not to need the very high current peak for current I according to curve I, i.e. the current requirement in the delta connection, at this speed, the motor is started in star connection. Of course, this is only possible in cases in which the load torque M L required by the drive A is lower than the torque M provided by the motor in the star connection.

In diesem Fall wird der Motor in der Stern-Schaltung hochgefahren, bis eine Drehzahl nu, die sogenannte Umschalt-Drehzahl erreicht ist, bei der sich das vom Motor in der Stern-Schaltung zur Verfügung gestellte Drehmoment M mit dem vom Antrieb A benötigten Lastmoment ML deckt.In this case, the motor is started up in the star connection until a speed n u , the so-called switchover speed, is reached, at which the torque M provided by the motor in the star connection with the load torque required by drive A. M L covers.

Durch das Umschalten in die Dreieck-Schaltung ergibt sich wiederum eine Diskrepanz zwischen dem vom Motor zur Verfügung gestellten Drehmoment M und dem nach wie vor vom Antrieb A benötigten Lastmoment ML. Diese Diskrepanz wird durch eine weitere Zunahme der Drehzahl bis zur Betriebs- Drehzahl nb behoben, bei der diese beiden Drehmomente gleich groß sind.Switching to the delta connection again results in a discrepancy between the torque M provided by the motor and the load torque M L still required by drive A. This discrepancy is eliminated by a further increase in the speed up to the operating speed nb, at which these two torques are of the same size.

Durch den Umschaltvorgang bei der Umschalt-Drehzahl nU erhöht sich zunächst auch die vom Motor benötigte Stromstärke I auf den Wert gemäß der Kurve für den Strom I bei der Drehzahl nU. Diese erreicht jedoch bei weitem nicht den sehr viel höheren Anfangswert dieser Stromkurve. Durch die weitere Zunahme der Drehzahl, im Falle der Fig. 2 über die Nenndrehzahl nN hinaus bis zur Betriebskennzahl nb erfolgt ein Abfall der Stromstärke I .The switching process at the switching speed n U initially increases the current intensity I required by the motor to the value according to the curve for the current I at the speed n U. However, this is far from reaching the much higher initial value of this current curve. As a result of the further increase in the speed, in the case of FIG. 2 beyond the nominal speed n N up to the operating characteristic number n b , the current intensity I drops.

Wie bereits aus Fig. 2 zu erkennen, ist jeder Motor für eine Nenndrehzahl nN und damit auch ein Nennmoment MN ausgelegt. Dieser Punkt stellt einen theoretischen Betriebspunkt dar. In der Realität wird ein solcher Motor jedoch über einen gewissen Bereich hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment belastet, wie Fig. 3 zeigt. Gemessen am Schlupf s bzw. der Synchrondrehzahl nd bewegt sich der normale Betriebsbereich eines Motors zwischen etwa 0,9 und 0,97 der Synchrondrehzahl nd. Dieser normale Betriebs­ bereich ist in der Fig. 3 schraffiert dargestellt. Dabei fällt besonders auf, daß der Leistungsfaktor Cosinus ϕ innerhalb dieses Betriebsbereiches bei zunehmender Drehzahl und besonders ausserhalb dieses Betriebsbereiches in Richtung auf die Synchrondrehzahl nd immer schneller abnimmt. Dies ist dadurch bedingt, daß die Kurve des Leistungsfaktors Cosinus ϕ ebenso wie die Kurve des Drehmoments M nach Durchlaufen eines Maximalpunktes weiter steigender Drehzahl gegen Null geht. Der normale Betriebsbereich ist selbstverständlich so ausgelegt, daß der Punkt des maximalen Leistungsfaktors Cosinus ϕ noch innerhalb dieses Betriebsbereiches liegt, nämlich meist bei der unteren Drehzahlgrenze des normalen Betriebsbereiches gegeben ist.As can already be seen from FIG. 2, each motor is designed for a nominal speed n N and thus also a nominal torque M N. This point represents a theoretical operating point. In reality, however, such a motor is loaded over a certain range in terms of speed and torque, as shown in FIG. 3. Measured by the slip s or the synchronous speed nd, the normal operating range of an engine ranges between approximately 0.9 and 0.97 of the synchronous speed n d . This normal operating area is shown hatched in FIG. 3. It is particularly noticeable that the power factor cosine ϕ decreases within this operating range with increasing speed and especially outside this operating range in the direction of the synchronous speed n d faster and faster. This is due to the fact that the curve of the power factor cosine ϕ, like the curve of the torque M, approaches zero after passing through a maximum point of further increasing speed. The normal operating range is of course designed so that the point of the maximum power factor cosine ϕ is still within this operating range, namely usually given at the lower speed limit of the normal operating range.

Dies bewirkt jedoch, daß bei nachlassendem Drehmoment M der Motor bei einer höheren Drehzahl und damit automatisch bei einem schlechteren Leistungsfaktor Cosinus ϕ betrieben wird.However, this causes that when the torque M decreases Motor at a higher speed and therefore automatically at operated a worse power factor cosine ϕ becomes.

In diesen Fällen soll durch Zurückschalten des Motors vom Dreiecks-Betrieb auf den Stern-Betrieb, also durch Spannungsanpassung, eine Drehzahlreduzierung gemäß Umkehrung der Vorgänge, wie sie anhand der Fig. 2 beschrieben wurden, erreicht werden. Dies bringt eine Verlagerung im Diagramm der Fig. 3 nach links, also in Richtung auf den Maximalpunkt des Leistungsfaktors Cosinus ϕ mit sich und damit eine Verringerung des Energiebedarfes durch Verringerung der Verluste, bedingt durch die Diskrepanz zwischen elektrischer Leistung Pe1 und der mechanischen Leistung Pmech.In these cases, by switching the motor back from delta operation to star operation, that is to say by adapting the voltage, the speed is to be reduced by reversing the processes as described with reference to FIG. 2. This results in a shift to the left in the diagram in FIG. 3, that is, in the direction of the maximum point of the power factor cosine ϕ, and thus a reduction in the energy requirement by reducing the losses caused by the discrepancy between electrical power P e1 and the mechanical power P. mech .

Dies kann ebenfalls anhand des Diagrammes der Fig. 4 erläutert werden, bei der die Belastungskennlinien über dem Drehmoment M aufgetragen sind.This can also be explained on the basis of the diagram in FIG. 4, in which the load characteristics are plotted against the torque M.

Zur Verdeutlichung sei darauf hingewiesen, daß im Diagramm der Fig. 4 der linke Rand des Diagrammes dem rechten Rand des Motorbereiches des Diagrammes der Fig. 3, also der Nenndrehzahl nd entspricht. Somit ist klar, daß der starke Abfall des Leistungsfaktors Cosinus ϕ und ebenso des Wirkungsgrades η bei einem Drehmoment, welches unterhalb des Nennmomentes MN liegt, also M/MN kleiner als 1, dem Bereich in der Fig. 4 zwischen dem normalen Betriebsbereich und s = 0 entspricht.For the sake of clarity, it should be pointed out that in the diagram of FIG. 4 the left edge of the diagram corresponds to the right edge of the motor area of the diagram in FIG. 3, that is to say the nominal speed nd. It is thus clear that the sharp drop in the power factor cosine ϕ and also the efficiency η at a torque which is below the nominal torque M N , that is to say M / M N less than 1, the range in FIG. 4 between the normal operating range and s = 0 corresponds.

Die in der Fig. 4 über dem Drehmoment M aufgetragenen Belastungskennlinien zeigen jedoch deutlich, daß durch Wechsel von der Momentenkennlinie in der Dreiecks-Schaltung (M) auf die Momentenkennlinie in der Stern-Schaltung (M) gemäß Fig. 2 eine geringfügige Drehzahlreduzierung erreicht wird, die vom Verlauf des Lastmomentes ML über der Drehzahl abhängt. In Fig. 4 ist jedoch leicht zu erkennen, daß bei einem Verhältnis von M/MN von etwa 0,5 oder gar noch darunter eine Drehzahlreduzierung von nur wenigen Prozent ausreicht, um in den normalen Betriebsbereich zu gelangen und damit Werte des Leistungsfaktors Cosinus ϕ von mehr als 0,7 oder gar 0,8 zu erreichen. The load characteristics plotted in FIG. 4 over the torque M, however, clearly show that a slight reduction in speed is achieved by changing from the torque characteristic in the delta circuit (M) to the torque characteristic in the star circuit (M) according to FIG. 2 , which depends on the course of the load torque M L over the speed. In Fig. 4, however, it is easy to see that with a ratio of M / M N of about 0.5 or even less, a speed reduction of only a few percent is sufficient to get into the normal operating range and thus values of the power factor cosine ϕ of more than 0.7 or even 0.8.

Fig. 4 zeigt auch deutlich den starken Anstieg der elektrischen Leistung Pe1 bei nur geringfügigem Absinken der Drehzahl n, so daß die nur gering anwachsenden Verluste V im Verhältnis zur aufgewandten elektrischen Leistung Pe1 bzw. entnommenen mechanischen Leistung Pmech immer geringer werden. Fig. 4 also clearly shows the sharp increase in the electrical power P e1 with only a slight decrease in the speed n, so that the only slightly increasing losses V in relation to the electrical power P e1 or the mechanical power P mech drawn become smaller and smaller.

Mit das Wichtigste an dieser Erfindung ist die Tatsache, daß durch Messung der benötigten, abzugebenden Leistung die eingespeiste Spannung so angepaßt - also geregelt - wird, daß sich Drehmomentverlauf und Wirkungsgrad des Drehstrom- Asynchronmotors im optimalen Bereich befinden. Hierdurch wird also der Energieverbrauch der jeweiligen Lastsituation angepaßt und dadurch verringert, und die Einsatzbreite eines Drehstrom-Asynchronmotors erweitert. Entsprechende Drehstrom-Asynchronmotoren mit variabler Last und unstetem Betriebsverhalten sind besonders für die Anwendung dieser Regelung geeignet.One of the most important things about this invention is the fact that by measuring the required output to be delivered The voltage fed in is adjusted in this way - i.e. regulated - that the torque curve and the efficiency of the three-phase Asynchronous motor are in the optimal range. Hereby is the energy consumption of the respective load situation adapted and thereby reduced, and the range of use of a three-phase asynchronous motor expanded. Appropriate Three-phase asynchronous motors with variable load and discontinuous Operating behaviors are special for the application of these Suitable regulation.

Claims (6)

1. Elektrische Antriebseinheit mit drehzahl­ ungesteuertem Drehstrom-Asynchronmotor und einer Regeleinheit zur Anpassung der von der Stromversorgung gelieferten Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Stern-Dreieck-Umschalter (1) ansteuerbar ausgebildet ist,
  • - eine Meßeinheit (2) zum Messen der elektrischen Leistung (Pe1) zwischen dem Stern-Dreieck-Umschalter (1) und dem Motor angeordnet ist,
  • - ein Vergleicher (3) die von der Meßeinheit (2) gemessene Größe mit der Schaltgröße (Pschalt) vergleicht und
  • - einen Impulsgeber (4), der vom Vergleicher (3) aktiviert werden kann, um den Stern-Dreieck-Schalter in die jeweils andere Schaltstellung zu bringen.
1. Electric drive unit with speed-uncontrolled three-phase asynchronous motor and a control unit for adjusting the voltage supplied by the power supply, characterized in that
  • - The star-delta switch ( 1 ) is designed to be controllable,
  • a measuring unit ( 2 ) for measuring the electrical power (P e1 ) is arranged between the star-delta switch ( 1 ) and the motor,
  • - a comparator (3) (switching P) of the measuring unit (2) measured size with the switching amount and compares
  • - A pulse generator ( 4 ), which can be activated by the comparator ( 3 ) to bring the star-delta switch into the other switching position.
2. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit zur Anpassung der von der Stromversorgung gelieferten Spannung ein Stern-Dreieck-Umschalter (1) ist.2. Electric drive unit according to claim 1, characterized in that the control unit for adapting the voltage supplied by the power supply is a star-delta switch ( 1 ). 3. Elektrische Antriebseinheit mit einem drehzahl­ gesteuerten Drehstrom-Asynchronmotor dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Antriebseinheit eine Regeleinheit zur Anpassung der von der Stromversorgung gelieferten Spannung aufweist,
  • - sowie eine Meßeinheit (2) zum Messen der elektrischen Leistung (Pe1), welche zwischem dem Stern-Dreieck- Umschalter (1) und dem Motor angeordnet ist,
  • - der Stern-Dreieck-Umschalter (1) ansteuerbar ausgebildet ist,
  • - ein Vergleicher (3) die von der Meßeinheit (2) gemessene Größe mit der Schaltgröße (Pschalt) vergleicht und
  • - einen Impulsgeber (4), der vom Vergleicher (3) aktiviert werden kann, um den Stern-Dreieck-Schalter in die jeweils andere Schaltstellung zu bringen.
3. Electric drive unit with a speed-controlled three-phase asynchronous motor, characterized in that
  • the drive unit has a control unit for adapting the voltage supplied by the power supply,
  • - and a measuring unit ( 2 ) for measuring the electrical power (P e1 ), which is arranged between the star-delta switch ( 1 ) and the motor,
  • - The star-delta switch ( 1 ) is designed to be controllable,
  • - a comparator (3) (switching P) of the measuring unit (2) measured size with the switching amount and compares
  • - A pulse generator ( 4 ), which can be activated by the comparator ( 3 ) to bring the star-delta switch into the other switching position.
4. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit zur Anpassung der von der Stromversorgung gelieferten Spannung ein Stern-Dreieck-Umschalter (1) ist.4. Electric drive unit according to claim 3, characterized in that the control unit for adapting the voltage supplied by the power supply is a star-delta switch ( 1 ). 5. Antriebseinheit nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung (Pe1)in gleichmäßigen zeitlichen Abständen gemessen wird.5. Drive unit according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the electrical power (P e1 ) is measured at regular time intervals. 6. Antriebseinheit nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leistung (Pe1) durch Messen des aufgenommenen Stromes (I) gemessen wird.6. Drive unit according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the electrical power (P e1 ) is measured by measuring the current consumed (I).
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