DE4423783C2 - Wanderfeldinduktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wanderfeldinduktor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Verwendung von Wanderfeldinduktoren für Ver­ fahren und Vorrichtungen zum Entstapeln und Verein­ zeln von unmagnetischen Blechplatinen ist in den nachveröffent­ lichten Offenlegungsschriften DE 44 03 099 A1 und DE 44 03 011 A1 beschrieben. Dabei werden von den Wan­ derfeld- bzw. Schubinduktoren mechanische Schubkräfte in der Ebene von Platinen aus elektrisch leitfähigem Material erzeugt, die durch Adhäsion aneinanderhaftende gestapelte Bleche einzeln von dem Stapel trennen sollen. Die Schubinduktoren werden nach dem bekannten Verfahren mittels mehrphasigem Wechselstrom erregt, wodurch in der Blechebene Schub­ kräfte entstehen, die etwa dem Quadrat der Wander­ feldamplitude proportional sind. Da eine bestimmte Schubkraft zum Entstapeln und Vereinzeln unabdingbar ist, sind bei sehr großen Blechplatinen mehrere In­ duktoren notwendig, die gleichzeitig arbeitend, dem Netz eine unvertretbar große Kurzzeitleistung entneh­ men würden.

Eine vorveröffentlichte Vorrichtung zum Antrieb eines magnetischen Metallbleches mit einem elektrischen Induktionsmotor ist in der DE-OS 25 56 103 beschrieben. Hierbei wirken ein elektrischer Linearmotor und eine Stützplatte mit einem Kissen und einem unter Druck stehenden Strömungsmittel so zusammen, daß kein materieller Kontakt mit der Oberfläche des Bleches besteht.

Eine ähnliche Lösung ist der US 4 077 507 zu entneh­ men, bei der ebenfalls die Kombination eines indukti­ ven Linearmotors mit einem Fluid beaufschlagbaren Kissen Anwendung findet, um Bleche zu transportieren.

Die Kombinationen von einem oder mehreren Linearmoto­ ren mit Vorrichtungen zur Bildung von Luftkissen, die zur Fixierung des Abstandes von unmagnetischen metallischen Platinen zu den Linearmotoren dienen, ist der EP 0 612 677 A1 zu entnehmen. Dabei ist auf der aktiven Seite eines jeden mit mehreren Wicklungen versehenen Primärteils eines Linearmotors eine Düsenplatte und mit einem Spalt für den Durchsatz der Platinen eine weitere parallel dazu angeordnete zweite Düsenplatte aus ei­ nem nichtmetallischen Werkstück vorgesehen, wobei die Düsenplatten an eine Druckluftquelle anschließbar sind und damit ebenfalls die Kombination eines elek­ trisch wirkenden Antriebes (Linearmotor) mit einem fluidisch betriebenen Element dort zu entnehmen ist.

T. Kawabata u. a. haben in "Digital control of three­ phase TWM . . . " in IEEE Transactions on Power Electro­ nics, 1991, H. 1, Seiten 62 bis 72, die ausgangssei­ tige Beschaltung von pulsbreitenmodulierten Umrich­ tern mit Filterschaltungen zur Unterdrückung von höherfrequenten Pulsfrequenzanteilen im Laststromkreis bei Dreipha­ senumrichtern beschrieben.

Ähnliches geht unter Berücksichtigung von IGBT-Eigen­ schaften auch aus einem Bericht von Kadros, Junge, Salama: "Design Aspects of High Power Inverters with IGBT", in: EPE Konferenz, Band 2, Firenze, 1991, Sei­ ten 83 bis 87, hervor.

K. Heumann beschreibt in "Grundlagen der Leistungs­ elektronik", 2. Auflage, 1978, Teubner Verlag Stutt­ gart, Seiten 184 bis 186, die Blindstromkompensation mit parallelgeschalteten Kondensatoren in Drehstromnetzen unter Beachtung wechselnder Lastver­ hältnisse.

Der CH 553 505 ist eine elektrische Wanderfeld-Lauf­ bahn mit einer Steuereinrichtung zum Bewegen von Kör­ pern mit einer mehrphasigen Erregerwicklung für das Wanderfeld zu entnehmen. Hierbei wird die Laufbahn mittels durch Thyristoren partiell zuschaltbarer Wan­ derfeldinduktoren bei Blindstromkompensation durch Kapazitäten im Ausgangskreis betrieben.

Aus der DE 32 04 635 C2 ist ein Linearmotor bekannt, der für Antriebe für Oberflächen-Schnellverkehrsmit­ tel und andere Transporteinrichtungen verwendet wer­ den kann und der einen Induktor mit m-phasiger Wick­ lung und ein mit dem Induktor elektromagnetisch ge­ koppeltes Sekundärteil aufweist, wobei die Wicklung des Sekundärteils in voneinander elektrisch isolierte m-phasige Wicklungseinheiten eingeteilt ist und an jede Phase jeder Wicklungseinheit wenigstens ein Kon­ densator angeschlossen ist. Eine solche Anordnung soll die Blindleistung des asynchronen Linearmotors kompensieren und den Wirkungsgrad erhöhen.

Ähnlich arbeitet der Leistungs-Wechselrichter mit ein­ geprägtem Strom und Phasenfolgelöschung an einer rein induktiven Last, der in dem - dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden - Aufsatz von K. Moll "Betrieb eines Leistungs-Wechselrichters . . .", ETZ-Archiv, 1980, Heft 6, Seiten 185 bis 187, veröffentlichte wurde.

Dort ist ein Linearmotor mit einer aus Parallelkondensatoren und Induktivitäten bestehenden (Blindstrom-) Parallelkompensation für die Steuerreaktanzen beschaltet.

Die Parallelschwingkreise in den drei letztgenannten Schriften ergeben jedoch alleine nicht immer eine ausreichende Blindstromkompensation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wanderfeldinduktor zu schaffen, bei dem der Blindenergie­ bedarf verringert wird, d. h. der bei geringem Speise­ strom eine große feldbildende Wanderfeldamplitude erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Da­ durch, daß der Induktivität des Induktors eine Kapa­ zität zur Bildung eines Parallelresonanzkreises zu­ geordnet ist und daß eine weitere Induktivität vor­ gesehen ist, die mit der Kapazität des Parallelreso­ nanzkreises einen Reihenresonanzkreis bildet, können aufgrund der Resonanzüberhöhungen große Ströme und damit große Schubkräfte erzeugt werden. Die verwende­ ten Frequenzumrichter und die notwendigen Zusatzbau­ gruppen können gegenüber den Speiseverfahren nach dem Stand der Technik wesentlich geringer dimensioniert werden, und die Belastung des Versorgungsnetzes wird im Verhältnis der Resonanzüberhöhung reduziert.

Vorteilhafterweise können mehrere Wanderfeldindukto­ ren am Ausgang eines Frequenzumrichters betrieben werden, wobei durch unterschiedliche Dimensionierung der einzelnen Resonanzkreise gleichzeitig unter­ schiedliche Schubkräfte realisiert werden können.

Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 die schaltungsgemäße Ausgestal­ tung eines Wanderfeldinduktors nach einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung,

Fig. 2 die schaltungsgemäße Ausgestal­ tung des Wanderfeldinduktors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 die schaltungsgemäße Ausgestal­ tung des Wanderfeldinduktors nach einem dritten Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 die schaltungsgemäße Ausgestal­ tung des Wanderfeldinduktors nach einem vierten Ausführungsbei­ spiel.

In Fig. 1 ist ein Frequenzumrichter 1 mit einer nicht dargestellten dreiphasigen Versorgungsspannung ver­ bunden. Der Wanderfeldinduktor 2 ist als Sternschal­ tung mit herausgeführtem Sternpunkt geschaltet, wobei die Induktivitäten L4, L5, L6 des Wanderfeldinduktors 2 zu dem Sternpunkt zusammengeschaltet sind und jeweils parallel zu diesen Induktivitäten die Kondensatoren C1, C2, C3 liegen. In der ersten Phase ist zwischen Frequenzumrichter und Parallelschaltung aus Indukti­ vität L5 und Kondensator C2 eine Induktivität L1, in der zweiten Phasen zwischen der Parallelschaltung aus C1 und L4 und Frequenzumrichter 1 eine Induktivität L2 und zwischen Parallelschaltung aus C3 und L4 und Frequenzumrichter 1 eine Induktivität L3 geschaltet.

Die Induktivitäten L4, L5, L6 des Wanderfeldinduktors 2 und die jeweils parallelgeschalteten Kondensatoren C1, C2, C3 bilden einen Parallelresonanzkreis, und die Kapazität der Kondensatoren C1, C2, C3 bildet mit den Induktivitäten L1, L2, L3 einen Reihenresonanzkreis, so daß eine Kombination aus einem Parallelresonanzkreis und einem Reihenresonanzkreis entsteht. Praktisch liegen drei (Parallel-)Resonanzkreise vor, die über die Induktivitäten miteinander gekoppelt sind. Jedoch kann das äußere Prinzip hinreichend genau wie ein einzelner Resonanzkreis beschrieben werden. Der In­ duktor könnte daher auch als "Resonanzinduktor" be­ zeichnet werden.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Schal­ tungsanordnung ist wie folgt. Eine dreiphasige Ver­ sorgungsspannung mit bestimmter Spannung und Frequenz wird über den Frequenzumrichter 1 in einen Wechsel­ strom mit beispielsweise 8 A_eff mit einer Frequenz von etwa 300 Hz umgewandelt. Aufgrund der Resonanzen des durch die Induktivitäten L4, L5, L6 und die Kapazitäten C1, C2, C3 gebildeten Parallelresonanzkreises und des aus den Induktivitäten L1, L2, L3 und den Kapazitäten C1, C2, C3 gebildeten Reihenresonanzkreises wird der am Ausgang des Frequenzumrichters 1 liegende dreiphasi­ ge, feldbildende Strom um den Faktor der Resonanzüb­ erhöhung des Parallelresonanzkreises vervielfacht (z. B. zu 40 A_eff). Oberhalb der Parallelreso­ nanzfrequenz fällt der Induktorstrom und auch der durch den Stromrichter fließende Gesamtstrom aufgrund des Überwiegens der Kapazität systembedingt ab. Durch den Reihenresonanzkreis, der noch unterhalb seiner Resonanzfrequenz betrieben wird, wird dieser Abfall kompen­ siert. Durch eine optimale Dimensionierung der Kondensatoren C1, C2, C3 und der Induktivitäten L1, L2, L3 sowie der Induktivitäten L4, L5, L6 des Induk­ tors 2, beispielsweise zur Erzielung einer Resonanz­ frequenz des Parallelresonanzkreises bei 300 Hz und des Reihenresonanzkreises bei 320 Hz, können die Par­ allel- und Reihenresonanzen so ausgenutzt werden, daß sich ein Verhältnis von Speisestrom zum Induktorstrom von etwa einer Größenordnung z. B. von 5 bis 10 im Bereich der Resonanzüberhöhung ergibt. Diese großen Ströme erzeugen ein Wanderfeld mit einer großen Am­ plitude, so daß bei dem vorliegenden Anwendungsver­ fahren der Entstapelung von übereinander angeordneten Blechen in der Blechebene große Schubkräfte erzeugt werden. Der schubkraftbildende Feldanteil der Grund­ welle wird darüber hinaus durch die Resonanzeigen­ schaften der Stromkreise dadurch erhöht, daß die stö­ renden Oberwellenanteile gleichfalls verringert wer­ den. Infolge der hohen Feldamplitude wird durch die Wirbelstrombildung ein Wärmeimpuls erzeugt, der auf die Blechplatine übertragen wird, worauf mechanische Oberflächenspannungen hervorgerufen werden. Der da­ durch entstehende Aufkrümmungseffekt wirkt den Adhä­ sionskräften der gestapelten Bleche entgegen, wodurch eine Trennung der Bleche erleichtert wird.

In Fig. 2 wird eine weitere Beschaltung des erfin­ dungsgemäßen Wanderfeldinduktors gezeigt, wobei hier die Wicklungen des Induktors gleichfalls in Stern­ schaltung angeordnet sind, wobei jedoch der Stern­ punkt nicht herausgeführt ist. Dabei liegen die Kon­ densatoren C1, C2, C3 jeweils parallel zu zwei Indukti­ vitäten, nämlich L4, L5, L5, L6 und L6, L4. Die Funk­ tionsweise entspricht der Funktion nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der der Induktor in Dreieckschaltung mit künstlichem Stern­ punkt geschaltet ist, d. h. die Induktivitäten L4, L5, L6 liegen jeweils parallel zu zwei Kondensato­ ren, nämlich C1, C2, C2, C3 und C3, C1. Die drei Stränge des Induktors sind über Dreiphaseninduktivitäten L1.1, L1.2, L1.3, die geometrisch sehr viel kleiner ausgebildet sind als getrennte Induktivitäten, mit dem Frequenzumrichter 1 verbunden. Auch hier ent­ spricht die Funktionsweise der nach Fig. 1.

In Fig. 4 ist der Induktor 2 als normale Dreieck­ schaltung geschaltet, d. h. der Kondensator C1 liegt parallel zu der Induktivität L4, C2 parallel zu L5 und C3 parallel zu L6. Auch hier entspricht die Funk­ tion der nach Fig. 1.

Die Schaltungen sind unter Beachtung der gültigen Dimensionierungsregeln als gleichwertig anzusehen, wobei sich jedoch aus den Belastungen der Bauelemente Unterschiede ergeben, die bei der Frage der Kosten zu berücksichtigen sind.

Claims (7)

1. Wanderfeldinduktor zur Erzeugung einer Schub­ kraft in einem in vorgegebener Zuordnung ange­ ordneten, unmagnetischen plattenartigen Teil, insbesondere zur Verwendung in Vorrichtungen zum Vereinzeln und Entstapeln von Blechplatinen, der über Frequenzumrichter mit einem mehrphasigen Versorgungsnetz verbunden ist, wobei den Wick­ lungen (L4, L5, L6) des Induktors (2) Kondensato­ ren (C1, C2, C3) derart zugeordnet sind, daß die Wicklungen die Induktivität und die Kondensato­ ren die Kapazität eines Parallelresonanzkreises, dessen Resonanzfrequenz im Bereich der Umrich­ ter-Arbeitsfrequenz liegt, bilden und mit einer weiteren Induktivität zwischen den Kondensatoren und dem Umrichter geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Induktivität (L1, L2, L3; L1.1, L1.2, L1.3) in Reihe zu dem Parallelresonanz­ kreis geschaltet ist und mit der Kapazität (C1, C2, C3) einen Reihenresonanzkreis, dessen Reso­ nanzfrequenz im Bereich der Umrichter-Arbeits­ frequenz liegt, bildet.

2. Wanderfeldinduktor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Parallelresonanzkreis als Sternschaltung mit herausgeführtem Sternpunkt ausgebildet ist, wobei parallel zu den jeweili­ gen zum Sternpunkt zusammengeschalteten Wicklun­ gen (L4, L5, L6) des Induktors (2) jeweils ein Kondensator (C1, C2 , C3) parallelgeschaltet ist.

3. Wanderfeldinduktor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Parallelresonanzkreis als Sternschaltung ohne herausgeführtem Sternpunkt ausgebildet ist, wobei jeweils zwei zum Stern­ punkt zusammengeführte Wicklungen (L4, L5; L5, L6; L6, L4) parallel zu jeweils einem Kondensator (C1, C2, C3) liegen.

4. Wanderfeldinduktor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Parallelresonanzkreis als Dreieckschaltung mit künstlichem Sternpunkt aus­ gebildet ist, bei dem zu jeweils zwei der zum Sternpunkt zusammengeschalteten Kondensatoren (C1, C2; C2, C3; C3, C1) jeweils eine Wicklung (L4, L5, L6) des Induktors liegt.

5. Wanderfeldinduktor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Parallelresonanzkreis als Dreieckschaltung ausgebildet ist, bei der die Wicklungen (L4, L5, L6) im Dreieck liegen und je­ weils einer Wicklung ein Kondensator (C1, C2, C3) parallelgeschaltet ist.

6. Wanderfeldinduktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Indukti­ vität des Reihenresonanzkreises als Mehrphase­ ninduktivität (L1.2, L1.2, L1.3) ausgebildet ist.

7. Wanderfeldinduktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Reihenresonanzkreises größer als die Frequenz des Parallelresonanzkreises ist.