DE702539C - Anordnung zum verlustlosen Betrieb eines aus einem Einphasenwechselstromnetz gespeisten Asynchronmotors - Google Patents

Description

Es sind. Anordnungen bekanntgeworden, welche die verlustlose Regelung der Drehzahl von einphasig oder mehrphasig geschalteten Asynchronmotoren durch eine an die Sekundärwicklung angeschlossene Stromrichteranordnung ermöglichen. Hierbei wird stets die einer bestimmten untersynchronen Drehzahl entsprechende Schlupfleistung über die mit gittergesteuerten gas- oder dampfgefüllten Entladungsstrecken arbeitende Stromrichteranordnung an das speisende Netz zurückgeliefert oder bei übersynchroner Drehzahl von diesem bezogen. Bei einphasigem Betrieb haben diese bekannten Anordnungen aber den Nachteil, daß der Motor ohne besondere leistungsverbrauchende Hilfsmittel nicht anläuft.

Die Erfindung betrifft einen aus einem Einphasenwechselstromnetz gespeisten Asynchronmotor mit zweiphasiger Primär- und Sekundärwicklung, der als Einzelmotor mit Schleifringläufer oder als Kaskade mit Kurzschlußläufer ausgebildet ist. Um nun den oben geschilderten Nachteil zu beheben und die Anordnung zur verlustlosen Regelung der as ,Drehzahl eines solchen Motors einfacher zu gestalten, speist gemäß der Erfindung die zweiphasig ausgeführte Sekundärwicklung des Motors über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken die eine Phase der Primärwicklung mit einer netzfrequenten, gegen die Netzspannung annähernd oder genau um 90⁰ phasenverschobenen Einphasenspannung, während die zweite primäre Phase direkt am

Netz liegt, so daß sich also im Motor beim | versetzten Zweige der primären Wicklung

Betrieb sowohl primärseitig als auch sekun

därseitig drehfei derzeugende Zweiphasenstrom^; -räumlich ebenfalls um oo° versetzten Zweige 6

ausbilden. Es formt also die an die zweiphasig ausgeführte Sekundärwicklung angeschlossene StromrichteraMordnung Schlupffrequenz in Netzfrequenz oder Netzfrequenz in Schlupf frequenz je nach der Energierichtung um, zugleich auch den Zweiphasenstrom ίο in Einphasenstrom, ader umgekehrt. Die der einen Primärphase zugeführte bzw. entnommene einphasige Spannung von Netzfrequenz erhält hierbei eine solche Lage, daß sis gegenüber der Netzspannung um 90⁰ phasenverschoben ist. Werden die beiden primären Wicklungszweige mit diesen beiden Spannungen gespeist, so kann sich ein Drehfeld ausbilden. Beim Einschalten des Motors wird der Stromrichteranordnung auf der einphasigen Seite erfindungsgemäß eine dem Primärnetz über einen Kondensator oder eine Drosselspule oder eine Verbindung von Drosselspule und Widerständen entnommene phasenverschobene Spannung als taktgebende Gegenspannung aufgedrückt. Die Stromrichteranordnung kann daher die gegenüber der Netzspannung phasenverschobene Spannung liefern, so daß sich auch schon bei Stillstand des Motors das Drehfeld ausbilden 3« kann. Der Motor arbeitet somit als Drehfeldmaschine und läßt sich auch wie eine solche sicher anlassen. Der Motor selbst kann ein Einzelmotor mit Schleifringläufer sein. Die Primärwicklung ist stets unverkettet, während die Sekundärwicklung auch verkettet sein kann. Es läßt sich daher auch ein schleifringloser Motor in Kaskadenschaltung verwenden, der aus zwei Einzelmotoren mit Kurzschlußläufern auf gemeinsamer Welle besteht. Die Ständerwicklung des einen Teilmotors bildet die Primärwicklung und die des zweiten die Sekundärwicklung der Kaskade.

Als Stromrichteranordnung kann ein Umrichter mit oder ein solcher ohne Gleichstrom-Zwischenkreis verwendet werden. Für die Anordnung ergeben sich so verschiedene Schaltmöglichkeiten. Die Abb. 1 bis 5 zeigen einige Ausführungsbeispiele, und zwar die Abb. 1 und 2 einen Einzelmotor in Verbindung mit einer Stromrichteranordnung mit Gleichstrom-Zwischenkreis, die Abb. 3 und 4 einen Motor in Kaskadenschaltung, ebenfalls in Verbindung mit einer Stromrichteranordnung mit Gleichstrom-Zwischenkreis, und die Abb. 5 schließlich wieder einen Einzelmotor in Verbindung mit einer Stromrichteranordnung ohne Gleichstrom-Zwischenkreis.

In der Abb. 1 ist 1 das speisende Wechselstromnetz, 2 der Motor und 3 die Stromrichteranlage. Die beiden räumlich um 90⁰ sind mit 4 und 5 bezeichnet. Die beiden

und 7 der sekundären Wicklung sind an

Schleifringe 8 angeschlossen. Die Strom-.chteranordnung besteht aus vier Gefäßgruppen 9 bis 12 mit gittergesteuerten Gasoder Dampfentladungsstrecken und mit den Glättungsdrosseln 13 in den Gleichstrom- 7» Zwischenkreisen. Die Gefäßgruppen 9 und 11-sind zweiphasig mit den sekundären Wicklungen und die Gruppen 10 und 12 einphasig mit dem primären Wicklungszweig 5 verbunden. Dieser Wicklungszweig kann andererseits auch in Reihe mit einer Drosselspule 15 über einen Umschalter 17 an das Primärnetz geschaltet werden. Da die Stromrichteranordnung in der einen oder anderen Richtung nur Wirkleistung übertragen kann, *o ist schließlich noch ein Kondensator 14 vorgesehen, der die im Wicklungszweig 5 benötigte Blindleistung liefert.

Werden die Gefäßgruppen 9 und 11 als Gleichrichter, 10 und 12 als Wechselrichter gesteuert, so arbeitet der Motor mit untersynchroner Drehzahl. Hierbei wird die von der sekundären Wicklung über die Schleifringe 8 gelieferte Schlupfleistung über den Umrichter dem Wicklungszweig 5 zugeführt. Bei umgekehrter Wirkungsweise der Gefäßgruppen, nämlich 10 und 12 als Gleichrichter und 9 und 11 als Wechselrichter, fährt der Motor mit übersynchroner Drehzahl. Gesteuert werden die Gefäßgruppen 9 und 11 mit einer Steuerspannung von Schlupffrequenz, 10 und 12 mit einer von Netzfrequenz. Durch Verstellen der Steuerwinkel, vornehmlich der Gruppen 10 und 12, wird die Drehzahl des Motors geregelt. Bei Synchronlauf ist eine einzige Gefäßgruppe, beispielsweise 10, als Gleichrichter in Betrieb und speist einen der sekundären Wicklungszweige 6 oder 7 mit Gleichstrom. Die anderen Gefäßgruppen werden hierbei, da sie nunmehr entbehrlich «05 sind, in an sich bekannter und in der Abbildung nicht weiter dargestellten Weise abgeschaltet.

Beim Anlassen des Motors wird zugleich mit der Wicklung 4 auch die Wicklung 5 in Reihe mit der Drosselspule 15 an das Netz geschaltet. Die Induktivität dieser Drosselspule ist so bemessen, daß der Wicklung 5 eine gegenüber der Netzspannung annähernd um 90⁰ nacheilende Spannung aufgedrückt wird. Im Gegensatz zur bekannten Anlaßschaltung für gewöhnliche einphasige Asynchronmotoren hat aber die Drosselspule hierbei nicht die Aufgabe, das Motordrehfeld, mit auszubilden, sondern es soll erreicht werden, daß der Wicklungszweig'5 sofort beim Einschalten den Wechselrichtern j ο und 12

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eine taktgebende Gegenspannung von richtiger Phasenlage liefert. Andererseits speist der Wicklungszweig 4 die sekundäre Wicklung des Motors vorerst einphasig und über diese die Gleichrichter 9 und 11. Damit setzt bei richtiger Stellung der Gittersteuerung die" Speisung des Zweiges 5 über die Stromrichteranordnung 3 ein. Nunmehr kann sich das Drehfeld des Motors ausbilden und zusammen

«0 mit den sekundären Strömen das Anlaufmoment ausbilden. Durch entsprechendes Stellen des Umschalters 17 wird schließlich beim Anlassen des Motors die jeweils gewünschte Drehrichtung erreicht.

¹S In der Abb. 2 ist die gleiche Anordnung vorgesehen wie in Abb. 1, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle der Drosselspule 15 ein Kondensator 16 dem Wicklungszweig 5 die phasenverschobene taktgebende Wechselspannung liefert. Da zum Anlassen der Hauptsache nach nur eine taktgebende Spannung, . aber keine erhebliche Leistung erforderlich ist, so fällt der Umschalter 17 klein aus, ebenso wie die Drosselspule 1S oder der Kondensator 16.

Bei der Anordnung gemäß Abb. 3 ist der Motor 2 als Kaskade ausgebildet, die in an sich bekannter Weise aus zwei Einzelmotoren mit gemeinsame^ Welle besteht. Die Läuferwicklungen sind .Kurzschlußwicklungen, die so miteinander verbunden sind, daß die durch die Läuferströme erzeugten Drehfelder entgegengesetzten Umlaufsinn haben. Die Ständerwicklung des einen Einzelmotors mit den Wicklungszweigen 4 und 5 bildet den primären und die des zweiten mit den Zweigen 6 und 7 den sekundären Teil der Kaskade. Die Stromrichteranordnung mit den Gefäßgruppen 9 bis 12 und Gleichstrom-Zwischenkreis ist wieder an den sekundären Teil zweiphasig und an den Wicklungszweig S des primären Teils einphasig angeschlossen. Die Mittelpunkte der Zweige 5, 6 und 7 sind miteinander verbunden. Die übrige Anordnung ist die gleiche wie bei den Abb. 1 und 2.

Bei dieser Schaltung werden die Gefäßgruppeng und H wieder mit einer Gitterspannung von Schlupf frequenz und die Gruppen 10 und 12 mit einer solchen von Netz-So frequenz gesteuert. Die Steuerung erfolgt außerdem so, daß bei einem bestimmten Betriebszustand der Maschine immer nur zwei zusammengehörige Gruppen in Tätigkeit sind, während die beiden anderen für den Fall einer Leistungsumkehr bereitstehen. Arbeitet die Maschine mit untersynchroner Drehzahl

' als Motor, so wird die Schlupf leistung'von der Sekundärwicklung über die Gruppen 9 und 10 auf den Zweig 5 der Primärwicklung übertragen, wobei 9 als Gleichrichter und 10 als Wechselrichter wirkt. Wird die Maschine durch Antreiben von außen zum Generator, so werden die Gruppen 9 und 10 stromlos. An ihre Stelle treten die Gruppen 11 ' und 12, die erstere als Wechselrichter, die 6g letztere als tileichrichter. Dadurch wird die Übertragung der Schlupf leistung vom Zweige 5 ■zur Sekundärwicklung, also in umgekehrter Richtung wie vorher, bewirkt. Der Übergang vom Motor- in den Generatorzustand und umgekehrt erfolgt mit der Umkehr der Richtung des Drehmomentes selbsttätig, ohne daß irgendwelche Schaltungen im Arbeitsstromkreis erforderlich werden. Desgleichen erfolgt auch die Drehzahlregelung vom unterin den übersynchronen Bereich sowie der Übergang in den Synchronlauf ohne Umschaltungen im Arbeitsstromkreise lediglich vermittels der Gittersteuerung der Stromrichtergruppen. Das Anlassen und Umsteuern erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Anordnung nach den Abb. 1 oder 2. An Stelle der Drosselspule 15 kann auch hier ein Kondensator verwendet werden. Der Wicklungszweig 5 wird besser ausgenutzt, wenn man ihn an die Gefäßgruppen 10 und 12 über einen Sparspanner 18 mit Mittelanzapfung anschließt und diese mit den Mittelpunkten der Wicklungszweige 6 und 7, wie in Abb. 4 dargestellt, verbindet.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der neuen Schaltung unter Verwendung eines Umrichters ohne Gleichstrom-Zwischenkreis ist schließlich in der Abb. 5 gezeigt. Als Motor ist ein Einzelmotor vorgesehen. Die Stromrichteranordnung besitzt vier zweianodige Gefäße 19 bis 22 bzw. acht einanodige Gefäße, die unter sich in Gegentaktschaltung geschaltet sind; An die sekundären Wicklungszweige 6 und 7 ist die' Stromrichteranord- nung über Drosselspulen 23 und an den primären Wicklungszweig S wieder über einen Sparumspanner 18 mit Mittelpunktanzapfung, die mit dem Verkettungspunkt der Sekundärwicklung in Verbindung steht, angeschlossen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die gleiche wie die der vorherigen. Auch hier erfolgt die Regelung der Drehzahl im unter- oder übersynchronen Bereich sowie die Einstellung auf Synchronlauf vermittels der Gittersteuerung der Stromrichtergefäße. Ebenso findet bei allen Drehzahlstufen bei Umkehr der Richtung des Drehmomentes selbsttätig Leistungsumkehr, also Übergang vom Motor- in den Generatorzustand und umgekehrt, statt.

Bei der in der Abb. 5 gezeigten Anordnung sind schließlich noch an Stelle der einzelnen Drosselspule ι S je zwei Drosselspulen 24 und Widerstände 25 in Brückenschaltung vorgesehen, die die taktgebende Gggenspannung für die beim Anlassen als -Wechsel-

Claims (5)

1. richter arbeitenden Entladungsstrecken des Stromrichters liefern. Durch Ändern der Widerstandswerte kann die erforderliche Phasenlage dieser Spannung genau eingestellt werden. Statt der Drosselspulen können in der Brückenanordnung auch Kondensatoren verwendet werden.

   PAϊΕΝΤΛΝSPRÜCiIE :

   i. Anordnung zum verlustlosen Betrieb eines aus einem Einphasenwechselstromnetz gespeisten Asynchronmotors mit zweiphasigen Primär- und Sekundärwicklungep, der als Einzelmotor mit Schleifringläufer oder als Kaskade mit Kurzschlußläufer ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dab die zweiphasig ausgeführte Sekundärwicklung (6, 7) über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken (9 bis 12, Abb. ι bis 4; 19 bis 22, Abb. s), die eine Phase der Primärwicklungen (5) mit einer netzfrequenten, gegen die Netzspannung annähernd oder genau um 90° phasenverschobenen Einphasenspannung speist, während die zweite Phase (4) der Primärwicklung direkt am Netz liegt, so daß sich also im Motor während des Betriebes sowohl primärseitig als auch sekundärseidgdrehfelderzeugende Zweiphasenströme ausbilden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten des Motors die erforderliche taktgebende Gegenspannung für die als Wechselrichter gesteuerten Entladungsstrecken der Stromrichteranordnung dem Einphasennetz entnommen wird, wobei die Phasenverschiebung der Gegenspannung gegenüber der Netzspannung um angenähert 90⁰ in an sich bekannter Weise durch Zwischenschaltung einer Drosselspule (15, Abb. 1, 3) oder eines Kondensators (16, Abb. 2,4) erreicht wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenverschiebung von genau 90⁰ zwischen der Netzspannung und der taktgebenden Gegenspannung für den Wechselrichterteil durch Verwendung einer an sich ebenfalls bekannten Brückenschaltung (24, 25, Abb. 5), bestehend aus Drosselspulen und veränderlichen Widerständen oder aus Kondensatoren und veränderlichen Widerständen erreicht wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 bzw. ι und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einphasigen Seite des Stromrichters ein Kondensator (14) vorgesehen ist, welcher den im angeschlossenen primären Wicklungszweig (5) benötigten Blindstrom liefert.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 4 bzw. i, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung des Motors beim Anlauf dadurch bestimmt wird, daß die taktgebende Gegenspannung mittels eines Umschalters (17) in dem einen oder anderen Sinne an den Wechselrichterteil angelegt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen