DE727335C - Anordnung zur Bremsung und Drehzahlregelung von Asynchronmotoren mittels Gleichstromerregung - Google Patents

Description

• Anordnung zur Bremsung und Drehzahlregelung von Asynchronmotoren mittels Gleichstromerregung Bekanntlich können Asynchronmotoren, deren Ständer durch Gleichstrom erregt j5ird, durch die Im Läufer mit Drehfrequenz erzeu-gtenWechselströmeg.ebremst werden. Man hat auch bereits versucht, eine solche Gleichstrombremsung gleichzeitig mit asynchronem Motorbetrieb durchzuführen. So hat man den Ständer und Läufer mit je zwei Wickfungen versehen, deren Polzahlen sich wie r : 2 verhalten, und von denen die eine Polzahl für den Drehstrommotorbetrieb, die andere für die Gleichstrombremsung diente. Auch hat man versucht, mit nur einer Wicklung ian Ständer und Läufer auszukommen. Es sind dann besondere Maßnahmen nötig, um .den Übertritt von Drehstrom in das Glieichstromnetz und umgekehrt zu vermeiden oder wenigstens durch Widerstände oder Drosselspulen: zu begrenzen. Auch hat man zu diesem Zweck außer dem Sternpunkt der Ständerwicklung noch einen zweiten Nullpunkt geschaffen, um in diesen beiden Punkten den Gleichstrom einleiten zu können. Man brauchte hierzu jedoch ständerseitig einen besonderen Transformator oder eine Drosselspule, läuferseitig einen Schleifring für den Sternpunkt. Hierbei war man an einen großen Bremswiderstand gebunden, da der Läufenviderstandebenfalls im Bremskreis liegt. In anderen. Fällen hat man für den Drehstrombetrieb die ungünstige offene Dreieckschaltung verwendet, um die dritte Phase für die Gleichstromerregung frei zu haben. Dies ist nicht nötig, wenn die Gleichstromquelle in Reihenschaltung in einer der Netzzuleitungen des Motors liegt. Doch ist die zur Erzeugung des resultierenden Drehmomentes aufzuwendende Gleichstromerregerlestung noch verhältnismäßig groß. Dies gilt um so. mehr, als der Gleichstrom sich über das Netz und den Hilfsgenerator schließt, so daß dadurch eine Vorsättiguig des Generators eintritt, die zu einer t1 berdirnensionierung zwingt.
• Eine Bremsung vermittels Gleichstromerregung bei Asynchronmotoren sowohl ohne als auch in Verbindung mit einem asynchronen Mehrphasenbetrieb läßt sich nach der Erfindung dadurch erreichen, daß der primäre Teil oder der primäre und sekundäre Teil mit einer Parallelwicklung mit zwei äquipotentialen Sternpunkten versehen ist, die bei einer Polzahl für die Wechselstromspeisung von vier oder einem mehrfachen von vier so verteilt ist, daß bei. -in den zwei Sternpunkten angelegtem Gleichstrom für die Bremsung ein Strombelag entsteht, der annähernd der halbem Polzahl entspricht.
• An Hand der Zeichnung sei,die erfindungsgemäße Anordnung beispielsweise für einen vierpoligen Motor erläutert. Fig. i stellt eine Zweilochwicklung mit 24. Nuten dar, deren Wicklungsteile für das erste und das zweite Polpaar parallel zueinander geschaltet sind. Die Wicklung U z. B., die zum Sternpunkt X, Y, Z führt, liegt parallel zur Wicklung Ui, die zum Sternpunkt X1, Y1, Z1 führt. Dez erste Sternpunkt -wird mit dem Punkt P, der zweite Sternpunkt mit dem Punkt Ih' einer Gleichstromspannungsquelle verbunden. Während der Wechselstrom in einem bestimmten Augenblick eine Stromrichtung entsprechend den. punktierten Pfeilen hat, durchfließt der Gleichstrom die ganze Wicklung gemäß -den in die Leiber eingezeichneten Pfeilen. Das entspricht annähernd einer zweipoligen Stromverteilung. Der Wechselstrom ist bei der einen Wicklung U dem Gleichstrom entgegengerichtet, bei der anderen Wicklwig Ui aber mit ihm gleichgerichtet, weil die beiden parallelen Spulen in bezug auf den Gleichstrom in Reihe liegen; es kann daher eine nennenswerte gegenseitige Beeinflussung der beiden Stromarten nicht stattfinden.
• Ein Beispiel der Gesamtanordnung ist in Fig.2a für den Ständer, in Fig.2b für den Läufer schematisch dargestellt. Es bedeuten: i einen Transformator, der über einen Schalter 2 und einen Regler 3 den Trockengleichrichter 4. speist. Schalter und Regler können auch im primären Kreis des Transformators liegen. In der Läuferwicklung ist eine Parallelschaltung in ähnlicher Weise vorgenommen. An den Parallelverbindungen liegen die Schleifdinge 5 und der Schlupfwiderstand 6 und an den Sternpunkten ein Bremswiderstand 7 bzw. .eine unmittelbare Verbindung. Nach einer etwas anderen Läuferanordnung (Fig. 3) sind die Widerstände 8 in die Parallelverbindungen der Wicklungsgruppen gelegt, während die Mitte der Widerstände zu den Schleifringen führt.
• Bei Speisung .des Ständers mit Gleichstrom, der, wie erwähnt, annähernd ein zweipoliges Feld erzeugt, -wird der Läufer durch die über den Widerstand 7 bzw. 8 mit Drehfrequenz fließenden Wechselströme gebremst, denn auch im Läufer ist eine praktisch zweipolig wirkende Anordnung für ,diesen Bremsstrom vorhanden. Bei gleichzeitiger Speisung des Ständers mit Gleichstrom und Drehstram drücken die Bremsströme die Drehzahl des auf den Schlupfwiderstand 6 geschalteten Läufers hinunter. Dabei herrscht im Widerstand 6 nur die Schlupffrequenz, izn Widerstand 7 nur Drehfrequenz, im Widerstand 8, der im Verhältnis zu 6 klein ist, allerdings Schlupf- und Drehfrequenz gleichzeitig. Die Wirkungsweise seti an Hand des Kurvenbeispiels der Fig. q. -weiter erläutert, das auf einen Kranbetrieb zugeschnitten ist, bei dem negative Momente auftreten. Die Drehzahlen n für Heben und Senken sind über dem Lastmoment M aufgetragen. Kurve i ist die letzte Hubkurve für kurzgeschlossenen Schlupfwiderstand, 2 eine mittlere Hubkurve für vorgeschalteten Widerstand, 3 eine Bremskurve für den Wert Null des Bremswiderstandes 7; das Bremsmoment läßt mit zunehmender Drehzahl bekanntlich stark nach. Kurve 4 isst eine Bremskurve für einen größeren Widerstand 7 bei gleicher Erregung. Am Lasthaken kommt nur der Unterschied zwischen dem motorischer Moment 2 und dein Bremsmoment 4. zur Wirkung. Dieser Unterschied ist als untere Hubkurve 5 über dem Nutzmoment M aufgetragen. Den leeren Haken: könnte man unter Abschalten des Motormomentes mit dem Bremsmoment allein stillsetzen. Unter Umständen kann man also zur Entlastung der mechanischen Bremse den Drehstrom etwas früher als den Gleichstrom abschalten.
• Beim Senken wird das motorische Moment verringert durch :eine Vergrößerung des Widerstandes 6 (Kurve 6), dagegen das Bremsmoment erhöht durch eine höhere Gleichstromerregung (Kurve;). Der Unterschied Bremsmoment 7 minus Motormoment 6 ergibt das Nutzmoment -8 als untere Senkstufe. Als obere kann die übersynchrone Kurve 9 mit kurzgeschlossenem Schlupfwiderstand ohne zusätzliches Bremsmoment dienen.
• Eine Anordnung nach diesen Ausführungsbeispielen., bei denen auch der Läufer mit eineT Parallelwicklung versehen ist, hat den großen Vorteil, daß nur eine Läuferwicklung nötig ist, die gleichzeitig. den Motor- und den Bremsstrom führt. Es ist auch möglich, nur den Ständer mit einer. Parallelwicklung nach den Fig. r und 2a zu versehen, während. der Läufer außer einer völhg.normalen Drehstromwicklung für .den. motorischen Betrieb lediglich eine besondere Bremswicklung trägt. Als.solche wirkt am. vollkommensten eine Wicklung, die aus einzelnen in sich geschlossenen Windungen in Diametralschritt besteht. Sind diese Windungen z.-B. aus Messiilgdraht, so enthalten sie einen gewissen Bremswiderstand. Eine solche Bremswicklung wird von dem vierpoligen Drehfeld nicht beein$ußt, sie überträgt aber das zweipolige Gleichstromfeld mit seinen überlagerten Unregelmäßigkeiten als vielphasige Bremsströme mit gleichmäßigem Drehmoment. Bai dieser vollkommenen Ausnutzung des Gleichstromfeldes wird Erregerenergie gespart. Derartige Wicklungen, die nur auf eine bestimmte Polzahl ansprechen, sind an sich bereits bekanntgeworden, z. B. für polumschaltbare Motoren. Wendet man die erfindungsgemäße Bremsanordnung auf einen polumschaltbaren Motor an, so erzielt. man den besonderen Vorteil, daß .die gleiche Sekundärwicklung, die für die hohe Drehzahl als Schlupfwicklung dient, nach dem Umschalten des Motors auf halbe Drehzahl als Bremswicklung benutzt werden kann. Hat beispielsweise der Ständer eines polumschaltbaren. Motors eine zweipolige und eine vierpolige Wicklung, welch letztere .erfindungsgemäß mit einer Parallelschaltung für eine Gleichstromerregung eingerichtet ist, und der Läufer eine zweipolige Wicklung mit Diametralkurzschlußwindungen sowie :eine vierpolige Regulierwicklung, so :erreicht man mit einem solchen Motor eine konstante Drehzahl bei etwa 3ooo n, veränderliche Drehzahlen bis 150011, niedrige Drehzahlen von o bis etwa rooiz und eine Stillstandsbremsung.
• Die vorerwähnte besondere Bremswicklung kann natürlich auch als zweipolige Dreiphasenwicklung mit einem dreiphasigen Bremswiderstand ausgeführt sein.
• Will man die umlaufenden Bremswiderstände 7 oder S oder den zuletzt erwähnten dreiphasigen Widerstand während des Betriebes regeln, falls die Änderung der Erregung 3 oder des Schlupfwiderstandes 6 nicht ausreicht, so kann dies, wie es an .sich für die Regelung von Widerständen bekannt ist, durch einen Schalter nach Art eines Läuferkurzschließers von Hand aus, durch einen Zentrifugalschalter oder durch weitere Schleifringe erfolgen. Als Parallelwicklun , etwa für den Ständer, lüßt sich auch eine Zweischichtwicklung verwenden. Es ist dann zu beachten, daß sich der Gleichstrombelag in .einzelnen Nuten. aufhebt, und zwar in erhöhtem Maße bei Wicklungen mit verkürztem Wickelschritt, während bei Wicklungen mit vergrößertem Wickelschritt dies weniger der Fall ist.
• Die Ausführungsbeispiele bezogen sich vor allem auf einen gleichzeitigen Betrieb als Drehstrommotor und als gleichstromerregte Bremse. Soll jedoch der Motor - .durch die gleichstromerregte Bremse nur stillgesetzt werden, so entfallen alle Schwierigkeiten, d_e man bei Verwendung von Trockengleichrichtern dadurch hatte, daß das Läuferrestfeld im Ständer höhere Spannungen induzierte, als der Gleichrichter normalerweise aushalten kann. Auch ist es möglich, bei einer Anordnung nach der Erfindung .die Bremsung bereits einzuleiten, während che Drehstromspeisung noch vorhanden ist. Das Einleiten der Bremsung geschieht lediglich .durch Einlegen des Schalters 2.
• Das für vier Pole und Drehstrom Gesagte gilt sinngemäß auch für ein Vielfaches von vier Polen und jede Phasenzahl. Als Gleichstromquelle kann jede beliebige verwendet werden, etwa ein besonderes Gleichstromnetz. Wird der gemäß Fig.2a benutzte Trockengleichrichter von der Läuferspannung gespeist, so erreicht man die höhere Bremswirkung bei kleiner Drehzahl, mittels eins mit dem Hauptmotor gekuppelten Ghgchstrom.erregers .eine solche bei hoher Drehzahl.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Anordnung zur Bremsung und Drehzahlregelung vbn Asynchronmotoren mittels Gleichstromerregung mit oder ohne gleichzeitige Ein- oder Mehrphasenspeisung, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Teil oder der primäre und sekundäre Teil mit einer Parallelwicklung mit zwei äquipotentialen Sternpunkten versehen ist, die bei einer Polzahl für die Wechselstromspeisung von vier oder einem Mehrfachen von vier so verteilt ist, daß bei in den beiden Sternpunkten zugeführtem Gleichstrom für die Bremsung ein Strombelag entsteht, der annähernd der halben Polzahl entspricht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß im sekundären Teil die beiden Sternpunkte durch einen Widerstand oder unmittelbar miteinander verbunden sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand als Mehrphasendoppelwiderstand in die Parallelverbindungen gelegt ist und die beide. Sternpunkte unmittelbar miteinander verbunden sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, @daß die Parallehvicklung mit deal zwei Sternpunkten nur im primären. Wechselstromteil angeordnet ist, während der sekundäre Teil außer einer normalen Mehrphasenwicklung für die höhere Polzahl noch eine weitere bei halber Polzahl wirkende Bremswicklung trägt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß .die Bremswicklung aus einem Werkstoff mit geringerer Leitfähigkeit ausgeführt ist und aus Einzelwindungen in Diametralschritt besteht.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremswicklung als eine normale Mehrphasenwicklung für halbe Polzahl ausgeführt ist, die über Schleifringe geregelt werden kann.
7. 7. Anordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchronmotor polumschaltbar ist und die geringpolige Wicklung im sekundären Teil bei .der Schaltung des primären Teils auf doppelte Polzahl als Bremswicklung dient.