DE826769C - Regelung der Drehzahl von Induktionsmotoren - Google Patents

Regelung der Drehzahl von Induktionsmotoren

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DE826769C
DE826769C DEP4608A DE0004608A DE826769C DE 826769 C DE826769 C DE 826769C DE P4608 A DEP4608 A DE P4608A DE 0004608 A DE0004608 A DE 0004608A DE 826769 C DE826769 C DE 826769C
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DE
Germany
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pole
motor
synchronous
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speed
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DEP4608A
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Dipl-Ing Franz Poschenrieder
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FRANZ POSCHENRIEDER DIPL ING
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FRANZ POSCHENRIEDER DIPL ING
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/34Cascade arrangement of an asynchronous motor with another dynamo-electric motor or converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/08Controlling based on slip frequency, e.g. adding slip frequency and speed proportional frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/24Variable impedance in stator or rotor circuit
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    • HELECTRICITY
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    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/08Indirect field-oriented control; Rotor flux feed-forward control
    • H02P21/09Field phase angle calculation based on rotor voltage equation by adding slip frequency and speed proportional frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Description

  • Regelung der Drehzahl von Induktionsmotoren Die Möglichkeit, Induktionsmotoren in ihrer Drehzahl grundsätzlich verlustlos zu regeln, indem man die Schlupfleistung mittels zweier Synchronmaschinen auf Netzfrequenz und Netzspannung zuriickformt, ist an sich bekannt. Doch haften den bisher bekanntgewordenen Lösungen wesentliche Nachteile an, so claß der Drehstromkommutatormotor und die Kommutatorregelsätze durch Maschinensätze ohne Stromwender nicht verdrängt werden konnten. Einer der Gründe besteht darin, daß diese auf das Netz zurückarbeitenden Synchronregelsätze wie der mit Widerständen geregelte Asynchronmotor bei sinkender Drehzahl das meist geforderte erhöhte Drehmoment nicht hergeben können. Ferner ist eine brauchbare Drehzahlkennlinie bei allen eingestellten Drehzahlen nur durch mehr oder minder komplizierte Mittel zu erreichen. Auch konnte die Regelung der Wirk- und Blindlastverteilung nicht befriedigen. Durch Verwendung unterteilter und gegeneinander versetzter Erregerwicklungen können zwar Drehzahl und cos 9p unabhängig voneinander beeinflußt werden. Doch muß die Verwendung mehrerer Erregerwicklungen mit ihren unvermeidlichen Verlusten den Wirkungsgrad des Maschinensatzes besonders bei kleiner Nutzleistung recht ungünstig beeinflussen.
  • Vorstehende Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß eine Anordnung der oben beschriebenen Art nur dann wirtschaftlich werden kann, wenn man die Verluste möglichst verkleinert, ihre Rückwirkung auf die Leistungsfähigkeit der Maschine kompensiert und die ganze Anordnung so einfach wie möglich aufbaut. Da ferner die Regelanordnung weniger bei Neuanlagen als bei bereits vorhandenen Drehstrommotoren als wirtschaftliche Lösung in Frage kommt, ist es wichtig, eine ausgesprochene Regelzusatzmaschine auszubilden, die nur die beiden Synchronglieder enthält. Diese muß mit einem bereits vorhandenen Motor mechanisch und elektrisch verbunden werden. Diesen Forderungen sucht die Erfindung durch folgende Maßnahmen Rechnung zu tragen: i. Die Regelung der Drehzahl und Schlupfleistung erfolgt nicht durch zusätzliche Wicklungen, sondern völlig verlustfrei durch eine mechanisch bewirkte Veränderung des Winkels zwischen Ständer- und Polfeld bei einem oder beiden Synchronteilen. Dadurch wird der sog. Lastwinkel geändert und die übertragene Wirkleistung beeinfiußt.
  • a. Die Polsysteme beider Synchronglieder werden zu einem möglichst einfach ausgebildeten Zwischenläufer zusammengefaßt. Die Pole werden dabei so angeordnet, daß der tragende Ring nur die Differenz der Flüsse beider Synchronteile aufzunehmen hat, wodurch Material bzw. Amperewindungen eingespart werden. Da die Feldrichtung dabei für die übereinanderliegenden Pole gleich ist, können diese zu einem durchgehenden Pol zusammengefaßt werden. Dies ist besonders bei Verwendung moderner Dauermagnetstähle sehr vorteilhaft, weil diese um so weniger entmagnetisiert werden können, je länger sie in der Feldrichtung sind. Wegen der Einsparung der Erregerverluste ist die Verwendung von Dauermagneten für die Pole angezeigt und bei der heutigen Entwicklung der Dauermagnetstähle, jedenfalls bei kleineren Leistungen, immer möglich. Voraussetzung ist allerdings, daß das Polrad angeworfen wird und die ihm gegenüberliegenden Wicklungen erst nach Hochlauf eingeschaltet werden. Ein solcher Anlauf ist bei gleichbleibender Drehrichtung durch Freilaufkupplung mit der Motorwelle leicht zu bewerkstelligen. Bei Außertrittfallen müßte ein Relais zuverlässige Abschaltung bewirken.
  • 3. Die Schlupfleistung wird nicht als zusätzlicher Strom, sondern als zusätzliche Spannung an den Primärkreis zurückgeliefert. Dies wird durch Reihenschaltung der Netzfrequenz führenden Ständerwicklung des Synchronteils mit der Ständerwicklung des Asynchronmotors erreicht. Dadurch wird bei untersynchroner Drehzahlregelung die am Motorständer liegende Spannung erhöht. Das bedeutet aber stärkeres Feld und erhöhte Überlastbarkeit. Der Grad der zulässigen Spannungserhöhung richtet sich nach dem Grad der magnetischen Ausnutzung des Asynchronmotors. Er dürfte jedenfalls bei Vollast immer mindestens i 5 % betragen, bei reichlich bemessenen Motortypen entsprechend mehr. Unter Berücksichtigung der Phasenlage der Zusatzspannung läßt sich bei zweckmäßiger Wahl der Erregung dabei eine Abwärtsregelung um 30 bis 5o% erzielen. Eine dabei auftretende Verschlechterung des Netzleistungsfaktors gegenüber dem widerstandsgeregelten Motor ist ohne Belang, weil sie in der Hauptsache nicht durch Vergrößerung der Blindleistung, sondern durch Wegfall von Wirkleistung bedingt ist. Wird ein noch größerer Regelbereich verlangt, so kann die am Motor liegende Spannung durch einen vorgeschalteten Spartransformator oder durch andere ähnlich wirkende Mittel in den zulässigen Grenzen gehalten werden. Der Antrieb zur Drehzahlregelung kann dabei mit dem Spannungsregler gekuppelt sein. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Reihenschaltung besteht darin, daß der Synchronteil durch den mit dem Drehmoment steigenden Motorstrom lastabhängig gesteuert wird. Die eingestellte Drehzahl bleibt infolgedessen auch bei Lastschwankungen im wesentlichen gleich, ohne daß eine Nachstellung erforderlich wäre. Ein entsprechendes Verhalten zeigt der 1Taschinensatz auch bei übersynchronem Betrieb. Wenn ein Leistungszuwachs mit steigender Drehzahl erwünscht ist, kann indessen in diesem Fall auch auf Parallelschaltung übergegangen werden. Erwähnt sei noch, daß der durch die Spannungserhöhung bedingte Anstieg der Eisenverluste durch Stromverminderung und niedrigere Stromwärmeverluste mehr als ausgeglichen wird. Die Gesamtverluste nehmen zunächst ab, erst bei sehr starkem Anwachsen des Magnetisierungsstromes werden sie wieder größer.
  • Insgesamt wird durch diese Maßnahmen eine wesentlich bessere .l#,usnutzutig des Maschinensatzes mit einfachen Mitteln erreicht, der die Wirtschaftlichkeit der Anordnung beträchtlich erhöht. Bei der Ausbildung als Regelzusatzmaschine wird man, insbesondere bei langsam laufendem Hauptmotor, die Maschine für größtmögliche Drehzahl einrichten und mittels Zahngetriebe kuppeln. Damit wird sich stets eine durchaus wirtschaftliche Lösung des Regelproblems in schon vorhandenen Anlagen ermöglichen lassen, zumal damit auch eine beliebige Verbesserung des Leistungsfaktors verbunden ist. Die Kosten der Regelzusatzmaschine dürften die Kosten einer gleichwertigen Einrichtung mit Regulieranlasser und Leistungsfaktor verbesserndem Kondensator vielfach kaum nennenswert übersteigen.
  • Eine besonders günstige Lösung ergibt sich bei Einphaseninduktionsmotoren, bei denen normalerweise wegen des stark absinkenden Drehmomentes die Drehzahl nur wenig lieruntergeregelt werden darf. Stattet man nämlich den Ständer D des rückarbeitenden Synchronteiles finit einer zweiten Wicklung aus, die gegen die erste um cgo elektrische Grade verschoben ist, und speist damit die Anlaufwicklung des Vordermotors, so nimmt dieser damit bei absinkender Drehzahl immer mehr den Charakter eines Mehrphasenmotors an. Drehmoment und Überlastbarkeit bleiben konstant oder können sogar noch zunehmen. Erwähnt sei schließlich noch, daß einer Ausführung der Maschinen für Hochspannung nichts im Wege steht. Dies bedeutet gegenüber Kommutatormaschinen und Kommutatorregelsätzen einen großen Vorteil und führt zu einer wesentlichen Einsparung an Kupfer.
  • In der Zeichnung sind Beispiele der Erfindung dargestellt.
  • Gemäß Fig. I überträgt der Primärteil A (Ständer) des Asynchronmotors mechanische und elektrische Energie auf den Sekundärteil Bi (Läufer), dessen Wicklung mit der Wicklung des Läufers B2 verbunden ist. Bei direkter Kupplung kann die Verbindung unmittelbar vorgenommen werden; sonst sind Schleifringe erforderlich, die in den meisten Fällen auch zum Anlassen benötigt «erden. Die Wicklung von Bz erzeugt ein Drehfeld, das mit einer der Primärfrequenz und Polpaarzahl entsprechenden Drehzahl rotiert und das als Zwischenläufer ausgebildete Polrad C synchron mitnimmt. Dieses "induziert in der Wicklung des Ständers D Spannungen und Ströme von Primärfrequenz. Der Ständer D wird zur Regelung mittels Handrad und Schnecke R verstellt. Die Schaltung ist aus Fig. 11 ersichtlich.
  • In Fig.II ist in der Netzzuleitung ein Spartransformator zur Spannungsbegrenzung eingezeichnet. Ein solcher wird nur erforderlich, wenn die Drehzahl sehr weit nach abwärts geregelt wird.
  • In Fig. III wird die Ausbildung als Regelzusatzmaschine gezeigt. Die Bedeutung der Bezeichnungen ist die gleiche wie bei Fig. I. Das Polrad C enthält Dauermagnete, wodurch die Erregerschleifringe entfallen. Über die Schleifringe S ist die Maschine mit den Schleifringen des zu regelnden Motors in Verbindung. Die Freilaufkupplung zum Anwurf des Zwischenläufers ist durch den Teil K angedeutet. Die Verbindung mit dem Motorständer A ist aus Fig. Il ersichtlich.
  • Die Gleichstromquellen für die Erregung und die zugehörigen Regler sind als nebensächlich nicht dargestellt. In den meisten Fällen werden Trockengleichrichter ausreichen, die in die Maschine mit eingebaut und durch die umlaufenden Teile wirksam belüftet werden können.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung, bestehend aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstrominduktionsmotor und zwei synchronen Zusatzgliedern zur Regelung der Drehzahl und Nutzbarmachung der Schlupfleistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Drehzahl durch eine mechanisch bewirkte Veränderung des Winkels zwischen Ständerdrehfeld und Polfeld bei den Synchronteilen erfolgt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Winkels zwischen Ständerdrehfeld und Polfeld durch eine Verdrehung des feststehenden Ständers, der Polsysteme oder durch eine verstellbare Kupplung zwischen Asynchron- und Synchronteil bewirkt wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polsysteme der beiden Synchronglieder derart zu einem gemeinsamen Zwischenläufer vereinigt sind, daß der Polträger nur die Differenz der magnetischen Flüsse der beiden Polsysteme aufzunehmen hat.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung des mit Netzfrequenz induzierten Synchronteiles mit der Ständerwicklung des Asynchronmotors in Reihe geschaltet wird, derart, daß bei Abw-ärtsregelung der Motordrehzahl eine Steigerung der am Motor liegenden Spannung bewirkt wird.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß unter Weglassung des Asynchronmotors die übrigen Teile zu einer Regelzusatzmaschine zusammengefaßt sind, die mit einem bereits vorhandenen Motor mechanisch und elektrisch gekuppelt werden kann und deren Polrad durch eine Freilaufkupplung von der Welle aus automatisch angeworfen wird.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 5 für Einphasenwechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Netzfrequenz induzierte Ständer des Synchronteiles eine zweite, gegen die erste um 9o elektrische Grade versetzte Wicklung enthält, welche eine Wicklung des Asynchronmotors speist, die gegen seine Hauptwicklung ebenfalls um 9o elektrische Grade versetzt ist.
DEP4608A 1950-11-21 1950-11-21 Regelung der Drehzahl von Induktionsmotoren Expired DE826769C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1221350B (de) * 1962-04-16 1966-07-21 Licentia Gmbh Anordnung zur Einfuegung einer schlupffrequenten Spannung oder Leistung in den Sekundaerteil einer Asynchronmaschine
DE1282165B (de) * 1964-09-25 1968-11-07 Dr Walter Schade Drehzahlregelbarer ein- oder mehrphasiger Induktionsmotor
EP0196649A2 (de) * 1985-04-01 1986-10-08 Yongning Tian Wechselstrommotor mit stufenloser Geschwindigkeits- änderung

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