DE972366C - Anordnung zur Regelung der Drehzahl von Drehstrom-Asynchronmotoren - Google Patents

Description

Bei elektromotorischen Antrieben muß der Motor häufig bei gleichem Drehsinn einmal ein Drehmoment im antreibenden und einmal im bremsenden Sinne ausüben. Derartige Fälle liegen beispielsweise bei Krananlagen vor. Beim Heben der Last erzeugt der Motor ein Drehmoment im Hubsinne. Beim Senken dagegen ist es von der Größe der Last abhängig, ob der Motor ein antreibendes Moment oder ein bremsendes Moment bei gleicher Drehrichtung ausüben muß. Bei Gleichstrommotoren kann man die Drehzahl in einfacher Weise durch einen Leonardantrieb regeln. Verwendet man aber einen Drehstrom-Asynchronmotor, so ist die Regelung schwieriger. Das Heben der Last erfolgt dabei in der Weise, daß der Motor so an das Netz gelegt wird, daß ein Drehmoment im Hubsinne erzeugt wird. Die Größe des Drehmomentes und damit die der Geschwindigkeit wird durch Einschaltung bzw. Ausschaltung von Läuferwiderständen eingestellt. Wird aber der Drehsinn des Motors zum Senken umgekehrt, so stellt sich eine Drehzahl ein, die erheblich von der Last abhängig ist und durch Einschaltung oder Ausschaltung von Läuferwiderständen nicht zu beherrschen ist. Bei großer Last werden das Windwerk und der Motor von der Last angetrieben, während bei kleiner Last oder beim Senken des leeren Kranhakens der Motor noch ein Drehmoment im Senksinne ausüben muß. Es muß also je nach Größe der Last der Motor einmal im Senksinne und das andere Mal im Hubsinne angeschlossen werden.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlregelung von derartigen Asynchron

motoren, die bei gleichem Drehsinn einmal ein bremsendes, einmal ein antreibendes Drehmoment entwickeln müssen. Bei einer solchen Anordnung die Drehzahl des Motors mittels einer Steuerung von Hand annähernd konstant zu halten, ist nur sehr schwierig durchzuführen. Die Erfindung schlägt eine Anordnung unter Benutzung gleichstromvormagnetisierter. Drosselspulen für die Lösung dieser Aufgabe vor, indem die Vormagnetisierung von Drosselspulen, die zwischen zwei Phasen des Netzes und zwei Klemmen des Motors geschaltet sind, in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors selbsttätig derart verstellt wird, daß bei annähernd gleicher Drehzahl der Motor je nach Größe und Richtung des Belastungsmomentes ein antreibendes oder bremsendes Moment entwickelt. Die Vormagnetisierungsdrosseln werden hierfür in einer Brückenschaltung benutzt, in der gegenüberliegende Brückenzweige regelbar sind, wobei zwei Diagonalpunkte der Brücke an zwei Netzphasen angeschlossen sind und die anderen beiden Diagonalpunkte der Brücke mit den beiden erwähnten Motorklemmen verbunden sind.

Es ist zwar für Drehstrommotoren bereits bekannt, durch Vorschaltung von Regeldrosseln in Brückenschaltung eine Umkehr der Drehrichtung und eine Drehzahländerung in jeder Richtung herbeizuführen. Bei dieser bekannten Anordnung wird die Vormagnetisierung der Drosselspulen durch Verstellung je eines Widerstandes für jede Drehrichtung im Wege einer besonderen Bedienung verändert. Eine solche Anordnung allein erlaubt noch nicht, die Verhältnisse bei einem Drehstrommotor im Sinne der Aufgabestellung nach der Erfindung zu beherrschen.

Bei dieser bekannten Anordnung wurden ferner jeweils nur die Drosseln in zwei gegenüberliegenden Zweigen der Brücke geregelt. Auch ist es an sich bekannt, bei Regelkreisen mit gleichstromvormagnetisierten Drosselspulen durch eine von der Motordrehzahl abgeleitete Größe den Vormagnetisierungsstrom so zu beeinflussen, daß die Drehzahl konstant gehalten wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden für die Zwecke einer selbsttätigen Regelung unter Erzielung einer stetigen Verstellung des vom Motor entwickelten Drehmomentes gleichzeitig alle vier Zweige der Brücke geregelt in der Weise, daß die Drosselspulen in zwei einander gegenüberliegenden Brückenzweigen in ihrer Induktivität erhöht und gleichzeitig diejenige der Drosselspulen in den beiden anderen gegenüberliegenden Brückenzweigen herabgesetzt wird. Vorzugsweise erhält erfindungsgemäß jede Drosselspule außer der regelbaren Vormagnetisierung noch eine zweite Vormagnetisierung, die konstant sein kann oder vorzugsweise vom aufgenommenen Strom der Drosselspule abhängig ist. Durch eine solche zweite Vormagnetisierung ergibt sich der Vorzug, daß die Steuermagnetisierung für alle Drosselspulen die gleiche sein kann, während bei alleiniger Anwendung der regelbaren Vormagnetisierung diese für in Reihe liegende Drosselspulen gegenläufig geändert werden müßte. Ist die zweite Vormagnetisierung abhängig vom Wechselstrom der Drosseln, so ergibt sich der technische Vorzug einer Rückkopplung, wodurch die für die regelbare Vormagnetisierung erforderliche Leistung wesentlich herabgesetzt werden kann. Um die erforderliche Regelleistung noch weiter herabzusetzen, kann man weiterhin die zweite Vormagnetisierung der Drosselspule im gleichen Sinn wie vom Strom noch von der Spannung der anderen Drosselspule abhängig machen, die, mit der ersten in Reihe geschaltet, an den beiden Phasen des Netzes liegt.

Um die Wechselspannungen in den mit Gleichstrom erregten Wicklungen zu unterdrücken, können dreischenklige Drosselspulen verwendet werden, oder es besteht vorzugsweise jede Drosselspule aus zwei Teildrosselspulen, deren Wechsel- ^Jo Stromwicklungen parallel und deren Gleichstromwicklungen in Reihe geschaltet sind. Man kann hierbei die Vormagnetisierung durch den Strom ohne besondere Gleichstromwicklungen dadurch herbeiführen, daß man die Wechselstromwicklungen der Teildrosselspulen über Ventile entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel schaltet. In diesem Kreis kann fernerhin auch noch die Spannungswicklung der mit der betrachteten Drosselspule in Reihe liegenden Drosselspule so eingefügt werden, daß diese eine zusätzliche Vormagnetisierung im gleichen Sinne wie der Strom erzeugt.

Zur Regelung der Induktivität in Abhängigkeit von der Drehzahl der Asynchronmaschine kann man eine Spannung erzeugen, die von der Drehzahl der Maschine abhängig ist, und die Differenz aus dieser Spannung und einer einstellbaren Spannung auf die Vormagnetisierungswicklung der Drosselspule zur Einwirkung bringen. Die von der Drehzahl, abhängige Spannung kann man beispielsweise dadurch erzeugen, daß mit dem Asynchronmotor eine kleine Asynchronmaschine gekuppelt ist, die entgegen der Richtung ihres Drehfeldes angetrieben wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist der Antriebsmotor z. B. für einen Kran bezeichnet. Es ist ein Drehstrom-Asynchronmotor. Mit 2 ist das Drehstromnetz mit den Phasen R, S und T bezeichnet. Der Motor besitzt drei Anschlußklemmen U, V und W, von denen die Klemme U mit der Phase R verbunden ist. Zwischen den Phasen T und S bzw. S und T liegen zwei Drosselspulen 10 und 20 bzw. 30 und 40 in Reihe. An den Verbindungspunkt der Drosselspulen 10 und 20 .ist die Klemme W, an den Verbindungspunkt der Drosselspulen 30 und 40 ist die Klemme V des Motors angeschlossen. Jede Drosselspule besteht aus zwei Teildrosselspulen 11 und 11' bzw. 21 und 21' bzw. 31 und 31' bzw. 41 und 41'. Die Wechselstromwicklungen 13 und 13' iao einer Drosselspule sind parallel geschaltet, und zwar über die Ventile 15 bzw. 15', deren Durchlaßrichtung so gewählt ist, daß in der einen Halbwelle der Strom durch die Wicklung 13, in der anderen Halbwelle durch die Wicklung 13' fließt. Außerdem ist noch in den Stromkreis die Wick-

lung 24 der Drosselspule 21 eingefügt, die einen gleichgerichteten Strom über die Wicklungen 13 und 13' treibt, der im gleichen Sinne vormagnetisierend wirkt wie der gleichgerichtete, diese Wicklungen durchfließende Wechselstrom. Die Vormagnetisierung durch die Wicklung 24 ist groß, wenn die Induktivität der Drosselspule 20 groß ist, und umgekehrt. Die Wicklung 24 auf der Drosselspule 21 ist zur Wicklung 24' auf der Drosselspule 21' parallel geschaltet. In entsprechender Weise sind die Wicklungen 23 und 23' über die Ventile 25 und 25' parallel geschaltet, und auch hier ist noch eine Spannung eingefügt, die von der Wicklung 14 bzw. der mit ihr parallel liegenden Wicklung 14' der Drosselspule 11 bzw. 11' herrührt. Die Schaltung für die anderen Drosselspulen 30 und 40 ist entsprechend, so daß eine nähere Erläuterung nicht erforderlich ist. Die Parallelschaltung der Wicklungen 14 und 14' bzw. 24 und 24' bzw. 34

so und 34' bzw. 44 und 44' ergibt den technischen Vorzug, daß die Augenblickswerte der Spannungen an diesen jeweils einander parallel zugeordneten Spannungswicklungen zwangläufig gleichgemacht werden und damit Oberwellenspannungen im Steuerkreis unterdrückt werden. Jede Teildrosselspule besitzt ferner noch eine Steuerwicklung, die von der Steuergröße gespeist wird. Die Steuerwicklung ist mit 12 bzw. 12', 22 bzw. 22' usw. bezeichnet. Die Schaltung ist so getroffen, daß bei Erhöhung der Gesamtvormagnetisierung der Drosselspulen 10 und 30, die der Drosselspulen 20 und 40 erniedrigt wird, und umgekehrt. Die Steuerwicklungen werden von einem Strom durchflossen, der von der Differenz zweier Spannungen abhängig ist, und zwar einmal der Spannung an dem Widerstand 8, der über eine Gleichrichteranordnung in Grätzscher Schaltung von der Sekundärwicklung des Transformators 6 gespeist wird, dessen Primärwicklung am Netz 2 liegt. Mit dem Motor 1 ist eine Asynchronmaschine 3 gekuppelt, deren Primärwicklung am Netz liegt und deren Läufer entgegen dem Drehsinn des Drehfeldes umläuft. Die Spannung an zwei Schleifringen wird über die Gleichrichteranordnung 4 gleichgerichtet und erzeugt eine Spannung am Widerstand 5, die von der Drehzahl des Motors 1 abhängig ist. Die Spannung am Widerstand S wird der Spannung am Widerstand 8 entgegen geschaltet und wirkt auf die Steuerwicklungen ein.

Steigt die Senkdrehzahl über den Sollwert, so wird die Spannung am Widerstand 5 größer als die Spannung am Widerstand 8. Es fließt jetzt ein Steuerstrom in Richtung der Spannung am Widerstand 5 durch die Steuerwicklungen 12, 22 usw.

und erregt die Drosselspulen so, daß die beiden Phasen V und W in einem solchen Sinne an das Netz angeschlossen werden, daß der Motor ein Drehmoment im Hubsinne erzeugt. Sinkt die Drehzahl ab, so nimmt die Spannung am Widerstand S ab und damit auch der Steuerstrom. Damit ist gleichzeitig eine Verminderung des Drehmomentes verbunden. Bei Gleichheit der Spannungen an den Widerständen 5 und 8 ist das Drehmoment Null.

Unterschreitet die Drehzahl den Sollwert, so kehrt der Steuerstrom seine Richtung um, wodurch die Drosselspulen nunmehr so vormagnetisiert werden, daß der Motor ein Drehmoment im Senksinne erzeugt und dadurch die Drehzahl wieder ansteigt.

Die Größe der Drehzahl kann in weiten Grenzen durch Veränderung des Abgriffs am Widerstand 8 eingestellt werden.

Durch diese Anordnung gelingt es also, mit einer Drehstrom-Asynchronmaschine eine Regelung durchzuführen, die sonst bei Gleichstrommotoren mit einer Leonardschaltung erfolgt.

Beim Heben der Last wird in bekannter Weise der Motor an das Netz angeschlossen und die Drehzahl durch Widerstände im Läuferkreis geregelt.

In den Fig. 2 bis 4 sind noch die Vektordiagramme dargestellt. R, S und T sind die Netzphasen, U, V und W die Anschlußpunkte des Motors. Fig. 2 zeigt die Spannungsverteilung, bei welcher die Drosselspulen 10 und 30 stärker vormagnetisiert sind als die beiden anderen. Der Motoranschluß V liegt dann annähernd an S und der Anschluß W annähernd an T. Werden alle Drosselspulen gleich stark magnetisiert, so ergibt sich die Fig. 3. Die Phasen V und W fallen zusammen und sind von 6¹ und T gleich weit entfernt, das Drehmoment des Motors ist Null.

Fig. 4 stellt den Zustand dar, bei dem die Drosselspulen 20 und 40 stärker vormagnetisiert sind als die beiden anderen. Der Anschluß V liegt dann in der Nähe der Phase T und der Anschluß W in der Nähe der Phase S. Gegenüber der Fig. 2 sind die Anschlüsse V und W vertauscht. Der Motor erzeugt ein Drehmoment im entgegengesetzten Sinne.

Durch Änderung der Vormagnetisierung kann man jeden gewünschten Wert zwischen den Fig. 2 und 4 einstellen.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Regelung der Drehzahl von Drehstrom-Asynchronmotoren, die bei gleicher Drehrichtung einmal ein antreibendes, einmal ein abbremsendes Moment entwickeln müssen, durch Speisung des Motors an zwei seiner Speiseleitungen über eine Brückenschaltung aus gleichstromvormagnetisierten Drosseln, in welcher gegenüberliegende Brückenzweige regelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors selbsttätig derart verstellt wird, daß selbsttätig vom Motor bei gleichbleibender Drehzahl einmal das treibende und einmal ein bremsendes Moment entwickelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle vier Drosselspulen regelbar sind, und zwar in der Weise, daß bei Erhöhung der Induktivität zweier Drosselspulen, die in der Brücke einander gegenüberliegen, die Induktivität der anderen vermindert wird, und umgekehrt.

3· Anordnung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Drosselspulen außer der regelbaren Vormagnetisierung noch eine zweite Vormagnetisierung erhalten.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vormagnetisierung vom Wechselstrom der Drosselspule abhängig ist.

to 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vormagnetisierung der Drosselspule außerdem noch von der Spannung der Drosselspule abhängig ist, die mit der erstgenannten in Reihe geschaltet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede' Drosselspule aus zwei Teildrosselspulen besteht, deren Wechselstromwicklungen parallel und deren Vormagnetisierungswicklungen in Reihe ge-

ao schaltet sind.

7..Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromwicklungen der Drosselspule über Gleichrichter entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschaltet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den aus den Wechselstromwicklungen und den Gleichrichtern gebildeten Stromkreis der Drosselspule noch eine Spannungswicklung der Drosselspule, die mit der erstgenannten in Reihe liegt, eingeschaltet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswicklungen der Teildrosselspulen parallel geschaltet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die regelbare Vormagnetisierung in Abhängigkeit von der Differenz einer einstellbaren Spannung und einer von der Drehzahl des Motors abhängigen Spannung erfolgt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Drehzahl abhängige Spannung durch Gleichrichtung der Läuferspannung einer mit der Drehstrommaschine gekuppelten Asynchronmaschine erfolgt, deren Läufer entgegen der Richtung des Drehfeldes angetrieben wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 602766, 740533; VDE-Fachberichte, 1936, S. 128 bis 130;

Dissertation U. Lamm, The Transductor, Stockholm, 1943, S. 3 und 23;

Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Herausgeber Control-Commission for Germany, Bd. II, Elektrotechnik (21c), S. 423, Aktenzeichen L 1139SoVIIId.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

© 909 552/40 7.59