DE1588685B2 - Antriebsvorrichtung hoher drehzahlkonstanz - Google Patents
Antriebsvorrichtung hoher drehzahlkonstanzInfo
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- DE1588685B2 DE1588685B2 DE1967S0108447 DES0108447A DE1588685B2 DE 1588685 B2 DE1588685 B2 DE 1588685B2 DE 1967S0108447 DE1967S0108447 DE 1967S0108447 DE S0108447 A DES0108447 A DE S0108447A DE 1588685 B2 DE1588685 B2 DE 1588685B2
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Description
Antriebsvorrichtung hoher Drehzahlkonstan/., insbesondere für stark wechselnde Belastung, mit einem
direkt vom Versorgungsnetz gespeisten Asynchronmotor, der mit einer je nach der Belastung der Antriebsvorrichtung
als Motor oder als Generator arbeitenden Synchronmaschine gekuppelt ist.
Beim Antrieb mechanischer Geräte ist eine hohe Drehzahlkonstanz oft die Grundvoraussetzung für
die einwandfreie Funktion. Die für diesen Zweck häufig verwendeten Synchronmotoren bringen viele
Nachteile, wie z. B. ein kleines Anlaufmoment, einen niedrigen Wirkungsgrad und ein großes Bauvolumen
mit sich. Größere Synchronmotoren benötigen Anlaufhilfen, beispielsweise Anlaufmotoren.
Bei Asynchronmotoren, welche hinsichtlich Anlaufmoment, Wirkungsgrad und Bauvolumen wesentlich
günstiger liegen, wirken sich dagegen Belastungsänderungen, Netzspannungsschwankungen u. dgl. in
einer für viele Anwendungsfälle unzulässigen Weise auf die Drehzahl aus. Es ist zwar bekannt, zur Verbesserung
der Konstanz der Drehzahl Kontaktregler vorzusehen, doch sind diese relativ störungsanfällig
und erfordern häufige Wartung. Sie werden daher gern vermieden.
Durch die deutsche Patentschrift 826 76" ist eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl von Induktionsmotoren
bekannt. Bei dieser Anordnung ist der Asynchronmotor mit" einem aus zwei Synchronmaschinen
bestehenden Satz gekpppelt. Dje Läuferwicklung des Asynchronmotors ist mit der Läuferwicklung
einer ersten Synchronmaschine verbunden, deren Läufer von dem Asynchronmotor angetrieben
wird. Das im Läufer erzeugte Drehfeld nimmt einen •z. B. permanenterregten Zwischenläufer synchron
mit, der in der Ständerwicklung einer zweiten Synchronmaschine Spannungen mit der Netzfrequenz
induziert. Diese zur Drehzahlregelung in ihrer Phasenlage veränderbaren Spannungen werden den
Erregerspannungen für das Ständerfeld des Asynchronmotors hinzugefügt.
Die bei der bekannten Anordnung rückgeführten und das Ständerfeld des Asynchronmotors beeinflussenden
Spannungen bewirken zwar eine Verminderung der Belastungsabhängigkeit der Motordrehzahl,
doch kann mit der bekannten Anordnung die Drehzahl bei wechselnder Belastung nicht völlig
konstant gehalten werden. Darüber hinaus ist diese Antriebsvorrichtung infolge des Zwischenläufers konstruktiv
sehr aufwendig.
Bei einer anderen,· durch die USA.-Patentschrift
I 174 373 bekannten Antriebsvorrichtung ist mit einem Asynchronmotor eine kleine Gleichstrommaschine
gekoppelt, die abhängig von der ihr aufgezwungenen Drehzahl als Motor oder als Generator
wirkt und so dein Bestreben des Asynchronmotors, je nach der Belastung eine unterschiedliche Drehzahl
anzunehmen, entgegenarbeitet. Auch hiermit kann eine konstante Drehzahl bei wechselnder Belastung
nur angenähert, aber nicht erreicht werden.
Ferner ist durch die österreichische Patentschrift 138 618 ein Antrieb mit einem Gleichstrommotor
bekannt, mit dessen Läufer zur Stabilisierung seiner mittels Regulierwiderstünden eingestellten Drehzahl
bei kleinen Lastschwankuiigen eine vom Netz gespeiste
Synchronmaschine gekuppelt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ' Antriebsvorrichtung anzugeben, die bei einer in
weiten Grenzen, gegebenenfalls auch zwischen Leerlauf und Vollast, schwankenden Belastung eine Drehzahlkonstanz
aufweist, die der im allgemeinen recht hohen Konstanz tier Netzfrequenz entspricht. Darüber
hinaus soll die Antriebsvorrichtung unmittelbar aus dem Wechselstromnetz ohne Umformungen, wie
Transformation oder Gleichrichtung, gespeist werden. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Antriebsvorrichtung
der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Asynchronmotor und der Synchronmaschine ein Getriebe
vorgesehen ist, dessen unveränderliches Übersetzungsverhältnis dem Verhältnis der mit der Netzfrequenz
synchronen Drehzahl der Synchronmaschine und der Drehzahl des Asynchronmotors entspricht,
bei der letzterer an die Antriebsvorrichtung höchstens eine gemäß seiner Nennleistung festgelegte Leistung
NAs abgibt, und daß die mechanische Nennleistung
NSy der als Motor betriebenen Synchronmaschine
etwa 40% der Differenz zwischen der von der An- ( triebsvorrichtung abgebbaren Nennleistung NK und
der bei minimaler Belastung abzugebenden Leistung NL beträgt.
Durch die kraftschlüssige Kopplung des Asynchronmotors mit der Synchronmaschine wird dem
Asynchronmotor eine konstante Drehzahl und damit ein konstanter Schlupf aufgezwungen, der die abgegebene
Leistung W.K bestimmt. Belastungsänderungen
der Antriebseinrichtung können daher die Leistungsabgabe NAs des Asynchronmotors nicht mehr
beeinflussen; die Lastschwankung übernimmt die Synchronmaschine. Fällt die Belastung der Maschinenkombination
unte-r den Wert der vom Asynchronmotor bei dem erzwungenen Schlupf abgegebenen
Leistung NAs, so wird von der Synchronmaschine
mechanische Leistung NSy(li.n aufgenommen.
Die Synchronmaschine läuft dann als Generator und liefert entsprechend ihrem Generatorwirkungsgrad
elektrische Leistung an das Netz zurück. Messungen haben gezeigt, daß Synchronmaschinen im
Generatorbetrieb etwa die eineinhalbfache Leistung aufnehmen können, als ihrer Motornennleistung Ngy
entspricht, ohne außer Tritt zu fallen.
Die von der Antriebseinrichtung maximal abgeb-
bare Leistung^ (Nennleistung) ist die Summe der
Nennleistung der als Motor betriebenen Synchronmaschine
und der bei dem festgelegten Schlupf vom Asynchronmotor abgegebenen Leistung N u. Die
ohne Drehzahlerhöhung minimal abzugebende Leistung N1. (Minimalleistung) ergibt sich aus der
Differenz der vom Asynchronmotor abgegebenen Leistung N,u und der von der Synchronmaschine
im Generatorbetrieb maximal abnehmbaren Leistung NSy „,„.
. Es gilt NL = N_u ■ NSyUe„.
Hei Berücksichtigung von Nsyr;,„~ 1,5^·,., wobei
NSy die Nennleistung der als Motor betriebenen Synchronmaschine bedeutet, ergibt sich für die von
der Antriebsvorrichtung ohne Drehzahlerhöhung abzugebende Minimalleistung NL ä; /V1, 1,5 iVSv..
Die Minimalleistung kann also, Falls erwünscht, auch zu Null gemacht werden.
Nur in wenigen Anwendungsfällen werden Motoren verfügbar sein, deren Nennleistungen genau
die geforderten Werte besitzen, da zumindest handelsübliche Motoren bezüglich ihrer Nennleistungen
im allgemeinen mehr oder weniger grob gestuft sind. Aus Gründen der Betriebssicherheit wird man selbstverständlich
gegebenenfalls einen Synchronmotor mit der über dem Sollwert liegenden Nennleistungsstufe einsetzen, wobei sich unter Umständen der
Leistungsüberschuß durch den Einsatz eines entsprechend kleineren Asynchronmotors kompensieren
läßt.
In manchen Fällen kann es erforderlich sein, auch beim Asynchronmotor auf die über dem Sollwert
liegende Nennleistungsstufe überzugehen. Um die Drehzahlkonstanz der Antriebsvorrichtung bei Minimalbelastimg
nicht zu gefährden, ist es zweckmäßig,
ίο die vom Asynchronmotor tatsächlich abgegebene,
von der Belastung der Antriebsvorrichtung unabhängige Leistung durch entsprechende Wahl der
Übersetzung des Ausgleichsgetriebes und damit der konstanten Drehzahl des Asynchronmotors, wie
schon beschrieben, so auf einen unterhalb seiner Nennleistung liegenden Wert festzulegen, daß die
Nennleistung der Antriebsvorrichtung die geforderte Größe nicht oder nicht wesentlich übersteigt.
Trotz der Aufteilung der Antriebseinrichtung nach
jo der Erfindung in zwei Motoreinheiten bleibt das gesamte
Bauvolumen noch ganz wesentlich unter dem Volumen eines Synchronmotors, der die gesamte Antriebsleistung
zu übernehmen hätte. Darüber hinaus ergibt die Aufteilung in zwei Hinheiten in vielen
2j Fällen eine Erleichterung beim Hinbau der Antriebseinrichtung
in ein Gerät.
Claims (1)
- Patentanspruch:Antriebsvorrichtung hoher Drehzahlkonstanz, insbesondere für stark wechselnde Belastung, mit einem direkt vom Versorgungsnetz gespeisten Asynchronmotor, der mit einer je nach der Belastung der Antriebsvorrichtung als Motor oder als Generator arbeitenden Synchronmaschine gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Asynchronmotor und der Synchronmaschine ein Getriebe vorgesehen ist, dessen unverändei liches Übersetzungsverhältnis dem Verhältnis der mit der Net'/.fre(|iien/. synchronen Drehzahl der Synchronmaschine und der Drehzahl des Asynchronmotors entspricht, bei der letzterer an die Antriebsvorrichtung höchstens eine gemäß seiner Nennleistung festgelegte Leistung NAs abgibt, und daß die mechanische Nennleistung Njv der als Motor betriebenen Synchronmaschine etwa 4O1Vi) der Differenz zwischen der von der Antriebsvorrichtung abgebbaren Nennleistung N1^ und der bei minimaler Belastung abzugebenden Leistung N1 beträgt.
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