DE1588685B2

DE1588685B2 - Antriebsvorrichtung hoher drehzahlkonstanz

Info

Publication number: DE1588685B2
Application number: DE1967S0108447
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8031 Olehing Hausmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-02-22
Filing date: 1967-02-22
Publication date: 1972-03-02
Also published as: GB1198944A; AT280438B; DE1588685A1; NL6800456A; FR1555091A; US3549965A; BE711140A

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 N_As abgibt, und daß die mechanische Nennleistung N_Sy der als Motor betriebenen Synchronmaschine etwa 40% der Differenz zwischen der von der An- ( triebsvorrichtung abgebbaren Nennleistung N_K und der bei minimaler Belastung abzugebenden Leistung N_L 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 N_As 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 N_As, so wird von der Synchronmaschine mechanische Leistung N_Sy(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 Ng_y 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 N_Sy „,„.

. Es gilt N_L = N_u ■ N_SyUe„.

Hei Berücksichtigung von Ns_yr;,„~ 1,5^·,., wobei N_Sy die Nennleistung der als Motor betriebenen Synchronmaschine bedeutet, ergibt sich für die von der Antriebsvorrichtung ohne Drehzahlerhöhung abzugebende Minimalleistung N_L ä; /V₁, 1,5 iV_Sv..

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

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 N_As abgibt, und daß die mechanische Nennleistung Nj_v 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.