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Geregelter Schleifringläufermotor bank der modernen energieelektronischen
Bauelemente gewinnt die Drehzahlregelung von Asynchronmotoren immer mehr an Bedeutung.
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i'dr die Speisung von Kurzschlußlufermotoren sind unter anderem statische
Frequenzumrichter entwickelt worden, die, entsprechend programmiert, die Maschinen
mit Frequenzen und Spannungen versorgen, so daß deren Drehzahlen in weitesten Grenzen
verändert werden können. Diese statischen Frequenzumrichter sind in technischer
Hinsicht eine optimale Lösung. Da jedoch ein solcher Drehstromantrieb rechf teuer
ist, konnte er sich bis heute nur in speziellen Anwerdungsfällen durchsetzen.
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hine wesentlich einfachere und preisgünstigere Lösung zur Drehzahlregelung
kann durch eine Phasenanschnittsteuerung der Versorgungsspannung des Motors erreicht
werden. Bei einer solchen Ansteuerung sind jedoch die Motorverluste, insbesondere
bei großen Schlupiwerten und Widerstandsmomenten, enorm hoch, so daß . eine solche
Steuerung nur zur Steuerung dynamischer Vorgänge (Hochlauf und Bremsen) oder zur
Drehzahl steuerung bei speziellen
drehzahlabhängigen Widerstandsmomenten
(z.B. Lüftermomenten) in Frage kommt.
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Bei Schleifringläufermotoren sind mit der Einführung der energieelektronschen
Bauelemente kontaktlose Schaltungen £ür die Läuferkreise bekanntgeworden, die ein
verschleißfreies dauerndes Aus- und Linschalben der Widerstände gestatten. Eine
kontinuierliche Phasenanschnittsteuerung der elektroniscnen Bauelemente ist dabei
wegen der veränderlichen Rotorfrequenz schwierig und teuer, so daß im allgemeinen
eine Ansteuerung mittels hochfrequenter Impulspakete erfolgt. Man hat dabei die
MöglicSkeit, die Läuferkreiswiderstände gemäß Abb. 1 a einzuschalten bzwO kurzzuschließen,
oder aber diese gemäß Abb. 1 b ein- bzw. auszuschalten.
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Bei einer Schaltung gemäß Abb. 1 a hat der Motor etwa dieselben hohen
Verluste wie bei einer Phasenanschnittsteuerung im Stator.
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Durch den Zweipunktbetrieb der Impulspaketansteuerung wird diese Schaltung
dynamiscl gesehen aber wesentlich schlechter, wie die einer kontinuierlichen Phasenanschnittsteuerung
im Statorkreis.
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Bei einer Schaltung gemäß 1 b können die Motorverluste zwar reduziert
und das dynamische Verhalten verbessert werden, es muß hier jedoch der gesamte Drehzahlstellbereich
in verschiedene Teilbereiche mit unterschiedlichen Widerstandsgrößen aufgeteilt
werden, was einen erheblichen Aufwand an energ-ieelektronischen Bauteilen erfordert.
Durch eine Kombination beider Schaltungen lassen sich deren Nachteile teilweise
eliminieren.
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Schließlich sind schon Schaltungen mit statischen Frequenzumrichtern
bekanntgeworden, die die im Rotorkreis anfallenden Verluste wieder ins Primärnetz
zurüekspeisen. Diese Version unterscheidet sich aufwandmäßig nicht wesentlich von
der eines statischen Frequenzumformers zur Speisung der Statorwicklung.
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Vorliegende Erfindung beinhaltet einen kontinuierlich regelbaren Drehzahlasynchronmotor
mit Schleifringläufer mit
-relativ kleinen Verlusten. Der Motor
kann dabei, muß aber nicht, Schleifringe besitzen. Das erfindungsgemäße Prinzip
besteht dabei hauptsächlich darin, daß die bislang üblichen Läuferkreiswiderstände
durch drehzahlabhängig steuerbare Leistungstransistoren ersetzt werden.
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Abb. 2 a zeigt einen Schleifringläufermotor mit kontinuierlich veränderbaren
Läuferkreiswiderständen RA, Abb. 2 b die Drehmoment-Drellzalll- und die Strom-Drehzahl-Kennlinien
eines solchen Motors, und zwar für RA = C und RA = A. Bekanntlich werden durch das
Einschalten von RA sämtliche Drehmoment- und Stromwerte der Kenn linien für s*-A
= 0 um das Verhältnis RA + RR zu größeren Schlupfwerten verschoben.
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nS - n (RR = Widerstand der Rotorwicklung, Schlupf s = , nS nS = synchrone
Motordrehzahl, n = jeweilige Motordrehzahl, W = Widerstandsmoment). Das heißt aber,
daß beim Einschalten von Läuferkreiswiderständen: 1. Der auf genommene Motorstrom
I1, die vom Motor aufgenommene Leistung N1 und die in den Rotor übertragene Leistung
N.
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bei gleichem Widerstandsmoment W konstant bleiben, daß sich RA + RR
2. der Motorschlupf im Verhältnis vergrößert, daß RR 3. die Verluste im Stator (VCu1)
und Rotor (VCu2) der Maschine dabei konstant bleiben und daß schließlich 4. die
in RA anfallende Leistung NRA gerade so groß ist, wie die Abnahme der Wellenleistung
N2 infolge der Drellzahlabnahme. Bei gleichbleibendem Moment gilt also: NRA + N2
= konst und NRA + N2 + VCu2 = Ni = konst.
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Dabei ist N. proportional dem an der Welle abgegebenen Drehmoment,
denn es gilt die Beziehung:
Bei einer Drehzahlregelung mittels veränderbarer Läuferkreiswiderstände
bleibt also die Summe der mechanisch geleisteten Arbeit plus der Arbeit in den Läuferkreiswiderständen
konstant, es wird also gerade die Arbeit, die in der Arbeitsmaschine nicht gebraucht
werden kann, automatisch in die Läuferkreiswiderstände abgezweigt.
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Es kann dabei noch mit Genugtuung festgestellt werden, daß sich die
Eisenverluste im Motor infolge der abnehmenden Induktionen mit wachsendem Schlupf
verringern.
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Der erfindungsgemäße Gedanke soll nun noch weiter durchdacht werden.
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Abb. 3 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung. Die Läuferströme werden
durch die Dioden n1 bis n6 gleichgerichtet und den Leistungstransistoren t1 bis
tn zugeführt. Die Transistoren werden von der Stellgröße y des Transduktorreglers
R gesteuert. DerDrehzahlistwert x und der Drehzahl sollwert W werden dem Regler
als Spannungsgroßen eingegeben. Nachdem die Läuferkreisspannung U2 proportional
zum Schlupf s und der Spannungsabfall im Motor proportional dem Läuferstrom 12 ist,
kann der Drehzahlistwert durch eine einfache Spannungsmessung erfolgen. Line Tacllomaschine
ist damit überflüssig.
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Um die Leistungstransistoren vor Überlastung ZU schützen, wird erfindungsgemäß
im Regler eine Leistungsbegrenzung durchgeführt.
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Die von den Transistoren aufgenommene Leistung wird dabei mittels
einer mit NBegr bezeichneten Leistungsmeßschaltung ermittelt.
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Sicherungen für die halbleiter sind somit nicht mehr erforderlicl..
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Schließlich ist festzustellen, daß alle Größen des Regelkreises außer
dem Drehzahlistwert im Rotorkreis auftreten. Es liegt damit nahe, den gesamten Regelkreis
mitrotieren zu lassen und den bollwert z.B. mit induktiven Übertragern auf den Rotorkreis
@@ über tragen. Vorteilhaft ist dabei natürlich, daß die mitrotierenden Bauelemente
im Kühllufstrom des Motyrs angeordnet werden können und somit eine intensive Kühlung
erhalten.