DD236632A1 - Thyristorsparregelschaltung fuer drehstromschleifringlaeufermotoren - Google Patents

Abstract

Die Sparthyristorregelschaltung fuer Drehstromschleifringlaeufermotoren hat das Ziel, mit geringstem schaltungstechnischem Aufwand und niedrigen Kosten eine Regelung von Schleifringlaeufermotoren zu schaffen, die unabhaengig von der Belastung bis zur max. Drehzahl arbeitet, wobei in weiten Grenzen von (0 bis max. nU/min) geregelt werden kann. Als Anwendungsgebiete kommen Antriebssysteme von 3 kW-200 kW fuer Hebezeugtechnik, Foerderanlagen, Fahrantriebe usw. in Frage. Durch die Erfindung wurde eine einfache, billige, wirkungsvolle und wartungsarme Schaltung geschaffen, die z. B. ohne grosse Umbaumassnahmen an Hebezeugen einsetzbar ist, die heute vom elektrotechnischen Stand veraltet sind und mit hohem Wartungsaufwand und Energiekosten noch betrieben werden. Es kommen Schleifringlaeufermotoren zur Anwendung, die sich lastunabhaengig in weiten Grenzen stufenlos bzw. in Stufen mit geringer Steuerleistung regeln lassen, wobei sich bei gleichbleibendem Drehmoment eine Drehzahlerhoehung, unabhaengig von der Belastung, automatisch einstellt. Die Regelschaltung wird dabei in Thyristorschaltung im Sternpunkt des Rotors ausgelegt. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Thyristorsparregelschaltung kann überall dort angewendet werden, wo Drehzahlen von Arbeitsmaschinen in weiten Grenzen verstellt bzw. geregelt werden müssen.

Als Hauptanwendungsgebiete bieten sich Hebezeugantriebe und Förderanlagen, Fahrantriebe und Abzugswinden an.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind traditionelle Regelschaltungen von Schleifringläufermotoren mit Anlaßwiderstandsregelungen bzw. Flüssigkeitsanlaßregelungen, die mit hohem Schaltungsaufwand bzw. Energieverbrauch betrieben wurden. Weiterhin ist bekannt, daß bisherige Lösungen für Thyristorregelschaltungen mit hohem technischen und materialintensivem Aufwand realisiert wurden, die noch dazu ein hohes Wissen von dem Wartungspersonal bei eventuellen Reparaturen erforderten.

Eine Thyristorregelschaltung, die einen einfachen Aufbau besitzt, wurde als Sechspulsbrückenschaltung, OS DE 3113361 A1 realisiert.

Es wurde dabei eine Phasenanschnittssteuerung mit niedrigstem Zündverzögerungswinkel α und einer lastabhängigen automatischen unkontrollierten Durchschaltung der Thyristorengruppe durch den Rotor selbst angewandt.

Der Lastkreis wurde als Gleichstrombrückenkreis in Sechspulsbrückenschaltung mit großem Lastwiderstand ausgelegt. Die Regelung erfolgt ebenfalls mit einem Gleichstromregelkreis. Der Lauf des Motors ist weitgehend von der Größe des Lastwiderstandes abhängig. Ruhiger Anlauf erfordert einen großen Lastwiderstand (> Ω-Wert) Drehzahl (n) nur 75% der Nenndrehzahl. Kleiner Lastwiderstand bedeutet (~ Ω-Wert) unruhiger Anlauf des Motors, Drehzahl (n) erreicht dann aber 87% der Nenndrehzahl.

Die Schaltung weist weitere Mangel auf.

Bei Bruch des Belastungswiderstandes bzw. der Hauptleitung des Brückenzweiges besteht die Gefahr von Havarien beim Einsatz dieser Schaltung in Hebezeugen.

Bei unteren Drehzahlen neigt der Motor insbesondere bei Bremsvorgängen zu ungleichmäßigen Laufeigenschaften.

Die Schaltung muß mit 3 Leistungsdioden und Kühlkörpern noch zusätzlich bestückt werden, was einen erhöhten Schaltungsaufwand erfordert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltung für Drehstromschleifringläufermotoren zu schaffen, die mit geringstem schaltungstechnischen Aufwand auskommt und bei Einsparung von Schaltelementen maximale Leistungsparameter des Motors in allen Daten zuläßt.

Ein weiteres Ziel ist, ohne nennenswerte Umbaumaßnahmen die Schaltung sofort für bisher herkömmliche verlustbehaftete geregelte Antriebe einzusetzen, z. B. Hebezeuge, Förderanlagen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch neuartige Anordnung von elektronischen Bauelementen eine Schaltung zu schaffen, die bei nahezu gleichbleibendem Drehmoment (m), eine Drehzahlerhöhung', unabhängig von der Belastung des Motors zuläßt, verbunden mit geringem schaltungstechnischem Aufwand. j

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Thyristorsparregelschaltung gelöst, bei welcher der Rotor eines Drehstromschleifringläufermotors vorzugsweise über Schlupfwiderstände zu einem Thyristorbrückenzweig mit mindestens 2

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Thyristoren zu den Anschlußpunkten zum Stempunkt des Läufers geregelt kurzgeschlossen ist und durch Phasenanschnittssteuerung mit niedrigsten Phasenanschnittswinkel α diesen immer mehr geregelt kurzschließt und damit den Motor

lastunabhängig, kontinuierlich in seinen Drehzahlen (n = U/min) verändert. Erfindungsgemäß kann¹ der Rotor direkt an die Brücke angeschlossen werden und in der Kurzschlußbrücke befinden sich dann die Schlupfwiderstände und die Thyristoren. Nachteilige Auswirkungen im Betriebsverhalten der Regelung der Drehstromschleifringläufermotoren entstehen dabei nicht. Die Thyristoren der erfindungsgemäßen Schaltung können durch anderweitige elektronische Bauelemente ersetzt werden. Weiterhin können die Thyristoren parallel oder in Reihe geschalten sein, und als Schlupfwiderstände können Widerstände, Drosseln und ähnliche Baugruppen zum Einsatz gelangen-Die Schaltung kann auch ohne Schlupfwiderstände ausgebildet sein.

DieThyristorsparregelschaltung, die im Läuferkreis zur Anwendung gelangt, garantiert entscheidend bessere Laufeigenschaften des Drehstromschleifringläufermotors als bisher bekannte Lösungen, wie z. B. Flüssigkeitsanlasser, Regelwiderstände bzw. aufwendige schaltungstechnische Thyristorregelschaltungen. Es werden bei der Erfindung Energieverluste vermieden, Schaltungsaufwand und Kosten werden gesenkt, veraltete drehzahlgeregelte Maschinen können leicht und schnell auf die neue Schaltungsart umgebaut werden. Hinzu kommt noch, daß diese so geregelten Drehstromschleifringläufermotoren lastunabhängiger arbeiten als bei den herkömmlichen Regelungsarten

Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:

— Einfache, billige und wirkungsvolle Regelung für Drehstromschleifringläufermotoren, die sich lastunabhängig in weiten Grenzen regeln lassen.

— Durch den Thyristorbetrieb wird der Energieverbrauch erheblich gesenkt.

— Schaltschütze, Widerstandsregelbaugruppen und Flüssigkeitsanlasser entfallen.

— Die Thyristorregelbaugruppe kann räumlich klein gehalten werden.

— Hohe Betriebssicherheit wird garantiert und der Wartungsaufwand ist für den Monteur gering bzw. leicht überschaubar.

— Es erfolgen keine Netzrückwirkungen bzw. Funktstörungen.

— Motor kann stufenlos bzw. in Stufen lastunabhängig geregelt werden.

— Anlaufstrom ist gering.

— Für den Hebezeugbetrieb mit allen Bremsschaltungsarten kombiniert besonders geeignet.

— Veralterte Hebezeuge können ohne nennenswerte Umbaumaßnahmen auf die energiesparende bzw. wartungsarme Thyristorsparregelschaltung kurzfristig umgebaut werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert

Die Zeichnungen zeigen:

Figur 1: Bevorzugte Thyristorsparregelschaltung

Figur 2: Mögliche Thyristorsparrggelschaltung

Figur 3: Bremsverfahren mit der Thyristorsparregelschaltung

Figur3/12: Gleichstrombremsung

Figur 3/13: Gegenstrombremsung

Figur 3/14: Einphasenbremsung

Die geschalteten Thyristoren werden mit einer Zündspannung laut Datenblatt und entsprechendem Zündstrom IGT durchgeschalten. Die Durchschaltung der Thyristoren 4 regelt sich automatisch in Abhängigkeit von der Belastung und der gewünschten Drehzahl des Motors, so daß sich ein dynamisches Betriebsverhalten einstellt und der gesamte Sinusverlauf (Ul) in der Thyristorschaltung dabei ausgenutzt wird.

Der Rotor 1 wird nach Figur 1 an den Schlupfwiderständen 2 in 3-poliger Schaltung am Brückenzweig mit seinen Anschlußpunkten 3 miteinander verbunden. Dieser Brückenzweig wird zum Sternpunkt des Läufers über die Thyristoren 4 zusammengeschalten, die in den Anschlußpunkten 3 enden und kurzgeschlossen werden. Die Schlupfwiderstände 2, die dem Motor eine günstigere Lebensdauer garantieren, müssen einen Ω-Wert möglichst (S 2Ω) besitzen. Die Schlupfwiderstände müssen so ausgelegt werden, daß sie die Belastung des jeweiligen Motors ohne nennswerte Erwärmung beim Anlauf bzw. Lauf des Rotors belastungsmäßig aushalten und somit Energieverluste verhindern.

Beim Hebezeugbetrieb wird gemeinsam mit der Thyristorsparregelschaltung für den Bremsbetrieb folgendes Bremsverfahren nach Figur 3 an_aewendet:

12 Gleichstrombremsung

13 Gegenstrombremsung

14 Einphasenbremsung

Dabei werden alle drei Bremsverfahren auf den Stator des Drehstromschleifringläufermotors nach Figur 3 wie bisher üblich realisiert, während mit dem geregelten Stellwiderstand im Läuferkreis des Rotors die Stärke der Bremsung bestimmt wird. Die Schnellsenkungsstufe wird durch Kurzschließen des Steuerregelwiderstandes 7 erreicht, so daß übersynchroner Drehzahlverlauf (n) sich einstellt, bis der Motor generatorisch Spannung erzeugt und die Thyristorbaugruppe wieder durchschaltet, so daß eine konstante lastunabhängige Enddrehzahl (n) erzwungen wird.

Regelung des Drehstromschleifringläufermotors

Der Rotor des Schleifringläufers wird an die obengenannte Thyristorsparregelschaltung angeschlossen. Der Stator wird netzseitig zugeschalten und nimmt das Leerlaufverhalten eines Trafos an, wobei der Rotor steht und einen maximalen Spannungswert annimmt.

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Die Spannung im Rotor entspricht den Nenndaten des jeweiligen Motors. Durch einen bemessenen Steuerwiderstand 7, der in dem Steuerkreis der 6-Pol-Diodenbrückenschaltung 5 und 6 integriert ist, kann über den Leistungstransistor 8 zu den Steuerelektroden 9 der Thyristoren 4 diese den erforderlichen Zündstrom und Spannung liefern und die Thyristorengruppe zur Dürchsteuerung zwingen. Dabei kommt es zum Stromfluß im Rotorkreis und der Rotor fängt mit hohem Kraftmoment (m) an, sich zu drehen. Durch die Erhöhung der Drehzahl sinkt die maximale Rotorspannung unter den eingestellten Wert des Steuerregelwiderstandes 7, der zur Ansteuerung der Steuerelektroden der Thyristoren 4 benötigt wird, ab und sperrt diesen, nachdem die Sinuskurve den Nulldurchlauf vollzogen hat, so daß sich eine konstante niedrige Drehzahl einstellt. Sollte jetzt eine zusätzliche Belastung des Antriebes erfolgen, sinkt die Drehzahl des Motors, die Spannung im Rotor 1 steigt und steuert sofort die Thyristorenbaugruppe durch, so daß unabhängig von der Belastung, sich sofort wieder eine niedrige, konstante, automatisch geregelte Drehzahl einstellt.

Weitere Drehzahlerhöhung bis zur Nenndrehzahl (n)

Durch weitere Veränderung des Steuerregelwiderstandes 7 zu den Steuerelektroden der Thyristorbaugruppe 4, der in den Ω-Werten nun kleiner gewählt werden muß, da die Rotorspannung durch die entsprechende, vorher geregelte Drehzahl, proportional ebenfalls kleiner wurde, kommt es nun wieder zu einer erneuten Durchschaltung der Thyristorbaugruppe, und es stellt sich eine weitere Drehzahlerhöhung mit konstanter Drehzahl ein. Durch die weitere Veränderung des Steuerregelwiderstandes 7 kann der Motor lastunabhängig biszu seinermaximalen Nenndrehzahl (n) hochgeregeltwerden. Der Transistor 8 wurde zusätzlich in die Schaltung eingebaut, um die Belastung (W) des Steuerregelwiderstandes 7 herabzusetzen. Die Regelung der Drehzahl kann kontinuierlich in Stufen und stufenlos erfolgen.

Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo Drehstromschleifringläufermotoren für Regelungen zur Anwendung gelangen. Dbei können Antriebssysteme von 3kW-200 kW geregelt werden.

Claims (7)

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   Erfindungsansprüche:

   1. Thyristorsparregelschaltung für Drehstromschleifringläufermotoren, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise über Schlupfwiderstände 2 der Rotor 1 des Drehstromschleifringläufermotors zu einer geregelten Kurzschlußbrücke mit mindestens zwei Thyristoren 4 zu den Anschlußpunkten 3 geschalten ist und durch eine spezielle Steuerung der Kurzschlußbrücke die Drehzahlen (n = U/min) des Rotors von (0-n_max) nahezu lastunabhängig veränderbar sind.
2. 2. Thyristorsparregelschaltung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor 1 direkt an die Thyristorbrücke mit den Anschlußpunkten 2 angeschlossen ist und sich im Brückenzweig die Widerstände 3 und Thyristoren 4 befinden.
3. 3. Thyristorsparregelschaltung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren 4 parallel oder in Reihe geschalten sind.
4. 4. Thyristorsparegelschaltung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristoren 4 durch anderweitige elektronische Bauelemente ersetzt sind.
5. 5. Thyristorsparregelschaltung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfwiderstände 2 als Widerstände oder Drosseln ausgebildet sind.
6. 6. Thyristorsparregelschaltung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator zwecks Bremsung des Motors nach anderen bekannten Bremsverfahren dementsprechend eingespeist wird.
7. 7. Thyristorsparregelschaltung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zu den Thyristorbaugruppen andersartig als in Figur 1 bzw. Figur 2 geschalten wird, oder es können andere Ansteuerungen bzw. Ansteuerungsverfahren von elektronischen bzw. herkömmlichen Bauelementen verwendet werden.