DE1223941B

DE1223941B - Schleifring- und kollektorloser Synchronmotor

Info

Publication number: DE1223941B
Application number: DEA45390A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Faust
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1964-02-18
Filing date: 1964-03-04
Publication date: 1966-09-01

Description

Schleifring- und kollektorloser Synchronmotor Die Erfindung betrifft schleifring- und kollektorlose Synchronmotoren, welche durch umlaufende Gleichrichteranordnungen gespeist werden.
Um den Kollektor von Motoren zu ersparen, ist es bereits bekannt, die Motoren über Gleichrichterschaltungen zu speisen. Auch über Umrichtereinrichtungen gespeiste Motoren, insbesondere Asynchron- und Synchronmotoren, bei denen die Frequenz geändert wird, sind bekannt. Solche Motoren, insbesondere Synchronmotoren, können dann dadurch anfahren, daß die Frequenz von Null allmählich nach oben geregelt wird. Bei Asynchronmotoren besitzt der Läufer eine in der Regel in sich geschlossene Wicklung, so daß Schleifringe nicht erforderlich sind. Da auch das Anfahren über die Gleichrichterspeisung erfolgt, ist dadurch auch kein Anlaßwiderstand erforderlich. Bei Synchron- oder Gleichstrommotoren muß die Erregerwicklung aus einem Gleichstromnetz gespeist werden. Ordnet man nun die Hauptwicklung am Stator an, so ist es erforderlich, über Schleifringe die Erregerspannung zuzuführen. Um auch diese zu ersparen, ist es bekannt, auf der Welle einen Gleichstrom-Generator anzubringen, der sich mit dem Motor mitdreht.
Solche Generatoren sind auch als Asynchrongeneratoren ausgeführt worden, deren Ständerwicklung unmittelbar an das Drehstromnetz angeschlossen ist und deren Läuferwicklung über Gleichrichter die Erregerwicklung des Synchronmotors speist. Hierdurch entsteht aber der Nachteil, daß die erzeugte Spannung dieses Wellengenerators sich mit der Drehzahl ändert und daß beim Stillstand bzw. bei Neundrehzahl nur geringe Spannungen vorhanden sind.
Damit auch bei synchronem Lauf zwischen dem Erregergenerator und der Synchromnaschine eine Spannung entsteht, hat man die Umlaufgeschwindigkeit des Feldes beün Erregergenerator von der des Hauptmotors abweichen lassen. Man erreicht hierdurch aber immer noch nicht, daß die Spannung für alle Drehzahlen konstant gehalten wird.
Die Möglichkeit, unabhängig von der Drehzahl eine konstante Frequenz zu erhalten, ist an sich bekanntgeworden, indem zwei Generatoren in Kaskade geschaltet werden, welche gegensinnig umlaufende Drehfelder im Läufer besitzen.
Als bekannt ist ferner die Verwendung antiparalleler, teilweise gesteuerter Gleichrichter anzusehen, die eine Veränderung der Spannungen oder Ströme ermöglichen. Um nun die erwähnten Nachteile, also die Veränderung der Spannungshöhe von der Drehzahl, zu beseitigen, wird in Verbindung mit einem schleifring- und kollektorlosen Synchromnotor, dessen Statorwicklung über eine Frequenzsteuerungseinrichtung aus einem Drehstromnetz, und dessen Rotorwicklung durch aus dem Drehstromnietz erregte Asynchrongeneratoren über sich mit dem Rotor mitdrehende Qleichrichteranordnungen. gespeist werden, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß auf der Motorwelle die Läufer zweier Asynchrongeneratoren an-m gebracht sind, das erzeugte Drehfeld des einen Generators entgegengesetzt dem des anderen Generators ist, die Läufer dieser beiden Wellengeneratoren mit je einer Gleichrichteranordnung verbunden sind und die Reihenschaltung der Gleichrichteranordnungen an die Erregerwicklung des zu speisenden Motors angeschlossen ist.
In der Figur ist die Schaltung einer solchen Anordnung dargestellt. Mit 1 ist die Statorwicklung einer Synchronmaschine bezeichnet. Die zugehörige Erregerwicklung ist mit 4 angegeben. Sie ist auf dem Rotor der Maschine befestigt. Die Statorwicklung wird über eine bekannte Umrichtereinrichtung 3 gespeist. Diese ist so geschaltet, daß sie eine veränderliche Frequenz erzeugt und daß mit wachsender Frequenz der Motor angefahren werden kann. Hierzu ist es aber notwendig, daß die Erregerwicklung 4 von Anfang an eine Spannung erhält. Dies wird dadurch erreicht, daß auf der Welle des Motors zwei Wellengeneratoren angeordnet sind. Die Erregerwicklungen dieses Wellengenerators sind mit 5 für den ersten und mit 6 für den zweiten Generator bezeichnet. Sie sind auf der Statorseite angebracht. Sie werden aus dem Wechselstromnetz 7 gespeist. Es handelt sich also um einen Asynchron-Generator. Um eine Feldschwächung zu ermöglichen, sind noch die Gleichrichter 8, die in Antiparallelschaltüfig angeordnet sind, vorgesehen. Die Feldschwächung kann durch die Gittersteuerung dieser Gleichrichter bewirkt werden.
In den beiden Generatoren werden auf der Rotorseite zwei entgegengesetzte Drehfelder erzeugt. Der eine Generator besitzt die Rotorwicklungen9, der andere die Rotorwicklungen 10. In die-Wicklungen 9, die dem Wellengenerator entsprechen, der ein Drehfeld besitzt, das mit der Drehrichtung des Rotors gleichlaufend ist, entsteht eine Frequenz, die bei voller Drehzahl Null und bei Stillstand den höchsten Wert besitzt. In den Wicklungen 10 des anderen Wellengenerators, bei dem das Drehfeld entgegengesetzt der Drehrichtung läuft, entsteht eine. Frequenz, die der Summe der-Frequenz des Drehfeläs und der Drehfrequenz des Motors entspricht. Beide in den Wellengeneratoren erzeugten Spannungen werden nun über eine Gleichrichterschaltung hintereinandergeschaltet. Hieidurch entsteht eine,Ausgängsspannung, die unabhängig von der Drehzahl und der Drehrichtung des Motors ist. Damit erhält die Erregerwicklung 4 der Hauptmaschine eine Spannung, die unabhängig von der Drehzahl und der Drehrichtung ist. Auch bei Stillstand ist dann bereits die, volle Spannung vorhanden.
Macht man nun die Polzahl des Wellengenerators kleiner ' als die des Motors, so wird die Drehfrequenz des Motors gegenüber der Umlauffrequenz des Drehfeldes ]dein bleiben. Dies hat noch den Vorteil, daß der Schwankungsbereich der Spannung des Wellengenerators ebenfalls gering bleibt. Jeder Wellengenerator braucht dann nur etwas größer als für die halbe Erregerleistung dünensioniert zu werden..
Die Erregung der Wellengeneratoren kann man durch Feldschwächung mit Hilfe- der Gleichrichteranordnung 8 steuern.
# Man kann auch die Ständerwicklung der Wellengeneratoren nicht unmittelbar aus einem Drehstromnetz, sondern über eine Umrichterschaltung speisen, mit deren Hilfe die Wechselspannung verändert werden kann. Dies ist in der Abbildung nicht gezeichnet. Diese Einspeisungsart besitzt aber insbesondere bei Bahnanlagen Vorteile. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß unabhängig von der Drehzahl und der Drehrichtung immer eine Erregerspannung für den Motor vorhanden ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Schleifring- und kollektorloser Synchronmotor, 'dessen Statorwicklung über eine Frequenzsteuerungseinrichtung aus einem Drehstromnetz und dessen Rotorwicklung durch aus dem Drehstromnetz erregte Asynchrongeneratoren über sich mit dem Rotor mitdrehende Gleichrichteranordnungen gespeist werden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß auf der Motorwelle die Läufer zweier Asynchrongeneratoren angebracht sind, das erzeugte Drehfeld des einen Ge-..,ntgegengesetzt dem des anderen Geneneratom P rators ist, die Läufer dieser beiden Wellengeneratoren mit je einer Gleichrichteranordnung verbunden sind und die Reihinschaltung der Gleichrichteranordnungen an- die Erregerwicklung des zu speisenden Motors angeschlossen ist.
2. Schleifring- und kollektorloser Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polzahl der Wellengeneratoren kleiner als die des zu speisenden Motors ist. 3. Schleifring- und kollektorloser Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklungen der Wellengenerato# ren mit Stromrichtern in Antiparallelschaltung verbunden sind, von denen mindestens die Stromrichter der einen Richtung gesteuert sind. 4. Schleifring- und kollektorloser Synchronmotor hach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklungen der Wellengeneratcfren über einen dreiphasigen Umrichter veränderbarer Wechselspannung gespeist sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 502 811; französische Patentschrift Nr. 1305 513; USA.--Patentschriften Nr.- 2 497 141, 2 992 380; Siemens-Zeitschrift, 1963, S. 660; Proceedings of the IEE, Paper 3912 U, Januar 1962, S. 441.