Drehstrom-Asynchronmaschine (Drehzahlsteuerung)

Die Drehzahl von Drehfeldmaschinen (Wiederholung)

Die der Drehfelddrehzahl n hängt von zwei Größen ab

  1. der Frequenz f
  2. und der Polpaarzahl p

Synchrondrehzahl

In der Praxis wird die Maschinendrehzahl auf drei Arten verstellt:

  1. ändern der Polzahl (Dahlanderschaltung) - fixiertes Drehzahlverhältnis
  2. änderung der Frequenz
  3. änderung des Schlupfes (Widerstand des Läufers)

Verstellung der Frequenz

Was geschieht, wenn in einer Drehstromwicklung die Frequenz verstellt wird?

  1. der Blindwiderstand XL steigt mit steigender Frequenz f → Motorstrom IM und Fluss Φ sinken
  2. umgekehrt sinkt XL und IM mit sinkender f → die Wicklung verbrennt und der steigende Φ treibt das Eisen in Sättigung
  3. die Fe-Verluste hängen stark von f ab →
    1. die Ummagnetisierungsverluste sind proportional
    2. die Wirbelstromverluste steigen quadratisch
  4. Das Drehmoment M ist proporzional dem Fluss Φ. Bei bloßer Frequenzänderung ändert sich auch der Fluss. Nach dem Zusammenhang

ergibt sich als Lösung eine gemeinsame Verstellung von Frequenz und Spannung.

änderung der Spannung

Die Spannung kann nur verkleinert werden. Damit sinkt aber die Drehzahl und die Kühlung wird schwächer!

Das Drehmoment sinkt quadratisch mit UN.

Der Motor kann nur anlaufen, wenn das Anzugsmoment MA höher als das Lastmoment ML ist, daher können frequenzgesteuerte Drehstromantriebe nur bei Antrieben mit quadratischem Zusammenhang von MD→ n verwendet werden.

Hängt das Verhalten der Last quadratisch mit der Drehzahl zusammen (bei Lüftern oder Pumpen), so ist das Lastmoment stets kleiner als das Antriebsmoment.

änderung des Schlupfes

Der Steuerbereich von DAS-Maschinen kann durch Widerstandsrotoren (vgl. Schleifringläufer) erhöht werden, die Rotorstäbe werden aus Si-Legierungen hergestellt: Drehzahl-Steuerbereich bei DASM

Umrichter allgemein

Im E-Maschinenbau wird zwischen

  • rotierenden (Maschinen-) Umformern und
  • statischen (elektronischen) Umformern unterschieden

    Umrichten heißt:

  • f1 in f2; dabei kann f = 0 sein (Gleichstrom); oder
  • U1 in U2

    Schema Umrichter

    • Frequenzumrichter

    FU

    Aus Wechsel-( oder Dreh-)strom wird Gleichstrom erzeugt und danach wieder Wechsel-( oder Dreh-)strom. Zwischen den Umformern liegt der sogenannte Zwischenkreis, der die Glättung (Siebung) übernimmt.

    Elektronische Frequenzumformer bieten den Vorteil, dass Uundf im richtigen Verhältnis geregelt werden können.

    DC-DC Umrichter

    Das Prinzip eines Sperrwandlers:

    Sperrwandler Während der Durchlassphase des Halbleiterschalters wird elektrische Energie im Übertrager gespeichert, die in der Sperrphase abgegeben wird.

    Wechselrichter

    Das Prinzip eines einphasigen Thyristorwechselrichters in Mittelpunktschaltung:

    Wechselrichterprinzip Nachteil dieser Anordnung ist der sehr hohe Oberwellengehalt der Wechselspannung (weit von der Sinusform entfernte Kurvenform).

    Pulsweitenmodulierte Wechselrichter:

    Sie arbeiten praktisch mit einer gesteuerten Gleichrichterbrücke.

    PWM-Wechselrichter Die GTO-Thyristoren (Gate-Turn-Off; löschen mit Steuersignal) der Brückenzweige schalten abwechselnd mit einer bestimmten Tastfrequenz (Pulsweite) einen Strom über den zwischen den Brückenzweigen angeschlossenen Verbraucher. Die Glättungsdrossel bringt die spezielle Stromform (Ladung-Entladung einer Induktivität nach einer Exponentialfunktion).

    PWM-Stromform

    Wechselrichter für Drehstrom:

    Sie arbeiten praktisch mit einer gesteuerten Drehstrombrücke.