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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Drehstrommotor


Autor: Techniker (Gast)
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Hallo!

Folgende Situation ist gegeben:
-Drehstrommotor wird von Umrichter angesteuert.
-Umrichter gibt konstantes Drehfed mit 1kHz vor.
-Drehstromasynchronmotor folgt dem Drehfeld bis ca. 59500rpm
-Im Motor wird der Nennstrom von 10A über variable
Zwischenkreisspannung eingeprägt

Was passiert nun genau, wenn ich am vom Motor mech. Leistung abnehme?

Therorie 1: Der Motor möchte nun mehr Strom ziehen, was aber die
Stromregelung nicht zulässt und somit die Zwischenkreisspannung
zurücknimmt => Motor bleibt stehen

Therorie 2: Durch den erhöhten Schlupf steigt der Blindwiderstand und
somit auch der Scheinwiderstand. Der Strom sinkt und die Stromregelung
erhöht die Zwischenkreisspannung, bis wieder nennstrom fließt.

Welche Therorie stimmt und warum?

Cu!

Autor: Techniker (Gast)
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:-(

Kennt sich hier auch niemand damit aus? seufz

Autor: Matthias H. (Gast)
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Bei der Asynchronmaschine nimmt der Strom etwa proportional mit der
Belastung zu. Abweichungen gibts nur durch den Blindstrom. Bei 59500
Umdr. denke ich ist das Leerlauf, oder. Der Nennstrom fließt aber erst
bei Nennlast. Also kannst du bis zur Nennlast Leistung abnehmen.

Autor: Matthias H. (Gast)
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bei höherer Last an der Welle ist die Läuferdrehzahl geringer. Also gibt
es eine höhere Relativbewegung zwischen Läufer und Ständerdrehfeld. Es
wird eine höhere Spannung im Läufer induziert. Also fließt ein höherer
Strom. Extremfall: der Läufer steht -> induzierte Spannung maximal ->
im Läufer fließender Strom maximal -> Tod.

Autor: Techniker (Gast)
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Hallo Matthias!

Der Strom ist immer gleich, da dieser eingeprägt ist!

59500rpm ist der Leerlauf - richtig. Ist aber auch nicht weiter wichtig
für die Begründung einer der beiden Therorien.

Im "normalen" Betrieb, d.h. Spannung konstant, ändert sich wie du
schon sagtest der Strom. Hier ist aber der Strom durch einen
Zwischenkreisregler konstant und es ändert sich die Spannung!

Aber wie verhält sich die Regelung, wenn am Motor Leistung entnommen
wird? Wie Therorie 1 oder Therorie 2? Und warum?

Autor: Matthias H. (Gast)
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um bei Leerlauf auf 10A zu kommen, muss die Spannung ja wesentlich höher
als die Nennspannung sein. Bei Nennlast geht man ja davon aus, dass der
Strom für die Induktion im Läufer verwendet wird. Bei Leerlauf wird ja
quasi nichts induziert und es wirkt einfach nur der Blindwiderstand der
Ständerwicklung.

Autor: Techniker (Gast)
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Hmmm... Da ist auch was dran...! :-/

Aber nach welchem Funktionsprinzip muss dann ein Umrichter arbeiten,
der zwischen 15Hz und 1150Hz Drehfeld ausgeben muss?

Mit steigender Drehzahl wird jedenfalls eine größere Spannung benötigt.
Das ist sicher..!

Wie würdest du dir so ein Regelprinzip eines solchen Umrichters
vorstellen?

Danke & Ciao!

Autor: Matthias H. (Gast)
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ich denke, dass der Strom von 10A nur in einem gewissen Spannungsbereich
konstant gehalten wird. Was natürlich auch heißt in einem bestimmten
Bereich um die Nennlast. Nach unten geht das ja, da kann er die
Spannung gegen Null fahren. Dafür gibts ja auch die Boost-Schaltung.
Nach oben hin ist dann irgendwann Schluss mit 10A.

Autor: Techniker (Gast)
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Wie wäre dann nach deiner Meinung nach die Spannungsregelung zu
realisieren?

Da ja mit steigender Kreisfrequenz auch der Blindwiderstand steigt und
somit bei konstanter Spannung die Abgabeleistung (=Drehzahl) rapiede
einbrechen würde, muss die Spannung mit steigender drehzahl nachgeführt
werden. Ich habe NICHT vor die Drehzahl direkt zu regeln, jedoch sollte
Sie nicht allzustark einbrechen.

Die Frage ist nun, wie diese Spannungsnachführung auszusehen hat..!

Ist diese einfach eine lineare kennline zwischen Drehzahl und Umax?

(..und ich muss dann nur noch bei Überstrom die Spannung
dementsprechend zurückregeln..?)

Oder wie meintest du das genau?

Autor: R. T. (Gast)
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Also wenn ich das richtig verstanden habe wollen Sie für verschiedene
mechanische Belstungen eine konstante Drehzahl erreichen ohne die
Frequenz des Umrichtes zu ändern nur durch Steuerung der
Zwischenkreisspannung ?

Man kann das natürlich so machen,
aber das Kippmoment ist proportional zum Quadrat zur Spannung (!!), so
dass du die Methode wirklich nur anwenden kannst wenn die genau weisst

welche Drehmomente an der Welle wirken werden.
Wenn du nur die Spannung regelst bleibt ausserdem Kippschlupf konstant.
Mit der Steuerung beeinflusst du also nur den Anstieg
Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.

Autor: Techniker (Gast)
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Hallo R.T.!

Ich möchte einen Umrichter bauen, bei dem ich die Drehzahl von 500rpm
bis etwa 70000rpm einstellen möchte. Die Drehzahl möhte ich nicht
regeln, da diese nicht 100%ig stabil sein braucht. jedoch soll eine
gravierende Abweichung (z.B. 2500 bei 70000rpm) einigermassen vermieden
werden.

bevor ich mich an die Umsetzung wage möchte ich auf alle Fälle schonmal
ein funktionsfähigesRegel-prinzipschaltbild haben. Es nützt nichts, wenn
ich ins blaue Entwickle ohne zu Wissen wie der Motor später reagieren
wird. Deshalb meine Fragen hier.

Das Drehfeld generiere ich mittels 3 verschobenen Sinusen,
Brückensteuerdaten sowie einem Dreiecksignal. Raus kommt dabei die
PWM-Sinus-Drehfeld. Dieser Schaltungsteil ist bereits funktionsfähig.
Die "Geschwindigkeit" dieses Drehfeldes kann ich über einen einzigen
Takteingang sauber steuern.

Mein Problem ist nun, wie ich die Spannungshöhe für den Motor bestimme.
Durch das 3Phasen-PWM-Signal und der Motorinduktivität entsteht ein
sauberes Sinus-Drehfeld. Die Höhe dieser Spannung muss ich nun mittels
variablen Zwischenkreis anpassen (Halbgesteuerter Gleichrichter mit
fetten Elkos).

Wie muss ich nun die Spannung (max.50V) im ZK einstellen, bei:
a) Leerlauf 1000rpm
b) Halblast 1000rpm
c) Volllast 1000rpm
d) Leerlauf 70000rpm
e) Halblast 70000rpm
f) Volllast 70000rpm

Ich hoffe, dass ich nun verständlich mein problem erklärt habe. Falls
noch was unklar sein sollte, dann bitte bescheid geben.

Dankeschön!

Autor: 4004er (Gast)
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Welche Masse und Durchmesser hat der Rotor? Wie willst Du bei
59000RPM(70000RPM) die Fliehkräfte bändigen?

4004er

Autor: Techniker (Gast)
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Hallo 4004er!

Das ist eine sog. Hochfrequenzspindel. Diese hat etwa 57mm Durchmesser
und ist ein ganz teures und spezielles Teil!

Passenden Umrichter gibt es nur als Ersatz und kostet etwa
7000EUROnen!!  -> Darum Selbstbau!

Gruß, Techniker

Autor: Techniker (Gast)
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Kennt sich keiner so gut mit Asynchronmotoren aus? :-(

Autor: Profi (Gast)
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Die Zwischenkreisspannung ist in etwa proportional zur Drehzahl.
Nur im unteren Bereich erhöht man sie leicht.

10A im Leerlauf erscheint mir viel. Wird der Motor warm dabei?
Evtl. geht das Eisen in Sättigung oder es gibt massive
Wirbelstromverluste.

Wenn Du mit konstantem Strom treibst und die Spannung frei lässt, wird
er bei Belastung stehenbleiben.

Ich würde mal prüfen, ob Du die Zwischenkreisspannung überhaupt
variabel machst, oder ob Du mit PWM nur kurz ansteuerst.

Gerade bei Ebay gesehen:
http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&categ...
Der Z80-mensch hat noch jede Menge interessantes Zeugs!

http://www.a-m-c.com/products/trap.htm

War hier nicht kürzlich eine Thread mit HF-Spindeln, u.a. deren
Verwendung in Modell-Hubschraubern?
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-129189.html

Autor: Thomas Hergenhahn (Gast)
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Ein FU für "normale" Motoren macht das so:
Bei Nennfrequenz(Nenndrehzahl) liegt Nennspannung an. unterhalb nimmt
die Spannung mit der Frequenz proportional zu. Um bei sehr niedrigen
Frequenzen überhaupt ein Drehmoment zu erzeugen, beginnt die Kennlinie
nicht bei 0 sondern bei ca 5% Nennspannung. Oberhalb der Nenfrequent
wird die Spannung konstant gehalten, die entnehmbare mechanische
Leistung sinkt.
Die Spannungsregelung erfolgt im allgemeinen nicht durch Änderung der
ZK-Spannung sondern durch die PWM.

Autor: simon (Gast)
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Wenn Du beim DAM 10A im Leerlauf verbrätst, dann setzt sich dieser Strom
zusammen aus den Verlusten Deiner Mechanik (Lager...) und dem Ohmschn
Anteil Deiner Windungen. Da sind 10A schon gewaltig viel. Wenn Du den
Motor nun belastest, wird die Drehzahl einbrechen, weil er ja durch den
konstant gehaltenen Strom nicht mehr Energie zuführen kann. Würdest Du
den Strom nicht begrenzen, würde er natürlich erst mal durch die
größere Induktion mehr Strom ziehen, den Du dann an der Welle abnehmen
könntest. Weil Du den Strom aber begrenzt, ist die zugeführte Leistung
konstant. Was Du also an der Welle abnimmst muss irgendwo herkommen.
Hier kommen nun Deine 10A Grundlast zum tragen. Wenn Du die Drehzahl
minimierst, vermindern sich die Verluste an den mechanischen Elementen.
Gleichzeitig steigt, durch den größeren Schlupf die Induktion im Läufer.
Dieses Spiel kannst Du treiben, bis der Motor einbricht, also das
Kippmoment überschritten wird. Zu diesem Zeitpunkt fließ aber bereits
ein gewaltiger Strom in Deinem Läufer, was sich in viel Wärme bemerkbar
macht.
Der Widerstand des Läufers bleibt gleich, was steigt ist die induzierte
Spannung durch die höhere Frequenz und somit steigt proportional der
Strom. (Veränderungen durch Erwärmung mal vernachlässigt) Zwar ist in
der Formel primär keine Frequenz zu erkenne U1/U2 = I1/I2 = ü1/ü2, aber
wenn Du mal einen Sinus von 1Hz und 1000 Hz an einen Trafo anlegst,
wirst Du sehr schnell die Frequenzabhängigkeit erkennen. Die obere Form
ist einfach optimiert für den gemeinen Elektriker, genauso wie Û = u *
sqrt(2). Das passt nur bei sin 50 Hz sonst ist es einfach nur
Schwachsinn. Zurück zu Deinem Motor.
Ich denek dass die Hauptverluste Deines Motors in der Mechanik liegen
werden und qudratisch mit der Drehzahl steigen. Somit wird Dein
Kippmoment theoretisch erschreckend niedrig liegen.
Wir reden hier aber nicht vonn einem normalen DAM und somit spielen
hier konstruktionsbedingte Besonderheiten die große Rolle.
Ich würde sowas nie und nimmer nicht an den Herstellerspezifiktionen
vorbei betreiben. Sowas geht schnell ins Auge.
Prinzipiell ist Dein Motor ein Leistungswandler, der elektrische
Leistung in mechanische umwandelt. Dabei steigen die mechanischen
Verluste in der Regel quadratisch mit der Drehzahl.
Im Prinzip wäre es egal ob Du dem Motor 1V und 10A oder 10V und 1A
zuführst, wenn da nicht der ohmsche Anteil der Wicklung wäre.
Wenn Du dem Motor nicht gestattest, sich die Leistung, die er braucht,
mit dem Strom selbst nachzuregeln, z.B. weil der Querschnitt der
Wicklungen es nicht hergibt, dann kannst du auch die Drehzahl
überwachen und die Spannung nachregeln, bis die Leiterisolation nicht
mehr ausreicht.
Der Strom wird bei 10A abgeschnürt. Wenn dieser Strom nicht durch die
mechanischen Verluste, sondern durch den ohmschen Anteil der Wicklungen
verursacht wird, findet, bis zu einer gewissen Grenze, bei steigender
Belastung eine Veränderung dahingehend statt, dass der induktive Anteil
steigt während der ohmsche abnimmt. In diesem Fall würde der Motor
binnen kürzester Zeit versterben, wenn er im Leerlauf betrieben würde.
Solche Motoren müssen in der Regel in Anpassung betrieben werden, d.h.
dass der Aussenwiderstand gleich dem Innenwidertand sein muss. Ist Ra
zu groß, ist der Strom im Läufer zu hoch und ist er zu klein ist der
Strom im Stator zu hoch.

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