Kommutierung von Asynchronmotoren

Normalerweise haben Frequenzumrichter für Asynchronmotoren ja eine
Sinuskommutierung. (Space Vector Puls Weiten Modulation = SVPWM).
Hat hier irgendjemand eine Ahnung was passiert, wenn man eine
Asynchronmaschine (aus Bequemlichkeitsgründen) versucht mit einer
Blockkommutierung zu betrieben? Gibt es kommerzielle Umrichter an welchen
man sowas zu Testzwecken einstellen und ausprobieren kann? Bei der
Blockkommutierung sind ja immer nur 2 Wicklungen gleichmässig
eingeschaltet, die dritte Wicklung ist aus. Die Stromsumme ist
ebenso wie bei der Sinuskommutierung konstant und ein Drehfeld gibts doch
eigentlich auch?
Theorie: Ein BLDC Motor hat einen Drehmoment proportional zum Strom. Bei
passender Kommutierung stimmt die Kraftrichtung und es ensteht ein fast
konstantes Drehmoment. Der Asynchronmotor hat aber (Ersatzschaltbild Trafo)
einen Drehmoment entsprechend der Stromänderung. Daher befürchte ich, dass
die Eisenverluste steigen (Sättigung) und das Drehmoment abfällt während
BLDC nahezu "immun" auf verschiedene Kommutierungsarten ist. Auf der
anderen Seite könnten sich die Stromänderungen beim Asynchronmotor ja auch
im Wesentlichen aus dem Schlupf ergeben, so daß ein Drehmomentverlust in
der Praxis gar nicht wesentlich erkennbar ist.
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Jürgen Veith
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das kommt auf den Bahnhof an, wenn ich dich richtig verstanden habe.
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Franz Glaser (KN)
gehen müsste das prinzipiell, aber der Motor wird aufgrund des großen Oberschwingungsgehaltes der Speisung hohe Eisenverluste und erhöhte Zusatzverluste haben. Damit ergibt sich eine höhere Erwärmung und der Motor darf nicht mehr mit der vollen Last beaufschlagt werden. Auch dürften sich Auswirkungen auf die Drehmomentkonstanz (erhöhte Pendelmomente) und ein signifikant lauteres Geräuschverhalten ergeben.
Jürgen Veith schrieb:
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doc_alfred
Franz Glaser (KN) schrieb:
Komisch, das ging mir auch gerade durch den Kopf. :-)
Dieses Thema vielleicht schon mal mit den einschlägigen Antriebsherstellern durchgesprochen?
Loher oder LDW sind an der Stelle durchaus eine qualifizierte Quelle. (Speziell Loher; Die sind unser Stammlieferant für Umrichter-Motor-Kombinationen)
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Thilo Niewöhner
Hallo Jürgen,
Jürgen Veith wrote:
Vorsicht, wenn Du eine gewöhnliche Asynchronmaschine für Netzbetrieb verwendetest! Diese besitzt idR. einen Stromverdrängungsläufer, um den Lastanlauf zu verbessern.
In aller Kürze: Bei großem Schlupf und damit bei hohen Läuferfrequenzen, wird der Strom in den Läuferstäben zum Luftspalt hin verdrängt. Bei Stromverdrängungsläufern sind die Stäbe am Luftspalt recht schmal (Keilstäbe oder Doppelstäbe), sodass der Widerstand bei Stromverdrängung stark ansteigt und sich damit ein erhöhtes Anzugsmoment ergibt.
Literatur: Nürnberg, Werner: Die Asynchronmaschine -- ihre Theorie und Berechnung unter besonderer Berücksichtigung der Keilstab- und Doppelkäfigläufer, Springer, Berlin, 1952.
Die starken Oberwellenanteile der Blockbestromung bewirken ebenfalls eine heftige Stromverdrängung. Wenn Du nicht aufpasst verbrennt Dir der Läufer schneller als Du gucken kannst :-(
Ja, nur aber mit entsprechenden Oberwellen. Der Raumzeiger der Durchflutung dreht sich nicht gleichmäßig, sondern springt -- man redet dann auch von "Wackelvektoren" ;-)
Nicht alles was hinkt ist ein Vergleich... Bei dem klassischen bürstenlosen DC-Motor handelt es sich um eine permanentmagnetisch errgegte Synchronmaschine, deren Erregung -- wie der Name schon vermuten lässt -- konstant ist. Bei der Asynchronmaschine musst Du die Erregerdurchflutung über die Statordurchflutung erst aufbauen, sie ist also nicht grundsätzlich konstant, sondern nur dann, wenn die Statorbestromung entsprechend geregelt wird -- vgl. feldorientierte Regelung.
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Volker Bosch
Besten Dank mal für deine Hinweise. Habe zwischenzeitlich mal ein kommerzielles Teil zerlegt und gesehen, daß die auf dem Zwischenkreis mit der dritten Harmonischen kommutieren. Die Einzelströme sehen fast rechteckig aus an der Maschine löscht sich das aber wieder weg und man hat blosen Sinus was ich zuletzt sogar rechnerisch kapiert habe. In der Anleitung ist dann die Rede von VFC und CFC (Current Flux Control) so ganz selbstverständlich für jeden Elektriker vorausgesetzt, aber erklärt wird es wohl absichtlich nirgendwo. Es scheint als ob es vor mir noch eine Lernkurve mit erheblichen Steigungen gibt, bis ich ein eigenes Teil halbwegs zu laufen kriege. Die Preise für F/U sind wohl zudem auch so ausgelutscht, daß man ein fertiges Teil für weniger als die Summe der Einzelteile kaufen kann.
Beim durchlesen deiner Synchronseite ist mir jetzt auch klar geworden, warum mein im jugendlichen Leichsinn ausprobierter Umbauversuch für eine Handbohrmaschine auf Links/Rechtslauf so kläglich gescheitert ist. Hat linksrum blos gefunkt und gestunken und keine Wurst mehr über den Tisch gezogen. Übrigens bin ich gelegentlich in der Keltenschanze und man sieht wieder mal wie klein die Welt ist.
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Jürgen Veith
Hallo Jürgen,
Jürgen Veith wrote:
[...]
Huch, wie meinst Du das? Sensorlose Lageerfassung, basierend auf der 3. Harmonischen der Maschinenspannung? Das interessiert mich, da mir bisher kein kommerzielles Produkt bekannt ist, das dieses Verfahren implementiert hat.
Meinst Du wirklich die Ströme und nicht die Spannungen? Es ist nicht möglich einer Drehstrommaschine (ohne bestromten Sternpunkt) eine 3. Harmonische im Strom aufzuzwingen. Das gilt auch für alle Vielfachen von 3.
Zu Zeiten der Thyrister-Umrichter war 120°-Blockbestromung üblich. Durch die Zwischenkreisdrossel wurde ein (nahezu) konstanter Strom eingeprägt. Wenn Du ein Rechteck-Signal mit 120°-Blockbreite fouriertransformierst, wirst Du jedoch feststellen, dass es keinerlei 3. Harmonische (und deren Vielfache) enthält.
Bei der Spannung ist es jedoch üblich, dem Ausgangssignal eine 3. Harmonische hinzuzufügen. Diese hat in der Drehstrommaschine (mit offenem Sternpunkt) keine Auswirkungen, führt aber dazu, dass die Grundschwingungsamplitude größer werden kann als die Zwischenkreisspannung.
Oh je, die üblichen Schlagworte. Anstatt zu erklären, was triviales gemacht wird, erfindet man lieber nixsagende Akronyme -- armes Deutschland!
Vor allem musst Du sämtliche herstellerspezifischen Akronyme lernen um mitreden zu können ;-)
Das gilt doch heut' für sämtliche Jubelelektronik.
Was für eine Maschine? Eine bürstenlose DC-Maschine? Wenn deren Lageerfassung sensorlos arbeitet, dann sollte das Vertauschen von zwei Zuleitungen genügen. Wenn die über Rotor-Lagegeber verfügt, wirds schon schwieriger...
Die Universalmaschine sollte das eigentlich (weitgehend) problemlos mitmachen -- einfach die Zuleitungen zu den beiden Bürsten vertauschen. Aber Vorsicht: Moderne Maschinen verdrehen den Bürsten-(verschaltungs-)Winkel beim Umschalten. Die zeigen dann in beiden Richtungen eine sehr schlechte Kommutierung (Maschine feuert gut ;-).
Da komme ich nur noch selten hin -- bin aber nicht wirklich unglücklich, dass Studium und Assistentenzeit um sind. So wie heute die Unis an die Wand gefahren werden, zieht's mich da nicht mehr hin...
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Volker Bosch
Ja, ich habe die Spannung gemeint. D.h. wenn die Differenz zwischen 2 Sinusfunktionen einen Sinus gibt, so bleibt das Ergebniss gleich, wenn man zu diesen 2 Funktionen das gleiche dazuzählt. Die 3. Harmonische ist deshalb gleich, weil sich deren Periode nach 2/3 pi wiederholt, d.h. eigentlich ist der Phasenwinkel um 2 pi versetzt was aber im Ergebniss nichts ausmacht.
Was sich hinter der Vektorregelung versteckt ist mir noch nicht so ganz klar. Bei Synchronmaschinen ja, weil da ja der angreifende Kraftwinkel des Sinus zur Kommutierung immer passen muss (D-Q Ebene). Entsteht ein Kommutierungsfehler durch zu langsame Rechenzeit, so rastet das Teil wie ein Schrittmotor aus und es geht eigentlich hinter dem Kippmoment weiter ohne dass dieser wirklich überschritten wurde. Bei einer Async Maschine kann dies nicht passieren, d.h. ein Kippmoment muss wirklich vorliegen um überschritten zu werden. Deshalb kommen die ganzen Frequenzumrichter auch mit echten Krücken von der Rechenzeit als CPU solange sie nur in der HW 6 PWM Ausgänge haben. Ein DSP oder eine schnelle HW Regelung macht zwar beim BLDC Motor einen Sinn, nicht aber beim Async Motor der eine viel schlechtere Dynamik hat wo ms locker reichen um irgend was nachzuführen.
So ist nach meinem momentanen Verständnis beim Async der Schlupf und der Blindstrom (=Magnetisierung) das einzige was ausgeregelt werden kann. Macht man dies nicht, so läuft das Teil auch nicht schlechter als normal am Netz, zumindest wenn die Drehzahl nicht besonders klein ist, so daß man den Spannungsabfall am Ständer R gegenüber X vernachlässigen kann. Und auch dann kann man noch die Pulsweite für eine typische Last bei kleiner Drehzahl gefahrlos etwas erhöhen.
Was an einer Strommessung zu tun ist, ist mir daher noch nicht ganz klar. Kurzschlusschutz der Endstufe muss Was für eine Maschine? Eine bürstenlose DC-Maschine?
Ein Universalmotor mit Kohlen (Handbohrmaschine). Vermute dass die Kohlenstellung auf das Ankerquerfeld angepasst waren und das hat in der Gegenrichtung nicht gepasst.
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Jürgen Veith
Oder einfacher: Die 3. Harmonischen sind in sämtlichen Maschinensträngen in Phase. Du kannst sie also von aussen nicht beinflussen, wenn Du keinen Zugriff auf den Sternpunkt hat. Das gilt übrigens auch bei Dreieckschaltung.
Wenn Du den augenblicklichen Zustand der Rotordurchflutung kennst, kannst Du auf dessen Achse ebenfalls regeln wie bei einer Synchronmaschine. Den besten Artikel zu diesem Thema habe ich übrigens in der Siemens-Zeitschrift von 1971 gefunden:
Blaschke, Felix: Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage für die Transvektor-Regelung von Drehfeldmaschinen. Siemens-Zeitschrift 45, 10/1971, S. 757--760.
Flöter, Wilfried; Ripperger, Herbert: Die Transvektor-Regelung für den feldorientierten Betrieb einer Asynchronmaschine. Siemens-Zeitschrift, 45, 10/1971, S. 761--764.
Dito für Synchronmaschinen:
Bayer, Karl-Heinz; Waldmann, Hermann; Weibelzahl, Manfred: Die Transvektorregelung für den feldorientierten Betrieb einer Synchronmaschine, Siemens-Zeitschrift, 45, 10/1971; S. 765--768.
Diese Betrachtung gilt nur für den stationären Betrieb. Da könnte man die ASM auch "schlupfgesteuert" betreiben. Bei dynamischen Vorgängen fällst Du damit jedoch heftig auf die Nase.
In den oben genannten Artikel wird noch das Luftspaltfeld über Hallsensoren detektiert. Wenn man davon die Statordurchflutung subtrahiert, kennt man die Rotordurchflutung.
Ich würde eine Kombination aus beidem verwenden.
[...]
Hast Du vielleicht lediglich eine der beiden Erregerwicklungen umgepolt -- dann würde ich verstehen, dass die Maschine nichts sinnvolles mehr macht...
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Volker Bosch
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Volker Bosch schrieb:
???
In der Dreieckschaltung gibt es keine 3. (6., 9., ...) Harmonischen der Stromkomponenten; das sind reine Nullströme.
Gruß aus Bremen Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz
X-No-Archive: Yes
begin quoting, Volker Bosch schrieb:
Selbstverständlich meinte ich die Anschlußleitungen. Was der Verbraucher treibt, ist doch nur dessen Problem.
Gruß aus Bremen Ralf
Reply to
Ralf Kusmierz

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