eine Frage zur Auslegung eines Drehstrom-Umrichters für einen
15kW Synchronmotor: Würde man einen solchen Umrichter so bauen, dass er einen sinusförmigen Strom an die Wicklungen des Motors abgibt, oder einen rechteckförmigen?
Ich habe schon gelernt, dass die Eisenverluste und natürlich die verursachten Störungen bei einem rechteckförmigen Strom höher sind. Gibt es noch weitere Vor- oder Nachteile?
Vor allen Dingen, gibt es Nachteile eines Sinusförmigen- Stromes?
Da Dir nur die Grundschwingung des Stromes das gewünschte Drehmoment erzeugt, solltest Du auf sämtliche Harmonischen wenn möglich verzichten. Btw. einen rechteckförmigen Strom kannst Du in eine Drehstrommaschine ohne beschaltetem Sternpunkt nur einspeisen, wenn er exakt 120° breit ist, da alle anderen Blockbreiten eine dritte Harmonische aufweisen, die Du ohne Sternpunkt aber nicht in die Maschine bekommst. Um einen solchen
120°-Blockstrom in die Maschine zu bekommen benötigst Du eine dicke Drossel im Zwischenkeis des Umrichters anstelle des Kondensators, was zu Begin der Leistungselektronik auch tatsächlich so gemacht wurde...
Wenn Deine Synchronmaschine einen Dämpferkäfig hat, dann vermeide tunlichst alle Harmonischen auf dem Strom, die verursachen dann nur Verluste und der Dämpferkäfig wird angenehm warm. Bei Maschinen ohne Dämpferkäfig gibts nur Rüttelmomente durch die Harmonischen.
Mir sind keine bekannt. Theoretisch könntest Du natürlich einen trapezförmigen Strom in die Maschine zwingen (geht aber wie gesagt nur bei beschaltetem Sternpunkt, den Dir Dein Umrichter nicht liefert) und damit eine Grundschwingungsamplitude erzeugen, die über Deinem maximalen Strom liegt.
Dieses Verfahren wendet man aber m.W. nur bei Spannungen an.
Vielen Dank für die ausführliche Antwort! Das hat mir sehr geholfen.
Das verstehe ich nicht ganz.
Der Hintergrund ist, dass ich hier einen Motor mit Steuerung vorliegen habe, der einen 120° Blockstrom verwendet. Der Motor wird heiß wie nichts gutes und stört wie die Sau (bei der 50. Oberwelle habe ich zu messen aufgehört). Mein Thema ist eher die EMV als Energietechnik.
Erst rechnen dann posten! Bei 120° Blockbreite ist Deine 3. Harmonische genau 0 -- und genau mit Deinem Einwand habe ich gerechnet...
Wenn Du Dir die Mühe machen würdest, die Fourierkoeffizienten für ein bipolares Rechtecksignal der Amplitude b, der Pulsbreite t_b und der Periodendauer T zu berechnen, würdest Du erhalten:
4 b t_b a_\nu = --- --- sin ( \nu \pi --- ) für \nu = 1, 3, 5... \nu \pi T
120° heisst Blockbreite t_b = T/3
Einsetzen ergibt für \nu = 3
4 b T/3 4 b - --- sin (3 \pi --- ) = - --- sin \pi 3 \pi T 3 \pi
mit sin \pi = 0
Also merke, nicht alles was schön rechteckförmig aussieht beinhaltet auch eine 3. Harmonische... (Das selbe gilt überigens für alle Vielfachen von 3.)
Schade, dass ich diese Frage nie in einer Prüfung gestellt habe ;-)
Was will uns dieser hoch philosphische Satz sagen? Wer behauptet, dass ein Umrichter Drehstrom abgeben muss? Darf ein Drehstromsystem keine Harmonischen aufweisen? Fragen über Fragen...
Interessanter Hinweis. Das müsste ich in der Zeitbereichsmessung des Stromes sehen. Glücklicherweise sehe ich es nicht ;-)) Sonst würde es ja noch komplizierter...
Hm, das ist Maschinentheorie und würde vermutlich den Rahmen sprengen, wenn ich es hier in aller Breite erläutern sollte... Nur soviel: Dadurch, dass die drei Maschinenstränge eine Drehstrommaschine genau 1/3 Periode gegeneinader versetzt sind, sind die 3. Harmonischen in sämtlichen Motorsträngen in phase. Nur über die 3 Aussenleiter kannst Du also keine 3. Harmonischen des Stromes erzeugen. Einfach mal aufzeichen, dann wird vieles klar.
Wie ist der Motor aufgebaut? Besitzt er Oberflächenmagnete? Dann wirken diese u.U. wie ein Dämpferkäfig und die Harmonischen in der Durchflutung erzeugen gewaltige Wirbelströme in den Magneten, wenn diese el. leitfähig sind.
Nu hab ich alter Mann was junges dazu gelernt - vergeltsgott!
Doch, darf. Wenn sie sich in den Stern (oder ins Dreieck) einfügen und wenn das Eisen das bißchen Zusatzverluste wegstecken kann. Aber der Fourier "als solcher" rechnet nicht damit, das habe ich sagen wollen.
Daß der Drehstrom mit den höherfrequenten, überlagerten Spannungen umgehen muß, das ist seine Sache - dem Drehstrom seine, wenn sie nun mal da sind (norddeutsch: "sind sie vorhanden"). Ob es die nichtdritte oder die fünfte oder die siebte ist, das ist dann auch schon einer- lei.
Da treten in jedem Strang Spannungen dreifacher Netzfrequenz auf. Weil die dritte Harmonische aber in allen Strängen gleichphasige Spannungen hervorrufen,tritt bei in Stern geschalteter Ständerwicklung in der verketteten Spannung 3f nicht mehr auf. Das ist der Grund, warum Generatoren in Stern geschaltet sind. Bei in dreieck geschalteten Ständerwicklung würde sich ein Kreisstrom 3f herausbilden. Dieser würde zusätzliche Stromwärmeverluste erzeugen.
Im Prinzip hast du ja anfangs daraufhin geziehlt. Aber die Harmonischen sind trotzdem vorhanden. Durch besondere Formgebung der Ständerwicklung können diese minimiert werden. Werden aber eben nicht
Och Franz, die Anneliese Fourie tanzt doch bereits mit Herrn Pungs, Herrn Poulsen sowie Alexanderson und Goldschmidt. Das sind längst nicht alle, aber wohl die bekanntesten ;-)
Nee, das ist reine Mathematik. Egal ob Strom, Spannung oder was auch immer. Ein Signal mit 120° breiten Blöcken enthält keine 3. Harmonische (und keine 9. und keine 15. usw.) -- glaub's mir doch einfach oder rechne selber. Starte mit 180° Blockbreite, vermindere diese dann. Du wirst feststellen, dass sich im Verhältnis zur Grundschwingung die 3. vermindert. Bei exakt 120° ist die 3. Null, wenn Du die Blöcke noch schmäler machst, taucht sie wieder auf, aber mit um 180° verschobener Phase. Angeblich kann Excel doch eine (F?)FT durchführen, also probier' es doch einfach mal -- Freiwllige vor! Mir glaubt Ihr's ja doch nicht!
Btw., glaub' mir bitte, dass ich weiss wovon ich schreibe. Ich habe bei mehreren Projekten mit bürstenlosen DC-Motoren die 3. Harmonische der induzierten Spannung zu Lagedetektierung verwendet (vgl.
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und kenne dieses Phänomen recht gut. Bau' eine entsprechende Maschine, deren Rotormagnete genau 120° breit sind und wirst feststellen, dass die 3. Harmonische in der induzierten Spannung extrem gering ausfällt (wobei ich mochmals darauf hinweisen möchte, dass man die 3. Harmonische der induzierten Spannung nur gegen den Sternpunkt messen kann).
Blödsinn! Diese Harmonische können durch mehrere Maßnahmen unterdrückt werden, was auch gemacht wird, wenn der Sternpunkt des Generator beschaltet werden muss. Stichworte hierzu: Sehnungsfaktor oder Sinuspol.
Ja, aber gerüchteweise soll es Synchronmaschinen mit beschaltetem Sternpunkt geben...
Die Kreisströme der Dreieckschaltung sind im echten Leben übrigens recht unproblematisch, da sie durch die Stranginduktivitäten sehr stark gedämpft werden (dreifache Impedanz der Grundschwingung).
Aber jetzt programmier' Deinen Arbitrary-Generator mit einem 120° breiten bipolarem Pulssignal, häng' den Spektrumanalyzor daran und suche nach der
Harmonischen. Oder probier's, wie oben beschrieben, mit Excel. Zeig' mir bitte ein entsprechendes Spektrum!
Nein, das mit dem 120°-Signal ist eine andere Baustelle! Wobei, eigentlich hast Du recht. Ist Dir schon aufgefallen, dass die drei Phasen eines Drehstromsystems um genau 120° gegeneinander versetzt sind? Ein Zufall?
Nein, nicht wenn die Spannungsblöcke genau 120° breit sind -- glaub es mir doch bitte, oder rechne die Fouriertransformation selber durch!
Formgebung ist der falsche Ausdruck. Das Stichwort heisst Sehnung. d.h. jede Spule wird auf 120° (oder 2/3 einer Polteilung) verkürzt -- oh, da sind die magischen 120° wieder -- sollte das nur ein Zufall sein?
Sorry, ausgemachter Blödsinn! Eine auf 2/3 Polteilung (oder eben 120°) gesehnte Wicklung weist keinerlei dritte Harmonische auf! Lieteraur gefällig? Bitte:
mit dem Verkürzungsfaktor eta_v und der Ordnungszahl \nu der entsprechenden Harmonischen.
120° Spulenbreite entspricht einer Verkürzung um 60° oder \pi / 3, da ein Pol genau 180° breit ist.
Oben eingesetzt, ergibt sich für die 3. Harmonische ein Sehnungsfaktor von
\pi / 3 \pi cos 3 ------- = cos --- = 0 2 2
Wenn Du's mir noch immer nicht glaubst, lass mich ein anderes Beispiel liefern: Kennst Du die guten alten Thyristor-Umrichter mit Strom-Zwischenkreis? Diese haben genau 120° breite Stromblöcke auf die Maschine geschaltet, indem sie den von der Zwischenkreisdrossel eingeprägten Gleichstrom entsprechend "zerhackt" haben. Wenn ein solcher Stromblock eine dritte Harmonische aufweisen würde, dann würde das bedeuten, dass ich über die drei Aussenleiter einer Drehstrommaschine eine dritte Harmonische des Stroms aufzwingen kann. Wie soll das aber funktionieren, wenn, wie Du selber oben geschrieben hast, eine im Stern geschaltete Maschine keine 3 Harmonische der Stranspannung an den Aussenleitern zeigt, dann kann im Gegenzug über die verkettete Klemmenspannung keine dritte Harmonische einer Spannung an die einzelnen Maschinenstränge angelegt werden? Wie soll aber ein Strom fließen, wenn keine entsprechende Spannung treibt?
Überrascht bin ich trotzdem, daß ich das nicht wußte. Und tatsäch- lich freu ich mich wie ein Schneekönig, daß ich alter Depp in der dsie was Neues lernen darf, was nix mit Vuurschriften zu tun hat.
Wie ein Jungbrunnen ist das.
Heute hab ich 2 Aufträge verloren aber eine Erkenntnis gewonnen.
Ich habe gleichzeitig Strangstrom und Strangspannung gemessen. Der Strangstrom e-Funktion-förmig (1-e^(-x)), d.h. zweite Ableitung negativ. Würde das Eisen in die Sättigung gehen, müsste der Strom ab einem bestimmten Zeitpunkt stark ansteigen, tat er aber nicht.
Wenn ich keinen Denkfehler gemacht habe, sollte das gegen eine Sättigung sprechen.
Wir haben es hier mit einem eingeschwungenem Zustand zu tun.
So sehe ich das auch. Aber woher kommen dann die starken Harmonischen wenn nicht von der Magnetisierungskurve?
Ich nehme mal an, das deine SYM nicht selbst anläuft? In diesem Fall müßte die Spannung mit der Frequenz steigen.
Läuft deine SYM aber selbst an, arbeitet sie ja erst als Asynchronmotor. Könnte es sein, das sie dann aus irgendeinem Grund nicht in den Synchronzustand gezogen wird? In diesem Fall dürften Wirbelströme (je nach Konstruktion) fröhliche Rekorde feiern ;-)
Zwischen SYG und SYM gibs Unterschiede. Deshalb mein Einwand.
Interessantes Argument.
Wenn du schon den Sehnugsfaktor erwähnst, dann bitte gleich die volle Schönheit. Da wären zu nennen:
Verkleinerung der Oberwellenampiltude in der Feldkurve des Läufers.
Wahl einer Ständerwicklung bei der für die wichtigsten Oberfelder der Wicklungsfaktor möglichst 0 ist.
Die wichtigsten Möglichkeiten zur Verkleinerung des Wicklungsfaktors sind entsprechende Sehnung (sagtes du ja) und die Verwendung sog. Bruchlochwicklungen.
Bei den meisten SIM werden Bruchlochwicklungen eingesetzt.
Solange es sich um "Spiel-SYG" handelt, ist es so.
Erklär den Zufall.
Beruhige dich wieder ;-) Bauweise hat viel mit Erfahrung zu tun. Die läßt sich nicht mit der Anne Fourie so einfach errechnen. Ist ja ein Grund warum so viele hoffnungsfrohe Konstruktionen von Jungkonstrukteuren schlicht in den Müll wandern ;-(
Kein Grund dich zu entschuldigen. Wenn etwas Blödsinn ist, ist es nunmal so. Aber vorher sollte man trotzdem nochmal nachdenken.
In Ruhe nachdenken und kompetente Leute konsultieren schadet nie ;-)
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