Drehfrequenzgeregelter Gleichstromantrieb 10 Seiten

Drehfrequenzgeregelter
Gleichstromantrieb
Entworfen und bearbeitet von der Klasse EEB99
Cuno-Berufskolleg I
Anlagenautomatisierung / Herr Hütten
Elektrische Maschinen und Anlagen / Herr Eisel
Allgemeine Übersicht
Daniel Geisler
Frank Sobczak
René Vanscheidt
3
Arbeitsmaschine real und Versuchsaufbau
Timo Conze
Andre Jackiw
Raul Weber
5
Tachogenerator und Messumformer
Irfan Altunyay
Mathias Biernatowski
7
Sollwertgeber und Vergleicher
Ulli Fischer
Oliver Nock
10
Regler
Markus Schwieren
Marc Zimny
11
Stromrichter und Zündimpulse
Markus Dörr
Markus Knothe
Gleichstrommotoren
Patrik Datz
Marco Teichert
Layout und Koordination
Daniel Heidel
Thorsten Hirtzbruch
Andre Müller
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15
Drehfrequenzgeregelter Gleichstromantrieb
In dieser Ausarbeitung wird ein drehfrequenzgeregelter Gleichstromantrieb dargestellt. Die
Aufgabe der einzelnen Gruppen ist es, die verschiedenen Einheiten, wie z.B. den „Regler“,
explizit zu erklären. Die Hauptaufgabe dieser Anlage ist es eine Regelung nachzubilden, die
in der Realität als z.B. Metall- oder Papierverarbeitende Maschine dargestellt ist. Um die
Einheiten darzustellen, ist hier eine kleine Einführung zu den einzelnen Themen.
Blockschaltbild des drehfrequenzgeregelten Gleichstromantriebs
Die Arbeitsmaschine real und im Versuchsaufbau als Nachbildung
Die Arbeitsmaschine ist ein fremderregter Gleichstromgenerator. Drei separate zuschaltbare
25 W Lampen bilden die Last.
Der Gleichstrommotor
Es wird ein fremderregter Gleichstrommotor verwendet. Er hat ein ziemlich konstantes
Drehmoment bei schwacher Belastung.
Er ist besonders gut zu regeln, da er an getrennten Anker- und Erregerkreis.
Tachogenerator und Messumformer
Der Tachogenerator ist da um die Drehzahl zu erfassen. Die erfasste Spannung ist
proportional zur Drehzahl, d.h. bei hoher Spannung entsteht eine hohe Drehzahl. Die Polarität
der Spannung gibt an welche Drehrichtung vorhanden ist. Der Messumformer soll die
Spannung vom Tachogenerator an die Normspannung der Regelung anpassen.
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Sollwertgeber und Vergleicher
Der Sollwertgeber ist eine konstante Spannungsquelle, die eine Gleichspannung vorgibt, die
der Tachogenerator bei gewünschter Drehzahl ausgeben soll. Der Vergleicher vergleicht die
Vorgabe des Sollwertes mit dem Istwert aus dem Tachogenerator.
Der Regler
Der Regler soll die Differenz vom vorhandenen Istwert zum Sollwert ausgleichen.
Stromrichter und Zündimpulsgeber
Der Stromrichter und der Zündimpulsgeber wird verwendet für die verlustlose
Drehzahlsteuerung von Gleichstrommaschinen. Der Stromrichter ist für die Umwandlung von
Wechsel- in Gleichstrom zuständig. Der Zündimpulsgeber ist zum „zünden“ der Thyristoren
des halbgesteuerten Stromrichters verwendet.
Abschließend ist zu sagen, dass die einzelnen Einheiten zu einer großen Anlagen
zusammengeführt, eine Regeleinheit ergeben. Die einzelnen Themen werden im weiteren
Verlauf dieser Gruppenarbeit noch intensiver dargestellt und zum allgemeinen Verständnis
vorgetragen.
Daniel Geisler
Frank Sobczak
René Vanscheidt
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1
Die Arbeitsmaschine in der Theorie und in der Praxis
In heimischen Walzbetrieben z.B. Firma Bilstein, werden die Walzen einer Walzenstraße
(Tandemstraße) mit Gleichstrommotoren betrieben. Das gewalzte Stahlblech stellt für die
Walzen eine Last dar. Die veränderte Last (abnehmende Dicke des Stahlbleches) erfordert für
die nachfolgenden Walzen, eine Drehzahlregelung. Es erfolgt eine Hochregelung, da durch
abnehmende Dicke, das Blech verlängert wird und somit eine höhere Drehzahl der folgenden
erforderlich ist. Die Einstellung der Drehzahl erfolgt durch eine Drehzahlregelung.
Viergerüstige Tandemstraße
der Firma Bilstein
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In der Schule wird die Form des Versuchsablaufes mit eine r Antriebsmaschine (Motor- /
Generatorsatz), und drei Lampen (unterschiedliche Last) simuliert. Der vom
Gleichstrommotor angetriebene Generator liefert die Spannung, für die Versorgung von drei
Lampen. Wenn ein Teil der Last wegfällt, muss der Gleichstrommotor schneller drehen, da
sich der Widerstand der Lampenlast erhöht. Da aber der Motor auf einer konstanten Drehzahl
gehalten werden muss, wird diese durch eine Regelschaltung mit Taktgeber und
Phasenanschnittsteuerung wider runtergeregelt. Dies wird in der Schule mit einem
Versuchsaufbau realisiert, da es nicht möglich ist eine Walzstraße oder ähnliches aufzubauen.
Timo Conze
Andre Jackiw
Raul Weber
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2
2.1 Messumformer
Messumformer wandeln eine physikalische Größe in eine andere physikalische Größe um.
Einige Beispiele für Messumformer und ihre physikalische Größen:
-
Tachogenerator
Drehfrequenz => Spannung
-
Hallgenerator
magnetische Feldstärke => Spannung
-
Fotowiderstände
Licht => Spannung
-
PTC Widerstände
Temperatur => Spannung
-
NTC Widerstände
-
Transformatoren
Spannung => magn. Fluss => Spannung
2.2 Tachogeneratoren
Tachogeneratoren formen eine Drehfrequenz in eine Spannung um
2.2.1 Unterschiedliche Tachogeneratoren
-
Wechselstromgeneratoren
Drehstromgeneratoren
Drehstromgeneratoren mit Gleichrichter
Gleichstromgeneratoren mit Kommutator
Gleichstromgeneratoren ohne Kommutator
2.2.2 Wechselstromtachogenerator
Wechselstrom – Tachogenerator sind im Prinzip Wechselstrommotoren, die im
Generatorbetrieb arbeiten. Sie liefern eine sinusförmige Spannung deren Frequenz
proportional zur Drehzahl ist. Vom mechanischen Aufbau her besitzt er einen Ständer mit
Statorwicklung und ein Dauermagnet als Läufer, der vom Messobjekt angetrieben wird. Diese
Tachogeneratoren sind äußerst Wartungsarm.
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40
Spannung U in V
35
30
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Drehzahl n in min ¹
2.2.3 Drehstromtachogenerator
Am Ausgang des Drehstrom –Tachogenerators kann eine Sinusförmige Spannung abgegriffen
werden, mit einer Frequenz die der Drehfelddrehzahl des Läufers proportional ist. Die
induzierte Spannung ist Drehrichtungsunabhängig.
Diese Tachogeneratoren haben eine dreiphasige Wicklung im Ständer und im Anker einen
Permanentmagneten. Drehstromtachogeneratoren können Maximaldrehzahlen von bis zu
10000 min¯¹ erfassen und sind äußerst Wartungsarm.
2.3 Gleichstromtachogenerator mit Kommutator
Bei Gleichstromtachogeneratoren kann man am Ausgang eine Gleichspannung abgreifen,
welche proportional zur Drehzahl ist. Diese Tachogeneratoren bestehen im Ständer aus einem
Dauermagneten und im Anker aus einer Kommutatorwicklung. Über Schleifkontakte wird die
Induzierte Spannung vom Anker abgenommen. Die Stromwender und Bürsten müssen bei
diesem
Generatortyp ständig gewartet werden.
Spannungs - Drehzahldiagramm
Spannung U in V
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
200
400
600
800
Drehzahl n in min ¹
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2.4 Gleichstromtachogenerator ohne Kommutator
Die Spannung die dieser Gleichstromtachogenerator erzeugt, ist Drehrichtungsabhängig und
proportional zur Drehzahl. Dieser Generatortyp ist sehr wartungsarm weil er keine
Verschleißteile wie Bürsten und ein Kommutator besitzt. Außerdem eignet er sich für
Antriebe mit großer Dynamik und hohen Drehzahlen (10000 min¯¹)
150
50
-50
0
20
00
40
00
60
00
80
00
10
00
0
10
00
0
10
00
0
0
-10
00
0
-10
00
0
-10
00
0
-80
00
-60
00
-40
00
-20
00
Spannung U in V
100
-100
-150
Drehzahl n in min ¹
Mathias Biernatowski
Irfan Altunyay
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3
Sollwertgeber und Vergleicher
3.1 Sollwertgeber
Für den Sollwert wird eine einstellbare Gleichspannung benötigt, der einzustellende Wert
richtet sich nach der gewünschten Drehfrequenz des Motors.
3.2 Vergleicher
Der Vergleicher gibt die Regeldifferenz (e=w-r) heraus, indem er die Führungsgröße
(Sollwert) und die Rückführungsgröße (Istwert) vergleicht. Es gibt mehrere Möglichkeiten
dieses zu realisieren, einerseits über Software (SPS) und mit
Operationsverstärkerschaltungen, die in dem gegebenen Fall eingesetzt werden.
Bei der OP-Schaltung baut man erst einen Addierer auf, den man dann in einen Subtrahierer
umfunktioniert, indem man eine Spannung umpolt. An dem ersten Eingang E1 wird die
Führungsgröße und an den zweiten Eingang E2 die umgepolte Rückführgröße angelegt. Die
Rückführgröße ist die Spannung, die vom Tachogenerator bei gewünschter Drehzahl
ausgegeben wird, sie ist somit ein Maß für die momentane Drehfrequenz.
Der Vergleicher ist in dem gegebenen Fall mit dem Regler in einem Kompaktgerät
zusammengefasst, in dieses Kompaktgerät müssen nur noch Führungsgröße und
Rückführgröße eingespeist werden.
Ulli Fischer
Oliver Nock
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4
Regelungseinrichtung (Regler)
4.1 Definition:
Eine Regelung ist die Beeinflussung einer Maschine oder eines Gerätes mittels Befehlen,
wobei der Istwert der Regelgröße mit dem gewünschten Sollwert verglichen und
Abweichungen ausgeglichen werden. Es entsteht ein geschlossener Regelkreis.
Der Regler vergleicht den Messwert mit dem eingestellten Sollwert. Sind die werte
unterschiedlich, gibt der Regler einen Stellbefehl an den Stellantrieb, der den Dampfdruck
(siehe unten) so lange verstellt, bis sich der Ist - an den Sollwert der Regelgröße angeglichen
hat.
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4.2 Regeleinrichtungen:
4.2.1 Unstetige Regeleinrichtung:
Bei einer unstetigen Regeleinrichtung kann die Stellgröße nur wenige verschiedene Werte
annehmen.
Ein typisches Beispiel ist die Temperaturregelung mittels Bimetall ( Haarfön) mit einem
Zweipunktregler. Die Ausgangsgröße wird zwischen 2 Grenzwerten gehalten. Der
Durchschnitt entspricht dem Sollwert.
Der Bimetallstreifen der den Schaltkontakt betätigt,
erwärmt sich. Überschreitet die Temperatur den
Sollwert (einen vorgegebenen Maximalwert), schaltet
der Bimetallschalter. Die Temperatur sinkt auf den
eingestellten Minimalwert ab. Das Bimetall dehnt sich
wieder aus und der Schaltkontakt wird geschlossen. Die
Differenz zwischen den Grenzwerten wird als
Schaltdifferenz bezeichnet.
Nachteil:
Der Nachteil des Zweipunktreglers ist, dass der Istwert nicht genau erreicht werden kann.
Beginnt der Schalter zu flattern, wird die Regelung instabil.
Stetige Regeleinrichtung:
Bei einer stetigen Regeleinrichtung wird die Regelgröße ständig überprüft und die Stellgröße
dauernd nachgeregelt.
Beispiel: Drehzahlregelung einer Dampfmaschine. Mit einem Stellglied wird der Dampf so
eingestellt, dass die Drehzahl den gewünschten Wert erhält.
Wird die Maschine belastet, sinkt die Drehzahl durch die Störgröße "Belastung" ab. Ein
Fliehkraftschalter reagiert auf die Drehzahlabsenkung und betätigt über einen Mechanismus
direkt das Stellventil, die Drehzahl steigt wieder an. Die Regeldifferenz und die Stellgröße
sind proportional, man spricht von einem Proportionalregler.
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4.3 Reglertypen:
4.3.1 P - Regler:
P – Regler (Proportional Regler) verändern die Stellgröße proportional zur Regeldifferenz.
Sie arbeiten unverzögert und bewirkt eine bleibende Regeldifferenz.
Sprung
Schaltsymbol
Antwort
4.3.2 I - Regler:
I - Regler (Integral Regler) verändern die Stellgröße proportional zur Regeldifferenz e und zur
Zeit t. Sie arbeiten unverzögert und beseitigen die Regeldifferenz vollständ ig. Meistens in
Kombination mit anderen Reglern, dort wo keine Regeldifferenz erwünscht wird.
Schaltsymbol
Sprung
Antwort
4.3.3 D - Regler:
D - Regler (Differential Regler) verändern die Stellgröße nur, solange sich die Regelgröße
ändert.
Nur in der Kombination mit anderen Grundtypen einsetzbar.
Sprung
Schaltsymbol
Antwort
Seite 13 von 21
4.3.4 PI - Regler:
PI - Regler vermindern die Regeldifferenz sofort und beseitigen die verbleibende
Regeldifferenz.
Universal einsetzbar, geeignet für höhere Ansprüche an die Regelung wie z.B. einer
Druckregelung
Sprung
Schaltsymbol
Antwort
4.3.5 PD - Regler:
PD - Regler verändern die Stellgröße proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der
Regelgröße und proportional zur Regeldifferenz. Sie bewirken eine bleibende Regeldifferenz.
Wegen mangelnder Genauigkeit als Regler selten einsetzbar.
Sprung
Schaltsymbol
Antwort
4.3.6 PID - Regler:
PID - Regler arbeiten schneller als P - Regler und verursachen keine bleibende
Regeldifferenz.
Einsatz bei
hohen Anforderungen an die
Regelgeschwindigkeit und Genauigkeit.
Sprung
Schaltsymbol
Antwort
Markus Schwieren
Marc Zimny
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5
Gleichstrommaschinen
Inhalt z.B. über ...
· Wirkungsweise ( kommutierung, Ankerquerfeld )
· Schaltungen ( Nebenschluss, Reihenschluss )
· Betriebsverhalten
· Einsatzmöglichkeiten
5.1. Anwendungsbeispiele
Ein Gleichstrommotor ( DC - Drives ) ist eine elektrische Maschine, die sehr einfach in der
Drehzahl und im Drehmoment zu steuern ist. Er wird deshalb in allen Größenordnungen
gebaut.
Es gibt Motoren mit unter einem Watt Leistung für die Feinwerktechnik oder Großmaschinen,
die bei einer Spannung von 1500 Volt Leistungen von über 10.000 kW aufnehmen.
Weit verbreitet sind dauermagneterregte Motoren bis zu ca. 100W, die in großer Stückzahl für
die Kfz- Elektrik gefertigt werden. Sie werden dort für Scheibenwischer -, Gebläse - und
Stellmotoren verwendet.
In der Industrie kommen Gleichstrommotoren vor allem in Werkzeugmaschinen,
Förderanlagen und Walzstraßen vor.
In Nahverkehrsbahnen werden sie als Fahrmotoren verwendet.
Außerdem werden sie häufig in Spielzeug verwendet.
Sie werden dort eingesetzt, wo nur eine Versorgung durch Akkumulatoren oder Batterien
möglich ist.
Die Bedeutung von Gleichstromgeneratoren ist seit der Entwicklung des elektrischen
Stromrichters stark zurückgegangen.
Sie werden häufig als Tachogenerator ( Tachodynamo ) zur Erfassung des Drehzahl-IstWertes verwendet.
5.2 Wirkungsweise
Grundlegend ist zu sagen, das die Wirkungsweise eines Gleichstrommotors auf die
Kraftwirkung, die ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld erfährt, beruht.
Das äußere Magnetfeld kann entweder von einem Gleichstrom IE ,der durch die
Erregerwicklung fließt, oder von einem Dauermagneten erzeugt werden.
In diesem Magnetfeld befindet sich eine ebenfalls von Gleichstrom IA durchflossene
drehbare Spule, Ankerwicklung genannt, die das Ankerfeld hervorruft.
Seite 15 von 21
Die beiden
Magnetfelder bilden ein resultierendes Gesamtfeld, das am Ankerumfang ein Drehmoment
bewirkt. Die entstehende Drehbewegung endet jedoch in der neutralen Zone. Das
Ankerquerfeld und das Erregerfeld haben die gleiche Richtung, das Drehmoment ist null.
Um eine kontinuierliche Drehbewegung zu erreichen, muss die Stromrichtung in der
Ankerwicklung und damit das Ankerfeld umgepolt werden. Dadurch haben die Spulenseiten
unter demselben Magnetpol stets dieselbe Stromrichtung. In der Ankerwicklung fließt somit
ein Wechselstrom.
Die Umkehr der Stromrichtung erfolgt durch den Stromwender oder Kommutator. Auf dem
Stromwender ( Kupferlamellen ) gleiten Kohlebürsten, die den Anker mit Strom versorgen.
Durch die Stromrichtungsumkehr ( Kommutierung ) entsteht in der Ankerwicklung eine
Selbstinduktion, die als Stromwendespannung bezeichnet wird.
Diese Spannung versucht, den Stromfluss in der ursprünglichen Richtung aufrecht zu
erhalten. Dadurch wird die Stromwendung behindert.
Um ein gleichmäßiges Drehmoment zu erreichen, werden mehrere Wicklungen gleichmäßig
auf dem Ankerumfang verteilt.
Da bei der Stromwendung die betreffende Ankerspule kurzzeitig kurzgeschlossen wird,
würde aufgrund der Induktionsspannung U0 ein hoher Kurzschlussstrom durch die
Ankerspule fließen, der starkes Bürstenfeuer verursachen würde.
Aus diesem Grund muss die Stromwendung in der neutralen Zone erfolgen, da dann die
Induktionsspannung keine große Rolle spielt.
Das Ankerquerfeld und das Erregerfeld bilden ein gemeinsames Magnetfeld. Durch das
Ankerquerfeld wird das Erregerfeld verzerrt. Dies wird als Ankerrückwirkung bezeichnet.
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Sollte es zu einem Bürstenfeuer kommen, verschmutzen die Lamellen und die Kohlebürsten
werden abgenutzt.
Wird zwischen beiden Hauptpolen der neutralen Zone eine Wicklung angeordnet, kann die
Ankerrückwirkung auf die neutrale Zone beschränkt und auch die Wirkung der
Stromwendespannung aufgehoben werden.
Diese Wicklungen nennt man dann Wendepolwicklungen.
Das Erregerfeld wird in einer Polhälfte geschwächt, in der anderen weniger verstärkt (
Sättigung ). Die Feldschwächung wirkt drehzahlerhöhend und gleichzeitig
drehmomentreduzierend. Der Motor wird instabil.
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Stromwendespannung und Ankerrückwirkung sind vom Ankerstrom IA abhängig. Deshalb
muss die Wendepolwicklung so in Reihe mit dem Anker geschaltet werden, dass ihr Feld dem
Ankerfeld entgegenwirkt. Ihr Widerstand muss möglichst klein sein, um die Verluste gering
zu halten. Die Wendepolwicklungen haben jedoch keinen Einfluss auf die Feldverzerrungen
an den Polen.
Durch Kompensationswicklungen, die in die Hauptpole eingelegt werden, kann der Einfluss
des Ankerfeldes ausgeglichen werden. Die Kompensationswicklung muss so vom Ankerstrom
durchflossen werden, dass ihr Feld dem Ankerfeld entgegenwirkt. Auch sie muss
niederohmig ausgeführt werden.
5.3 Betriebsverhalten
5.3.1 Anlassen
Beim Anlassen wird ein wesentlich höherer Strom als der Nennstrom fließen. Das liegt daran,
das im Stillstand noch keine Gegenspannung im Anker induziert wird.
Der fließende Strom wird nur durch den geringen Ankerkreiswiderstand RA begrenzt Desto
geringer er ist, desto geringer sind die Verluste im Motor.
Der hohe Anlaufstrom belastet das Netz. Er kann die Stromquelle und den Motor, gemeint ist
die Ankerwicklung und der Kommutator, beschädigen.
DIN VDE 0650 besagt, das der Anlassspitzenstrom das 1,5-fache des Nennstromes nicht
überschreiten darf.
Durch einen Anlasswiderstand ( Anlasser ) kann der Strom begrenzt werden. Dreht sich der
Anker, so steigt mit zunehmender Drehzahl die Gegenspannung an und verringert die
Stromaufnahme. Der Anlasswiderstand kann verringert werden, wobei die Verluste im
Anlasser sehr schlecht sind.
Mittlerweile gibt es gesteuerte Gleichstrommotoren. Dort können die Motoren verlustarm
hochgefahren werden.
5.3.2 Drehrichtung
Gleichstrommotoren können sowohl links als auch rechts herum laufen.
Blickt man auf die Antriebsseite, gilt der Lauf im Uhrzeigersinn als Rechtslauf. Bei Motoren
mit zwei Wellenenden ist das dem Kommutator gegenüberliegende Wellenende maßgebend
für die Bestimmung der Drehrichtung.
DIN VDE 0650 sagt, das Rechtslauf vorliegt, wenn die Erregerwicklung und die
Ankerwicklung in der Reihenfolge der Ziffern vom Strom durchflossen wird.
Möchte man die Drehrichtung eines Gleichstrommotors ändern, muss entweder die
Stromrichtung im Anker oder die im Erregerfeld umgekehrt werden.
Normalerweise wird die Umkehr des Stromes im Anker bevorzugt, da das Erregerfeld eine zu
hohe Induktivität hat.
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Diese würde beim umkehren ( reversieren ) eine hohe Induktionsspannung erzeugen, die die
Drehrichtungsumkehr verzögern würde und zur Wicklungsbeschädigung führen kann.
Außerdem wird dadurch beim häufigem Drehrichtungswechsel die ständige
Ummagnetisierung des Hauptfeldes vermieden.
5.3.3 Drehzahl
Es gibt mehrere Faktoren für die Drehzahl eines Gleichstrommotors. Zum einen liegt es an
der angelegten Spannung, weiter ist der Erregerfluss, der Ankerkreiswiderstand und der
Lastdrehmoment verantwortlich.
Außerdem wird die Drehzahl von den Konstruktionsdaten des Motors ( z.B. Polpaarzahl, Zahl
der parallelen Ankerzweige ) beeinflusst.
Diese Daten verändern sich während des Betriebes nicht und werden in der
Maschinenkonstanten zusammengefasst.
5.3.4 Drehzahlsteuerung
5.3.4.1 Ankerstellbereich
Wird die Ankerspannung bei konstantem Erregerfeld und konstantem Lastmoment verringert,
so sinkt der Ankerstrom. Dadurch wird das Drehmoment des Motors kleiner und die Drehzahl
sinkt. Die geringere Drehzahl hat eine kleinere Gegenspannung zur Folge. Ankerstrom und
Drehmoment steigen an. Die Drehzahl verringert sich so lange, bis das Drehmoment wieder
gleich dem Lastmoment ist.
Wird die Ankerspannung bei konstantem Erregerfluss verringert, so sinkt die Drehzahl des
Motors unter die Nenndrehzahl.
5.3.4.2 Feldstellbereich
Wird das Erregerfeld bei konstanter Ankerspannung und konstantem Lastmoment
geschwächt, Erregerstrom wird kleiner, nimmt die Gegenspannung ab.
Der Ankerstrom und das Drehmoment steigen. Der Anker dreht sich schneller. Dadurch steigt
die Gegenspannung wieder an und verringert den Ankerstrom.
Die Drehzahl steigt so lange an, bis der Motor das gleiche Drehmoment hat wie vor der
Änderung des Erregerfeldes.
Eine Schwächung des Erregerfeldes ( Feldschwächenbereich ) bewirkt einen Anstieg der
Drehzahl über die Nenndrehzahl des Motors hinaus.
Die konstantem Ankerstrom verringert sich jedoch das nutzbare Drehmoment, während die
Leistung konstant bleibt.
Die Drehzahl wird durch die Kommutierungsgrenze begrenzt, bei der die Ankerrückwirkung
die Stromwendung verhindert.
Die Ankerrückwirkung kann durch die Kompensationswicklung ausgeglichen oder durch die
Verringerung des Ankerstromes verringert werden.
Eine Verringerung der Drehzahl durch die Stärkung des Erregerfeldes ist in der Regel wegen
der magnetischen Sättigung nicht möglich.
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5.3.5 Bremsen
Beim Bremsen hat man ähnliche Verhältnisse wie beim Anlassen.
Schaltet man nämlich die Ankerspannung abrupt ab, so steigt der Strom in der Ankerwicklung
stark an. Dies ist durch die im Erregerfeld induzierte Spannung zu erklären. Da die
kompensierende Wirkung der Ankerspannung fehlt, steigt der Strom an. Da dieses sehr
schlecht für den Motor ist, muss dir Spannung vor dem abschalten schrittweise herab gesetzt
werden.
Dies kann durch gesteuerte Gleichrichter oder mit Ankerwiderständen erfolgen. Die
Spannungssteuerung wird hier allerdings bei weitem bevorzugt, da sie es ermöglicht, die
Bewegungsenergie ins Netz, aus welchem der Motor versorgt wird, zurück zu speisen (
Nutzbremse ).
5.4 Schaltungen
5.4.1 Nebenschluss
Beim Nebenschlussmotor ist die Erregerwicklung parallel zur Ankerwicklung geschaltet.
Beide Wicklungen liegen an einer Spannung.
Die Drehzahl fällt bei Belastung ab, da das Erregerfeld indirekt vom Ankerstrom (
Spannungsfall im Netz ) beeinflusst wird.
Um beim Anlassen des Motors den Ankerstrom zu begrenzen, liegt in Reihe zum Anker der
Anlasswiderstand. Im Betrieb wird er dann überbrückt.
Die Erregerwicklung wird ebenfalls über den Anlasser geführt, damit beim Ausschalten des
Motors die entstehende Selbstinduktion über den Anlasswiderstand und den Ankerkreis
kurzgeschlossen wird.
Der Nebenschlussmotor wird heute nur noch da verwendet, wo man nur eine
Spannungsquelle hat und wo die Leistung permanenterregter Motoren nicht ausreicht.
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5.4.2 Reihenschluss
Beim Reihenschlussmotor sind Ankerwicklung und Erregerwicklung in Reihe geschaltet.
Beide Wicklungen werden vom gleichen Strom durchflossen.
Die Erregerwicklung muss allerdings, nicht wie im Nebenschlussmotor, niederohmig sein.
Beim Anlauf und bei Belastung wird ein großer Strom aufgenommen, der ein großes
Drehmoment erzeugt. Es liegt ein hohes Anlaufdrehmoment vor.
Die Kopplung des Erregerstroms mit dem Ankerstrom wirkt sich allerdings negativ auf die
Drehzahl aus. Durch die Verringerung der Drehzahl bei Belastung steigt der Ankerstrom an.
Das stärker werdende Erregerfeld bewirkt ein weiteres Absinken der Drehzahl, bis sich ein
stabiler Arbeitspunkt einstellt. Die Drehzahl fällt bei Belastung stark ab.
Bei Entlastung steigt die Drehzahl, und der Strom wird kleiner. Das Erregerfeld wird
geschwächt und die Drehzahl steigt stark an. Bei völliger Entlastung ( Leerlauf ) nimmt die
Drehzahl immer weiter zu, da das Erregerfeld weiter geschwächt wird. Der Motor geht durch.
Die Drehzahl des Reihenschlussmotors ist sehr lastabhängig.
Eine Drehzahlerhöhung kann durch einen Feldsteller parallel zur Erregerwicklung oder durch
Anzapfung der Erregerwicklung erreicht werden.
Eine Drehzahlminderung ist durch die Verringerung der Spannung möglich.
Außerdem muss der Anlaufstrom durch einen Anlasser begrenzt werden.
Der Reihenschlussmotor wird aufgrund des hohen Anlaufdrehmomentes und der Steuerung
der Fahrgeschwindigkeit über die Betriebsspannung zum Antrieb von Fahrzeugen ( z.B.
Straßenbahn, Lokomotive ) eingesetzt. Außerdem wird der Reihenschlussmotor bei
Hebezeugen, Autoanlasser,.... verwendet.
Patrik Datz
Marco Teichert
Signature
Not Verified
Thorsten
Hirtzbruch
Digitally signed by
Thorsten Hirtzbruch
DN: cn=Thorsten
Hirtzbruch, c=DE
Date: 2002.12.02
21:36:06 +01'00'
Reason: Document
is certified
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