Analyse des Stromwendevorgangs bei wechselspannungsbetriebenen hochtourigen Kommutatormotoren

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1 Analyse des Stromwendevorgangs bei wechselspannungsbetriebenen hochtourigen Kommutatormotoren Dr. Ing. A. Möckel Prof. Dr. Ing. habil. D. Oesingmann

2 Übersicht Problemstellung Wechselstromkommutierung Analyse der Kommutierung Messtechnische Grundlage mit Erregerspannung Vorgänge mit Nutteilung Vorgänge mit Netzperiode Trennung von Über- und Unterkommutierung und vollständiger Kommutierung Kompromiss der Aufteilung Analyse der Kontaktzone Bestimmung der Kontaktzonenbreite während des Betriebs Zusammenfassung

3 Problemstellung Wechselstromkommutierung Kommutierung und Wechselspannung Problem : Variable Randbedingungen bei konstantem Arbeitspunkt Vollständige Kommutierung ohne Stromabriss nur 2x pro Netzperiode möglich Ziel : Richtlinie für optimale Auslegung (Kompromiss aus Über- und Unterkommutierung)

4 Analyse der Kommutierung

5 Randbedingungen der Wechselstromkommutierung i A ½ i A vor Kommutierung ½ i A i AZ Gleichspannung Näherungsweise konstanter Motorstrom Vollständige Kommutierung vor Öffnen des Kommutierungskreises für einen Arbeitspunkt möglich Kommutierung ½ i A i A i AZ ½ i A ½ i A i A nach Kommutierung ½ i A i AZ -½ i A t ½ i A

6 Vorgänge mit Periode der Nutteilung nahezu vollst. Kommutierung i A u E1' Abschaltspitze Erregerspannung i A im 0 Überkommutierung Unterkommutierung Schaltspitze i Az i Az <0 0 >0 0 Strom durch ablaufende Bürstenhälfte t Erregerspannung, Motorstrom, Strom durch die ablaufende Bürstenhälfte bei unterschiedlich eingestellter Kommutierung

7 Vorgänge mit Periode des Netzes ue i [1] maximaler Strombetrag [3] minimaler Strombetrag t i Motorstrom ue Erregerspannung [2] Wechsel der Richtung der Abschaltspitzen Oszillogramm einer Netzperiode mit markierten diskutierten Bereichen

8 [1] Bereich des Strommaximums ue Erregerspannung ue i i Motorstrom t

9 [2] Bereich des Richtungswechsels der Abschaltspitzen ue i Abschaltspitze Überkommutierung Vollständig kommutierter Strom t Überkommutierung Abgeschlossene Kommutierung Unterkommutierung Abschaltspitze Unterkommutierung

10 [3] Bereich des Stromminimums ue Erregerspannung i Motorstrom ue i invertiert, da Strom negativ t Überkommutierung Abgeschlossene Kommutierung Unterkommutierung

11 Kommutierung während einer Netzperiode ue i t Überkommutierung Abgeschlossene Kommutierung Unterkommutierung

12 Analyse der Kontaktzone

13 Abbrandzone an ablaufender Bürstenkante Elektrisch wirksame Kontaktfläche Verbrannte ablaufende Bürstenkante

14 Radius [µm] Kommutatoroberfläche nach längerem Betrieb Drehwinkel [ ] Kuppenförmige Oberfläche der Lamellen

15 Messgrößen Strom und Erregerspannung Erregerspannung Ausgewerteter Abschnitt Motorstrom

16 Beispiel zur Ermittlung der Kontaktzonenbreite u E Beginn Kommutierung Ende Kommutierung Überkommutiert Unterkommutiert -30

17 Zusammenfassung

18 Zusammenfassung Kompromissbildung zwischen Über- und Unterkommutierung nötig Verschärft bei mehreren Arbeitspunkten Ziel: Gleiche Belastung durch Über- und Unterkommutierung Aufteilung mit Erregerspannung kontrollierbar Möglichkeiten der Einflussnahme Bürstenbrückenverdrehung, Sättigung des Ständers verringern, Luftspalt vergrößern Stromamplitude bei gleichem Effektivwert senken Kontaktzonenbreite Überwachen während des Betriebs Optimierung auf minimalen Abbrand

19 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit