Grundsätzlicher Aufbau einer dreisträngigen Drehfeldwicklung:

Transkript

1 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite Grundsätzlicher Aufbau einer dreisträngigen Drehfeldwiclung: +c a -b - a +a c b +b -c Wiclungsschema mit Nutenplan Einschichtwiclung: Eine Spulenseite pro Nut c a N W dg. b U W V U W V. ASM Wirungsweise.doc, :

2 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite Luftspaltdurchflutung, wenn räumliche Phasenwinel der Stränge mit den zeitlichen Phasenwineln der Ströme übereinstimmen: +a -c +b -a +c -b Θ ωt=0 t Ia x Ic Ib t ωt=0 ωt x ωt=60 ωt t x Die Amplitude der Grundwelle der Durchflutung ist onstant.. ASM Wirungsweise.doc, :

3 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite Wird nur ein Strang bestromt, oder ist nur ein Strang vorhanden, so entsteht ein reines Wechselfeld: +a -c +b -a +c -b Θ t Ia x t x ωt t x ωt Die Amplitude der Durchflutung ist nicht onstant. Im Fall einer unsymmetrischen Bestromung aller Wiclungsteile ergeben sich sowohl Drehstrom- als auch Wechselstromomponenten. ASM Wirungsweise.doc, :

4 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite 4 Mathematische Beschreibung von Wechsel- und Drehfeldern Querschnitt einer - strängigen, - poligen ASM Darstellung des "Raumzeigers" B in der Gauß'schen Zahlenebene w Räumliche Flußdichteverteilung bei Erregung eines Stranges mit einer Lochzahl q = 4. Zerlegung in Grund- und Oberfelder. Ordnungszahlen der Grundwelle (ν = p ) und Oberwellen: - und -strängige Wiclung: ν = p( a + ), a = 0, ±, ±,... -strängige Wiclung: ν = p( 6a + ), a = 0, ±, ±,... Drehfelddrehzahl (=Umlaufgeschwindigeit) ν fn nd = ν. ASM Wirungsweise.doc, :

5 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite 5 Mathematisch önnen reine Drehfelder mit der Funtion Bd = Beff exp j ω t + ϕ + γ dargestellt werden (ϕ : zeitliche Phasenlage, γ : räumliche Lage des erzeugenden Stranges). Superposition von Drehfeldern: a) zwei gleichsinnig umlaufende Drehfelder (ϕ = 0 ) Drehfeld b) zwei verschiedene gegensinnig umlaufende Drehfelder elliptisches Drehfeld c) zwei gleich gegensinnig umlaufende Drehfelder Wechselfeld (Drehfeld mit der Drehfrequenz 0) Umehrschluß: Elliptische Drehfelder und reine Wechselfelder lassen sich mathematisch als Summe von gegenläufigen Drehfeldern ("Mit-" und "Gegenfeld") beschreiben.. ASM Wirungsweise.doc, :

6 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite 6 Bedingungen zur Erzeugung eines Drehfeldes mit Hilfe einer allgemeinen Drehfeldwiclung: Der Aufbau einer beliebig geschalteten Drehfeldwiclung, bestehend aus =,,..., m Strängen, die räumlich jeweils um γ gegenüber der reellen (Raum)-Achse verschoben sind, ist in folgendem Bild dargestellt: Jeder Strang erzeugt eine Reihe von Wechselfeldern mit der Amplitude ν B, wobei sich jede Oberwelle dieser Reihe als Summe von zwei gegenläufigen Drehfeldern halber Amplitude darstellen lässt. Für jede Oberwelle des Strangs ließe sich also anschreiben B B Bw, = exp j ωt γ + exp j ωt + γ. Die Ströme in den anderen Strängen sind gegenüber dem Strom im Strang um die beliebige zeitliche Phasenlage ϕ verschoben. Die Wechselfelder der übrigen Stränge ergeben sich zu B B Bw, = exp j ωt γ + ϕ + exp j ωt + γ + ϕ.. ASM Wirungsweise.doc, :

7 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite 7 Elliptisches Drehfeld Das resultierende Feld lässt sich als Summe aller Einzelfelder darstellen: B R = + + m = B, R S T R T S = w B + B exp j γ γ + ϕ + K + B exp j γ γ + ϕ m m m B + B exp j γ + γ + ϕ + K + B exp j γ + γ + ϕ m m m U V W U V W exp j exp j ωt + γ ωt γ Es entstehen zwei gegenläufige Kreisdrehfelder. Die Amplitude dieser Drehfelder hängt von der räumlichen Stranglage γ und der zeitlichen Phasenlage der Ströme ϕ ab. Im allgemeinen Fall ergibt sich also ein elliptisches Drehfeld. Bedingung für das entstehen eines (elliptischen) Drehfeldes: mindestens zwei Stränge mit zwei zeitlich phasenverschobenen Strömen. Beispiele für Maschinen mit elliptischen Drehfeldern sind Einphasenwechselstrommotoren oder Spaltpolmotoren.. ASM Wirungsweise.doc, :

8 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite 8 Kreisdrehfeld Aus dem allgemeinen elliptischen Drehfeld wird ein Kreisdrehfeld, wenn eine der geschweiften Klammern null wird. Dies tritt z. B. dann auf, wenn alle Amplituden gleich sind: B = B = K= Bm = B und die Phasenlagen einen "symmetrischen Stern" bilden. Für den -ten Strang muss gelten: γ π γ + ϕ = m ( ) oder -γ + π γ + ϕ = m ( ) Beispiele: a) zweisträngige Wiclung: = : γ + γ + ϕ = π π π setze: γ = 0, γ =, ϕ = dann: BR = + Bexp j ωt γ b) dreisträngige Wiclung π = : γ + γ + ϕ = 4π = : γ + γ + ϕ = π π π π setze: γ = 0, γ =, ϕ =, γ =, ϕ = damit: BR = + Bexp j ωt γ Reine Drehfeldwiclungen lassen sich grundsätzlich mit jeder beliebigen Strangzahl > erzeugen!. ASM Wirungsweise.doc, :

9 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite 9 Drehmoment In der Vorlesung "Eletrische Maschinen" wird aus der Leistungsbilanz das von der Grundwelle mit der Polpaarzahl ν = p und allen Oberwellen ν der Drehfeldwiclung erzeugte Drehmoment einer Asynchronmaschine hergeleitet: P M = ν v i ν s π fn mit dem Schlupf ν νn n s = =. ν fn nd Das Drehmoment ist also proportional den von der jeweiligen Drehfeldwelle erzeugten Rotorverlusten! Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines -strängigen Asynchronmotors, Ständer- und Läuferströme sowie Oberfeldmomente mit der Ordnung ν ν p = 5 und p = 7.. ASM Wirungsweise.doc, :

10 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite 0 Ein elliptische Drehfeld besteht aus einem mitlaufenden und einem gegenlaufenden reinen Drehfeld mit unterschiedlicher Amplitude. Mit den zugehörigen Drehmomenten ann die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie ermittelt werden:. ASM Wirungsweise.doc, :

11 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite Drehmoment - Drehzahlverhalten bei Vergrößerung des Rotorwiderstandes Drehmoment - Drehzahlverhalten bei verschiedenen Läuferstabprofilen. ASM Wirungsweise.doc, :

12 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite Drehzahlstellmöglicheiten: Polumschaltbare Wiclung (Dahlander - Schaltung) Änderung der Ständerfrequenz mit Frequenzumrichter. ASM Wirungsweise.doc, :

13 . Asynchronmotor: Wirungsweise Seite Veränderung der Höhe der Versorgungsspannung (Luftspaltfluss). ASM Wirungsweise.doc, :