Drehzahl von Asynchron-Schleifringläufern über Läuferrückspeisung einstellen?

[Sarah E. (meneymaus)]

Hallo zusammen,

bei der Asynchronmaschine ist die Drehzahl des Läufers ja immer etwas 
langsamer als vom Drehfeld. Die Drehzahl kann somit nicht so einfach 
geändert werden, es sei denn man hat einen Frequenzumrichter.

Jetzt hab ich gehört, dass man die Drehzahl von der 
Schleifringläufer-Variante über die sog. Läuferrückspeisung ändern kann.

So wie ich das verstehe, wird die Läuferspannung zunächst 
gleichgerichtet und vom Zwischenkreis über den Wechselrichter in 
Abhängigkeit vom Steuerwinkel kann so ein Teil zurück ins Netz gespeist 
werden. Je nach Steuerwinkelöffnung des Wechselrichters wird damit die 
Drehzahl beeinflusst.

Funktioniert das so? Warum hat dies dann einen Einfluss auf die 
Drehzahl? Ich hätte erwartet, dass nur das Moment geringer wird und die 
Drehzahl fast konstant bleibt so wie bei zu geringer Klemmenspannung.

Gruß Sarah

[Mathias W. (lotstation)]

Könnte es sich um die USK (Untersynchrone Stromrichterkaskade) handeln?
Das wurde in den 70er Jahren für grosse Antriebe (Kesselspeisepumpe im 
Grosskraftwerk Mannheim) von Brown Boveri geliefert.

[oszi42 (Gast)]

Sarah E. schrieb:
> Jetzt hab ich gehört, dass man die Drehzahl von der
> Schleifringläufer-Variante über die sog. Läuferrückspeisung ändern kann.
Japp, ist eine Rückvergütung

[Sarah E. (meneymaus)]

Mathias W. schrieb:
> Könnte es sich um die USK (Untersynchrone Stromrichterkaskade) handeln?
> Das wurde in den 70er Jahren für grosse Antriebe (Kesselspeisepumpe im
> Grosskraftwerk Mannheim) von Brown Boveri geliefert.

Genau die ist das. Das verstehe ich nicht, wieso damit die Frequenz 
beeinflusst wird, das Ständerdrehfeld liefert doch weiterhin 50 Hz.

[Mathias W. (lotstation)]

Zur Funktion verweise ich auf die Fachliteratur z.B. "Philippow TaBu der 
Elektrotechnik" Bd 5: Dort steht im Kap. 2.2.4.2:
"Die Methoden zur Drehzahlstellung von Asynchronmotoren ergeben sich
1. durch Veränderung der Frequenz des Speisenetzes...
2. durch aktive Beeinflussung des Läuferkreises beim Einprägen einer 
schlupffrequenten Zusatzspannung...
3. durch Einflussnahme auf den Schlupf über U1 bzw. R2..."

Weiter wird die USK als Methode der Läuferspannungssteuerung genannt und 
aus der Theorie der ASM abgeleitet; ausserdem sind etliche Verweise auf 
weiterführende Quellen angegeben.
Ich verstehe unter 1. die heutige Standardapplikation durch Vorgabe 
einer variablen Speisefrequenz des Ständers.
3. scheint mir die frühere Methode der Anlasswiderstände im Läuferkreis 
(über Schleifringe)
2. ist die Variante, nach der du dich erkundigst, nach Philippow ist nur 
ein eingeschränkter Drehzalstellbereich 1:0,5 möglich, jedoch soll sie 
verlustarm sein, daher wohl für Leistungen >200kW geeignet.
Ich kenne die USK nur vom Hörensagen, war einige Monate im GKM und hatte 
während des Studiums einen Dozenten, der von BBC kam und mit der USK zu 
tun hatte.

[Peter R. (pnu)]

Ein vielleicht einfacherer Erklärungsversuch:

Fall: der Stator erzeugt ein den 50 Hz entsprechendes Drehfeld der Rotor 
dreht nur mit der Drehzahl entsprechend 40 Hz.

Wenn man dann den Rotor mit 10Hz-Strom speist, entsteht ein mit 10Hz 
relativ zum Rotor drehendes Feld: Das Feld des Rotors dreht sich dann, 
vom Stator her gesehen, gleich schnell wie das des Stators: Es besteht 
der Zustand einer Synchronmaschine wo die Kraftübertragung durch den 
Phasenwinkel der beiden Felder zueinander geschieht.

Beim Asynchronmotor spielt der Vorgang wie in einer Schlupfkupplung eine 
Rolle: Antrieb  und Abtrieb übergeben das Drehmoment durch Reibung:
Meinetwegen 1kNm mit 3000 Touren beim Antrieb und 2400 Touren beim 
Abtrieb
Die Leistung aus Drehzahldifferenz und übertragenem Drehmoment wird 
völlig als Reibung verbraten. hier also 600 Touren mal Drehmoment.

Beim Synchronmotor wird die Differenzleistung abgenommen( per 
Gleichrichtung der 10Hz )und dann per Wechselrichter der 50Hz-Seite 
eingespeist. Also idealerweise nicht verbraten.

Beim Kraftwerk hat man das Problem des Synchronzwangs durch das 50Hz 
Netz.
Die Dampfturbine hat je nach Belastung eine etwas andre optimale 
Drehzahl. Mit der in der Frequenz (oder Phase)steuerbaren Rotorspeisung
erhält man eine stetig variable Übersetzung mit möglicherweise 
geringeren Verlusten.

[Sarah E. (meneymaus)]

Peter R. schrieb:
> Ein vielleicht einfacherer Erklärungsversuch:
>
> Fall: der Stator erzeugt ein den 50 Hz entsprechendes Drehfeld der Rotor
> dreht nur mit der Drehzahl entsprechend 40 Hz.
>
> Wenn man dann den Rotor mit 10Hz-Strom speist, entsteht ein mit 10Hz
> relativ zum Rotor drehendes Feld: Das Feld des Rotors dreht sich dann,
> vom Stator her gesehen, gleich schnell wie das des Stators: Es besteht
> der Zustand einer Synchronmaschine wo die Kraftübertragung durch den
> Phasenwinkel der beiden Felder zueinander geschieht.
>

Hmm, zunächst einmal danke für die Erklärungen, die ich glaube ich 
verstanden habe.

Auf das Beispiel bezogen, angenommen der Stator hat 50 Hz und der Rotor 
soll mit 40 Hz rotieren und eine Frequenz mit 10 Hz einspeisen. Bedeutet 
dies dann, dass ich an den Läufer einen Wechselrichter, der mit 10 Hz 
taktet, anschließe und der Rotor dreht dann mit 40 Hz?
Dann wäre man doch recht frequenzflexibel und könnte so über die 
Wechselrichtertaktfrequenz die Rotordrehzahl einstellen oder nicht?

[Hans B. (Gast)]

Windkraftwerke -mit varialbler Rotordrehzahl- verwenden oft dieses 
Prinzip.

https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelt_gespeiste_Asynchronmaschine

[Peter R. (pnu)]

Der Wikipedia-Artikel beschreibt das besser als ich.

[Hans B. (Gast)]

Noch ein -hoffentlich richtiger- kurzer Erklärungsversuch:
Der Stator erzeugt ein Netzsynchrones magnetisches Drehfeld.
Verwendet man einen Läufer mit Drehstromwicklung (über Schleifringe von 
einem Wechselrichter) kann ein rechts- od. links-Drehfeld
im Läufer erzeugt werden.
Die Drehzahl des Motors (od. Generators) ist von der Differenz der 
beiden Drehfelder abhängig.

(Frequenz der mechanischen Rotation +/- Frequenz der elektrischen 
Rotation.
Bei Frequenz Null der Rotoransteuerung hat man eine Synchronmaschine; 
Beim Kurzschliessen der Rotorwicklungen eine "normale" 
Asynchronmaschine.)

[A-Freak (Gast)]

> Auf das Beispiel bezogen, angenommen der Stator hat 50 Hz und der Rotor
soll mit 40 Hz rotieren und eine Frequenz mit 10 Hz einspeisen. Bedeutet
dies dann, dass ich an den Läufer einen Wechselrichter, der mit 10 Hz
taktet, anschließe und der Rotor dreht dann mit 40 Hz?
Dann wäre man doch recht frequenzflexibel und könnte so über die
Wechselrichtertaktfrequenz die Rotordrehzahl einstellen oder nicht?

Ja exakt so macht man das

Letztendich hast du damit eine Synchronmaschine wo aber nicht die ganze 
Leistung durch den Frequenzumrichter muß sondern sich sozusagen aufteilt

[Sarah E. (meneymaus)]

Mir war nicht klar, dass man mit Widerständen im Läuferkreis die 
Drehzahl beeinflussen kann. Damit wird auch klar, was der Umrichter mit 
sich zieht, nämlich dass einfach nur die Leistung ins Netzt gespeist 
wird anstatt ungenutzt zu bleiben.

Ich habe es jetzt verstanden, vielen Dank :-)