Synchronmaschine Bremsen

Markus

Markus

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Hallo,

ich suche nach eine guten Lösung um eine Sychronmaschine elektrisch zu bremsen wenn der FU ausfällt.

Klassiche Bremsgeräte von ASM die einen Gleichstrom einprägen sind beim Synchronmotor leider wirkungslos...


Durch kurzschliessen der Wicklungen erreiche ich nur ca. 60% von Nennmoment, da die Spannung fast gegen 0V geht und kein entsprechender Strom mehr getrieben werden kann.

Wenn ich anstelle des Kurzschlusses einen Widerstand (bzw. 3 Widerstände mit Sternpunkt) nehme, dann kann ich zumindest in einem bestimmten Drehzhalbereich - da wo der Widerstandswert der Impendanz des Motors am nähsten kommt - mit Nennmoment bremsen.

Hat jemand noch ne bessere Idee?
Oder wie man die Geschichte mit den Widerständen optimieren kann, z.B. mit zusätzlichen Kondensatoren die die Induktivität aufheben?

Am besten wäre natürlich wenn das Moment möglichst groß wäre, also der Antrieb sogar überlastet wird - das Ding ist thermisch ordentlich überdimensioniert...
 
Im Spannungsausfallzeitpunkt:
Entsprechende Widerstände draufschalten. Die Spannung über entsprechendes Netzteil zur Erregung verwenden.
Eckpunkte:
Widerstandsdimensionierung: R muß die gesamte mechanische Energie thermisch verkraften.
Erregung: Das Netzteil (im einfachsten Fall ein paar Dioden und ein Vorwiderstend) darf die Erregerwicklung thermisch nicht überfordern.

Wenn du mal genauere Daten der Synchronmaschine reinstellst, kann man das etwas genauer eingrenzen.
Wichtig: Drehzahl, Mechanische Schwungmassen (Was muss alles mitgebremst werden), Nennspannung (10kV, 400V, . . .?), Daten der Erregung (Type, Spannung, Erregerstrom)

Wenn die Teile halbwegs vernünftig dimensioniert werden und nicht zu viel mechanische Energie dahinterseckt, dann kannst du ev die Maschine innerhalb 1-10sec zum Stillstand bringen (ist dann aber die absolute Brechstange) ralistischer würde ich sagen 1 bis 10 min.
 
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danke dir mal soweit...

also es ist eine permanentmagneterregte maschine.
10kW
400V
130U/min (im Fehlerfall ggf. auch mehr aber denke höchstens 150)
nennmoment der maschine liegt bei ca. 750Nm

also ich denke ich kann mit einer reinen widerstandsbschaltung auf die 750Nm bremsmoment kommen.
aber ist ohne einen fu überhaupt ein größeres moment machbar? (permanentmagnete!)
 
Mit den Permanentmagneten wird sich kein Lineares Bremsverhalten ergeben.

Die Widerstände für zb. 300V auslegen. Dann sollte das Anfangsmoment auch höher ausfallen, mit sinkender Drehzahl wird dann auch die erzeugte Spannung geringer und damit das Moment.

Hier wäre noch zu überlegen ob nicht nach einer gewissen Zeit/Drehzahl noch Widerstände zugeschaltet werden.

1. Tests würde ich mal mit Halogenscheinwerfern oder Heizgeräten machen, die sind meist schon irgendwo vorhanden und kosten daher nichts.
 
hi,

grob gesagt ist das (brems)moment proportional zum wirkanteil des stromes. somit bringt eine (richtige) kompensation unter umständen einiges.
siemens hat sich damit auch schonmal beschäftigt und einige patente eingestrichten, hier mal eins: www.patent-de.com/pdf/DE102004032680A1.pdf

edit: glaube das alles läuft bei S unter "inhärente elektrodynamische Bremse" / IED
 
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winnman schrieb:
Hier wäre noch zu überlegen ob nicht nach einer gewissen Zeit/Drehzahl noch Widerstände zugeschaltet werden.
Zum Vergrößern anklicken....

und hier war eben meine überlegung ob es sinn mach paralell zu den widerständen - noch kondensatoren zu schalten.
diese würde mit sinkender drehzhal und somit sinkender frequenz ihren widerstand erhöhen.

aber macht das überhaupt sinn?

die drehzhal sinkt linear mit der spannung und der frequenz - bei dieser maschine ca. 3,1V/Umdrehung
das moment sint linear mit dem strom - bei dieser maschine ca. 50,9Nm/A

das ziel der sache ist ja soviel moment wie möglich zu erzeugen.
dazu muss soviel strom wie möglich durch getrieben werden.
thermisch kann die maschine das problemlos verkraften, die ist stark überdiminesioniert und wird auch im nennbetrieb mit 10kW nicht wirklich heiß.

damit der strom getrieben werden kann muss die spannung möglichst hoch sein.
allerdings würde ein satter kurzschluss den aufbau eines feldes zu sehr beinträchtigen, so dass bei der synchronmaschine nur ca. 60% Bremsmoment erzeugt werden können.

müsste also nich bei höheren drehzahl mit einem höheren widerstand beschaltet werden als bei einer niedrigen?
bzw. bei n = 0 sollte der kurzschluss doch das maximal moment hervorbringen?
 
ebt'ler schrieb:
hi,

grob gesagt ist das (brems)moment proportional zum wirkanteil des stromes. somit bringt eine (richtige) kompensation unter umständen einiges.
siemens hat sich damit auch schonmal beschäftigt und einige patente eingestrichten, hier mal eins: www.patent-de.com/pdf/DE102004032680A1.pdf

edit: glaube das alles läuft bei S unter "inhärente elektrodynamische Bremse" / IED
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ja, so habe ich das gemeint...
wieso dürfen die sowas patentieren lassen? das ist doch stand der technik seid 100 jahren?
ich habe mir von diesen tread eigentlich erwartet dass mir irgendein fh-stundent anwortet ala "klar, gestern haben wir einen ähnlichen versuch aufgebaut und das heute morgen durchgerechnet... das ist so..."

was als nächstes patentiert sich einer die wendeschützschaltung...
 
Markus schrieb:
irgendein fh-stundent anwortet
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-> bin ja schon da, aber motoren sind nu auch nicht grade mein schwerpunkt. ;-)
stand der technik ist halt momentan ein FU zum bremsen, was dann auch teil der vorlesungen usw. ist.

allgemein kann man ja sagen das dem synchronmotor (beim bremsen als generator) am meisten energie entzogen wird, wenn er und die last in leistungsanpassung betrieben werden, wobei man resonanzerscheinungen bei dieser anwendung eher vermeiden sollte.
am bessten wären also frei veränderliche / geregelte (schein)widerstände. wobei sich hier ein kosten / funktion - oppimierungsproblem ergibt^^

das die aufgabe je nach komplexität nicht allzu trivial ist sollte der link zum patent zeigen. ;-)
natürlich ist nicht der bremsprozess an sich sondern die spezielle thematik / umsetzung von S patentiert.

vielleicht gibt es aber für die aufgabe schon was fertiges, wenn nicht bleibt nur selber tüfteln...
 
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Mir scheint es, es ist dir sehr wichtig die Maschiene möglichst optimal zu bremsen. Um wieviel % würde es das ganze verteuern, einen 2. FU für den Ernstfall vorzusehen?
Thomas
 
thomass5 schrieb:
Mir scheint es, es ist dir sehr wichtig die Maschiene möglichst optimal zu bremsen. Um wieviel % würde es das ganze verteuern, einen 2. FU für den Ernstfall vorzusehen?
Thomas
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das würde die sache erheblich verteuern und hätte noch weitere nachteile wie platzbedarf und netzausfallsicherheit...
 
Was ist den der Primäre Grund deiner frage, Netzausfall oder der Ausfall
des FU's? Den Ausfall des Netzes müsstes du mit einen geeigneten FU
abfangen können.
 
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Naja,
ohne jetzt mal den Link vom ebtler gelesen zu haben, mit veränderlichen Scheinlasten verlagert man den Energieumsatz in die Wirkanteile in der Maschine selbst. Das heißt die Maschine sollte thermisch ausreichend dimensioniert sein. Laut TE ist diese ausreichend.
Resonanzen erzeugen sicherlich eine stark nichtlineare Bremswirkung, allerdings könnte ich mir schon vorstellen das bei geschickter Dimensionierung unter Berücksichtigung der auftretenden Spannungen und Ströme bei stark abgefallener Drehzahl durchaus nochmal viel Bremsmoment aufgebaut werden könnte.
Also hohe Drehzahl -> kein Resonanzpunkt, fallende Drehzahl -> Annäherung an den Resonanzpunkt, Spannungen und Ströme nehmen zu bzw. fallen nicht mehr so ab, durch geeigneten Energieentzug bleibt das Moment hoch und man hält die Resonanzen im Zaum.
Könnte man hier nicht sogar den Zwischenkreis des Umrichters für den Energientzug vergewaltigen? Das spart auch Hardware, keine 3 Widerstände pro Phase nötig.....
Nachteil der Geschichte, wenn eine Maschine mit anderen elektrischen Parametern eingebaut wird funktioniert der Kram nicht mehr richtig bis gar nicht mehr (letzteres tritt erfahrungsgemäß am häufigsten auf).
Also akademisch und technisch nicht ganz anspruchslos, ich würde das vermeiden wollen, aus genannten Gründen.

Mal so als Denkanstoß und Diskussionsgrundlage
Mario
 
wie rostiger Nagel fragt ist es entscheidend, was abgesichert werden soll:
- wenn "nur" der Netzausfall abgefangen werden soll, gibt es die Möglichkeit des Zwischenkreiskurzschlusses wie von Mario angeregt, da bieten die meisten Systeme die Möglichkeit, z.T. mit Zusatzwiderständen, die abrauchen können (Opferverhalten). Selbst gesehen: Toll abgebremst, Widerstand futsch.
- wenn der Ausfall des Wechselrichters abgefangen werden soll, so führt eigentlich nichts an der besprochenen Widerstandslösung vorbei.

Falls einer aber eine andere Lösung kennt: Info darüber höchst willkommen!

Urs
 
Also zum verkleinern der Widerstände mit dem Rückgang der erzeugten Spannung:
Je größer der Wirkanteil des Stromes desto größer ist die umgesetzte Wirkleistung im Widerstand.
Wird der Widerstand nun bei sinkender Spannung verkleinert, wird auch wider ein größerer Wirkstrom fliessen und damit wider mehr Wirkleistung umgesetzt.

Hab gerade einen Gedanken, bin mir da aber nicht wirklich Sicher:
Wenn die Spannung einen gewissen Wert unterschreitet, dan ev. mit den Widerständen in Serie eine Gleichspannung aufschalten.
(Gedanke: Höherse Ströme sollten auch einen entsprechenden Wirkleistungsverlust erzeugen, ausserdem bei Stillstand dann eine gewisse Haltekraft).

Das war nur so eine Idee, steinigt mich bitte nicht deshalb.
 
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Hallo,
@winman, der Gedanke mit der Gleichstrominjektion ging mir auch durch den Kopf, ich glaube aber das wir beide der irrigen Annahme sind es mit einer Asynchronmaschine zu tun zu haben. Die sollte wie von Dir beschrieben funktionieren.
Mit der Permantmagnetmaschine ist das aber wahrscheinlich anders, die läuft bis in den letzten Moment vollständig generatorisch, man kann da nicht noch mehr generatorisch provozieren, wie das asynchron wunderbar klappt.
Deswegen der Hinweis mit den Resonanzen, hier könnte man ganz wunderbar im richtigen Moment massivst Energie entziehen, nur ist das ganze so praktikabel, man möchte ja bis 0 bremsen....
@ Markus, Frage, rein sportlicher Natur, 10 KW Synchron, was baut man mit sowas, nicht nur das es in diesem Leistungsbereich überhaupt Synchronmaschinen gibt, für einen Drucker sind die Dinger doch viel zu groß?

Gruß
Mario
 
Ich komm eigentlich aus dem Energiebereich (unter anderem Wasserkraft, bei mir gehts meist so um die 1MW los).
Das Problem solche Motoren zu Bremsen hatte ich noch nie.

Der Hintergedanke war: Wen die erzeugte Spannung für die3 Widerstände zur Generatorischen Vernichtung zu gering ist, dann Präge ich halt DC auf. Was da wirklich passiert, wäre mal zu analysieren. Das Ende der Aufprägung wäre jeden falls ein Haltemoment.

Mit der Resonanz versehe ich gut, aber das wird wohl nur in einem relativ engen Drehzahlbereich funktionieren.

Bei Drehzahlen unter 5Hz Wird das Ganze wohl nicht mehr mit brauchbaren Kreisen in Vertretbaren Rahmen machbar sein.

Die Frage ist:

Warum wird eigentlcih ein Permanentmagnet Motor für diese Leistung eingesetzt.

Da würden eigentlich anderer Maschinen wohl schon deutlcih vernünftiger sein.

Meine Glaskugel Tippt auf BHKW, kleines Wasserkraftwerk oder Windkraftanlage.

Daher fordere ich mal den TE auf die genaue Anlage zu spezifizieren, ev gibt es dann viel bessere Lösungen.
 
grundsätzlich ist das hier eher ein gedankenspiel...
ob das praktikabel ist, bzw. sich aus den theoretischen ansätzen was praktikables schaffen lässt, das steht auf nem anderen blatt.
aber wichtig ist es nun erstmal das verhalten einer kurzgeschlossen bzw. mit widerständen oder kondensatoren verbundenen synchronmaschine zu kennen - und da haben wir scheinbar alle noch unsere unklarheiten... :)

10kW synchron gibts z.b. bei servoantrieben, spindeln von drehmaschinen,...


winnman schrieb:
Also zum verkleinern der Widerstände mit dem Rückgang der erzeugten Spannung:
Je größer der Wirkanteil des Stromes desto größer ist die umgesetzte Wirkleistung im Widerstand.
Wird der Widerstand nun bei sinkender Spannung verkleinert, wird auch wider ein größerer Wirkstrom fliessen und damit wider mehr Wirkleistung umgesetzt.
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naja aber die wirkleistung sollte sich doch verkleinern bzw. gleich bleiben da die spannung sinkt...

Hab gerade einen Gedanken, bin mir da aber nicht wirklich Sicher:
Wenn die Spannung einen gewissen Wert unterschreitet, dan ev. mit den Widerständen in Serie eine Gleichspannung aufschalten.
(Gedanke: Höherse Ströme sollten auch einen entsprechenden Wirkleistungsverlust erzeugen, ausserdem bei Stillstand dann eine gewisse Haltekraft).

Das war nur so eine Idee, steinigt mich bitte nicht deshalb.
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das versteh ich nicht - wie gesagt wir reden von permanentmagnet erregten synchronmaschinen...
 
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rostiger Nagel schrieb:
Was ist den der Primäre Grund deiner frage, Netzausfall oder der Ausfall
des FU's? Den Ausfall des Netzes müsstes du mit einen geeigneten FU
abfangen können.
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das ist richtig, es reicht ein einfacher bremschopper im zk und eine usv für die steuerspannung.
aber ich überlege ob es ein system gibt das ohne einen funktionierenden fu bzw. redundant und diversitär zur restlichen elektronik auskommt...
 
Bei KEB Umrichter gibt es eine Netz Aus Funktion,
diese kommt ohne 'drumherum' aus. Vielleicht machen
die sogar eine spezielle Anpassung für deinen Anwendungsfall.
Diese Sondersachen sind deren Spezialität.
 
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