Regelung von Gleichstrommaschinen


Zuletzt aktualisiert von Rolf Gloor am 05.05.2011

Eine fremderregte Gleichstrommaschine, welche in der Feldschwächung betrieben wird, deckt mit einem Vierquadranten Gleichstromregelgerät ein grosses Kennlinienfeld ab.

 

regelung_gm_kennlinienfeld
Kennlinienfeld einer fremderregten Gleichstrommaschine 24 kW mit einem Gleichstromregelgerät.

 

Ausgangspunkt für das Kennlinienfeld einer Gleichstrommaschine ist der Nennpunkt (Nenndrehmoment und Nenndrehzahl). Die übliche Bemessung der Regelgeräte lässt im Minutenbereich den doppelten Nennstrom zu, was eine Begrenzung des Kennlinienfeldes beim doppelten Nenndrehmoment im Motor- und Generatorbereich ergibt. Die zusätzliche Möglichkeit der Feldschwächung (meistens nur bis zum halben Erregerstrom) erweitert das Kennlinienfeld seitlich mit einem hyperbolisch abnehmenden Maximal- und Dauerdrehmoment (Konstantleistungsbereich).

Das Grundprinzip der Regelung basiert auf einer Stromregelung. Der Strom ist proportional zum Drehmoment. Fälschlicherweise wird diese Betriebsart oft Drehmomentregelung genannt, obwohl das Drehmoment nicht gemessen wird. Richtig wäre der Begriff des Drehmomentstellers. Bei einem vorgegebenen Drehmoment beschleunigt der Antrieb mit dem entsprechenden Strom, bis die Gerätespannung nicht mehr ausreicht um den Strom gegen die induzierte Ankerspannung zu treiben.

Dieser Stromregelung wird eine Drehzahlregelung überlagert. Über eine Drehzahl-Istwert-Erfassung (Tacho, Inkrementalgeber ..) wird die Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl verglichen. Wenn die Ist-Drehzahl kleiner ist, wird mehr Strom (Drehmoment) gegeben, im umgekehrten Fall weniger. Zur Einsparung der Drehzahl-Istwert-Erfassung kann auch über die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom die Drehzahl ausgerechnet werden (RI-Kompensation). Die Drehzahl ist proportional zur Spannung minus Ankerwiderstand mal Ankerstrom. Diese Methode ist aber ungenau (Temperaturabhängigkeit des Widerstandes, Messfehler Spannung und Strom, Feldschwächung).


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