Drei- und Mehrphasengeneratoren


Drehfeld

  Hilfsmittel für Motorexperimente


Für Experimente zum Einsatz von Wechselspannungs-Induktionsmotoren an meinem Elektrofahrrad benötige ich einen Generator. Er soll drei oder mehr Phasen erzeugen und möglichst aus einer 36 V Gleichspannung betrieben werden. Mehrphasengeneratoren (Multiphasengeneratoren) mit mehr als drei Phasen in einem Elektrofahrzeug haben den Vorteil, bei Ausfall einer Phase mit dem verbleibenden Drehfeld weiterhin fahren zu können.
Veränderbare Frequenz und Kurvenform sind gewünscht. Das Schaltungsprinzip soll geeignet sein, etwa 250 W als Ausgangsleistung bereit zu stellen.
In der Literatur werden ähnliche Einrichtungen auch als Frequenzumrichter oder Inverter bezeichnet. In den folgenden Schaltungen wird jedoch nichts umgerichtet oder invertiert, sehr wohl aber etwas generiert. Deshalb wird hier nicht mehr von Frequenzumrichter oder Inverter sondern von Mehrphasengeneratoren geschrieben.
Wo kann ich einen solchen Generator zu christlichen Preisen kaufen?
Nun, ich habe keinen Anbieter gefunden.
Der TESLA ROADSTER als Elektro-Auto mit überzeugenden Eigenschaften fährt mit einem Drehstrom-Asynchronmotor mit einer maximalen Leistung von 185 kW. Er muß einen Mehrphasengenerator eingebaut haben. Leider reicht mein Taschengeld nicht für den Kauf eines TESLA ROADSTER aus.
Es ist wieder einmal Selbstbau angesagt. Vor dem Anheizen des Lötkolbens steht wie üblich das Erstellen von Schaltplänen und der Vergleich verschiedener Schaltungsvarianten.


  Variante 1: digitaler Sechsphasengenerator


Sechsphasengenerator So hat man im vorigen Jahrhundert digitale Mehrphasengeneratoren gebaut. Das abgebildete Schaltbild ist für 6 Phasen ausgelegt und liefert an seinen Ausgängen Rechtecksignale.
Durch Weglassen oder Hinzufügen von weiteren Stufen bei entsprechender Beschaltung von IC3 kann die Anzahl der Phasen leicht verändert werden.
Der Taktgenerator muß eine Frequenz von

2 * Anzahl der Phasen * Ausgangsfrequenz

erzeugen. Das wären in diesem Beispiel für 100 Hz Ausgangsfrequenz:

100 Hz x 6 x 2 = 1200 Hz.

Der einfache Taktgenerator IC2 kann für die Steuerung durch eine 0 V bis 5 V Spannung (gewöhnliches Ausgangssignal eines Geschwindigkeits-Drehgriffes am Elektrofahrrad) mit dem VCO eines Schaltkreises 4046 aufgebaut werden.


  Variante 2: Mehrphasengenerator mit beliebiger Kurvenform


Mehrphasengenerator Dieser Mehrphasengenerator ist schon etwas moderner und liefert an seinen Ausgängen beliebige Kurvenformen. Entscheidend sind die in den EPROM hinterlegten Tabellen. So ist es problemlos möglich den einzelnen Phasen unterschiedliche Phasenwinkel zuzuordnen.
Durch Weglassen oder Hinzufügen von weiteren EPROM kann die Anzahl der Phasen leicht verändert werden.
Die antiquierten EPROM 2716 dürften heute bereits schwer beschaffbar sein und wer kann diese Dinger heute noch programmieren.
Auch die Leistungs-OPV mit nachgeschaltetem Booster in Form von je einem NPN- und PNP-Leistungstransistor erzeugen viel Verlustleistung und damit Abwärme. Ein Kühlkörper ist unbedingt notwendig.
Unschön an dieser Schaltung ist auch, daß das Massepotential für den Digitalteil künstlich mit IC1 erzeugt wird.


  Variante 3: Dreiphasengenerator mit dem MC3PHAC


MC3PHAC Diesen Schaltkreis gibt es für etwa 5,- Euro im Fachhandel. Er ist speziell für den Betrieb von AC-Motoren entwickelt worden. Eine interne 32-Bit Signalverarbeitung, DSP und die erforderlichen Sinustabellen sind bereits im Schaltkreis integriert. Eine einfache Anwendung (ohne die Notwendigkeit selbst eine Software zu schreiben) ist im links stehenden Bild dargestellt.
Auf ein leicht zu realisierendes Interface zu einem externen Steuerrechner wird in dieser Anwendung verzichtet.
Das Ausgangssignal ist kein reiner Sinus und beinhaltet Komponenten der 3. Oberwelle. Damit wird eine Leistungssteigerung von 15 % gegenüber der reinen Sinus-Ansteuerung erreicht.
Leider ist der MC3PHAC nicht für mehr als drei Phasen brauchbar.


  Links zum Thema Mehrphasengeneratoren und Mehrphasenmotoren


Ein Frequenzumrichter mit Raumzeigermodulation auf der Basis von ATMEL Mikrokontrollern ist im "mikrocontroller.net" beschrieben.

Über die Vorzüge eines unechten 6-Phasen Induktionsmotor kann man etwas in diesem älteren PDF der Universität Wisconsin erfahren. Das unechte 6-Phasen System wird durch Aufteilung in zwei 3-Phasen Systeme mit 30 Phasenverschiebung und getrennten Mittelpunktleitern realisiert.

Von der Firma Chorus Motors PLC gibt es eine gut gemachte Demonstration der Vielphasen MeshconTM Technologie.

Die Firma Borealis als Anwender der Chorus Motoren beschreibt in einem lesenswerten PDF die Vorzüge der Chorus Motoren.

Neben dem Datenblatt des MC3PHAC ist auch diese Applikationsschrift sehr nützlich.