Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Hier gibt es Fachwissen auch ohne Experimentierkästen

Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 20. Apr 2017, 08:55

Für den Motor meiner Vakuumpumpe brauche ich 400V Drehstrom (1-2 kW), habe aber keinen Anschluß dafür.

Ich sehe drei Möglichkeiten:

1. Mit einem Kondensator eine Phasenverschiebung für eine "dritte Phase" herstellen.
2. Selbst eine Schaltung nach einem bereits bewährten Schaltplan mit IGBTs herzustellen.
3. Eine kommerzielle fertige Schaltung oder Gerät mit Gehäuse über Ebay zu erstehen.

Bitte, wer kann mir da gute Ratschläge geben?
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon buedes » 20. Apr 2017, 09:49

Hallo Physikfan,

am besten suchst du dir dafür einen entsprechenden Frequenzumrichter. Das funktioniert am sichersten.

Gruße, Horst
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 20. Apr 2017, 13:49

Hallo Horst

Bitte, hast Du da schon Erfahrungen damit?

Viele Grüße

Physikfan
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon mjwolf » 20. Apr 2017, 18:56

Physikfan hat geschrieben:Für den Motor meiner Vakuumpumpe brauche ich 400V Drehstrom (1-2 kW), habe aber keinen Anschluß dafür.

Ich sehe drei Möglichkeiten:

1. Mit einem Kondensator eine Phasenverschiebung für eine "dritte Phase" herstellen.
2. Selbst eine Schaltung nach einem bereits bewährten Schaltplan mit IGBTs herzustellen.
3. Eine kommerzielle fertige Schaltung oder Gerät mit Gehäuse über Ebay zu erstehen.

Bitte, wer kann mir da gute Ratschläge geben?



Hi Physikfan,

ad 1: 2 Phasen hast Du also? Oder gehst Du einfach davon aus, dass der Motor perfekt symmetrisch belastet, der Sternpunkt also unbelastet ist ("und damit entfallen kann")?

Weniger Aufwand (und ggf. auch sicherer) ist 3, mehr Spass macht wohl 2... Frage ist halt, ob Du Deine Zeit in die Infrastruktur oder in die Versuche mit Vakuum stecken willst.

Wieso hast Du zu Hause eigentlich keinen Drehstromanschluss? Ich meine, es ist doch wohl billiger, sich eine Drehstromsteckdose im oder am Schaltkasten zu montieren als lange mit irgendwelchen Wechselrichterschaltungen herumzuspielen... dass Wohnungen tatsächlich noch mit nur einer Phase versorgt werden kenne ich nur aus Asbach-uralt-Häusern aus Berlin, ansonsten hat man doch schon seit mehreren Jahrzehnten im Kasten regulär Drehstromanbindung.

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon wolfgang » 24. Apr 2017, 06:53

Hallo Physikfan,

da ich mal am Anfang meines Berufslebens Elektriker gelernt habe, hier meine Gedanke dazu:

1) Beste Möglichkeit, wie von Martin vorgeschlagen, lege einen Drehstromanschluss.
2) Wenn das nicht geht, nehme einen Kondensator. Die Technik ist seit Jahrzehnten bewährt und nennt sich Steinmetzschaltung
3) Mit Kanonen auf Spatzen geschossen wäre die elektronisch Lösung mit einem Fertigprodukt.
4) Nur wenn du viel Zeit und Lust darauf hast, wage dich an den Selbstbau. Gehe aber von einigen Monaten Entwicklungszeit aus, bis es sicher funktioniert.

Gruß
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 26. Apr 2017, 17:48

Hallo Horst, Mjwolf und Wolfgang

Vielen Dank für Eure Kommentare.

Mittlerweile habe ich mich für den Frequenzumrichter entschieden.

Alledrdings sind noch zwei Probleme zu lösen:
1. Der Pumpenmotor braucht muß an den Frequenzumrichter angepasst werden, 3 x 240 V.
2. Der Pumpenmotor ob Sternschaltung oder Dreieck muß noch geklärt werden.

VG

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon mjwolf » 27. Apr 2017, 07:33

Hallo Physikfan,

wahrscheinlich hat gerade einer von uns beiden einen Denkfehler drin... (Das kann durchaus auch ich sein :-)

Physikfan hat geschrieben:Mittlerweile habe ich mich für den Frequenzumrichter entschieden.

Alledrdings sind noch zwei Probleme zu lösen:
1. Der Pumpenmotor braucht 3 x 400V, der Frequenzumrichter liefert nur 3 x 240 V.
2. Der Pumpenmotor möchte Sternschaltung.

Die Frage ist, ob ich leicht einen Drehstromtrafo (wahrscheinlich über 10 kg) finden kann, wo ich
3. elegant von 3 x240 auf 3 x 400V und
4. von Dreieck auf Stern kommen könnte?


Der Frequenzumrichter liefert 3x 240V, jeweils 120 Grad phasenverschoben? Dann sind das doch 3 Phasen gegen einen Sternpunkt... Und Phase gegen Sternpunkt von 240V bedeutet doch 380V Phase-gegen-Phase... (und wird dann als 400V angegeben wegen der Toleranzen...). Oder? Also gibt es kein Problem, Du musst nur die jeweiligen "N" verbinden und hast Deinen Sternpunkt; da musst Du dann Deinen Motor entsprechend anklemmen.

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 28. Apr 2017, 08:50

Hallo Martin

Du hast natürlich vollkommen recht, ich habe meinen Eintrag entsprechend korrigiert.
Die Probleme sind zahlreich und auch zum Teil recht komplex:

1. Sind Filter vorhanden, damit die Rückwirkung auf das Netz empfindliche Geräte nicht zu sehr stört.
2. Die vorhandenen Oberwellen können den Motorlauf sowie auch das Laufgeräusch beeinflussen.
und viele andere Punkte, die sich dann erst in der Praxis, im Betrieb der Pumpe offenbaren.

Letztendlich lasse ich mir "echten" Drehstrom mit Zählerumbau einziehen.

VG

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon mjwolf » 29. Apr 2017, 15:38

Hallo Physikfan,

Physikfan hat geschrieben:Die Probleme sind zahlreich und auch zum Teil recht komplex:
1. Sind Filter vorhanden, damit die Rückwirkung auf das Netz empfindliche Geräte nicht zu sehr stört.
2. Die vorhandenen Oberwellen können den Motorlauf sowie auch das Laufgeräusch beeinflussen.
und viele andere Punkte, die sich dann erst in der Praxis, im Betrieb der Pumpe offenbaren.


Du hast schon (aktive?) Filter in Deiner Hausinstallation? Alle Achtung, das war teuer; hast Du wirklich so viele Schaltnetzteile in Betrieb?
Oder denkst Du noch darüber nach, hierfür welche einzubauen?
Wenn letzteres, dann brauchst Du das nicht, da Du Dich ja jetzt für einen echten Drehstromanschluss entschieden hast: Der Motor selbst erzeugt keine Oberwellen durch seinen Betrieb - er ist ja nicht frequenzumrichtergesteuert. Okay, vielleicht Bürstenfeuer/Funkfeuer, aber um das zu unterdrücken reicht ein gut dimensionierter Tiefpass. Der verschiebt dann vielleicht die Phasen, aber alle gleichmäßig, und er erzeugt auch definitiv keine Oberwellen.

Empfindliche Geräte würde ich dann eher einzeln vom Netz entkoppeln. Vielleicht reicht dafür ja schon ein Trenntrafo (die im Feld gespeicherte Energie kann man evtl. als Puffer "missbrauchen", keine Ahnung...), alternativ Batteriespeisung oder, wenn die Leistung zu groß ist, über Gleichrichtung und Batterien entkoppeln und dann wieder wechselrichten. Wobei Du die Geräte auch immer öffnen und nach dem Netzteil direkt mit Gleichstrom speisen kannst.

Du schreibst von schon vorhandenen Oberwellen; woher kommen die?

Ich würde nicht davon ausgehen, dass Oberwellen den Motorlauf beeinflussen; dazu müssten die betragsmäßig schon in Höhe der Versorgungsspannung kommen. Eher zieht sich der (naturgemäß träge) Motor, was erbraucht, und versaut dadurch das Netz noch weiter (im Sinne von: Strom und Spannung nicht mehr in Phase)... insofern wird sich dann wohl auch das Laufgeräusch nicht ändern [wäre das für Deine Versuche überhaupt relevant?].
Und da die auf die Oberwellen verteile Leistung auch mit der Frequenz abnimmt, ist sowieso nur die dritte Oberschwingung relevant; die bildet zum Grundsystem ein Gegensystem und würde dann den Motor nur gleichmäßig hemmen, er bräuchte also ("nur") mehr Leistung...

Physikfan hat geschrieben:Allerdings sind noch zwei Probleme zu lösen:
1. Der Pumpenmotor braucht muß an den Frequenzumrichter angepasst werden, 3 x 240 V.
2. Der Pumpenmotor ob Sternschaltung oder Dreieck muß noch geklärt werden.


1. hab ich immer noch nicht verstanden. Du brauchst dafür garantiert keinen Trafo sondern musst den Motor nur richtig anklemmen. (240V liefert der Umrichter, 400V steht auf dem Motor, richtig?)

2. steht auf dem Typenschild; und jetzt lehne ich mich mal ganz weit aus dem Fenster (alles schon wieder soooo lange her und ich bin mir nicht mehr sicher; hab jetzt aber auch keine Muse, es nachzulesen) und behaupte, er muss in Dreiecksschaltung angeklemmt werden (bei Sternschaltung wären 3x 240V angegeben), denn die 400V (die Du mal geschrieben hattest dass der Motor sie braucht) bekommst Du nur zwischen zwei Phasen.

Liebe echte Elektriker, die ihr hier mitlest, sagt doch bitte mal was zu meinem gefährlichen Halbwissen; danke!

VG
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 30. Apr 2017, 16:42

Das mit den Oberwellen soll von den steilen Umschaltflanken des Frequenzumrichters kommen.
Bezüglich der 3 x 230 V für Dreieck, bzw 3 x 400 V Strenschaltung hast Du natürlich recht, aber die Frage ist, sind immer die entsprechenden Kontakte herausgeführt, um die Umschaltung vorzunehmen.

Der Frequenzumrichter ist jetzt da, natürlich müssen damit dann auch Experimente gemacht werden,
ein paar Ideen habe ich schon, mal sehen, was die Praxis zuläßt.
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon wolfgang » 2. Mai 2017, 09:50

Wenn ich es richtig verstanden habe, haben wir mehrere Gedankenstränge.

1) Einsatz eines Frequenzumrichters.
Dabei entstehen natürlich viele Oberwellen. Diese müssen gefiltert werden. Hier sind ggf. die Vorgaben des EVU (Energieversorgungsunternehmen) zu beachten.

2) Bei Anschluss über Drehstrom entstehen keine Oberwellen

3) Anschluss des Motors:
Ein Drehstrommotor ist keine rein ohmsche Last sondern hat auch einen induktiven Anteil. Dieser erzeugt eine Phasenverschiebung zwischen Strom- und Spannung. Darauf sind die EVU vorbereitet, da sehr viele Verbraucher als induktive Last angeschlossen werden. Erst bei sehr hohen Anschlussleistungen verlangen die EVU eine Blindstromkompensation. Da wir ein 400 Volt-Netz haben, lassen sich die hier verfügbaren Motoren auch an diese Spannung anschließen. Das sagt aber nichts zu der Nennspannung der Wicklung aus. Diese steht auf dem Typenschild. Beträgt die Nennspannung der Wicklung 400 Volt, wird der Motor in Dreieckschaltung angeschlossen, beträgt die Nennspannung der Wicklung 230 Volt wird der Motor im Stern angeschlossen. Bei beiden Varianten ist kein Mittelleiter erforderlich.

Gruß
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon mjwolf » 2. Mai 2017, 12:20

Hallo zusammen,

wolfgang hat geschrieben:1) Einsatz eines Frequenzumrichters.
Dabei entstehen natürlich viele Oberwellen. Diese müssen gefiltert werden. Hier sind ggf. die Vorgaben des EVU (Energieversorgungsunternehmen) zu beachten.


Physikfan hat geschrieben:Das mit den Oberwellen soll von den steilen Umschaltflanken des Frequenzumrichters kommen.


Yo, dass der Umrichter Oberwellen erzeugt ist klar. Ich hatte es nur so verstanden, dass der Umrichter jetzt obsolet ist da Du, Physikfan, Dir einen echten Drehstromanschluss rauslegen läßt.
Natürlich ist die Frage, ob ein einzelner 1-2 kV-Umrichter das Netz so stark belastet, dass es unter die Vorgaben des EVU fällt. 4-5 PCs in selben Haushalt sind inzwischen ja keine Seltenheit (Auslöschungseffekte vernachlässigt) - und das Wissen, dass Schaltnetzteile Oberwellen erzeugen, ist unter den normalen Stromkunden ja nicht so verbreitet; noch viel weniger sind entsprechende Messgeräte vorhanden und Messverfahren bekannt... ich weiss nicht, ob ich mir in dieser Situation ("in vorauseilendem Gehorsam") gleich für viel Geld Filter anschaffen würde um das Netz zu schonen.
Und um meine Geräte nicht durcheinanderzubringen: Lieber erstmal durch Langzeit-Referenzmessungen bekannter Größen schauen, ob meine Messgeräte überhaupt gestört werden.

wolfgang hat geschrieben:2) Bei Anschluss über Drehstrom entstehen keine Oberwellen

3) Anschluss des Motors:
Ein Drehstrommotor ist keine rein ohmsche Last sondern hat auch einen induktiven Anteil.


Oh Mist...
Ja, beim nicht-umrichtergesteuerten-Betrieb entstehen keine Oberwellen, das hatte ich eigentlich gemeint.
Und nochmal ja, ein Motor ist natürlich keine rein ohm'sche Last.
Wo hatte ich da nur meinen Kopf?! ... :-(
Das ist so grottefalsch, dass das mein erster Beitrag ist, den ich nach einigen Tagen nochmals korrigiert habe. So konnte ich das einfach nicht stehen lassen, sorry!

wolfgang hat geschrieben:Da wir ein 400 Volt-Netz haben, lassen sich die hier verfügbaren Motoren auch an diese Spannung anschließen. Das sagt aber nichts zu der Nennspannung der Wicklung aus. Diese steht auf dem Typenschild. Beträgt die Nennspannung der Wicklung 400 Volt, wird der Motor in Dreieckschaltung angeschlossen, beträgt die Nennspannung der Wicklung 230 Volt wird der Motor im Stern angeschlossen.


Wenigstens da lag ich mal richtig ;-)

@Physikfan: Der Umrichter liefert Dir 3x 2 Klemmen (jeweils Phase und N) oder 3x1 +1 = 4 Klemmen (3x Phase und ein gemeinsamer N-Leiter). Das reicht.
Motoren haben einen Klemmkasten, in dem die Enden aller Spulen ankommen (bei 3poligen Motoren sind das 3x 2 Anschlüsse); hier wird auch die Versorgungsleitung eingeführt und "richtig" angeklemmt. Die interne Verschaltung des Motors (Stern oder Dreieck) wird in der Regel auch hier gemacht, indem 2-3 Metallbänder die Spulen zu einem Stern oder einem Dreieck verbinden; das kann bei normalen Motoren jeder in 2 Minuten ändern. Ist wirklich nicht schwer.

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Motor anschliessen

Ungelesener Beitragvon mjwolf » 2. Mai 2017, 13:13

Hey,

hier:

https://www.elektrikforen.de/attachments/01010474-jpg.139

sieht man ganz gut, was ich meine. In Ergänzung dazu "Bild 2":

http://www.diesteckdose.net/forum/archiv/attachments/00000000443/pumpe%20002.jpg

In Bild 1 sind die "rosa" (in echt: ausgebleichtes lila), gelbe und grüne Leitung, die von unten in den Klemmkasten kommen und über einigen anderen liegen, erstmal zu vernachlässigen - das sind die äußeren Anschlüsse.
Wenn man jetzt schaut, was von rechts reinkommt, dann sieht man, dass eine gelbe Leitung "Mitte, oben" und "links, unten" ankommt; das ist eine Spule.
Weiterhin kommt eine grüne Leitung "rechts, oben" und "Mitte, unten" an; das ist die zweite Spule. Die dritte Spule ist dann die lila Leitung "rechts, unten" und "links, oben". Jeweils 2 Enden der Spulen sind über die 3 Metallplättchen miteinander verbunden --> Dreiecksschaltung (Spule mit Spule verbunden). Und an jedem Eck des Dreiecks kommt eine Einspeisung von außen an. Die rote Leitung, ganz rechts unten im Bild, ist die Schutzerde (heute: gelb-grün), sie ist mit dem Gehäuse verbunden. Der Sternpunkt bleibt virtuell :-) , ist nicht irgendwie herausgeführt und natürlich mit nichts verbunden.

In Bild 2 sind von allen 3 Spulen die Enden mit Hilfe von 2 Plättchen miteinander verbunden --> Sternschaltung, und die verbundenen Pole stellen den Sternpunkt dar. Die schwarzen bzw. roten Kabel sind die ankommenden Enden der Spulen -- eine äußere Beschaltung fehlt hier noch völlig.

Lila - gelb - grün ist alte deutsche Farbgebung der Leiter; rot - schwarz ist keine mir bekannte Norm, aber bei der internen Verkabelung ist der Hersteller ja eh frei... man sollte eh immer in das Datenblatt schauen. Dort sind die Anschlüsse der Spulen üblicherweise mit U, V, W und X, Y, Z bezeichnet. Die passenden Anschlusspläne dazu sind für den Motor aus Bild 1:

https://www.elektrikforen.de/attachments/01010477-jpg.142

und für die Pumpe aus Bild 2:

http://www.diesteckdose.net/forum/archiv/attachments/00000000443/pumpe%20001.jpg

Und ja, das ist dasselbe, eine Pumpe ist nämlich auch nur "ein Motor mit Windrädchen auf der Welle" :-)

HTH
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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 5. Mai 2017, 08:40

Hallo Martin und Wolfgang

Vielen Dank für Eure Beiträge.
Kommenden Montag habe ich hoffentlich "echten" Drehstrom.
Die Frequenzumrichter werde ich kommenden Donnerstag an einer kleinen Pumpe mit einem Elektrotechnikspezialisten in Betrieb nehmen, dann weiß ich mehr.

VG

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 25. Jun 2017, 20:43

Hallo Horst, Martin und Wolfgang

Vielen Dank für Eure Beiträge.
Mittlerweile habe ich eine funktionierende Kombination aus einem einphasig gespeisten Frequenzumrichter und einem Drehstrommotor.
Allerdings werde ich nicht den Pumpenmotor dazu verwenden, da ich der Pumpe nicht unbedingt eine falsche Drehrichtung zumuten möchte und ich außerdem von unbeabsichtigten Ölfontänen schon genug habe.
Spannend werden die Experimente mit variabler Frequenz werden, dabei werde ich auch ein Oszilloskop einsetzen, um die entspechenden Kurvenformen und Phasenlagen zu studieren.

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon mjwolf » 26. Jun 2017, 23:18

Physikfan hat geschrieben:Spannend werden die Experimente mit variabler Frequenz werden, dabei werde ich auch ein Oszilloskop einsetzen, um die entspechenden Kurvenformen und Phasenlagen zu studieren.


Hallo Physikfan,

hört sich interessant an - da darfst Du dann gerne Details hier einstellen :-)

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon Physikfan » 30. Jun 2017, 19:30

Hallo Martin

"Wenn ein Motor von einem Frequenzumrichter gespeist wird, ruft die pulsbreitenmodulierte (PWM = pulse-width modulation) Spannung, die am Motor angelegt wird, zusätzliche magnetische Störgeräusche bei Taktfrequenz und Oberschwingungen
der Taktfrequenz (meist mit dem Doppelten der Taktfrequenz) hervor."

Das würde bedeuten, dass man auch rein akustisch merken könnte,
ob ein Drehstrommotor bei gleicher Spannung, gleicher Frequenz, mit Drehstrom aus dem Stromnetz
oder aber mit Drehstrom vom Frequenzumrichter betrieben wird.

Das würde Messungen mit einem guten Mikrofon und FFT-Analysator rechtfertigen.

Ich werde daher parallel zu elektrischen Strom-Spannungsmessungen auch akustische Messungen durchführen
und diese Signale Fourier analysieren.

VG

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Re: Drehstrom aus einphasigem Wechselstrom?

Ungelesener Beitragvon mjwolf » 30. Jun 2017, 20:15

Hey,

Physikfan hat geschrieben:"Wenn ein Motor von einem Frequenzumrichter gespeist wird, ruft die pulsbreitenmodulierte (PWM = pulse-width modulation) Spannung, die am Motor angelegt wird, zusätzliche magnetische Störgeräusche bei Taktfrequenz und Oberschwingungen
der Taktfrequenz (meist mit dem Doppelten der Taktfrequenz) hervor."

Das würde bedeuten, dass man auch rein akustisch merken könnte,
ob ein Drehstrommotor bei gleicher Spannung, gleicher Frequenz, mit Drehstrom aus dem Stromnetz
oder aber mit Drehstrom vom Frequenzumrichter betrieben wird.


na klar kann man das hören: Denk doch einfach an E-Loks, die gerade anfahren und den Zug hinter sich anziehen, d.h. die die Haftreibung überwinden wollen um zur Rollreibung zu kommen. Die "pfeiffen wie Sau" - sie sind nämlich umrichtergesteuert und packen beim Anfahren so unglaublich viel Energie in den Antriebsstrang, dass selbst die ganz hohen Harmonischen noch genug Energie abbekommen um sehr laut zu sein. Und das hört man eben definitiv, insbesondere, wenn die Umrichter relativ schnell von DC bis max alle Frequenzen "durchrauschen"...

Der Grund ist ja auch klar: PWM-Signale sind Rechteck-Signale, und "saubere" Rechtecke bekommt man nur als Fourier-Reihenentwicklung (wobei die Amplitude mit der Frequenz stark abnimmt, da ja nur noch immer kleinere "Dellen" ausgeglichen werden müssen; mehr als die siebte Harmonische wirste nicht zu sehen bekommen, wenn Du den Amplitudengang nicht (rechnerisch) exponentiell verzerrst).
Normaler Drehstrom hingegen wird idR von einem Generator erzeugt, der fix auf einer Frequenz läuft, und zwar "rund". Das gibt im Idealfall genau einen Punkt im Spektrum (einen "tone"). In der Realität dürftest Du, wenn Du die Frequenzen sehr trennscharf und hochauflösend aufnehmen kannst, einen Gauss-artig verschmierten tone bekommen, da aufgrund von Rundlaufgenauigkeiten, Frequenzänderungen im Netz durch Laständerungen etc. Energie auch auf minimal benachbarte Frequenzbänder verteilt wird.

Physikfan hat geschrieben:Das würde Messungen mit einem guten Mikrofon und FFT-Analysator rechtfertigen.

Ich werde daher parallel zu elektrischen Strom-Spannungsmessungen auch akustische Messungen durchführen
und diese Singnale Fourier analysieren.


Anti-Aliasing-Filter am Eingang nicht vergessen - sonst sind die Ergebnisse nachher nur qualitativ verwertbar. Und wer Dir jetzt erzählen will, dass man das auch nachher per Software rausrechnen kann, hat nix verstanden... :-( Oder bewegte noch nie in den Größenordnungen, in denen es interessant wird.

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