CH383490A - Circuit arrangement for braking at least one single-phase alternating current collector motor - Google Patents

Circuit arrangement for braking at least one single-phase alternating current collector motor

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CH383490A
CH383490A CH7950059A CH7950059A CH383490A CH 383490 A CH383490 A CH 383490A CH 7950059 A CH7950059 A CH 7950059A CH 7950059 A CH7950059 A CH 7950059A CH 383490 A CH383490 A CH 383490A
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braking
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CH7950059A
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German (de)
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Heinrich Dipl-Ing Dr Te Mitsch
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Mitsch Maria
Elin Union Ag
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor

Description

  

  Schaltungsanordnung zur Bremsung mindestens eines     Einphasenwechselstrom-          Kollektormotors       In der     schweiz.    Patentschrift Nr. 320185 ist eine  Brückenschaltung für     Wechselstromkollektormaschi-          nen    beschrieben, bei welcher in der Motorschaltung  mittels einer im Brückenzweig angeordneten Drossel  spule eine phasenschiebende Wirkung erzielt wird.  Umgekehrt würde die Einschaltung eines     kapazitiven     Widerstandes die Phasenlage des Netzstromes ver  schlechtern. Die     Erfindung    benützt eine ähnliche  Schaltungsanordnung.

   Dabei ist ein reiner Wirk  widerstand oder ein wenigstens eine Wirkkomponente  aufweisender Widerstand als Bremswiderstand vor  gesehen, der elektrische Leistung zweckmässig in der  Grössenordnung der Bremsleistung in Wärme umzu  setzen vermag. Untersucht man diese Schaltung, so  stellt sich nämlich heraus, dass sich oberhalb einer be  stimmten Geschwindigkeit die Phasenlage des Anker  stromes gegenüber jener des Feldstromes um mehr  als     90     verdreht und der Motor zum Generator wird.

    Zum Stande der Technik sei noch auf die ausführ  lichen Abhandlungen von     Leyvraz,    Bulletin     Oerlikon     1950, Hefte     283/84    und     Mirow        ETZ    1938, S.     433/     464 verwiesen.  



  Gemäss der Erfindung haben der Anker- und der  Feldkreis einen ihnen gemeinsamen Strompfad, in  dem der erwähnte Bremswiderstand angeordnet ist.  Drei erste Ausführungsbeispiele seien zunächst für  einen Motor allein in den     Fig.    1, 2 und 3 dargestellt.  Der Ankerkreis liegt an der Spannung     Ui,    der Feld  kreis an der Spannung     U2    und der Widerstand W im  gemeinsamen Pfad beider Kreise.

   Die Pfeile der Span  nungen     Ui,        U..,    sind jenen der entsprechenden, in den  Figuren eingezeichneten elektromotorischen Kräfte  Ei,     E2        entgegengerichtet.    Es sind noch die Strompfeile  für JF, JA und     Jw    eingetragen.     Zr,        Z,#,    und     Zw    sind  die vom Feldstrom, vom Ankerstrom und vom Wider-         standsstrom    durchflossenen Scheinwiderstände.     ZA     enthält somit nicht nur den Ankerwiderstand, sondern  auch eventuell mit ihm in Reihe geschaltete Wider  stände.

   Dies gilt auch für     Zr.    In     Fig.    1 haben die  Spannungen     U1    und     U2    gleiche     Richtung.    In     Fig.    2  ist die Spannung     Ui    = 0, das heisst die Klemmen, an  denen sonst die Spannung     U1    liegen würde, sind kurz  geschlossen. In     Fig.    3 hat     U1    die entgegengesetzte  Richtung wie in     Fig.    1..

   Ist dabei in     Fig.    3 ausserdem  noch     U1   <I>=</I>     U2   <I>= U,</I> so besteht kein Potentialunter  schied zwischen der oberen Feldklemme und der un  teren Ankerklemme, das heisst die beiden Klemmen  können miteinander verbunden werden. Die Schal  tung nach     Fig.    1 entspricht einer kombinierten Wider  stands-Nutzbremse, die nach     Fig.    2 einer dank der  Rückwirkung des Ankerkreises auf den Feldkreis  selbstregelnden Widerstandsbremse und die nach       Fig.    3 einer Gegenstrombremse.  



  Die im Anker erzeugte     (Gegen-)EMK    ist       EA    = _     JFv;     dabei ist v = K     #    n, K ist eine Maschinenkonstante  und n die Drehzahl. v hat die Dimension eines Wirk  widerstandes, der sich proportional     mit    der Drehzahl  ändert.

   Zur Untersuchung der Schaltung werden die  Maschen- und Knotengleichungen aufgestellt:  0 = - JF     +    JA -     Jw          U1    = -     JFV        +    JA     ZA        --f-        JWZw          U2    =     JFZF    -     Jwzw       Die Determinante des Gleichungssystems ist  D =     ZAZr        -f-        ZW(ZA        -I-        ZF    + v),      und es ergeben sich für die Ströme die folgenden  Formeln:

    
EMI0002.0001     
    Die Ortskurven der Ströme sind Kreise mit dem  veränderlichen Parameter v. Der Feldkreis geht durch  den Ursprung, die beiden anderen sind Kreise all  gemeiner Lage. Die Ströme und Spannungen können  nun mit     Hilfe    der Formeln für jeden Betriebspunkt  bestimmt werden. Jeder Strom setzt sich aus zwei  Anteilen zusammen, die von den Spannungen     U1    und       U.,    herrühren. Wird eine der Spannungen null, so  verschwindet damit auch ihr Anteil. Eine zeich  nerische Wiedergabe der Kreisdiagramme kann unter  bleiben, weil ohnehin die Formeln für die Ströme an  gegeben sind.

   Dafür sind in den     Fig.    4 und 5 die       Vektordiagramme    der Spannungen und Ströme der  Schaltungen nach den     Fig.    1 und 2 für einen Betriebs  punkt gezeichnet, wobei die Spannung A     =-JAZI,     W -     -Jm*ZIV    und F =     -JFZF    ist. Die vorstehend auf  gestellten, den Diagrammen zugrunde liegenden Span  nungsgleichungen lauten dann:       EI=EA+A+W     <I>E,= F- W.</I>  



  Aus der     Fig.    4 ist zu ersehen, dass der Ankerkreis  bei der     Widerstandsnutzbremse    Wirk- und Blindlei  stung ins Netz liefert, im Gegensatz zu anderen Nutz  bremsschaltungen, die wohl Wirkleistung abgeben,  aber Blindleistung entnehmen. In der     Fig.    6 sind noch  die     Bremskraftgeschwindigkeitskurven    1, 2 und 3 an  gegeben, die den Schaltungen nach den     Fig.    1, 2 und  3 entsprechen. Diese     Kennlinien    gelten für eine be  stimmte Spannungsstufe am Transformator. Die  Ströme nehmen mit wachsender Spannung linear und  die Bremskräfte quadratisch zu. Die     Ordinatenschnitt-          punkte    bleiben unverändert erhalten.

   Die Kennlinien  nehmen nahezu den gleichen Verlauf wie jene der       Druckluftbremse.    Dem Druck im Bremszylinder ent  spricht die eingestellte Spannungsstufe.  



  Die     Schaltung    nach     Fig.    1 ist die wichtigste, denn  sie hat insbesondere bei hoher Geschwindigkeit eine  grosse Bremsleistung, von der ein Teil ins Netz zu  rückgeschickt wird. Der Feldkreis entnimmt eine Lei  stung aus dem Netz, der Ankerkreis liefert oberhalb  einer bestimmten Geschwindigkeit eine Leistung ins  Netz. Der     überschuss    über die entnommene Leistung  des Feldkreises ergibt den Rückgewinn, auf den es  an sich vielleicht weniger ankommt als darauf, dass  um diesen Betrag die Widerstandsleistung und damit  das erforderliche Widerstandsgewicht kleiner wird.

    Die     Ausrüstung    wird leichter als jene der Wider  standsbremse, die selbst schon den bekannten Nutz-         bremsschaltungen    gewichtsmässig zumeist überlegen  ist.  



  Die     Fig.    7 und 8 zeigen beispielsweise Schaltun  gen für zwei Motoren, die nichts anderes als eine Ver  dopplung der einmotorigen Schaltung sind, wobei je  doch die Ströme der beiden Hälften entgegengesetzte  Richtungen haben. Bei     Fig.    7 können die Spannungen       El    und     EZ    verschieden sein, während sie bei     Fig.    8       gleich,    gross bzw. identisch sind. In beiden Fällen kann  der Halbierungspunkt der Spannungen an den Mittel  punkt der Widerstände angeschlossen sein. Selbst  verständlich lässt sich die Erfindung auf eine beliebige  Anzahl von Motoren anwenden.  



  Die     Fig.    9 und 10 zeigen andere Schaltungsvari  anten, bei denen, wie man sich leicht überzeugt, im  Feldkreis an Stelle der Spannung     E,    die Spannung       E.-El    wirksam ist.  



  Es sei schliesslich noch darauf hingewiesen, dass  auch bei der völlig anders arbeitenden     Kondensator-          Nutzbremsschaltung    ein vom Anker- und Feldstrom  durchflossener Widerstand angeordnet ist, der aber  natürlich nicht wie bei der erfindungsgemässen     (kon-          densatorlosen)    Schaltung als Bremswiderstand be  zeichnet werden kann.



  Circuit arrangement for braking at least one single-phase alternating current collector motor In Switzerland. Patent specification No. 320185 describes a bridge circuit for alternating current collector machines in which a phase-shifting effect is achieved in the motor circuit by means of a choke coil arranged in the bridge branch. Conversely, switching on a capacitive resistor would worsen the phase position of the mains current. The invention uses a similar circuit arrangement.

   In this case, a pure active resistance or a resistance having at least one active component is seen as a braking resistor, which can expediently convert electrical power into heat in the order of magnitude of the braking power. If you examine this circuit, it turns out that above a certain speed, the phase position of the armature current is rotated by more than 90 compared to that of the field current and the motor becomes the generator.

    Regarding the state of the art, reference is made to the detailed treatises by Leyvraz, Bulletin Oerlikon 1950, Hefte 283/84 and Mirow ETZ 1938, pp. 433/464.



  According to the invention, the armature circuit and the field circuit have a common current path in which the braking resistor mentioned is arranged. Three first exemplary embodiments are initially shown for one motor alone in FIGS. 1, 2 and 3. The armature circuit is connected to the voltage Ui, the field circuit is connected to the voltage U2 and the resistor W is in the common path of both circles.

   The arrows of the voltages Ui, U .., are opposite to those of the corresponding electromotive forces Ei, E2 shown in the figures. The current arrows for JF, JA and Jw are still entered. Zr, Z, #, and Zw are the apparent resistances through which the field current, the armature current and the resistance current flow. ZA thus contains not only the armature resistance, but also possibly resistors connected in series with it.

   This also applies to Zr. In Fig. 1, the voltages U1 and U2 have the same direction. In FIG. 2 the voltage Ui = 0, that is to say the terminals at which the voltage U1 would otherwise be present are short-circuited. In Fig. 3 U1 has the opposite direction as in Fig. 1 ..

   If U1 <I> = </I> U2 <I> = U, </I> is also shown in FIG. 3, there is no potential difference between the upper terminal block and the lower anchor terminal, that is, the two terminals can be connected to one another get connected. The scarf device according to Fig. 1 corresponds to a combined resistance-regenerative brake, which according to Fig. 2 is a self-regulating resistance brake thanks to the reaction of the armature circuit on the field circuit and that of FIG.



  The (back) EMF generated in the armature is EA = _ JFv; where v = K # n, K is a machine constant and n is the speed. v has the dimension of an effective resistance that changes proportionally with the speed.

   To examine the circuit, the mesh and knot equations are set up: 0 = - JF + JA - Jw U1 = - JFV + JA ZA --f- JWZw U2 = JFZF - Jwzw The determinant of the equation system is D = ZAZr -f- ZW ( ZA -I- ZF + v), and the following formulas result for the currents:

    
EMI0002.0001
    The locus curves of the currents are circles with the variable parameter v. The field circle goes through the origin, the other two are circles of general situation. The currents and voltages can now be determined for each operating point using the formulas. Every current is made up of two parts, which come from the voltages U1 and U. If one of the tensions becomes zero, its share also disappears. A graphic reproduction of the pie diagrams can be omitted because the formulas for the flows are given anyway.

   4 and 5, the vector diagrams of the voltages and currents of the circuits according to FIGS. 1 and 2 for an operating point are drawn, the voltage A = -JAZI, W - -Jm * ZIV and F = -JFZF . The voltage equations given above and on which the diagrams are based are then: EI = EA + A + W <I> E, = F- W. </I>



  From Fig. 4 it can be seen that the armature circuit in the resistor power brake delivers active and reactive power into the network, in contrast to other useful brake circuits, which probably output active power, but draw reactive power. In Fig. 6, the braking force speed curves 1, 2 and 3 are given, which correspond to the circuits of FIGS. 1, 2 and 3. These characteristics apply to a certain voltage level on the transformer. The currents increase linearly with increasing voltage and the braking forces increase quadratically. The intersections of the ordinates remain unchanged.

   The characteristics take almost the same course as those of the compressed air brake. The set voltage level corresponds to the pressure in the brake cylinder.



  The circuit of Fig. 1 is the most important, because it has a large braking power, especially at high speed, of which part is sent back to the network. The field circuit draws power from the network, the armature circuit supplies power to the network above a certain speed. The excess over the drawn power of the field circuit results in the recovery, which is perhaps less important than the fact that the resistance power and thus the required resistance weight is reduced by this amount.

    The equipment is lighter than that of the resistance brake, which is itself usually superior to the known regenerative brake circuits in terms of weight.



  7 and 8 show, for example, Schaltun conditions for two motors, which are nothing more than a United doubling of the single-motor circuit, but depending on the currents of the two halves have opposite directions. In FIG. 7, the voltages El and EZ can be different, while in FIG. 8 they are the same, large or identical. In both cases, the halving point of the voltages can be connected to the center of the resistors. It goes without saying that the invention can be applied to any number of motors.



  9 and 10 show other Schaltungsvari antennas in which, as you can easily see, in the field circuit instead of the voltage E, the voltage E.-E1 is effective.



  Finally, it should be pointed out that a resistor through which the armature and field current flows is also arranged in the completely different capacitor regenerative braking circuit, but which of course cannot be called a braking resistor as in the (capacitorless) circuit according to the invention.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Schaltungsanordnung zur Bremsung mindestens eines Einphasen-Wechselstromkollektormotors, da durch gekennzeichnet, dass ein reiner Wirkwiderstand oder ein wenigstens eine Wirkkomponente aufweisen der Widerstand als Bremswiderstand in einem dem Ankerkreis und Feldkreis gemeinsamen Strompfad angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Bremsschaltungsanordnung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass Ankerkreis und Feldkreis derart an das Netz angeschlossen sind, dass ein Teil der Bremsenergie in das Netz geliefert wird (Fig. 1). PATENT CLAIM Circuit arrangement for braking at least one single-phase AC collector motor, characterized in that a pure resistance or at least one active component has the resistance as a braking resistance in a current path common to the armature circuit and field circuit. SUBClaims 1. Brake circuit arrangement according to patent claim, characterized in that the armature circuit and field circuit are connected to the network in such a way that part of the braking energy is supplied to the network (Fig. 1). z. Bremsschaltungsanordnung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerkreis über den Widerstand kurzgeschlossen ist, so dass eine reine Widerstandsbremsung mit Selbstregelung zu stande kommt (Fig. 2). 3. Bremsschaltungsanordnung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass Ankerkreis und Feldkreis derart an das Netz angeschlossen sind, dass sich Gegenstrombremsung ergibt (Fig. 3). z. Brake circuit arrangement according to patent claim, characterized in that the armature circuit is short-circuited via the resistor, so that a pure resistance braking with self-regulation comes about (Fig. 2). 3. Brake circuit arrangement according to claim, characterized in that the armature circuit and field circuit are connected to the network in such a way that countercurrent braking results (Fig. 3). 4. Bremsschaltungsanordnung nach Patentan spruch, mit zwei Motoren oder Motorengruppen, da durch gekennzeichnet, dass zwei einmotorige Schal tungen in solcher Weise vereinigt sind, dass die Ströme der beiden Motoren in bezug auf die Widerstands mitte verschiedene Richtungen haben (Fig. 7 und 8). 5. Bremsschaltungsanordnung nach Unteran spruch 4, mit zwei Motoren oder Motorengruppen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerkreise und die Feldkreise je für sich an einer eigenen Spannungs quelle liegen (Fig. 7). 4. Brake circuit arrangement according to patent claim, with two motors or motor groups, characterized in that two single-motor scarf lines are combined in such a way that the currents of the two motors with respect to the resistance center have different directions (Fig. 7 and 8) . 5. Brake circuit arrangement according to Unteran claim 4, with two motors or motor groups, characterized in that the armature circuits and the field circuits are each on their own voltage source (Fig. 7). 6. Bremsschaltungsanordnung nach Unteran spruch 4 mit zwei Motoren oder Motorengruppen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerkreise und die Feldkreise an einer gemeinsamen Spannungsquelle liegen (Fig. 8). 7. Bremsschaltungsanordnung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Anker- kreis eingeprägte Netzspannung durch den Wert Null hindurch regelbar ist. 6. Brake circuit arrangement according to claim 4 with two motors or groups of motors, characterized in that the armature circuits and the field circuits are connected to a common voltage source (Fig. 8). 7. Brake circuit arrangement according to claim, characterized in that the line voltage impressed on the armature circuit can be regulated through the value zero.
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