CS248339B1

CS248339B1 - Induction rotor starter for asynchronous ring motor

Info

Publication number: CS248339B1
Application number: CS162485A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ledr; Vladimir Zajic
Original assignee: Zdenek Ledr; Vladimir Zajic
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Ěešení se týká indukčního rotorového spouštěče, který umožňuje samočinný rozběh asynchronního kroužkového motoru. Spouštěč je tvořen magnetickým lištěným obvodem trojfázové tlumivky s pěti sloupky. Na každém ze tří vnitřních sloupků je umístěno vinutí jedné fáze trojfázové tlumivky. Vinutí všech tří fází této tlumivky jsou vzájemně zapojena do hvězdy. Vnitřní sloupky magnetického obvodu jsou obklopeny závitem nakrátko a jsou opatřeny vzduchovou mezerou. Vinuti všech tří jsou připojena k rotorovému vinutí stroje. Závit nakrátko může být proveden z trubky pro průchod chladící kapalinyThe solution concerns an induction rotor starter, which enables automatic starting of an asynchronous slip ring motor. The starter is formed by a magnetically laminated circuit of a three-phase choke with five columns. On each of the three inner columns is placed the winding of one phase of the three-phase choke. The windings of all three phases of this choke are interconnected in a star. The inner columns of the magnetic circuit are surrounded by a short-circuited thread and are provided with an air gap. The windings of all three are connected to the rotor winding of the machine. The short-circuited thread can be made of a pipe for the passage of the cooling liquid

Description

Vynález se týká indukčního rotorového spouštěče umožňujícího samočinný rozběh asynchronního kroužkového motoru.The present invention relates to an induction rotor starter enabling the asynchronous ring motor to start automatically.

Je znám indukční rotorový spouštěč sestávající v každé fázi z paralelního řazení prvního činného odporu se sériovou kombinací tlumivky a druhého činného odporu. Tato tlumivka je bud vzduchová, tj. reaktor, nebo s magnetickým listěným obvodem.An inductive rotor starter comprising in each phase a parallel shifting of a first active resistor with a series combination of a choke and a second active resistor is known. This choke is either air, ie a reactor, or with a magnetic leaf circuit.

V dalším bude tento indukční rotorový spouštěč označen jako spouštěč prvního typu.In the following, this induction rotor starter will be referred to as a first type starter.

Je také znám indukční rotorový spouštěč, sestávající v každé fázi z tlumivky, jejíž magnetický obvod není listěný, ale plný, nebo je složený ze silných železných desek. Ztráty v železe tohoto masivního magnetického obvodu se dají nahradit ztrátami ve fiktivním činném odporu, paralelně připojeném ke každé fázi vinutí tlumivky. Náhradní schéma uvedeného indukčního spouštěče, označeného jako spouštěč druhého typu, je stejné jako schéma indukčního rotorového spouštěče prvního typu, avšak druhý činný odpor je u indukčního spouštěče druhého typu dán činným odporem vinutí každé fáze tlumivky, nebo je to samostatný přístroj.An inductive rotor starter is also known, consisting in each phase of a choke whose magnetic circuit is not leafed but full or composed of thick iron plates. Iron losses of this massive magnetic circuit can be compensated for by losses in a fictitious active resistance, connected in parallel to each phase of the coil winding. The replacement scheme of said inductive starter, referred to as the second type starter, is the same as that of the first type inductive rotor starter, but the second active resistance of the second type inductive starter is given by the active winding resistance of each choke phase, or is a separate device.

Účelem obou zmíněných typů indukčních rotorových spouštěčů je změnit náhradní schéma kroužkového asynchronního motoru na náhradní schéma podobné náhradnímu schéma dvouklecového asynchronního motoru soustavy Boucherotovy, který se vyznačuje velkým záběrným momentem, menším momentem zvratu a menším záběrným proudem proti kroužkovému asynchronnímu motoru spouštěnému přímo bez použití jakéhokoliv rotorového spouštěče. Průběh momentu motoru je pak na otáčkách jen málo závislý.The purpose of the two types of induction rotor starters is to change the ring-type asynchronous motor replacement scheme to a Boucherot-like two-cage asynchronous motor replacement scheme, characterized by a large starting torque, less break-even torque and lower starting current against the ring asynchronous motor. Starters. The torque of the motor is then little dependent on the speed.

248 339248 339

Oba popsané typy indukčních rotorových spouštěčů mají své nevýhody. U spouštěče prvního typu, který se dá vcelku dobře po výpočtové stránce navrhnout včetně výpočtu indukčním spouštěčem docílené momentové charakteristiky M = f(n) motoru, vznikají obtíže v tom smyslu, že v zařízeních umístěných v prostorech s nebezpečím výbuchu, musí být první i druhý činný odpor, jakož i vzduchový reaktor provedeny v nevýbušném závěru, což vyžaduje velký prostor.Both described types of induction rotor starters have disadvantages. In the case of a starter of the first type, which can be reasonably well-designed from the calculation point of view, including the torque characteristic M = f (n) achieved by the inductive starter, difficulties arise in the sense that both the first and second must be present in equipment located in potentially explosive areas. the active resistance as well as the air reactor are made in an explosion-proof enclosure, which requires a large space.

U indukčního rotorového spouštěče druhého typu, využívajícího ztráty v železe masivního magnetického obvodu, je značně obtížné vypočítat spolehlivě momentovou charakteristiku M « f(n) motoru, a je proto nutné teprve podle provedených zkoušek upravovat parametry tlumivky, což není vždy snadné.In an induction rotor starter of the second type, utilizing iron losses of a massive magnetic circuit, it is very difficult to calculate reliably the torque characteristic M «f (n) of the motor and therefore it is only necessary to adjust the choke parameters according to the tests performed.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny indukčním rotorovým spouštěčem asynchronního kroužkového motoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na magnetickém listenem obvodu trojfázové tlumivky s pěti sloupky je na každém ze tří vnitřních sloupků umístěno vinutí jedné fáze trojfázové tlumivky. Vinutí všech tří fází této tlumivky jsou vzájemně zapojena do hvězdy, tři vnitřní sloupky magnetického obvodu jsou obklopeny závitem nakrátko a jsou opatřeny vzduchovou mezerou. Vinutí všech tří fází jsou připojena k rotorovému vinutí asynchronního kroužkového motoru, jehož statorové vinutí je spojeno s trojfázovou sítí. Podstatou vynálezu dále je, že závit nakrátko je proveden z trubky pro průchod chladící kapaliny.These drawbacks are overcome by the induction rotor starter of an asynchronous ring motor according to the invention, characterized in that a winding of one phase of the three-phase choke is arranged on the magnetic braking circuit of a three-phase three-pole choke circuit. The windings of all three phases of this choke are connected to each other in a star, the three inner columns of the magnetic circuit are surrounded by a short-circuit thread and have an air gap. The windings of all three phases are connected to the rotor windings of an asynchronous ring motor whose stator winding is connected to a three-phase network. It is further an object of the invention that the short-circuit thread is made of a coolant passage tube.

Výhodou uvedeného indukčního rotorového spouštěče je, že nepotřebuje dva samostatné odporníky, čímž je jednodušší a je méně náročný na prostor. Tam, kde se žádá několik spouštěcích stupňů, jako například u těžních strojů s asynchronním kroužkovým motorem, je možné řadit indukční spouštěče jako samostatné moduly do série a vyřazovat je příslušným stykači. Přitom i druhý odporník bude mít stejný počet stupňů řazených do série jako bude počet stupňů jednotlivých modulů.The advantage of said inductive rotor starter is that it does not need two separate resistors, making it simpler and less space consuming. Where several starter stages are required, such as in asynchronous ring motor hoists, induction starters can be arranged as separate modules in series and discarded by the appropriate contactor. The second resistor will have the same number of stages in series as the number of stages of the individual modules.

Na připojeném výkresu je na obr. 1 naznačen příklad trojpólového indukčního rotorového spouštěče asynchronního kroužkového motoru podle vynálezu a na obr. 2 je pro lepší názornostIn the accompanying drawing, an example of a three-pole induction rotor starter of an asynchronous ring motor according to the invention is shown in FIG. 1 and in FIG.

248 339 jeho jednopólové schéma. Na obr. 3 je v magnetickém pětisloupkovém obvodu naznačen průběh magnetického toku ^5 třetí harmonické bez dalších magnetických toků konfázových lichých harmonických dělitelných třemi.248 339 its single-pole diagram. In Fig. 3, the magnetic five-column circuit shows the course of the magnetic flux 5 5 of the third harmonic without the additional magnetic fluxes of the confase odd harmonics divisible by three.

Magnetický listěný obvod 1_ trojfázové tlumivky s pěti sloupky má na třech vnitřních sloupcích, z nichž každý je opatřen vzduchovou mezerou 2, umístěno vinutí 2 vždy jedné fáze trojfázové tlumivky. Činný odpor každé fáze je znázorněn mimo vinutí 3 a je naznačen jako první odporník 4 Čárkovaně, aby se tím vyznačilo, že se nejedná o zvláštní samostatnou součást.The five-column three-phase choke magnetic circuit 1 has a winding 2 for each phase of the three-phase choke on three inner columns, each of which is provided with an air gap 2. The effective resistance of each phase is shown outside the winding 3 and is indicated by the first resistor 4 in dashed lines to indicate that it is not a separate component.

Všechna vinutí 3 jsou spojena vzájemně do hvězdy a jsou připojena k rotorovému vinutí 5b asynchronního kroužkového motoru, jehož statorové vinutí 5a je připojeno k trojfázové síti 6. Vnitřní sloupky magnetického listěného obvodu ® vinutím 3 jsou obklopeny jedním společným závitem 7 nakrátko. Protože se v závitu nakrátko maří značný činný výkon, jehož hodnotě je úměrný točivý moment asynchronního kroužkového motoru, je možno závit 7 nakrátko provést z trubky protékané vodou, což umožňuje jeho chlazení. Přitom vzhledem k odizolování závitu 7 nakrátko od vinutí 2» jakož i pro nepatrné napětí v něm, nevznikají obtíže s odizolováním okruhu chladící vody od země a chladící voda nemusí být vodou destilovanou, tj. nevodivou, ale může zde být použito vody z vodovodu.All windings 3 are connected to each other in a star and are connected to the rotor winding 5b of an asynchronous ring motor whose stator winding 5a is connected to a three-phase network 6. The internal pillars of the magnetic paper circuit vin by winding 3 are surrounded by one common thread 7 for short. Since a considerable active power is thwarted in the thread for a short time, the value of which is proportional to the torque of the asynchronous ring motor, the thread 7 can be short-circuited from the water flow pipe, allowing it to be cooled. However, due to the short-term insulation of the thread 7 and the low voltage therein, there are no difficulties in stripping the cooling water circuit from the ground and the cooling water need not be distilled water, i.e. non-conductive, but tap water may be used.

Do závitu 7 nakrátko se neindukuje proud účinkem trojfázového vinutí 3? protože v obr. 1 nezneUzorn^é magnetické toky první harmonické všech tří fází jsou v každém okamžiku v rovnováze a jejich výsledná hodnota je nulová. Do závitu Ί_ nakrátko se však indukuje proud účinkem magnetického toku třetí harmonické a dalších lichých harmonických dělitelných třemi, které ve všech vnitřních sloupcích magnetického obvodu jsou konfázové. ^obr. 3 je ;znazíJrn£in jen z nich největší, tj. magnetický tok třetí harmonické.Is there no current induction to the short-circuit thread 7 due to the three-phase winding 3? since the first harmonic fluxes of the first harmonic of all three phases are in equilibrium at any moment and their resultant value is zero. However, a short-circuit current is induced by the magnetic flux of the third harmonic and other odd harmonics divisible by three, which are all phase in the magnetic circuit's internal circuits. FIG. 3 is only the largest of them, i.e. the magnetic flux of the third harmonic.

Jouleovy ztráty v závitu 2 nakrátko, které vznikají účinkem do něj indukovaných proudů lichých konfázových harmonických dělitelných třemi, je možné nahradit ztrátami ve fiktivním odporu připojeném paralelně k vinutí 3, přičemž každá fáze tohoto fik4Joule losses in the short-circuited thread 2 caused by the currents of the odd-phase harmonic divisible by three can be compensated for by losses in a fictitious resistor connected in parallel to the winding 3, each phase of this fik4

248 339 tivního odporu je označena jako druhý odporník 8 nakreslený též čárkovaně, aby se tím vyznačilo, že to není zvláštní samostatná součást.248 339 is called a second resistor 8 also drawn in dashed lines to indicate that it is not a separate component.

V dále uvedeném popisu funkce značí použité symboly:In the following description of the function the symbols used indicate:

- magnetický tok třetí harmonické- magnetic flux of the third harmonic

I? - proud třetí harmonické v závitu 7_ nakrátkoAND? - a third harmonic current in the short-circuit thread 7

- napětí třetí harmonické v závitu 7 nakrátko- the third harmonic voltage in the short-circuit thread 7

- impedance třetí harmonické v závitu 7 nakrátko- the third harmonic impedance in short-circuit thread 7

P~ - Jouleova ztráta v závitu 7 nakrátko _v “P ~ - Joule loss in _the short thread 7 "

Rj - činná složka impedance Z^Rj - active component of impedance Z ^

Rg - fázová hodnota odporu druhého odporníku 8Rg - phase resistance value of the second resistor 8

- fázové napětí třetí harmonické na druhém odporníku 8- the third harmonic phase voltage on the second resistor 8

- počet závitu každé fáze vinutí £- the number of turns of each phase of the winding £

U₂ - kroužkové sdružené napětí asynchronního kroužkového motoru v klidu f^ - kmitočet trojfázové sítě £ f₂ - kroužkový kmitočet p - závitový převod rij - jeden závit jedné fáze náhradního zapojení do trohúhelníkuU ₂ - ring coupled voltage of asynchronous ring motor at standstill f ^ - frequency of three-phase network £ f ₂ - ring frequency p - threaded transmission rij - one thread of one phase of the substitution triangle connection

Z teorie je známo, že trojfázové vinutí,např. transformáto ru, zapojené do hvězdy, neumožňuje přirozenou magnetizaci magnetického obvodu, která při sinusovém časovém průběhu napětí a magnetického toku vyžaduje nesinusový časový průběh magnetizaóního proudu, což je dáno přirozenými vlastnostmi železa tvořící ho magnetický obvod, tj. jeho sycením a hysterezí. Tento nesinusový časový průběh magnetizačniho proudu by pak obsahoval liché harmonické proudy dělitelné třemi, o nichž je z teorie dále známo, že mají ve všech fázích v každém okamžiku stejný směr, čili jsou konfázové.It is known from the theory that a three-phase winding, e.g. The star transformer does not allow the natural magnetization of the magnetic circuit, which requires a non-sinusoidal waveform of the magnetizing current at the sinusoidal voltage and magnetic flux times due to the natural properties of the iron constituting the magnetic circuit, ie, its saturation and hysteresis. This non-sinusoidal waveform of the magnetization current would then contain odd harmonic currents divisible by three, which are further known from the theory to have the same direction in each phase at all times, or confas.

Při spojení vinutí 3 do hvězdy nemohou vsak tyto konfázové proudové složky vinutím 3 protékat, takže není proto splněna podmínka přirozené magnetizace a vznikne pak vnucená magnetizace, která se vyznačuje tím, že místo v magnetizačním proudu vzniknou nyní konfázové liché harmonické dělitelné třemi v magnetickém toku.When the star windings 3 are connected, however, these confase current components cannot flow through the winding 3, so that the natural magnetization condition is not met and forced magnetization occurs, which is characterized in that instead of in the magnetizing current, now the harmonic odd harmonics divisible by three in the magnetic flux.

248 339248 339

Právě tyto konfázové magnetické toky lichých harmonických dělitelných třemi, z nichž pro jednoduchost je uvažován jen tok ₃ třetí harmonické, jsou základem předloženého vynálezu.It is these confase magnetic fluxes of odd harmonic divisible by three, of which only the third harmonic flux ₃ is considered for simplicity, are the basis of the present invention.

Aby se magnetický tok stejného smyslu ve všech vnitřních sloupcích magnetického obvodu dobře uzavřel a nemusel procházet dlouhými vzduchovými cestami o velkém magnetickém odporu, je použit magnetický obvod s pěti sloupky, přičemž každým krajním sloupkem prochází tok o hodnotě 1,5· jak ukazuje obr. 5· Protože i hodnota 1,5·^ je malá proti hodnotě magnetického toku první harmonické, mohou být krajní sloupky menšího průřezu než sloupky vnitřní.In order to close the magnetic flux of the same meaning in all the internal columns of the magnetic circuit and not have to pass through long air paths of high magnetic resistance, a five-column magnetic circuit is used, with a flux of 1.5 · as shown in Figure 5 Since the value of 1.5 · ^ is also small compared to the value of the magnetic flux of the first harmonic, the outer pillars can be of smaller cross-section than the inner pillars.

Žávit 7 nakrátko obemyká tedy celkový magnetický tok 3·$^’ jak ukazuje obr. 3» čímž se do závitu 7 nakrátko indukuje napětí třetí harmonické a dalších konfázových lichých harmonických dělitelných třemi, zatím zanedbaných.Thus, short-circuiting 7 encircles the total magnetic flux 3 '$ ^' as shown in Fig. 3 ', thereby inducing a short-circuit voltage into the coil 7 of the third harmonic and other odd-phase odd harmonic divisible by three, so far neglected.

Napětí protlačí impedancí Z^ závitu 7 nakrátko proudThe voltage pushes the current briefly through the impedance Z of the thread 7

I _ ^U3 ⁵ ' -Z,' a v činné složce impedance Z^ vznikne Jouleova ztráta b ‘ ^R3 · ^1?íI _ ^U 3 ⁵ '-Z,' and in the active component of impedance Z ^ a Joule loss b ' ^R 3 · ^1? and

Ta se dá převést na primární stranu myšleného transformátoru s třetí harmonickou v magnetickém toku jako ztráta ve fiktivním trojfázovém odporu označeném jako druhý odporník 8 s fázovou hodnotou Rg, čili y/2This can be converted to the primary side of a transformer with a third harmonic in the magnetic flux as a loss in a fictitious three-phase resistor designated as the second resistor 8 with a phase value Rg, ie y / 2

P₃ = H₅ . I* . 5 -Λ- , kde je fázové napětí 5· harmonické, tj. napětí U^/3, převedené v závitovém převodu P = N^/1 na primární stranu.P ₃ = H ₅ . I *. 5 -Λ-, where the phase voltage 5 · is harmonic, ie the voltage U ^ / 3, converted in the P = N ^ / 1 to the primary side.

IAND

Bude protoIt will therefore

248 339248 339

3_ ’3_ ’

kde je počet závitů každé fáze vinutí 3. ^a 3^e jeden závit jedné fáze náhradního zapojení do trojúhelníku rovnocenní jednomu společnému závitu 7 nakrátko, kdy každá fáze tohoto náhradního zapojení do trojúhelníku by měla při vlastním magnetickém toku Φ jen napětí U^/3, když celkové napětí v závitu 7 nakrátko od od celkového magnetického toku 3 · ₃ je U₅.where the number of turns of each phase of winding is 3 ^and 3 ^e, one turn of one phase of the surge circuit is equivalent to one common coil 7, where each phase of the surge circuit would have a voltage U ^ / 3 for its own magnetic flux když the total voltage in the thread 7 short of the total magnetic flux 3 · ₃ is U ₅ .

Vinutí £ o počtu závitů má fázové rotorové napětí první harmonické, tj. · napětí TJ^/ VT, tj. při skluzu s = 1, kdy kroužkový kmitočet f^ = s . f^ = 1 . f ₁ , tj. kmitočet f^ trojfázové sítě b_. I při značném magnetickém přesycení, tj. při velké magnetické indukci první harmonické a při daném průřezu vnitřních sloupků, tj. při velkém magnetickém toku první harmonické, byla by reaktance vinutí 3 při počtu závitů veliká, a nemohla by proto z rotorového vinutí 5b asynchronního kroužkového motoru při fázovém napětí Ug / Í3 první harmonické převzít rotorový proud, který je řádově rovný jmenovitému rotorovému proudu asynchronního kroužkového motoru a je potřebný pro vznik jmenovitého momentu.The number of windings 8 has a phase rotor voltage of the first harmonic, i.e. a voltage TJ / VT, i.e. at a slip s = 1, where the ring frequency f ^ = s. f ^ = 1. f ₁ , ie the frequency f ^ of the three-phase network b. Even with considerable magnetic supersaturation, i.e. high magnetic induction of the first harmonic and given a cross section of the inner columns, i.e. with a high magnetic flux of the first harmonic, the reactance of the winding 3 would be great at the number of turns and could therefore not be asynchronous At the first harmonic phase voltage of Ug / /3 the rotor current is assumed to be of the order of magnitude equal to the rated rotor current of the asynchronous ring motor and is required for the generation of the rated torque.

Je proto nutné snížit hodnotu reaktance vinutí zavedením vzduchové mezery £ v každém vnitřním sloupku magnetického obvodu £, při daném magnetickém toku první harmonické.It is therefore necessary to reduce the value of the winding reactance by introducing an air gap 6 in each inner column of the magnetic circuit 6 at a given magnetic flux of the first harmonic.

Claims

An induction rotor starter for an asynchronous ring motor, characterized in that a winding (5) of one phase of a three-phase choke, a winding (5) of all three phases of a three-phase choke is located on each of the three inner columns of the three-phase choke circuit. the chokes are connected to each other in a star, the three inner columns of the magnetic circuit are surrounded by a short thread (7) and are provided with an air gap (2), the windings (5) of all three phases being connected to the rotor winding (5b) of the asynchronous ring motor. the winding (5a) is connected to a three-phase network (6).

2. An induction rotor starter according to claim 1, characterized in that the short-circuit thread (7) is made of a coolant passage tube.

1 drawing