DE1077763B

DE1077763B - Arrangement for the current limitation of a speed-controlled electric motor with the help of a magnetic amplifier

Info

Publication number: DE1077763B
Application number: DEL28315A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wolfgang Kranert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-08-09
Filing date: 1957-08-09
Publication date: 1960-03-17

Description

Anordnung zur Strombegrenzung eines drehzahlgeregelten Elektromotors mit Hilfe eines magnetischen Verstärkers Die im folgenden beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Strombegrenzung eines drehzahlgeregelten Elektromotors mittels magnetischer Verstärker, bei der insbesondere der Begrenzung des Anlaßstromes Beachtung geschenkt wird.Arrangement for limiting the current of a speed-controlled electric motor with the aid of a magnetic amplifier The invention described below relates to an arrangement for limiting the current of a speed-controlled electric motor by means of magnetic amplifiers, with which in particular the limitation of the starting current Attention is paid.

Die Forderung nach Strombegrenzung bei Elektromotoren tritt insbesondere dann auf, wenn die Motoren in Antrieben Verwendung finden, die vorgegebenen Betriebsbedingungen folgen müssen. Um in diesen Fällen eine ausreichende dynamische Stabilität sicherzustellen; ist es notwendig, .die Zeitkonstanten der einzelnen Übertragungsglieder des Regelkreises aufeinander abzustimmen. Dient als Regelglied für einen drehzahlgeregelten Elektromotor beispielsweise ein magnetischer Verstärker, so kann man einen besonderen Strombegrenzungsverstärker vorsehen, der den magnetischen Verstärker im Sinne einer Strombegrenzung bei Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Stromes beeinflußt. Zur Überbrückung der Totzeiten der Verstärker und der Zeitkonstanten im Wirkungskreis ist an einer Stelle des Regelkreises eine größere Zeitkonstante erforderlich. Um diese zu erreichen, hat man auf den Strombegrenzungsverstärker, wenn dieser auch als magnetischer Verstärker ausgeführt ist, neben der den zu begrenzenden Motorstrom führenden Steuerwicklung noch besondere Kurzschlußwindungen aufgebracht. Die dadurch erhaltene Stabilität der Strombegrenzung wirkt sich aber auf den Anlaßvorgang des Antriebs bei vorgegebenem Sollwert insofern ungünstig aus, als die relativ große Zeitkonstante ein sofortiges Eingreifen der Strombegrenzung beim Auftreten der Anlaßstromspitze verhindert.The demand for current limitation in electric motors occurs in particular then, when the motors are used in drives, the specified operating conditions have to follow. In order to ensure sufficient dynamic stability in these cases; it is necessary .the time constants of the individual transfer elements of the control loop to coordinate. Serves as a control element for a speed-controlled electric motor for example a magnetic amplifier, so you can use a special current limiting amplifier provide the magnetic amplifier in the sense of a current limitation when exceeded a predetermined maximum current influenced. To bridge the dead times the amplifier and the time constant in the action circle is at one point in the control loop a larger time constant is required. To achieve this, you have to use the Current limiting amplifier, if this is also designed as a magnetic amplifier is special, in addition to the control winding that carries the motor current to be limited Short-circuit turns applied. The resulting stability of the current limitation but affects the starting process of the drive at a given setpoint unfavorable when the relatively large time constant intervenes immediately Current limitation prevented when the starting current peak occurs.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die bekannte Anordnung dahingehend zu verbessern, daß auch eine Begrenzung des Anlaßstromes stattfindet.The object underlying the invention is now that to improve known arrangement to the effect that also a limitation of the starting current takes place.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer Anordnung zur, Strombegrenzung eines drehzahlgeregelten Elektromotors, insbesondere während seines Anlassens, mit Hilfe eines den Drehzahlregler beeinflussenden magnetischen Verstärkers mit mehreren Steuerwicklungen, von denen eine kurzgeschlossen ist und eine den zu begrenzenden Motorstrom führt, vor, daß der in Selbstsättigungsschaltung mit Gleichstromausgang ausgeführte magnetische Verstärker außerdem eine vor dem Anlassen bereits eingeschaltete, den magnetischen Verstärker auf größte Gleichstromabgabe aussteuernde Steuerwicklung und eine erst bei Anlaßbeginn eingeschaltete, gegenmagnetisierend wirkende Steuerwicklung besitzt, die den magnetischen Verstärker entsprechend der wirksamen Zeitkonstante verzögert auf kleinste Gleichstromabgabe aussteuert. Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Drehzahl eines Gleichstrommotors 1 über einen magnetischen Verstärker 2 geregelt werden soll. Die Arbeitswicklungen 3 bis 8 des magnetischen Verstärkers 2 sind über das Schütz 9 an die Klemmen 10 bis 12 eines Drehstromnetzes geführt und speisen über die Gleichrichter 13 bis 18 den Motor 1. Jeder der Arbeitswicklungen 3 bis 8 ist eine Steuerwicklung 23 bis 28 zugeordnet, durch die in bekannter Weise eine Spannungszeitflächensteuerung der einzelnen Drosselspulen des magnetischen Verstärkers entsprechend der Regelabweichung erfolgt.To achieve this object, the invention proposes an arrangement to limit the current of a speed-controlled electric motor, especially during its starting, with the help of a magnetic influencing the speed controller Amplifier with several control windings, one of which is short-circuited and one leads to the motor current to be limited, before that the in self-saturation circuit Magnetic amplifiers with direct current output also have one in front of the Starting already switched on, the magnetic amplifier for maximum direct current output modulating control winding and a counter-magnetizing that is only switched on at the start of the engine start-up Acting control winding has the magnetic amplifier according to the effective time constant with a delay to the smallest direct current output. A Embodiment of an arrangement according to the invention is shown in FIG. In this embodiment it is assumed that the speed of a DC motor 1 is to be controlled by a magnetic amplifier 2. The work developments 3 to 8 of the magnetic amplifier 2 are connected to the terminals 10 via the contactor 9 to 12 of a three-phase network and feed via the rectifiers 13 to 18 the motor 1. Each of the working windings 3 to 8 is a control winding 23 to 28 assigned, through which a voltage time area control of the individual choke coils of the magnetic amplifier according to the control deviation he follows.

Einzelheiten dieser bekannten Steueranordnung sind, da sie nicht zum Erfindungsgegenstand gehören, in dem Ausführungsbeispiel nicht angegeben. Eine zusätzliche Vormagnetisierung können die einzelnen Drosselspulen des magnetischen Verstärkers 2 über die Steuerwicklungen 33 bis 38 erhalten. Außerdem trägt jede der Drosselspulen noch eine der Steuerwicklungen 43 bis 48, durch die der magnetische Verstärker 2 zur Begrenzung des Motorstroms vormagnetisiert wird. Der in diesen Steuerwicklungen43 bis 48 fließende Vormagnetisierungsstrom wird dem Strombegrenzungsverstärker 50 entnommen. Die Arbeitswicklungen 51 und 52 dieses in Selbstsättigungsschaltung mit Gleichstromausgang ausgeführten magnetischen Verstärkers liegen über die Gleichrichter 53, 54 und 55, 56 an einer an die Klemmen 57 und 58 angeschlossenen Wechselspannungsquelle. An die Arbeitswicklungen 51, 52 sind die Steuerwicklungen 43 bis 48 des magnetischen Verstärkers 2 derart angeschlossen, daß durch sie ein Gleichstrom fließt. Seine Stärke kann durch den einstellbaren Widerstand 59 geändert werden.Details of this known control arrangement are, as they are not for Subject matter of the invention are not specified in the exemplary embodiment. An additional The individual choke coils of the magnetic amplifier can bias the magnetization 2 received via the control windings 33 to 38. In addition, each of the reactors carries Another one of the control windings 43 to 48, through which the magnetic amplifier 2 is premagnetized to limit the motor current. The one in these control windings43 to 48 flowing bias current is fed to the current limiting amplifier 50 taken. The working windings 51 and 52 with this in self-saturation circuit Direct current output running magnetic amplifier lie across the rectifier 53, 54 and 55, 56 to an AC voltage source connected to terminals 57 and 58. The control windings 43 to 48 of the magnetic are attached to the working windings 51, 52 Amplifier 2 connected so that a direct current flows through it. His strength can be changed by the adjustable resistor 59.

Der Strombegrenzungsverstärker 50 wird mit Hilfe der Steuerwicklung 61 von dem den Gleichstrommotor 1 durchfließenden . Strom vormagnetisiert. Außerdem. erhält der Strombegrenzungsverstärker über die Steuerwicklung 62 eine in ihrer Größe durch Verändern des Widerstandes 63 einstellbare konstante Vormagnetisierüng in der gleichen Richtung. Diese Vormagnetisierurfg -wird von einer an die Klemmen 64 und 65 angeschlossenen Gleichspannungsquelle aufgebracht. Zur Erhöhung der Zeitkonstante des Strombegrenzungsverstärkers 50 dient die kurzgeschlossene Steuerwicklung 66. Der Strombegrenzungsverstärker besitzt darüber hinaus noch eine weitere Steuerwicklung 67. Die von dieser Steuerwicklung 67 aufgebrachte Vormagnetisierung ist der Vormagnetisierung entgegengerichtet, die der zu begrenzende Läuferstrom in der Steuerwicklung 61 hervorruft. Die Größe dieser Vormagnetisierung kann durch Verändern des Widerstandes 68 eingestellt werden. In dem Stromkreis der Steuerwicklung 67 liegt ein Schalter 69, den das Relais 70 betätigt. Dieses Relais 70 wird beim Einschalten des Schützes 9 an Spannung gelegt und schließt dabei den Schalter 69.The current limiting amplifier 50 is controlled by the DC motor 1 flowing through the control winding 61. Current premagnetized. Aside from that. the current limiting amplifier receives via the control winding 62 a constant bias in the same direction which can be adjusted in terms of its size by changing the resistor 63. This bias voltage is applied by a DC voltage source connected to terminals 64 and 65. The short-circuited control winding 66 serves to increase the time constant of the current limiting amplifier 50. The size of this bias can be adjusted by changing the resistor 68. In the circuit of the control winding 67 there is a switch 69 which the relay 70 actuates. This relay 70 is connected to voltage when the contactor 9 is switched on and closes the switch 69 in the process.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Vor dem Betätigen des Schützes 9 wird zusammen mit den anderen Hilfseinrichtungen des Antriebs der eine Vormagnetisierungsstromkreis des Strombegrenzungsverstärkers 50 mit der Steuerwicklung 62 eingeschaltet. Die dadurch bewirkte Vormagnetisierung wird so bemessen, daß der Strombegrenzungsverstärker in den Sättigungsbereich kommt. Zur Erläuterung dient die Fig.2, die in Abhängigkeit von der Vormagnetisierung M den Verlauf der Ausgangsspannung U des Strombegrenzungsverstärkers 50 zeigt. Durch den Strom in der Steuerwicklung 62 wird der Arbeitspunkt des Strombegrenzungsverstärkers 50, der ohne Vormagnetisierung bei 71 liegt, an die Stelle 72 verschoben. Größe und Richtung dieser Vormagnetisierung sind durch den Pfeil 73 gekennzeichnet. Die bei Einschaltung des Schützes 9 beginnende, durch den Strom in der Steuerwicklung 67 hervorgerufene Vormagnetisierung ist in Fig. 2 durch den Pfeil 74 angedeutet. Sie verschiebt den Arbeitspunkt des magnetischen Verstärkers 50 an die Stelle 75. Bleibt die vom Motorstrom bewirkte Vormagnetisierung innerhalb des durch die Punkte 75 und 76 begrenzten Bereiches, so reicht die von dem Strombegrenzungsverstärker 50 abgegebene Spannung nicht aus, den magnetischen Verstärker 2 strombegrenzend zu steuern. Wird der Motorstrom jedoch größer, so steigt die von dem Strombegrenzungsverstärker 50 abgegebene Spannung und ruft über den magnetischen Verstärker 2 eine Strombegrenzung im Motorstromkreis hervor. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß beim Einschalten des Schützes 9 die Spannung am Motor bei. begrenztem Motorstrom entsprechend der Anstiegsgeschwindigkeit der Vormagnetisierung 74 (Fig.2) ansteigt. Beim Einschalten ist die vom magnetischen Verstärker 2 abgegebene Spannung trotz des vorgegebenen Drehzahlsollwertes zunächst nahezu Null, da er durch den von der hohen Ausgangsspannung (Punkt 72 in Fig.2) des Strombegrenzungsverstärkers 50 hervorgerufenen Strom in den Steuerwicklungen 43 bis 48 gesperrt ist. Legt man die Anzahl der Kurzschlußwindungen und die Größe der Vormagnetisierung 73 des Strombegrenzungsverstärkers 50 geeignet aus, so wird erreicht, daß die mit der Vormagnetisierung 74 langsam ansteigende Motorspannung während des Anlaßvorgangs durch den Motor einen Strom treibt, der einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Diese Anlaßstrombegrenzung ist, da nicht nur der Motorstrom in der Steuerwicklung 61, sondern auch der in der Steuerwicklung 67 eingeschaltete Strom zeitlich veränderlich vormagnetisierend wirkt und da die kurzgeschlossene Steuerwicklung 66 Änderungen der Vormagnetisierung verzögert, unabhängig von dem eingestellten Grenzstromwert, der für den »stationären« Betrieb maßgeblich ist. Die Anlaßstrombegrenzung wird nur durch die Auslegung des Strombegrenzungsverstärkers bestimmt, und zwar durch die für seine Vormagnetisierung maßgebenden Zeitkonstanten. Bei richtiger Auslegung des Strombegrenzungsverstärkers können daher keine unzulässigen Stromspitzen während des Anlaufes auftreten.The mode of operation of the arrangement is as follows: Before actuating the Contactor 9 is together with the other auxiliary devices of the drive one Bias circuit of the current limiting amplifier 50 with the control winding 62 switched on. The bias caused by this is dimensioned so that the Current limiting amplifier comes into saturation range. Serves for explanation FIG. 2, which shows the course of the output voltage as a function of the premagnetization M U of the current limiting amplifier 50 shows. Due to the current in the control winding 62 becomes the operating point of the current limiting amplifier 50, which is without bias is at 71, moved to the point 72. Size and direction of this bias are indicated by arrow 73. When contactor 9 is switched on, the bias caused by the current in control winding 67 is in 2 indicated by the arrow 74. It shifts the working point of the magnetic Amplifier 50 to position 75. What remains is the premagnetization caused by the motor current within the range delimited by points 75 and 76, the range from the voltage output from the current limiting amplifier 50, the magnetic Amplifier 2 to control current limiting. However, if the motor current increases, it increases the voltage output by the current limiting amplifier 50 and calls via the magnetic amplifier 2 a current limitation in the motor circuit. By this arrangement is achieved that when the contactor 9 is switched on, the voltage on the engine. limited motor current according to the rate of rise of the Bias 74 (Fig. 2) increases. When switching on, it is from the magnetic Amplifier 2 output voltage initially despite the specified speed setpoint almost zero, because it is due to the high output voltage (point 72 in Fig. 2) of the current limiting amplifier 50 caused the current in the control windings 43 to 48 is blocked. Set the number of short-circuit turns and the size of the bias 73 of the current limiting amplifier 50 is suitable achieves that the motor voltage, which increases slowly with the premagnetization 74 during the starting process, the motor drives a current which has a certain value Value does not exceed. This starting current limitation is not only due to the motor current in the control winding 61, but also the one switched on in the control winding 67 Current has a temporally variable pre-magnetizing effect and since the short-circuited Control winding 66 delayed changes in the bias, regardless of the set limit current value that is decisive for "stationary" operation. The starting current is only limited by the design of the current limiting amplifier determined by the time constants that are decisive for its bias. With the correct design of the current limiting amplifier, therefore, no impermissible Current peaks occur during start-up.

Claims

PATENT CLAIM: Arrangement for the current limitation of a speed-controlled Electric motor, especially during its starting, with the help of the speed controller influencing magnetic amplifier with several control windings, one of which one is short-circuited and one carries the motor current to be limited, thereby ä indicates that the self-saturating circuit with direct current output Magnetic amplifiers also have one that is already switched on before starting Magnetic amplifier for maximum direct current output control winding and a counter-magnetizing control winding that is only switched on at the start of the engine start-up owns the magnetic amplifier according to the effective time constant modulates with a delay to the smallest direct current output.