DE1148320B

DE1148320B - Method for braking asynchronous motors and circuit for carrying out the method

Info

Publication number: DE1148320B
Application number: DEG27012A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Fritz Gueldener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-05-09
Filing date: 1959-05-09
Publication date: 1963-05-09

Description

Verfahren zum Abbremsen von Asynchronmotoren und Schaltung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abbremsen von Asynchronmotoren, insbesondere von Kurzschlußläufermotoren, unter Anwendung einer Stillsetzbremsung, bei der nach Abschalten des zum Motor fließenden Dreh- oder Wechselstromes eine Gleichspannung an zwei Ständerspulen angeschlossen und am Ende des Bremsvorganges selbsttätig wieder abgeschaltet wird.Method for braking asynchronous motors and circuit for implementation of the method The invention relates to a method for braking asynchronous motors, especially of squirrel cage motors, using a standstill brake, after switching off the three-phase or alternating current flowing to the motor DC voltage connected to two stator coils and at the end of the braking process is automatically switched off again.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Bremsspannung zeitunabhängig lediglich in Abhängigkeit von der bei der Kippdrehzahl im Gleichstromkreis oder in der freien Ständerphase auftretenden Spannungs- oder Stromänderung derart rechtzeitig vor dem Stillstand des Motorankers selbsttätig abgeschaltet wird, d-aß der Anker ohne Rücklaufbewegung zum Stillstand kommt.The invention consists in that the braking voltage is independent of time only as a function of the tilt speed in the DC circuit or voltage or current change occurring in the free stator phase in such a timely manner before the motor armature comes to a standstill, the armature is switched off automatically comes to a standstill without a return movement.

Eine erfindungsgemäße Schaltung zur Durchführung des Bremsverfahrens besteht vor allem darin, daß zwischen die freie Ständerphase und den Sternpunkt des abzubremsenden Motors ein. Relais geschaltet ist, während die beiden anderen Ständerphasen mittels eines Schalters mit zwei Anschlüssen einer Gleichstromleitung verbindbar sind.A circuit according to the invention for carrying out the braking process consists mainly in the fact that between the free stator phase and the star point of the motor to be braked. Relay is switched while the other two Stator phases by means of a switch with two connections of a direct current line are connectable.

Nach einer anderen erfindungsgemäßen Bauform ist zwischen das Relais und die freie Ständerphase ein verstellbarer elektrischer Widerstand gelegt.According to another design according to the invention is between the relay and the free stator phase is an adjustable electrical resistance.

Bei der Gleichstrombremsung von Asynchronmotoren tritt am Ende des Bremsvorganges ein gewisses Rückprellen der rotierenden Massen auf, so daß die Anwendung dieses Bremsverfahrens nur in ganz wenigen Fällen möglich erscheint. Insbesondere dann, wenn die Motoren von Werkzeugmaschinen auf diese Art abgebremst werden sollen, sind diese beim Rückprellen auftretenden Momente sehr gefährlich, da sie zur Zerstörung der angestellten Werkzeuge führen.With DC braking of asynchronous motors occurs at the end of the Braking a certain rebound of the rotating masses, so that the application this braking method appears to be possible only in a very few cases. In particular when the motors of machine tools are to be braked in this way, These moments that occur when bouncing back are very dangerous as they lead to destruction of the employed tools.

In den Zeichnungen sind in den Fig. 1 bis 3 in Kurvendarstellungen festgehalten: Fig. 1 eine Bremskennlinie eines Kurzschlußläufermotors, Fig.2 der Drehzahlabfall aufgetragen über der Zeit und Fig.3 die induzierte Spannung und die Drehzahl als Funktion der Zeit; Fig. 5 und 6 zeigen schematisch die Anordnungen von erfindungsgemäßen Geräten.In the drawings, FIGS. 1 to 3 are in graphs recorded: Fig. 1 shows a braking characteristic of a squirrel cage motor, Fig.2 of the The drop in speed plotted over time and FIG. 3 shows the induced voltage and the Speed as a function of time; Figs. 5 and 6 schematically show the arrangements of devices according to the invention.

Aus den Fig. 4 und 7 sind weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.4 and 7 are further features of the present invention in connection with the claims and the description.

Die Bremsmomente MI; sind über der Drehzahl n. aufgetragen. Da die Bremskippdrehzahl sehr niedrig ist, wird die maximale Bremswirkung erst sehr kurz vor dem Ende der Bremsung erreicht werden, das Bremsmoment MB steigt also dann ziemlich rasch an. Es wird der größte Drehzahlabfall daher auch erst zu dem gleichen Zeitpunkt auftreten, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wo über der Zeit t die Kurve des Abfalles der Drehzahl n aufgetragen wurde. Infolge des sehr schnellen Drehzahlabfalles darf -entgegen der bisher üblichen Betrachtungsweise -in diesem Bereich die elektromagnetische Zeitkonstante bei der Betrachtung des dynamischen Verhaltens des Motors bei der Gleichstrombremsung nicht mehr vernachlässigt werden. Der Rotor und die mit ihm gekuppelten Teile der Arbeitsmaschine bleiben infolge der Ausgleichsvorgänge bei der Drehzahl Null nicht stehen, er wird vielmehr in der Gegenrichtung wieder hochlaufen, wohl nicht sehr viel, jedoch sehr schnell. Dadurch wird neuerlich ein Moment wirksam, das den Motor wieder bis zum Stillstand bremst. Dieser Vorgang wird sich in immer kürzeren Abständen mit immer geringerer Wirkung wiederholen, bis der Rotor endgültig stillsteht, wobei die Anzahl dieser Bremsvorgänge von der elektromagnetischen und mechanischen Zeitkonstante des Antriebs abhängt. Diese Momente sind nicht nur unerwünscht, sondern ausgesprochen schädlich und müssen daher vermieden werden.The braking torques MI; are plotted against the speed n. Since the Brake tilt speed is very low, the maximum braking effect is only very brief can be reached before the end of braking, so the braking torque MB then increases quite a bit quickly. The greatest drop in speed therefore only occurs at the same point in time occur, as can be seen from Fig. 2, where over time t the curve of the drop the speed n was applied. As a result of the very rapid drop in speed - contrary to the usual approach - in this area the electromagnetic Time constant when considering the dynamic behavior of the motor at the DC braking can no longer be neglected. The rotor and the one with it Coupled parts of the working machine remain as a result of the compensation processes the speed is not zero, it will rather run up again in the opposite direction, probably not very much, but very quickly. Through this a moment comes into effect again that brakes the motor to a standstill again. This process will turn in forever Repeat shorter intervals with less and less effect until the rotor is finally stands still, the number of these braking operations from the electromagnetic and mechanical time constant of the drive depends. These moments are not only undesirable, but extremely harmful and must therefore be avoided.

Zu diesem Zweck hat man vorgeschlagen, die Bremscharakteristik so zu verändern, daß die Kippdrehzahl möglichst in das Gebiet sehr hoher Drehzahlen verschoben wird. Beim Schleifringläufermotor kann dies durch Einschalten von zusätzlichen Läuferwiderständen sehr leicht durchgeführt werden. Man kommt durch eine derartige Schaltung zumindest zu verhältnismäßig kurzen Bremszeiten. Gleichzeitig wird das Auftreten des sehr kräftigen Prellmomentes .an Bremsende verhindert. Wenn man aus dem gleichen Grund bei Kurzschlußläufermotoren den Rotorwiderstand vergrößert, was nur durch konstruktive Maßnahmen in der Fertigung möglich ist, verändert man gleichzeitig die Motorcharakteristik und verschlechtert den Wirkungsgrad. Man ist daher bei Kurzschiußläufermotoren gezwungen, einen anderen Weg einzuschlagen.For this purpose, it has been proposed that the braking characteristics be so to change that the tilt speed as possible in the area of very high speeds is moved. With slip ring motors this can be done by switching on additional Rotor resistances can be carried out very easily. You get through such a thing Circuit at least for relatively short braking times. At the same time that will Occurrence of the very strong bounce moment .Prevented at the end of the braking. If, for the same reason, the rotor resistance of squirrel cage motors enlarged, which is only possible through constructive measures in production, changed the engine characteristics and the efficiency deteriorate at the same time. Man is therefore forced to take a different approach with short-circuit rotor motors.

Wenn man die Bremsgleichspannung so kurz vor dem Ende des Bremsvorganges abschaltet, daß das in diesem Augenblick noch vorhandene Widerstandsmoment ausreicht, denAntrieb in kürzester Zeit stillzusetzen, so gelingt dadurch eine vollkommen prellfreie Bremsung. Legt man nun diesen Schaltaugenblick mit Hilfe von Zeitgliedern - z. B. elektronischen, elektrischen oder pneumatischeZeitschaltern - fest, so-wird durch die Streuung-sowohl der elektrischen als auch der mechanischen Teile' ein sicheres Funktionieren nicht gewährleistet.If you have the DC braking voltage so shortly before the end of the braking process switches off that the moment of resistance still present at this moment is sufficient, stopping the drive in the shortest possible time, this ensures a completely bounce-free Braking. If you now set this switching moment with the help of timers - z. B. electronic, electric or pneumatic time switches - fixed, so-is through the spread of both electrical and mechanical parts - a sure thing Functioning not guaranteed.

In Fig. 3 sind über der Zeit die während der Gleichstrombremsung in der freien Ständerphase induzierte Spannung sowie die entsprechende Drehzahl als Funktion der Zeit aufgetragen. Man sieht daraus, daß den starken Spannungsspitzen, die bei der Drehzahl Null auftreten, eine wesentliche geringere Spannungsänderung vorausgeht. Diese Spannungsänderung liegt etwa im Bereich der Kippdrehzahl, also bei einer sehr geringen Drehzahl. Die Kippdrehzahl ist also nur von der angelegten Bremsgleichspannung abhängig und tritt somit bei ein und demselben Motor stets bei der gleichen Drehzahl auf. Damit hat man aber jenen Punkt festgelegt, der genügend weit vom Punkt des Stillstandes entfernt ist, um bei einer Schaltung die unvermeidbare Eigenzeit der Schaltgeräte mit berücksichtigen zu können. Diese Spannungsänderung wird nun zur Erregung eines Relais benutzt, dessen Kontakte die Gleichspännung des Motors abschalten. Im Gleichstromkreis ergeben sich ähnlich gelagerte Verhältnisse.In Fig. 3 are plotted against time during the DC braking in the free stator phase induced voltage and the corresponding speed as Plotted as a function of time. You can see from this that the strong voltage peaks, which occur at zero speed, a significantly smaller voltage change precedes. This voltage change is approximately in the range of the tilt speed, that is at a very low speed. The tilt speed is therefore only of the applied Brake DC voltage dependent and thus always occurs with one and the same motor the same speed. But that has established the point that is sufficient is far from the point of standstill to the inevitable in a circuit To be able to take into account the operating time of the switching devices. This voltage change is now used to excite a relay whose contacts have the DC voltage of the Switch off the motor. Similar conditions arise in the direct current circuit.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher erstmalig möglich, eine vollkommene Zeitunabhängigkeit der Abschaltung zu sichern, da die Bremsspannung immer kurz vor der Drehzahl Null, unabhängig vom zeitlichen Bewegungsablauf, abgeschaltet wird.With the method according to the invention it is therefore possible for the first time to ensure complete time independence of the shutdown, since the brake voltage always switched off shortly before the speed of zero, regardless of the chronological sequence of movements will.

Es ist bekannt, den am Ende des Bremsvorganges auftretenden Spannungsstoß zur Abschaltung der Bremsspannung auszunützen, doch können damit Prellmomente nicht verhindert werden, weil dieser Schaltaugenblick zu spät liegt.It is known that the voltage surge occurring at the end of the braking process to switch off the brake voltage, but bouncing moments cannot do so prevented because this switching moment is too late.

Ein Beispiel einer Schaltung gemäß dem Vorschlag der Erfindung zeigt die Fig.4. Zwischen den Sternpunkt 4 eines Motors (1, 2, 3) und die freie Ständerphase 1 ist ein Relais 5 gelegt, welches beim Auftreten einer Spannungserhöhung sofort anspricht und den Gleichstromkreis unterbricht. Ein zwischengeschalteter und verstellbarer Widerstand 6, 7 ermöglicht eine genaue Festlegung des Schaltaugenblickes, gestattet aber auch diesen Schaltaugenblick zu verstellen. Wenn das Schaltrelais 5 anspricht, so wird der Erregerstromkreis des Hauptschaltrelais 12 unterbrochen, und dieses öffnet dann die Kontakte 8, 9 bzw. 10, 11 der Gleichspannungszuführung. Dadurch wird die Bremsgleichspannung so zeitig abgeschaltet, daß negative Momente nach Beendigung des Bremsvorganges nicht mehr auftreten können.An example of a circuit according to the proposal of the invention is shown the Fig.4. Between the star point 4 of a motor (1, 2, 3) and the free stator phase 1, a relay 5 is placed, which immediately when a voltage increase occurs responds and interrupts the DC circuit. An intermediate and adjustable Resistance 6, 7 enables precise definition of the switching moment, permitted but also to adjust this switching moment. If the switching relay 5 responds, so the excitation circuit of the main switching relay 12 is interrupted, and this then opens the contacts 8, 9 or 10, 11 of the DC voltage supply. Through this the DC braking voltage is switched off so early that negative moments after termination the braking process can no longer occur.

Mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung, wie sie in Fig.4 skizziert ist, ist stets ein Eingriff in die Maschinensteuerung verbunden. Der Beginn des Bremsvorganges wird über einen Kontakt des Motorschalters oder des Schaltschützes gegeben. Ebenso muß das Ende des Bremsvorganges durch einen weiteren Schaltbefehl innerhalb der Maschinensteuerung herbeigeführt werden. Hat nun die Maschine ein kompliziertes Schaltprogramm (mehrere Drehzahlen, Umkehrsteuerung usw.), so erfordern die für das Bremsen notwendigen Schaltkommandos einen komplizierten Aufbau des Maschinensteuerungsprogramms, und die erfindungsgemäße Einrichtung muß mit der Steuerung zusammengelegt werden (s. Fig. 5).With the use of the device according to the invention, as shown in FIG is outlined, an intervention in the machine control is always connected. The beginning the braking process is controlled via a contact on the motor switch or contactor given. The end of the braking process must also be triggered by a further switching command can be brought about within the machine control system. The machine now has one Complicated switching program (multiple speeds, reverse control, etc.), so require the switching commands required for braking a complicated structure of the machine control program, and the device according to the invention must be merged with the control (see Fig. 5).

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Bauform ist die Bremseinrichtung von dem jeweiligen Maschinensteuerungsprogramm unabhängig als ein in sich geschlossenes Aggregat angeordnet. Dies geschieht durch die Anordnung von entsprechenden Anschlußklemmen, mit deren Hilfe es in den Leitungszug Maschinensteuerungsmotor eingeschaltet werden kann, wie in Fig. 6 angedeutet.According to a further design according to the invention is the braking device independent of the respective machine control program as a self-contained one Aggregate arranged. This is done by arranging the appropriate connection terminals, with the help of which it can be switched into the machine control motor cable run can, as indicated in FIG. 6.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, daß in die Anschlußleitungen zwischen Motor und Maschinensteuerung ein durch eine Zugspule betätigbares Verriegelungsschütz gelegt ist, wobei die Zugspule über ein Hilfsrelais, welches von der Maschinensteuerung abhängig ist, Spannung erhält, wodurch der Kondensator des Zeitrelais aufgeladen wird, während ein in die Gleichspannungszuführung gelegtes Bremsschütz nach Abfallen des Hilfsrelais und des Verriegelungsschützes durch das Zeitrelais einschaltbar ist, wodurch die Bremsgleichspannung an den Motor gelangt.An embodiment of the invention provides that in the connecting lines between the motor and the machine control is an interlocking contactor that can be actuated by a pulling coil is placed, the pull coil via an auxiliary relay, which is from the machine control depends, receives voltage, which charges the capacitor of the timing relay is, while a brake contactor placed in the DC voltage supply drops out of the auxiliary relay and the interlocking contactor can be switched on by the timing relay which causes the DC braking voltage to reach the motor.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines solchen Vorschaltbremsgerätes z. B. für einen Asynchronmotor mit Reversiersteuerung (Fig. 7) wird das Gerät mit den Klemmen 13, 14, 15 an die Motorklemmen und mit 16, 17, 18 an die Maschinensteuerung angeschlossen. Wird nun von der Maschinensteuerung das Kommando »Motor ein« gegeben, so erhält die Klemme 18 unabhängig von der geforderten Drehrichtung ein Potential gegenüber Null, und das Hilfsrelais 19 zieht an. Damit erhält die Zugspule 20 des Verriegelungsschützes 21 Spannung; die Verbindung Maschinensteuerungmotor ist hergestellt, und der Kondensator des Zeitrelais 22 wird aufgeladen. Der Motor läuft an.In an embodiment according to the invention of such a ballast brake device z. B. for an asynchronous motor with reversing control (Fig. 7) the device is connected with the terminals 13, 14, 15 to the motor terminals and with 16, 17, 18 to the machine control. If the command “motor on” is now given by the machine control, terminal 18 receives a potential towards zero, regardless of the required direction of rotation, and auxiliary relay 19 picks up. The pull coil 20 of the interlocking contactor 21 thus receives voltage; the machine control motor connection is established and the capacitor of the timing relay 22 is charged. The engine starts.

Bei einem von der Maschinensteuerung kommenden Kommando »Halt« fallen das Hilfsrelais 19 und das Verriegelungsschütz 21 ab. Das Zeitrelais 22 schaltet ein, und das Bremsschütz 23 gibt die Breansgleichspannung an den Motor. Solange der Kontakt des Zeitrelais 22 geschlossen ist, bleibt auch das Bremsschütz 23 geschlossen. Der Motor wird unabhängig vom Schaltzustand der Maschine abgebremst, bis das Zeitrelais 22, dessen Funktion in Abhängigkeit von den auftretenden Bremsmomenten variiert werden kann, wieder abfällt.When a "Stop" command is received from the machine control system, they are released the auxiliary relay 19 and the interlocking contactor 21 from. The timing relay 22 switches a, and the brake contactor 23 is the BreansDC voltage to the motor. So long the contact of the time relay 22 is closed, the brake contactor 23 also remains closed. The motor is braked regardless of the switching status of the machine until the time relay 22, whose function varies depending on the braking torques that occur can become, falls off again.

Heißt z. B. der Schaltbefehl »Reversieren«, so ist der Bremsvorgang der gleiche, doch läuft der Motor nach Abfall des Zeitrelais 22 in der Gegenrichtung automatisch wieder hoch. Es wird damit auch beim Reversieren das ungünstige Gegenstrombremsen mit all seinen Nachteilen (großer Stromstoß, große Belastungsmomente für die Maschine) vermieden.Is called z. If, for example, the switching command »Reversing« is used, then the braking process takes place the same, but the motor runs in the opposite direction after the timer relay 22 has dropped out automatically up again. This also results in unfavorable counter-current braking when reversing with all its disadvantages (large current surge, large load moments for the machine) avoided.

Eine solche Anordnung erlaubt also erstmals, die Bremseinrichtung unabhängig vom Steuerplan der Maschine zu konstruieren und als selbständiges Gerät zu bauen. Die Vorteile einer solchen unabhängigen Bauweise in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht liegen klar auf der Hand. Es ist nun möglich, ein. solches Gerät serienweise zu produzieren und als selbständiges, von der Maschinensteuerung unabhängiges Gerät auf den Markt zu bringen. Das Gerät erlaubt, jede mit einem Asynchronmotor versehene Arbeitsmaschine durch einfaches Vorschalten abzubremsen. Die serienmäßige Herstellung des Geräts gestattet außerdem eine entsprechend kostensparende Herstellungsweise.For the first time, such an arrangement allows the braking device to be constructed independently of the control plan of the machine and as a stand-alone device to build. The advantages of such an independent construction in technical and economic terms are obvious. It is now possible to have a. to produce such a device in series and as an independent, from the machine control Bringing an independent device to market. The device allows anyone with an asynchronous motor to brake provided working machine by simply switching on. The standard Production of the device also allows a correspondingly cost-saving production method.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for braking asynchronous motors, especially of squirrel cage motors, using a standstill brake, after switching off the three-phase or alternating current flowing to the motor DC voltage connected to two stator coils and at the end of the braking process is automatically switched off again, characterized in that the brake voltage independent of time depending on the tilt speed in the DC circuit or voltage or current change occurring in the free stator phase is automatically switched off in good time before the motor armature comes to a standstill, that the armature comes to a standstill without a return movement.

2. Circuit for implementation of the braking method according to claim 1, characterized in that between the free Stator phase and the star point of the motor to be braked are switched to a relay is, while the other two stator phases by means of a switch with two connections a direct current line can be connected.

3. Circuit according to claim 2, characterized characterized in that between the relay and the free stator phase an adjustable electrical resistance is placed.

4. Circuit according to claim 2 and 3, characterized characterized in that the device is arranged as a self-contained unit with three connections (13, 14,15) for the motor terminals and three connections (16, 17,18) for the machine control, with the help of which it is possible between the motor and the machine control, can be easily released and switched on at any time.

5. A circuit according to claim 4, characterized characterized in that in the connecting lines between the motor and machine control a locking contactor (21) which can be actuated by a pulling coil (20) is placed, wherein the pull coil (20) via an auxiliary relay (19), which is from the machine control depends, receives voltage, whereby the capacitor of the timing relay (22) is charged is, while a placed in the DC voltage supply brake contactor (23) after The auxiliary relay (19) and the interlocking contactor (21) drop out due to the timing relay (22) can be switched on, whereby the DC braking voltage reaches the motor. In Considered publications: German patent specifications No. 597 521, 698 305, 752 249, 1032 842; Swiss Patent No. 234 225; French patent specification No. 1131055.