DE1212199B

DE1212199B - Voltage drop protection for synchronous and asynchronous motors

Info

Publication number: DE1212199B
Application number: DES88545A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Nimes; Dipl-Ing Erwin Zurowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-12-03
Filing date: 1963-12-03
Publication date: 1966-03-10
Also published as: NL6413022A; CH416804A; BE656539A

Description

Spannungsrückgangsschutz für Synchron- und Asynchronmotoren Zusatz zur Anmeldung: S 82680 VIII b/21 c -Auslegeschrift 1196 768 Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Spannungsrückgangsschutz mit einem dem zu schützenden Motor zugeordneten Abschaltrelais, welches an ein Gerät zur Erzeugung eines dem drehmomentbildenden mitläufigen Motordrehfeld eAtsprechenden Meßwertes (Drehfeldscheider) angeschlossen ist. Die Zwischenschaltung eines Drehfeldscheiders liefert für das Abschaltrelais also eine Eingangsspannung, deren Größe von dem Mitsystem der an dem zu schützenden Motor anliegenden Spannung abhängig ist. Damit ist es möglich, die Ansprechzeit des Abschaltrelais abhängig von dem Verhältnis der Motorkippleistung zur abgegebenen Leistung sowie abhängig von dem Schwungmoment des gesamten den Motor enthaltenden Aggregats so zu bemessen, daß eine Abschaltung des Motors erst kurz vor dem Erreichen des Grenzpolradwinkels bzw. des Grenzschlupfes erfolgt, gleichgültig, in welchen Phasenleitern und um welchen Betrag die Spannung zurückgegangen ist.Voltage drop protection for synchronous and asynchronous motors Addition to the application: S 82680 VIII b / 21 c -Auslegeschrift 1196 768 The main patent application relates to a device for voltage drop protection with a cut-off relay assigned to the motor to be protected, which is connected to a device for generating a measured value corresponding to the torque-generating rotating motor field eAppropriate (Rotating field separator) is connected. The interconnection of a rotating field separator provides an input voltage for the cut-off relay, the size of which depends on the positive sequence system of the voltage applied to the motor to be protected. This makes it possible to measure the response time of the cut-off relay depending on the ratio of the motor breakover power to the output power and depending on the momentum of the entire unit containing the motor so that the motor is only switched off shortly before the limit pole wheel angle or the limit slip is reached , regardless of the phase conductors in which and by what amount the voltage has decreased.

Die Erfindung betrifft nun ein besonders ausgebildetes Abschaltrelais für den Spannungsrückgangsschutz, welches ohne Zwischenschaltung eines Drehfeldscheiders an die Motorspannung angeschlossen werden kann. Das Neue besteht darin, daß als Abschaltrelais ein wattmetrisches Relais mit zwei oder mehr Magnetsystemen vorgesehen ist, von denen jedes mindestens zwei Wicklungen aufweist, die an Motorspannungen verschiedener Phasenlage angeschlossen sind und daß ferner die Widerstände in den einzelnen die Wicklungen enthaltenden Stromkreisen so gewählt sind, daß der resultierende Fluß in jedem Magnetsystem Null ist, wenn die Netzspannung am Motor nur ein gegenläufiges Motordrehfeld erzeugt.The invention now relates to a specially designed cut-off relay for voltage drop protection, which does not require the interposition of a rotating field separator can be connected to the motor voltage. The new thing is that as Cut-off relay a wattmetrical relay with two or more magnet systems is provided each of which has at least two windings connected to motor voltages different phase position are connected and that also the resistors in the individual circuits containing the windings are chosen so that the resulting Flux in any magnet system is zero if the mains voltage on the motor is only opposite Motor rotating field generated.

Diese besondere Ausbildung des Abschaltrelais ergibt gegenüber der Anordnung nach der Hauptpatentanmeldung ein höheres Moment bei gleicher Eingangsleistung und wesentlich verringerte Herstellungskosten. Die Anordnung wirkt dabei genau wie ein normales Zeitrelais, das an die Ausgangsspannung eines Drehfeldscheiders angeschlossen ist.This special training of the cut-off relay results in relation to the Arrangement according to the main patent application a higher torque with the same input power and significantly reduced manufacturing costs. The arrangement works exactly like that a normal time relay connected to the output voltage of a rotary field separator is.

Die Einstellung des erforderlichen Zeitverhaltens eines Abschaltrelais läßt sich auf besonders einfache Weise bei einem wattmetrischen Relais, z. B. einem Induktionsrelais, vornehmen. Ein Induktionsrelais enthält bereits einen Bremsmagneten, der eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfung der Scheibe bewirkt. Die Einstellung des Gegenmomentes, z. B. mit Hilfe einer Feder oder eines zusätzlichen Triebwerkes, und die Veränderung des erforderlichen Drehwinkels der Scheibe zum Schließen der Relaiskontakte gestattet eine einfache und genaue Anpassung der Auslösekennlinie an die Grenzkennlinie des Motors, die für jeden Betrag des Mitsystems der Motorspannung die Zeit angibt, die bis zum Erreichen des Grenzschlupfes bzw. des Grenzpolradwinkels verstreicht. Um jedoch bei wattmetrischen Relais ein Antriebsmoment zu erhalten, sind immer zwei Magnetsysteme und damit auch, zwei Ströme zur Erzeugung zweier zueinander phasenverschobener magnetischer Flüsse erforderlich. Wie allgemein bekannt ist, folgt das Drehmoment eines wattmetrischen Relais der Gleichung M = Il - 12 - sin a bzw., cos x, wenn man mit h und 12 die Ströme in den Wicklungen der beiden zusammenwirkenden Magnetsysteme bezeichnet und wenn a der Phasenwinkel zwischen den Strömen Il und 12 ist.The setting of the required time behavior of a cut-off relay can be particularly simple with a wattmetric relay, e.g. B. an induction relay. An induction relay already contains a brake magnet, which damps the disc in proportion to the speed. The setting of the counter torque, e.g. B. with the help of a spring or an additional drive, and changing the required angle of rotation of the disc to close the relay contacts allows a simple and precise adjustment of the tripping characteristic to the limit characteristic of the motor, which indicates the time for each amount of the positive sequence of the motor voltage elapses until the limit slip or the limit pole wheel angle is reached. However, in order to obtain a drive torque with wattmetric relays, two magnet systems and thus also two currents are required to generate two magnetic fluxes that are out of phase with one another. As is well known, the torque of a wattmetric relay follows the equation M = Il - 12 - sin a or, cos x, if h and 12 denote the currents in the windings of the two interacting magnet systems and if a is the phase angle between the Streams Il and 12 is.

Will man also zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen technischen Lehre ein Induktionsrelais vorsehen, so kann man eines der beiden Magnetsysteme für den Antrieb mit zwei Wicklungen ausführen und so in diesem Magnetsystem einen Fluß erhalten, der dem mitläufigen Motordrehfeld proportional ist. Wenn aber das Moment dieses Induktionsrelais dem mitläufigen Motordrehfeld proportional sein soll, so ist es erforderlich, die Wicklung des zweiten Magnetsystems mit einem in Betrag und Phase konstanten Strom zu speisen. Eine derartige Bedingung ist aber wegen der dann erforderlichen Hilfsstromquelle schwer zu erfüllen.So one wants to realize the technical according to the invention Teaching to provide an induction relay, one can use one of the two magnet systems for the drive with two windings and thus one in this magnet system Obtain flux that is proportional to the rotating motor field. But if that Moment of this induction relay should be proportional to the rotating motor field, so it is necessary to wind the second magnet system with an in amount and phase to feed constant current. But such a condition is because the then required auxiliary power source difficult to meet.

Wie das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, ergibt sich durch die Erfindung auch bei der Verwendung eines wattmetrischen Relais eine einfache und vorteilhafte Anordnung.As the embodiment described below shows, results by the invention even when using a wattmetric relay simple and advantageous arrangement.

In F i g. 1 ist auf der drehbaren Achsel eines Induktionsrelais eine Aluminiumscheibe 2 befestigt. Zum Antrieb der Aluminiumscheibe 2 dienen die Magnetsysteme 3 und 4. Das Magnetsystem 3 ist mit zwei Wicklungen 5 und 6 bewickelt. Anstatt der zwei Wicklungen kann auch eine Wicklung mit Mittelanzapfung vorgesehen sein. Auf dem Magnetsystem 4 sind die Wicklungen 7 und 8 aufgebracht. Die Wicklung 6 des Magnetsystems 3 ist über einen ohmschen Widerstand 9 an den Phasenleiter T angeschlossen und außerdem zusammen mit einem Ende der Wicklung 5 an den Phasenleiter S geführt. Das zweite Ende der Wicklung 5 ist über eine Induktivität 10 mit dem Phasenleiter R verbunden. Der mittlere Steg 11 des Magnetsystems 3 stellt den bei Zählern bekannten Nebenschluß für den magnetischen Fluß dar. Die Anschlüsse der Wicklungen 7 und 8 des Magnetsystems 4 sind in gleicher Weise wie diejenigen der Wicklungen 5 und 6 an die Phasenleiter angeschlossen. Der Wicklung 8 ist dabei die Induktivität 12 und der Wicklung 7 der ohmsche Widerstand 13 in Reihe geschaltet. Der Unterschied zu der Schaltung der Wicklungen 5 und 6 besteht darin, daß die Phasenleiter R, S, T zyklisch vertauscht angeschlossen sind.In Fig. 1, an aluminum disc 2 is attached to the rotatable axis 1 of an induction relay. The magnet systems 3 and 4 are used to drive the aluminum disc 2. The magnet system 3 is wound with two windings 5 and 6. Instead of the two windings, a winding with a center tap can also be provided. The windings 7 and 8 are applied to the magnet system 4. The winding 6 of the magnet system 3 is connected to the phase conductor T via an ohmic resistor 9 and is also led to the phase conductor S together with one end of the winding 5. The second end of the winding 5 is connected to the phase conductor R via an inductance 10. The middle web 11 of the magnet system 3 represents the shunt for the magnetic flux known from counters. The connections of the windings 7 and 8 of the magnet system 4 are connected to the phase conductors in the same way as those of the windings 5 and 6. The winding 8 has the inductance 12 and the winding 7 has the ohmic resistor 13 connected in series. The difference to the connection of the windings 5 and 6 is that the phase conductors R, S, T are connected cyclically reversed.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung soll nun an Hand der F i g. 2 und 3 im einzelnen erläutert werden. Die in diesen Figuren dargestellten Pfeile stellen Spannungs- und Stromzeiger bzw. Vektoren dar. Die Richtung dieser Pfeile zeigt die jeweilige Phasenlage der zugehörigen sinusförmigen Wechselspannung an. Wie in F i g. 1 sind die Phasenleiter mit R, S, T bezeichnet. Die Spannungspfeile tragen den Buchstaben U und die Strompfeile den Buchstaben I. Die Indizes zeigen die jeweiligen Phasenspannungen an, z. B. ist UR die Spannung des Phasenleiters R gegen Null; die Spannung US-R bedeutet US- UR. The mode of operation of this circuit arrangement will now be based on FIG. 2 and 3 are explained in detail. The arrows shown in these figures represent voltage and current vectors or vectors. The direction of these arrows shows the respective phase position of the associated sinusoidal alternating voltage. As in Fig. 1 the phase conductors are labeled R, S, T. The voltage arrows bear the letter U and the current arrows the letter I. The indices show the respective phase voltages, e.g. B. UR is the voltage of the phase conductor R towards zero; the voltage US-R means US-UR.

Wie allgemein bekannt ist, läßt sich jedes unsymmetrische Dreiphasensystem durch ein symmetrisches Mitsystem und ein gleichfalls symmetrisches Gegensystem darstellen, wenn kein Nulleiter und damit kein Nullsystem vorhanden ist.As is well known, any unbalanced three-phase system can be used through a symmetrical co-system and an equally symmetrical counter system when there is no neutral and therefore no zero system.

F i g. 2 a zeigt die Spannungen des Mitsystems, und in F i g. 3 a sind die Spannungen des Gegensystems dargestellt; in Fig. 2b sind die Spannungen US-R und UT-S aus der F i g. 2 a übernommen.F i g. 2 a shows the voltages of the positive sequence system, and in FIG. 3 a the voltages of the negative sequence are shown; in Figure 2b are the voltages US-R and UT-S from FIG. 2 a adopted.

Bedingt durch den ohmschen Widerstand 9 und den induktiven Widerstand der Wicklung 6 fließt in dem Stromkreis zwischen den Phasen S und T der um den Winkel rx nacheilende Strom IT-s. Die Induktivität 10 ist so gewählt, daß der Strom 15-R der zugehörigen Spannung US-R um den Winkel 60° -I-« nacheilt. Der Fluß in dem Magnetsystem 3 entspricht dann der geometrischen Summe der Ströme 15-R und Ir _S, die in F i g. 2 c dargestellt ist.Due to the ohmic resistance 9 and the inductive resistance of the winding 6, the current IT-s, lagging by the angle rx, flows in the circuit between the phases S and T. The inductance 10 is chosen so that the current 15-R lags the associated voltage US-R by the angle 60 ° -I- «. The flux in the magnet system 3 then corresponds to the geometric sum of the currents 15-R and Ir_S, which are shown in FIG. 2 c is shown.

In gleicher Weise sind für das Gegensystem entsprechende Zeigerdiagramme in den F i g. 3 b und 3 c dargestellt. Bedingt durch die unterschiedliche Phasenverschiebung der Ströme in den Wicklungen 5 und 6 beträgt der Phasenwinkel zwischen den Strömen 1T-5 und 15-R 180°. Wenn die Scheinwiderstände in den Stromkreisen der Wicklungen 5 und 6 gleich sind, oder wenn die Windungszahlen dieser Wicklungen im Verhältnis der Scheinwiderstände gewählt sind, so ergibt sich der resultierende Fluß Null. Ist das Spannungssystem R, S, T unsymmetrisch aufgebaut - enthält also sowohl ein Mit- als auch ein Gegensystem -so wird also der Fluß in dem Magnetsystem 3 proportional dem Anteil des Mitsystems sein.Corresponding vector diagrams are in the same way for the negative system in Figs. 3 b and 3 c shown. Due to the different phase shift of the currents in windings 5 and 6 is the phase angle between the currents 1T-5 and 15-R 180 °. When the apparent resistances in the circuits of the windings 5 and 6 are the same, or if the number of turns of these windings is in proportion the apparent resistances are selected, the resulting flux is zero. If the voltage system R, S, T is constructed asymmetrically - it contains both a With- as well as a negative system-so the flux in the magnet system 3 is proportional be the part of the co-system.

Wie bereits vorher ausgeführt, sind bei einem Induktionsrelais zur Erzeugung eines Momentes immer zwei in der Phasenlage gegeneinander versetzte Wechselflüsse erforderlich. Aus diesem Grunde ist das Magnetsystem 4 in gleicher Weise über Widerstände an die Phasenleiterspannungen angeschlossen. Die nötige Phasenverschiebung des resultierenden Flusses gegenüber demjenigen des Magnetsystems 3 entsteht dadurch, daß die Phasenleiter zyklisch vertauscht an die entsprechenden Anschlüsse der WiclE-lungen 7 und 8 angeschlossen sind. Da der Fluß jedes Magnetsystems für sich nur von dem Mitsystem der Motorspannung abhängt, erhält man zwischen den Flüssen einen konstanten Phasenwinkel von 120°. Da das maximale Moment bei einem Phasenwinkel von 90° auftritt, läßt sich ein erhöhtes Moment erzielen, wenn man durch einen magnetischen Nebenschluß oder andere im Zählerbau bekannte Maßnahmen die gegenseitige Phasenlage der Flüsse in den beiden Magnetsystemen beeinfiußt.As stated previously, induction relays are used for Generation of a moment always two alternating fluxes offset against each other in the phase position necessary. For this reason, the magnet system 4 is in the same way via resistors connected to the phase conductor voltages. The necessary phase shift of the resulting Flux compared to that of the magnet system 3 arises from the fact that the phase conductor connected cyclically exchanged to the corresponding connections of the windings 7 and 8 are. Since the flux of each magnet system is only dependent on the positive sequence system of the motor voltage depends on, a constant phase angle of 120 ° is obtained between the fluxes. Since the maximum torque occurs at a phase angle of 90 °, an increased Achieve moment when one is through a magnetic shunt or other in the meter construction known measures the mutual phase position of the fluxes in the two magnet systems affected.

An Stelle der im Ausführungsbeispiel beschriebenen induktiven 60°-Schaltung läßt sich auch die bei Drehfeldscheidem bekannte kapazitive 60°-Schaltung bzw. 90°-Schaltung anwenden. Für letztere verwendet man z. B. die Phasenspannung UR und die gegenüberliegende verkettete Spannung UT-S. Wieder wird durch phasendrehende Mittel (Kapazitäten oder Induktivitäten) erreicht, daß die Ströme in beiden auf einem Kern angeordneten Wicklungen sich bei allein anliegendem Gegensystem gegenseitig aufheben, so daß der resultierende Fluß in dem Magnetsystem nur von dem Anteil des Mitsystems der Motorspannung abhängt.Instead of the inductive 60 ° circuit described in the exemplary embodiment, the capacitive 60 ° circuit or 90 ° circuit known from rotating field separators can also be used. For the latter one uses z. B. the phase voltage UR and the opposite chained voltage UT-S. Again, phase-rotating means (capacitances or inductances) ensure that the currents in both windings arranged on a core cancel each other out when there is only one negative system, so that the resulting flux in the magnet system depends only on the proportion of the positive sequence system of the motor voltage.

Außer den in F i g. 1 dargestellten Magnetsystemen für den Antrieb ist in bekannter Weise eine nicht dargestellte Rückstellfeder und ein Bremsmagnet zur geschwindigkeitsproportionalen Dämpfung an der Scheibe angebracht. Die Rückstellfeder gestattet das Einstellen desjenigen Spannungswertes, bei dem überhaupt eine Auslösung auftreten soll. Mit dem Bremsmagnet und dem zur Schließung der Kontakte nötigen Drehwinkel der Scheibe läßt sich die Auslösezeit verändern.In addition to those shown in FIG. 1 illustrated magnet systems for the drive is in a known manner a return spring, not shown, and a brake magnet Attached to the disc for damping proportional to the speed. The return spring allows the setting of the voltage value at which a trip is possible should occur. With the brake magnet and the one required to close the contacts The tripping time can be changed at the angle of rotation of the disc.

Claims

Claims: 1. Voltage drop protection device for synchronous and asynchronous motors with a cut-off relay assigned to the motor to be protected, its response time depends on the torque-generating rotating motor field and of the ratio of the engine breakaway power to the power output as well as the Moment of inertia of the entire unit containing the engine is selected, according to patent application S 82680 VIII b / 21c (German Auslegeschrift 1196768), characterized in that that a wattmetrical relay with two or more magnet systems is used as a switch-off relay intended each of which has at least two turns, which are connected to motor voltages of different phase positions and that further the resistances in the individual circuits containing the windings are chosen are that the resulting flux in any magnet system is zero when the mains voltage only an opposing rotating field is generated on the motor.

2. Device according to claim 1, characterized in that a magnet system of the cut-off relay has two windings each of which is connected to a line-to-line voltage and that a winding is connected in series with a predominantly inductive resistor, which is dimensioned so that the phase angle between current and voltage is 60 ° larger is than the corresponding phase angle in the circuit of the second winding of the Magnet system.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the apparent resistances the circuits containing the two windings of the magnet system are the same Show amount.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the The number of turns in the windings are related to one another in the same way as the amounts the apparent resistances in the circuits containing the windings.

5. Device according to claim 1, characterized in that a magnet system of the switch-off relay contains two windings, the first of which at a phase voltage and the second is at the line voltage opposite the phase voltage and that phase-rotating means are connected in series with the windings, which cause that the phase angle between current and voltage in the circuits of the two Differentiate windings by 90 °.

6. Apparatus according to claim 1 to 5, characterized in that that an induction relay is provided as the cut-off relay and that the connections of the circuits of the second magnet system containing the windings those of the first are connected cyclically reversed to the phase conductors.