DE1259453B

DE1259453B - Variable speed asynchronous brake motor with squirrel cage for high switching frequency

Info

Publication number: DE1259453B
Application number: DE1963Z0010381
Authority: DE
Inventors: Heinz Ziehl; Dr-Ing Adolf Mohr; Manfred Holzer
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 1963-09-26
Filing date: 1963-09-26
Publication date: 1968-01-25

Description

Drehzahlregelbarer Asynchron-Bremsmotor mit Kurzschlußläufer für hohe Schalthäufigkeit Bei einer Vielzahl von Antrieben besteht die Forderung, daß die Arbeitsmaschine möglichst kontinuierlich bis zur Drehzahl Null heruntergeregelt werden muß und daß man bei jeder beliebigen Drehzahl des Motors einen stabilen Arbeitspunkt erreicht. überdies wird für viele Antriebe noch eine weitere Forderung an eine Mindestbelastungssteifigkeit gestellt, um mit möglichst wenig Regelaufwand die gewünschte Drehzahlkonstanz zu erreichen.Speed-adjustable asynchronous brake motor with squirrel-cage rotor for high Switching frequency With a large number of drives there is a requirement that the The driven machine is regulated down as continuously as possible to zero speed must be and that you have a stable operating point at any speed of the engine achieved. In addition, for many drives there is a further requirement for a minimum load stiffness in order to achieve the desired speed constancy with as little control effort as possible reach.

Es sind im Laufe der letzten Jahrzehnte eine große Anzahl Möglichkeiten bekanntgeworden, wie man einen elektrischen Antriebsmotor in der Drehzahl variieren und eine vergrößerte Steifigkeit erzielen kann. Alle diese Möglichkeiten beziehen sich auf Gleichstrommotoren, Schleifringläufermotoren, Drehstromkommutatormotoren usw. und unterscheiden sich mehr oder weniger im Regelungsaufwand und im Wirkungsgrad des Regelvorganges selbst.There have been a large number of possibilities over the past few decades became known how to vary the speed of an electric drive motor and can achieve increased rigidity. Relate to all of these possibilities on DC motors, slip ring motors, three-phase commutator motors etc. and differ more or less in terms of control effort and efficiency of the control process itself.

Man kann bei Gleichstrommotoren auf einfache Art durch Veränderung der Ankerspannung oder Feldspannung die Drehzahl des Motors variieren. Bei Schleifringläufermotoren können durch Zuschalten von verschiedenen Läuferwiderständen, wenn auch nicht bis zur Drehzahl Null, so doch in einem gewissen Drehzahlregelbereich, verschiedene Drehzahlen erreicht werden. Bei Drehstromkommutatormaschinen stellen sich verschiedene Drehzahlen durch Bürstenverschiebungen auf dem Kollektor ein, so daß man auch hierbei je nach Bürstenstellung verschiedene stabile Betriebsdrehzahlen erhalten kann. Die Steifigkeit dieser Antriebe hängt dabei vorwiegend vom Regelungsaufwand und der Größe der Motoren ab.With DC motors, you can easily change them the armature voltage or field voltage vary the speed of the motor. With slip ring motors can by connecting different rotor resistors, if not up to to zero speed, but in a certain speed control range, different Speeds can be achieved. With three-phase commutator machines there are different Speeds by brush displacements on the collector, so that you can also do this can obtain different stable operating speeds depending on the brush position. the The rigidity of these drives mainly depends on the control effort and the Size of the motors.

Wesentlich schwieriger ist es, eine Drehzahlregelung bei Wechselstrom- oder Drehstromsynchronmotoren mit Kurzschlußläufern, an die gleichzeitig noch die Forderung einer hohen Schalthäufigkeit gestellt wird, durchzuführen. Aber auch hier sind verschiedene Möglichkeiten bekanntgeworden, wie man bei Kurzschlußläufern die Drehzahl verändern kann. Es wurden zum Beispiel Kurzschlußläufermotoren mit einem Außenläufer für Aufzugsanlagen eingesetzt, auf dem direkt durch Wirbelströme, allerdings jedoch mit Hilfe von Mehrphasenwechselströmen, eine Bremswirkung erzeugt wird. Man hat weiter versucht, dieses mehrphasige Wechselfeld durch ein Gleichfeld bei Innenläufermotoren zu ersetzen. Um gleichzeitig die Erwärmung von Schalthäufigkeitsmotoren zu beherrschen, wurden Motoren entwickelt, die einen besonders niedrigen Einschaltstrom aufweisen und deshalb mit fallender Momentenkennlinie ausgeführt worden sind. Die stark fallende Momentenkennlinie wurde auch bereits bei Schleifringläufern in Verbindung mit Gleichstrombremsungen bekannt und wird häufig bei kleinen Außenläufermotoren für Ventilatoren angewendet.It is much more difficult to find a speed control with alternating current or three-phase synchronous motors with squirrel cage rotors to which the A high switching frequency is required. But here too various possibilities have become known how to use the squirrel cage Speed can change. There were, for example, squirrel cage motors with a External rotor used for elevator systems, on which directly by eddy currents, however however, with the help of multiphase alternating currents, a braking effect is generated. Man has also tried to convert this multi-phase alternating field with a direct field in internal rotor motors to replace. In order to control the heating of motors with frequency of starts at the same time, Motors were developed that have a particularly low inrush current and have therefore been carried out with a falling torque curve. The strongly falling The torque characteristic has already been used in slip ring rotors in connection with DC braking known and is often used in small external rotor motors for fans.

Die stark fallende Momentenkennlinie ergibt sich zwangläufig, wenn ohne zusätzlichen Regelungs- oder Steueraufwand der Anfahrstrom in niedrigen Grenzen gehalten werden soll, weil man diese Forderung einfach durch einen vergrößerten Rotorwiderstand des Kurzschlußläuferkäfigs erfüllt. Selbst bei Anwendung von Doppelnutläufern zur Verminderung des Anzugsstromes kann nicht die Belastungssteifigkeit von Normalmotoren mit weit größerem Anzugsstrom erreicht werden.The sharply falling torque curve results inevitably when the starting current within low limits without additional regulation or control effort should be kept because one simply increases this requirement by means of an enlarged Rotor resistance of the squirrel cage met. Even when using double groove guides the load stiffness of normal motors cannot be used to reduce the starting current can be achieved with a much larger starting current.

Man sieht also hieraus, daß die Forderungen nach größerer Belastungssteifigkeit und nach kleinem Einschaltstrom bzw. hoher Schalthäufigkeit zwei widersprechende Forderungen sind und in ihrer Kombination nur mit gewissen Kompromissen erfüllt werden können.So you can see from this that the demands for greater loading stiffness and after a low inrush current or high switching frequency, two contradicting ones Requirements are and in their combination only met with certain compromises can be.

Bei ungesteuerten und ungeregelten Antrieben müßte man, um die Forderung nach möglichst kleinem Einschaltstrom erfüllen zu können, die daraus resultierende Belastungsabhängigkeit der Antriebsdrehzahl in Kauf nehmen; was auf der anderen Seite eine bestimmte Belastungssteifigkeit verlangt, so mußte man den vergrößerten Einschaltstrom hinnehmen.With uncontrolled and uncontrolled drives one would have to meet the requirement to be able to meet the resulting Accept the load dependency of the drive speed; what on the other Side requires a certain load stiffness, one had to use the enlarged one Accept inrush current.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf drehzahlregelbare Asynchron-Bremsmotoren großer Belastungssteifigkeit mit Kurzschlußläufer stark fallender Drehzahlkennlinie für Schalthäufigkeitsbetrieb, wie sie zum Beispiel bei Werkzeugmaschinenantrieben, Textilmaschinenantrieben und insbesondere bei Türschließantrieben in Aufzugsanlagen vorliegen. Alle diese Antriebe werden mit großer Schalthäufigkeit gefahren, so daß man hierfür einen möglichst kleinen Einschaltstrom anstrebt, wegen der hohen thermischen Beanspruchung einen Kurzschlußläufermotor vorsieht und wegen der Drehzahlkonstanz bei verschiedenen Belastungen noch eine zusätzliche Forderung an die Belastungssteifigkeit der Antriebe stellen muß.The present invention relates to variable-speed asynchronous brake motors high load stiffness with squirrel cage rotor sharply falling speed characteristic for switching frequency operation, such as for machine tool drives, Textile machine drives and especially for door locking drives in elevator systems are present. All of these drives are operated with a high switching frequency, so that one for this as possible strives for a small inrush current, because of A squirrel cage motor provides for the high thermal stress and because of the speed constancy at different loads an additional requirement must put to the load stiffness of the drives.

Die Aufgabe besteht also darin, einen Motor der vorstehend angegebenen Art auf einfache Art und mit wenig Regelungsaufwand mit verringertem Einschaltstrom auszulegen, ohne daß gewisse Zugeständnisse an die Belastungssteifigkeit gemacht werden müßten. überdies soll das Antriebsaggregat in den verschiedenen Betriebsphasen mit unterschiedlichen stabilen Drehzahlen gefahren werden können.The task is therefore to provide an engine of the above Art in a simple way and with little control effort with reduced inrush current without making certain concessions to the load stiffness would have to be. In addition, the drive unit should be in the various operating phases can be driven at different stable speeds.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem drehzahlregelbaren Asynchronbremsmotor großer Belastungssteifigkeit mit Kurzschlußläufer stark fallender Drehzahlkennlinie für Schalthäufigkeitsbetrieb dadurch gelöst, daß dieser Antrieb als Außenläufermotor mit einer auf dessen Außenläufer einwirkenden Wirbelstrombremse ausgebildet ist.According to the invention, the object is achieved with a variable-speed asynchronous brake motor high load stiffness with squirrel cage rotor sharply falling speed characteristic for switching frequency operation solved that this drive as an external rotor motor is designed with an eddy current brake acting on its external rotor.

Wenn dieser. Antrieb bei konstanter Wirbelstromerreb ng in einem bestimmten Betriebspunkt arbeitet und es vergrößert sich aus irgendeinem Grund die Belastung, so geht die Drehzahl zurück, was aber durch die stark mit der Drehzahl ansteigende Bremsmomentkennlinie einer Verminderung des Bremsmomentes gleichkommt, so daß durch die Verringerung des Bremsmomentes die Drehzahl nicht entsprechend der fallenden Momentenkennlinie des Motors, sondern um einen geringeren Betrag nachgibt, das heißt, die stark mit der Drehzahl ansteigende Wirbelstrombremskraft täuscht eine größere Steifikeit der Antriebsmomentenkennlinie vor.If this. Drive at constant eddy current rate in a certain Operating point is working and for some reason the load increases, so the speed decreases, but this is due to the increasing speed with the speed Braking torque characteristic is equivalent to a reduction in the braking torque, so that by the reduction of the braking torque does not correspond to the falling speed Torque characteristic of the engine, but yields by a smaller amount, that is, the eddy current braking force, which increases sharply with the speed, deceives a greater one Stiffness of the drive torque characteristic.

Durch die Kombination der stark mit der Drehzahl fallenden Kennlinie, wie sie der Schalthäufigkeitsbetrieb fordert, und der stark ansteigenden Kennlinie des Wirbelstrombremseffektes wird erreicht, daß je nach Wirbelstromerregung bis fast herunter zur Drehzahl Null stabile Betriebspunkte eingestellt werden können.Due to the combination of the characteristic curve, which falls sharply with the speed, as required by the switching frequency operation, and the steeply rising characteristic curve the eddy current braking effect is achieved that depending on the eddy current excitation up to stable operating points can be set almost down to zero speed.

Um den Wirkungsgrad des Außenläufers zu erhöhen, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Außenläufer als Doppelnutläufer ausgeführt ist, bei dem der innenliegende Kurrzschlußkäfig in Widerstandsmaterial ausgebildet ist und als Betriebskäfig wirkt, während der äußere, den Bremseffekt liefernde Käfig, in halb offenen Nuten untergebracht ist.In order to increase the efficiency of the external rotor, according to the invention proposed that the external rotor is designed as a double groove rotor in which the internal short-circuit cage is formed in resistance material and as an operating cage acts, while the outer cage, which provides the braking effect, in half-open grooves is housed.

Um bei abgeschaltetem Motor den Antrieb möglichst schnell zum Stillstand zu bringen, ist als Haltebremse eine federkraftbetätigte Scheibenbremse vorgesehen, die magnetisch gelüftet ist und bei Stromunterbrechung einfällt.In order to bring the drive to a standstill as quickly as possible when the motor is switched off a spring-actuated disc brake is provided as a holding brake, which is magnetically ventilated and occurs in the event of a power failure.

Nach der Erfindung ist sowohl die Wirbelstrombremse als auch die Scheibenbremse im Fuß des Motors untergebracht, um ein möglichst kompaktes und platzsparendes Antriebsaggregat zu erhalten.According to the invention, both the eddy current brake and the disc brake housed in the base of the motor to make the drive unit as compact and space-saving as possible to obtain.

Bei verschiedenen Betriebsdrehzahlen, die sich je nach Gleichstromerregung der Wirbelstrombremse einstellen, entsteht die Schlupfwärmemenge im Dauerbetrieb am Außenläuferrotor und kann durch die Wirkung von zusätzlich angegossenen Lüfterfiügeln am Kurzschlußkäfig günstig abgeführt werden.At different operating speeds, which vary depending on the DC excitation adjust the eddy current brake, the amount of slip heat is generated in continuous operation on the external rotor and can be caused by the action of additionally cast fan blades be discharged favorably at the short-circuit cage.

Die Bremsanordnung mit Wirbelstromeffekt bietet überdies den Vorteil, daß man auf einfache Art den Hochlauf- und Abbremsvorgang beeinflussen kann. Man kann damit durch eine bestimmte Programmvorgabe und Ist-Wert-Vergleich die Bremserregung so variieren, daß Hochlauf und Abbremsvorgang nach dem vorgegebenen Programm erfolgen.The brake arrangement with eddy current effect also offers the advantage of that you can influence the acceleration and braking process in a simple way. Man can thus excite the brakes by means of a specific program specification and actual value comparison vary in such a way that the acceleration and braking process take place according to the specified program.

In F i g. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Außenläuferbremsmotors angegeben.In Fig. 1 and 2 is an embodiment of such an external rotor brake motor specified.

Der Außenläufer besteht aus .dem feststehenden innenliegenden Stator 1 und dem außen umlaufenden Rotor 2, ist über die Lagerung 3 mit dem Fuß 4 verbunden und liefert an seiner Abtriebswelle 5 die variable Antriebsdrehzahl. Innerhalb des Fußes 4 ist ein Gleichstrommagnet mit der Erregerwicklung 6 und seinen Polen 7 angeordnet, der über die Luftspalte S auf den Rotor wirkt. Die Stäbe des äußeren Kurzschlußkäfigs sind in schmalen offenen Nuten möglichst dicht an der äußeren Peripherie des Rotors angeordnet, so daß sich kein Streufeld des Wirbelstrommagneten schwächend auf den Bremseffekt auswirken kann. Die Lüfterflügel 10, die direkt am Kurzschlußkäfig des Rotors angegossen sind, sorgen für eine günstige Wärmeabfuhr der Rotorwärme sowie der Wärmemengen, die in der Statorwicklung 11 des Außenläufermotors und- in der Erregerwicklung des Gleichstrommagneten 6 als Verlustwärme entstehen. Eine Stahlscheibe 12, am Rotor angebracht, gestattet die Abbremsung des Rotors durch die doppelseitig bewegten Bremsbacken 13, die von einem kleinen Hubmagneten 14 nach dem bekannten Prinzip der Scheibenbremse betätigt werden. Sowohl die Wirbelstrombremse als auch die Scheibenbremse werden zweckmäßigerweise im Fuß des Außenläufermotors, untergebracht.The external rotor consists of the stationary internal stator 1 and the externally rotating rotor 2 is connected to the foot 4 via the bearing 3 and supplies the variable drive speed to its output shaft 5. Within the A direct current magnet with the excitation winding 6 and its poles 7 is arranged at the foot 4, which acts on the rotor via the air gap S. The bars of the outer short-circuit cage are in narrow open grooves as close as possible to the outer periphery of the rotor arranged so that no stray field of the eddy current magnet weakening on the Braking effect can affect. The fan blades 10, which are located directly on the short-circuit cage of the Rotors are cast on, ensure a favorable heat dissipation of the rotor heat as well the amount of heat in the stator winding 11 of the external rotor motor and in the The excitation winding of the direct current magnet 6 occurs as heat loss. A steel disc 12, attached to the rotor, allows the rotor to be decelerated by the double-sided moving brake shoes 13, which by a small solenoid 14 according to the known Principle of the disc brake are operated. Both the eddy current brake and the disc brakes are expediently housed in the foot of the external rotor motor.

Claims

Claims: 1. Variable speed asynchronous brake motor large Load stiffness with squirrel cage rotor sharply falling speed characteristic for Switching frequency operation, characterized by an external rotor motor with a eddy current brake acting on its external rotor.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the external rotor is designed as a double groove rotor, in which the internal short-circuit cage is made of resistance material and acts as an operating cage, while the outer cage provides the braking effect is housed in half-open grooves.

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a disc brake is used as a holding brake for the external rotor motor is provided.

4. Motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that both the eddy current brake and the disc brake are housed in the foot of the external rotor motor. Documents considered: German Patent No. 144 493; German Auslegeschriften Nos. 1072 312, 1123 040, 1125 063; Special print SSW 500. 89/243, 5631. Ts 89, May 1963: »Three-phase motors with squirrel cage and slip ring rotors according to ASA / NEMA«, p. 7, B.