DE1463513A1 - Method and device for controlling the speed of asynchronous motors - Google Patents
Method and device for controlling the speed of asynchronous motorsInfo
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Description
Verfahren und Einrichtung zum Steuern der Drehzahl von Asynchronmotoren Von den verschiedenen bekanntgewordenen Verfahren zum Steuern der Drehzahl von Asynchronmaschinen haben sich in der Praxis besonders jene durchgesetzt, die mit Energievernichtung arbeiten. Es handelt sichlum folgende Verfahren: 1. Einschalten von Widerständen in den Iäuferkreis, wobei vom Maschinisten zusätzlich eine mechanische Bremse bedient wird, letzteres insbesondere bei ziehender Last (negativem Drehmoment). Auf diese Weise kann man, wenn auch umständlich, jede beliebige Drehzahl verzugsweise in untersynchronen Bereich einstellen.Method and device for controlling the speed of asynchronous motors Of the various known methods for controlling the speed of asynchronous machines In practice, especially those who deal with energy destruction have prevailed work. The procedure is as follows: 1. Turning on resistors in the running circuit, with the machinist additionally operating a mechanical brake becomes, the latter especially with pulling load (negative torque). To this Way you can, albeit cumbersome, any speed in sub-synchronous Set range.
Für selbsttätige Anlagen eignet sich dieses Verfahren nicht. 2. Einschalten
einer mechanischen Bremse, deren Bremsscheibe meist auf. der Motorwelle sitzt und
deren Hubmotor von der Iduferfrequenz gespeist wird. Damit läZt sich selbsttätig
eine Drehzahl von etwa 20 ib der Nenndrehzahl bei allen Belastungsfällen, d.h. bei
positiven und negativen Drehmomenten einstellen. Man ist aber dabei an eine Frequenz
bzw. Drehzahl" die bei etwa 20 % der Nennfrequenz bzw, Nenndrehzahl liegt, gebunden;
der Aufwand'für dieses Verfahren ist verhältniamäLig gering.
Aus der Fig. 1 erkennt man die bekannte Tatsache, daß die Drehzahlen lediglich in der Nähe des positiven Nennmomentes (Abszisse +1) einigermaßen gleichmäßig auf das Einschalten der Widerstände reagieren. Bei kleinen Momenten (unter +1) liegen bei den gezeichneten Widerständen die Drehzahlen zu hoch und bei negativen Momenten steigen sie bei größer werdenden Läuferwiderständen weit über die synchrone Drehzahl an.From Fig. 1 you can see the known fact that the speeds only reasonably even in the vicinity of the positive nominal torque (abscissa +1) react to the switching on of the resistors. For small moments (below +1) lie With the resistances shown, the speeds are too high and with negative torques if the rotor resistance increases, they rise far above the synchronous speed at.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern der Drehzahl von Asynchronmotoren besteht darin, daß zur Änderung der Drehzahl, insbesondere beim Absenken der Drehzahl unter die Nenndrehzahl, neben der Einschaltung von Widerständen in den Läuferkreis auf die Motorwelle jeweils zusätzlich ein Bremsmoment von solcher Größe zur Wirkung gebracht wird, daß die Summe des Last- und des Bremsmomentes in der Nähe jenes Momentes liegt, welches der gewünschten Drehzahl gemäß der Kennlinie, die dem jeweils eingeschalteten Widerstand entspricht, zugeordnet ist. Der Motor arbeitet daher während der Drehzahländerung in der Regel etwa in dem in Fig. 1 schraffiert angegebenen Bereich.The inventive method for controlling the speed of asynchronous motors is that to change the speed, especially when lowering the speed below the nominal speed, in addition to the inclusion of resistors in the rotor circuit A braking torque of such magnitude is also applied to the motor shaft is brought that the sum of the load and braking torque is close to that moment which is the desired speed according to the characteristic curve that corresponds to the one that is switched on Resistance corresponds, is assigned. The motor therefore works while the speed is changing usually roughly in the area indicated by hatching in FIG. 1.
Die erfindungsgemäßen Einrichtungen bestehen im wesentlichen aus folgenden Teilen: Einer Meßeinrichtung für das jeweils am Motor vorhandene Drehmo-. ment (z. B. Drehmomentenmesser oder Wattmeter zur Ermittlung des Drehmomentes bei Nenndrehzahl oder Wirkstrommesser oder im einfachsten Falle gewöhnlicher Strommesser) und aus einer Bremsvorrichtung (z. B. Bremsmotor; Bremsscheibe für Friktionsbremse; hydraulische Bremse usw.), die vorzugsweise selbsttätig in an sich bekannter Weise sn eingestellt werden, daß der Motor während des Steuerungsvorganges in der Regel mit etwa dem positiven,-Nennmoment belastet ist Im einfachsten Fall kann das zusätzliche Bremsmoment durch eine mechanische Bremse erzeugt werden, - Zur Erzeugung des Bremsmomentes kann auch eine elektrische Bremsmaschine dienen, auch hydraulische Einrichtungen und dgl. können herangezogen werden. Der Vorgang verläuft für den einfachsten Fall folgendermaßen: Der Motor stehe mit seiner Nenndrehzahl in Betrieb; das Kommando "langsamer" schaltet die Bremseinrichtung ein, die selbsttätig solange von Null ansteigend verstellt wird, bis der Nennstrom erreicht ist; die Widerstände im Läuferkreis werden solange zugeschaltet, bis die gewünschte niedrigere Drehzahl erreicht ist.The devices according to the invention essentially consist of the following Share: A measuring device for the torque present on the engine. ment (e.g. B. Torque meter or wattmeter to determine the Torque at nominal speed or active ammeter or, in the simplest case, ordinary ammeters) and from a braking device (e.g. brake motor; brake disc for friction brake; hydraulic brake, etc.), which is preferably automatic in a manner known per se sn can be set that the motor is usually during the control process is loaded with approximately the positive nominal torque. In the simplest case, this can be additional Braking torque can be generated by a mechanical brake, - To generate the braking torque An electric brake machine can also be used, as well as hydraulic devices and the like can be used. The process runs for the simplest case as follows: The engine is in operation at its rated speed; the command "Slower" switches on the braking device, which automatically starts from zero for as long is adjusted increasing until the nominal current is reached; the resistances in the rotor circuit are switched on until the desired lower speed is reached.
Es kann auch die Differenz zwischen dem Istwert des Drehmomentes und dem positiven Nennlastmoment mit Hilfeeiner der bekannten Regeleinrichtungen dazu benützt werden, die Größe der Bremswirkung selbsttätig vorzubereiten, sodaß beim Auftreten des Kommandos "Absenken der Drehzahl" der Motor mit ungefähr dem Nenndrehmoment belastet wird. Auch kann die Größe der Bremswirkung durch ein wattmetrisches Relais vorbereitet werden. Zweckmäßigerweise wird während der Verlangsamung an der Einstellung der Bremse .meist nichts mehr geändert. Beim Steuern der Drehzahlen nach diesem Verfahren wird der Vorteil erreicht, daß der liiert für die Verzögerung bzw. Beschleunigung bei allen Belastungen genügend genau konstant bleibt und damit die :ilirkung dieses Verfahrens derjenigen der Gleichstromverfahren sehr nahe kommt, wobei aber der Aufwand viel geringer ist und die eingesetzten Maschinen um Vieles robuster sind und keine Regler notwendig werden, Weitere Gegenstände der Erfindung gehen aus den nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren 2 bis 4 näher erläuterten Ausführungsbeispielen hervor.It can also be the difference between the actual value of the torque and the positive nominal load torque with the help of one of the known control devices be used to prepare the size of the braking effect automatically, so that when Occurrence of the command "lower the speed" of the motor with approximately the nominal torque is charged. The size of the braking effect can also be determined by a wattmetric relay to get prepared. It is advisable to adjust the setting while slowing down the brake. mostly nothing more changed. When controlling the speeds according to this method, the advantage is achieved that the liiert for the delay or acceleration remains constant with sufficient accuracy under all loads and thus the effect of this process comes very close to that of the direct current process, but the effort is much lower and the machines used are much less are more robust and no regulators are necessary. Further objects of the invention go from those explained in more detail below with reference to the drawing figures 2 to 4 Embodiments emerge.
Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt das Schaltbild einer Regeleinrichtung nach der Erfindung, Fig. 3 ein Diagramm, das den Zusarmu:enhang von Drehzahl und Bremsmoment einer elektrischen Bremsmaschine zeigt und Fig. 4 das Schema einer mechanischen Bremse mit einstellbarem Bremsmoment.Fig. 2 of the drawing shows the circuit diagram of a control device according to the invention, Fig. 3 is a diagram showing the relationship between speed and Braking torque of an electrical brake machine shows and FIG. 4 shows the diagram of a mechanical one Brake with adjustable braking torque.
In dem Ausführungsbeispiel nach dem in Fig. 2 dargestellten Schaltbild ist 1 der Asynchronmotor mit den Schleifringen 2 und dem Regelwiderstand 3. Er bezieht die Energie aus dem Netz 4 über den Schalter 5 und treibt über die Kupplung 6, die auch als Drehmomentenmeßeinrichtung ausgebildet sein kann, das 'lindwerk 7 mit der Seilscheibe 8 an. Auf der Motorwelle sitzt die elektrische Bremsmaschine 9, die über einen Gleichrichter 10 von der 11echselstromseite her erregt wird. Die Erregung der Bremsmaschine und damit das Bremsmoment ist mit Hilfe des Widerstandes 11 auf verschiedene Weise einstellbar. Die Kontakte 12" 13, 14 überbrücken jeweils Teile des Widerstandes 11. Die EinrichtLmg 15 mißt das jeweils am Motor vorhandene Drehmoment und betätigt in an sich bekannter Weise il er die Verbindungsleitung 16 die Kontakte 12, 13, 14, sodaß über Teile des Widerstandes 11 die elektrische Bremsmaschine 9 umsomehr erregt wird, je weiter das vorhr.ndene Drehmoment vom größten positiven Nennmoment des Motors 1 abweicht.In the embodiment according to the circuit diagram shown in FIG 1 is the asynchronous motor with slip rings 2 and variable resistor 3. It relates the energy from the network 4 via the switch 5 and drives via the clutch 6, the can also be designed as a torque measuring device, the 'Lindwerk 7 with the Pulley 8 on. On the motor shaft sits the electric brake machine 9, the is excited via a rectifier 10 from the 11 AC side. The excitement the braking machine and thus the braking torque is with the help of the resistor 11 on adjustable in different ways. The contacts 12 ″ 13, 14 each bridge parts of resistance 11. The device 15 measures this on the motor existing torque and actuates the connection line in a manner known per se 16 the contacts 12, 13, 14, so that over parts of the resistor 11 the electrical Brake machine 9 is the more excited, the further the vorhr.ndene torque from the greatest positive nominal torque of motor 1 deviates.
Vom Seil 17 wird die Einrichtung 18 mit mehreren Fliehkraftkontakten angetrieben; bei einer Drehzahl von 120 % bezogen auf 100 % Nenndrehzahl wird die Hauptbremse 19 betätigt, bei 110 die Vor gelegebremse 20, bei rund 100 % wird jeweils der läufer des Motors 1 kurzgeschlossen, unabhängig davon, welche Stellung der Anlaßwiderstand 3 erreicht hat, sodaß auch bei ziehender last der Motor 1 sich auf das Netz 4 abstützen kann, ohne daß der Anlaßwiderstand 3 auf der Endstufe angekommen sein muß.From the rope 17, the device 18 with several centrifugal contacts driven; at a speed of 120% based on 100% nominal speed, the Main brake 19 actuated, at 110 the intermediate brake 20, at around 100% is in each case the rotor of the motor 1 short-circuited, regardless of the position of the starting resistor 3 has reached, so that the motor 1 is supported on the network 4 even when the load is pulling can without the starting resistor 3 must have arrived at the output stage.
In der Einrichtung 18 können weitere Fliehkraftkontakte vorgesehen sein, die beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl, welche durch längere Zeit gefahren werden soll und wobei der Anlaßwiderstand sich zu sehr erwärmen würde, die für diese Drehzahlen (z. B, 50 %) gebauten Motoren 21 bzw. 22 einschalten.Further centrifugal force contacts can be provided in device 18 be that when a certain speed is reached, which has been driven for a long time should be and the starting resistor would heat up too much for this Switch on motors 21 or 22 built at speeds (e.g. 50%).
Der Motor 21 kann beispielsweise eine Nenndrehzahl von 150 t/min haben und vierpolig ausgeführt sein, wogegen der Motor 22 z.B.The motor 21 can, for example, have a nominal speed of 150 t / min and four-pole, whereas the motor 22 e.g.
mit 750 t/min läuft und achtpolig ausgeführt ist. Soll der Antrieb vom Motor 21 auf den Motor 22 übergehen, so wird in den Läuferkreis des Motors 21 ein Widerstand eingeschaltet und gleichzeitig eine Bremse angelegt, bis die Drehzahl auf 750 t/min herabge-@ mindert ist, worauf der Motor 22 eingeschaltet und der Motor 21 ausgeschaltet wird. Der Motor 22 wird z.B. erst dann zugesch§:ltet, wenn die Schleichgeschwindigkeit von 2 bis 3 % erreicht ist, Der Motor 22 kann auch dauernd am Netz liegen und bei Erreichen der Schleichgeschwindigkeit durch eine Schaltkupplung 22a auf die Welle geschaltet werden.runs at 750 t / min and has eight poles. Should the drive pass from motor 21 to motor 22, the rotor circuit of motor 21 a resistor switched on and at the same time a brake applied until the speed is reduced to 750 t / min @, whereupon the motor 22 is switched on and the motor 21 is switched off. The motor 22 is only switched on, for example: when the crawl speed of 2 to 3% is reached, the motor 22 can also are permanently connected to the network and when the creep speed is reached by a Clutch 22a can be switched to the shaft.
Es kann zweckmäßig sein, eine der Bremsen 19 oder 20 als Regulierbremse auszubilden, die von der Läuferfrequenz gespeist wird und eine Drehzahl von ca. 20 % einstellt. Der Schalter 5a-wird geschlossen, sobald eine Drehzahländerung eingeleitet werden soll. In vielen Fällen ist es nicht notwendig, beim Erhöhen der Drehzahl einen bestimmten Wert für die Beschleunigung einzuhalten. Wenn ein negatives Moment vorliegt, erhöht sich die Drehzahl selbsttätig; wenn dann die Nenndrehzahl erreicht ist, kann gier einen Drehzahlwächter (z. B. Fliehkraftschalter) ein Schütz betätigt werden, das die Läuferwicklungen kurz schließt. - Es ist daher in vielen Fällen nicht unbedingt notwendig, beim Erhöhen der Drehzahl das Lastmoment zu kennen, zumal es im Stillstand des Motors nicht genau gemessen werden kann. Hingegen lassen sich die vorhandenen Lastmomente vor dem Senken der Drehzahl auf einfache Weise messen. In der Praxis ist es beim Senken der Drehzahl besonders wichtig, die Lastmomente zu kennen und zu berücksichtigen: damit die Drehzahl nicht zu schnell oder zu langsam abnimmt.It may be useful to use one of the brakes 19 or 20 as a regulating brake train, which is fed by the rotor frequency and a speed of approx. 20%. The switch 5a-is closed as soon as a speed change is initiated shall be. In many cases it is not necessary when increasing the speed to adhere to a certain value for the acceleration. When a negative moment is present, the speed increases automatically; when then the rated speed is reached a speed monitor (e.g. centrifugal switch) can be operated by a contactor that short-circuits the rotor windings. - It is therefore in many cases not absolutely necessary to know the load torque when increasing the speed, especially since it cannot be measured precisely when the engine is at a standstill. On the other hand, can Measure the existing load torques in a simple way before lowering the speed. In practice, when lowering the speed, it is particularly important to adjust the load torque to know and take into account: so that the speed is not too fast or too slow decreases.
In den meisten Fällen genügt es, das zusätzliche Bremsmoment in drei bis sechs Stufen zu unterteilen. Von diesen Stufen werden umsomehr eingeschaltet, je weiter das vorhandene Lastmoment vom größten positiven Lastmoment abweicht. Wird verlangt, daß eine oder mehrere Zwischendrehzahlen durch längere Zeit gefahren werden, so ist es am zweckmäßigsten, für diese Drehzahl oder Drehzahlen, Maschinen mit den entsprechenden Nenndrehzahlen auf der gleichen Welle vorzusehen, die jeweils beim Erreichen der zugehörigen Drehzahl eingeschaltet werden. Der Bremsmomentenüberschuß, der zur Vernichtung der kinetischen Energie während des Bremsvorgangee"vorhanden, sein muß, läßt sich für jede Anlage genügend genau durch Eihstellen festlegen. Das Einstellen besteht darin, daß man den in Fig. 1 gezeichneten Arbeitsbereich nach rechts oder links von +1 verlegt und dadurch eine größere oder kleinere Verzögerung erreicht. In der Regel genügt jedoch die Einstellung auf +1, wie in Fig. 1 gezeichnet.In most cases it is sufficient to split the additional braking torque into three to subdivide up to six levels. Of these stages, the more switched on the further the existing load torque deviates from the largest positive load torque. Will requires that one or more intermediate speeds be run for a longer period of time, so it is most appropriate for this speed or speeds, machines with the to provide corresponding nominal speeds on the same shaft, which in each case Be switched on when the associated speed is reached. The excess braking torque, which is available to destroy the kinetic energy during the braking process, must be, can be determined with sufficient precision for each system by setting. That Setting consists in following the work area shown in FIG moved to the right or left of +1 and thus a greater or lesser delay achieved. As a rule, however, the setting to +1 is sufficient, as shown in FIG. 1.
Ist z.B. der normal laufende Motor mit einem negativen Lastmoment (ziehende Iast) von der Größe des halben Nennmomentes belastet, so muß in der Regel ein zusätzliches positives Lastmoment (Bremsmoment) von ungefähr dem 1,5-fachen Nennmoment auf den Motor aufgedrückt und der Widerstand im Läuferkreis solange erhöht werden, bis die gewünschte Drehzahl erreicht ist.Is e.g. the normally running engine with a negative load torque (pulling load) is loaded by half the nominal torque, as a rule an additional positive load torque (braking torque) of approximately 1.5 times Nominal torque is applied to the motor and the resistance in the rotor circuit is increased for as long until the desired speed is reached.
In der Fig. 3 ist im gleichen Maßstab wie in der Fig. 1 der Zusammenhang vom Bremsmoment MB der elektrischen Bremsmaschine und der Drehzahl n in Abhängigkeit von verschiedenen Gleichstromerregungen g, h und i dargestellt. Schaltet man z.B. die Erregung h ein, so kann im Leerlau' des Motors 1 mit Hilfe der läuferwiderstände auf die halbe Nenndrehzahl zurückgeregelt werden. Ist ziehende Last (negatives Moment) vorhanden, werde die Erregung i -eingeschaltet. - Aus der Fig. 3 Ist zu ersehen, daß die Bremewirkung der elektrischen $remsmaschim ieh bei niedrigen Drehzahlen bis auf Null verkleinert.,Diesen Nachteil vermeidet eine mechanische Bremse (Fig. 4).In FIG. 3, on the same scale as in FIG. 1, the relationship between the braking torque MB of the electric brake machine and the speed n is shown as a function of various direct current excitations g, h and i. If, for example, the excitation h is switched on, then when the motor 1 is idling, the rotor resistors can be used to regulate it back to half the nominal speed. If there is a pulling load (negative moment), the excitation is switched on. - From Fig. 3 it can be seen that the braking effect of the electrical brake machine is reduced to zero at low speeds. A mechanical brake avoids this disadvantage (Fig. 4).
Die. in Fig. 4 skizzierte mechanische Bremse arbeitet wie folgt: Die Antriebsscheibe 20 (oder 19) wird von den Bremsbacken 23, die auf den Gestängen 24 sitzen, abgebremst. An den Bremsbacken greift über die Gelenke 26 und 27 das Gestänge 28 an, und zwar mittelbar über den Denker 25 am Gestänge 24 bzw. unmittelbar am Gestänge 24. Auf dem Gestänge 28 ist das Bremsgewicht 29 verschieblich angeordnet. Das Verschieben wird durch eine Gall'sche Kette 30 über die Gegenscheibe 31 vom Motor 32 bewirkt. Der Motor 32 wird in an sich bekannter Weise von der Einrichtung 15 (Fig. 2) gesteuert. Auf dem Gestänge 28 können auch Endschalter angebracht sein, die vom Bremsgewicht 29 entsprechend betätigt werden. Die Klinke 33 wird ausgeschwenkt, sobald eine Drehzahländerung eingeleitet werden soll. Im ausgerückten Zustand; der Klinke kann das Gestänge 28 um die Gelenkpunkte 26 bzw. 27 schwenken und so ein der Lage des Gewichtes 29 entsprechendes Bremsmoment ausüben.The. in Fig. 4 sketched mechanical brake works as follows: The Drive pulley 20 (or 19) is from the brake shoes 23, which are on the linkage 24 seated, braked. This engages the brake shoes via the joints 26 and 27 Linkage 28, indirectly via the thinker 25 on linkage 24 or directly on the linkage 24. The brake weight 29 is arranged displaceably on the linkage 28. The shifting is done by a Gall's chain 30 on the counter disk 31 from Motor 32 causes. The motor 32 is in a manner known per se from the device 15 (Fig. 2) controlled. Limit switches can also be attached to the linkage 28, which are actuated accordingly by the brake weight 29. The pawl 33 is swiveled out, as soon as a speed change is to be initiated. In the disengaged state; the The pawl can pivot the linkage 28 about the pivot points 26 and 27 and so a the position of the weight 29 apply braking torque corresponding to the position of the weight.
Alle genannten Schaltungen lassen sich auch automatisch einwandfrei vornehmen.All of the circuits mentioned can also be automatically flawless make.
Zur Konstruktion der Betriebspunkte, die sich beim geschilderten Verfahren einstellen, sei folgendes gesagt: Man trage in Fig. 1 auf der Abszisse vom Nullpunkt aus das jeweils vorhandene Lastmoment nach Größe und Richtung auf, addiere dazu nach rechts die Größe des zusätzlich aufgedrückten Bremsmomentes, z.B. nach einer der Kurven g, h, i aus Fig. 3, und bestimme die Schnittpunkte der erhaltenen Abszisse mit den Geraden a bis f, die den einzelnen Läuferwiderständen entsprechen. Diese Schnittpunkte stellen dann die sich einstellenden Betriebspunkte dar. Als Einrichtung 15 in Fig. 2 kann ein Kontakt-Wattmeter verwendet werden, dessen Kontakte die Erregung der Bremsmaschine bzw. die Lage des Bremsgewichtes 29 in Fig. 4 steuern. Das Wattmeter wird am besten als Spiegelgalvanometer ausgeführt, wobei der Lichtstrahl entsprechend der positiven oder negativen Belastung lichtempfindliche Zellen aussteuert. Die Relais bekommen Selbsthaltung bis jeweils das nächste Relais erregt wird.For the construction of the operating points that result from the described procedure set, let the following be said: In Fig. 1, carry on the abscissa from the zero point from the respective existing load torque according to size and direction, add to it to the right the size of the additionally applied braking torque, e.g. after a of curves g, h, i from FIG. 3, and determine the points of intersection of the abscissa obtained with the straight lines a to f, which correspond to the individual rotor resistances. These Then make intersections the operating points that arise A contact wattmeter can be used as device 15 in FIG Contacts the excitation of the braking machine or the position of the braked weight 29 in Fig. 4 controls. The wattmeter is best designed as a mirror galvanometer, whereby the light beam according to the positive or negative load photosensitive Controls cells. The relays are latched until the next relay is excited.
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