DE19541684A1

DE19541684A1 - Control of AC motor

Info

Publication number: DE19541684A1
Application number: DE1995141684
Authority: DE
Inventors: Senad Ramic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 1997-05-15

Abstract

A control system for an AC motor has a regulator generating a standing field and which lets this rotate with the help of a small easily controlled DC motor, whereby the small motor sets always only one winding on the voltage to the large motor in a rotating sequence and the switching over of the voltage from one to another winding is contactless, using thyristors.

Description

introduction

Drehstrombahnantrieb mit käfigem Läufer ist ein wunderbarer Antrieb, der wegen seiner Zuverlässigkeit einen breiten Bereich der Anwendung findet. Die schlechte Seite dieses Motores, könnte man sagen, ist seine unbequeme Steuerungsmöglichkeit und sind Probleme bei Anlauf und bei Bremsung. Von allen bestehenden Reglern zeigt der Frequentregler die besten Charakteristiken. Die weniger populäre Seite bei diesem Regler ist sein hoher Preis. Wenn man von einem Motor eine ständige Möglichkeit, um ihn zu steuern, fördert, ohne irgendeinen Einfluß auf das konventionelle Netz zu verursachen, dann ist auch verständlich, warum diese Regler teuer sind. Es gibt aber auch die Antriebe, die keine ständige Regulation verlangen sondern sich einfach schwer einlaufen lassen. Hier meint man die schweren und starken Antriebe wie z. B. Walzenwerkantriebe oder lange Förderbänder usw.AC drive with cage rotor is a wonderful drive that because of its reliability finds a wide range of applications. The bad side of this engine, you could say, is its uncomfortable Possibility of control and are problems with starting and braking. From the frequency controller shows the best of all existing controllers Characteristics. The less popular side with this regulator is its high price. When looking at an engine a constant way to get it to control, promotes without any influence on the conventional network cause, it is also understandable why these controllers are expensive. It but also gives the drives that do not require constant regulation but simply difficult to break in. Here you mean the heavy ones and strong drives such. B. roller mill drives or long conveyor belts etc.

Für solche oder so ähnliche Antriebe könnte unten beschriebener Regler seinen Anwendungsbereich finden.The controller described below could be used for such or similar drives find its scope.

Functional description

Der Regler erzeugt quadratische Formen der Spannung und des Stromes, was für eine relativ kurze Zeit des Anlaufes ausreichen sollte. Das Drehfeld wird erzeugt durch regelmäßige Übertragung des Gleichstromes von einer Wicklung des Motores auf die anderer, so daß im Prinzip keine Unterbrechung des Gleichstromes im Kreis zwischen dem Gleichstromrichter und dem Inwärtors vorkommt. Diese präzise Spannungs-, eigentlich Stromübertragung von einer auf die andere Wicklung des Motores, geschieht dadurch, weil die "Öffnung" eines Thiristors die "Sperrung" des vorher führenden Thiristor verursacht. Eine solche Zwischenabhängigkeit der Thiristoren schaffen die Thiristoren und die dazwischen geklemmten Kondensatoren selber. Um das Bild zu verdeutlichen, betrachten wir die Reihenfolge der Öffnung, der Schließung und die Thiristorleitungszeit. In dem Augenblick der Zeit, wenn der Thiristor "Th1" ein Öffnungsimpuls von dem ihm gehörendem Induktivnäherungsschalters "U1" bekommt, fließt der Strom durch die Wicklung "u-x" und verursacht das Magnetfeld auf ihr. Zur gleichen Zeit laden sich über Motorwicklungen "y-y" und "w-z" Kondensatoren "C1" und "C3" auf vollen Gleichspannungswert "U1=". Die Spannung auf dem Kondensator "C2" bleibt in diesem Fall auf dem Nullwert der Spannung, weil kein Potentialunterschied zwischen seinen beiden Enden besteht.The regulator creates quadratic forms of voltage and current, which should be enough for a relatively short start-up time. The rotating field is generated by regular transmission of the direct current from a Winding of the motor on the other, so that in principle no interruption of the direct current in the circuit between the direct current converter and the Inwardors occurs. This precise voltage, actually power transmission from one to the other winding of the motor happens because the "Opening" a thiristor means "blocking" the previously leading thiristor caused. The thiristors create such an interdependency Thiristors and the capacitors clamped in between themselves. To do that To clarify the picture, we consider the order of opening, the Closure and thiristor line time. At the moment of time when the thiristor "Th1" an opening pulse from that belonging to it Gets inductive proximity switch "U1", the current flows through the Winding "u-x" and causes the magnetic field on it. Charge at the same time over motor windings "y-y" and "w-z" capacitors "C1" and "C3" full DC voltage value "U1 =". The voltage on the capacitor In this case, "C2" remains at the zero value of the voltage because none There is potential difference between its two ends.

Spannungssignal des Induktivnäherungsschalters welches die Öffnung des Thiristors "Th1" verursachte, verschwindet, weil das kleine Metallstück vor dem Induktivnäherungsschalter "U1" vorbeigegangen ist. Trotzdem bleibt einmal geöffneter Thiristor "Th1" weiter geöffnet bis zu seiner zwingenden "Schließung". Den Thiristor kann man auf die Art schließen, daß man ihm höheres Potential auf die Kathodenseite, in Bezug auf die Anodenseite draufsetzt.Voltage signal of the inductive proximity switch which the opening of the Thiristor "Th1" caused disappears because of the small piece of metal in front the inductive proximity switch "U1" has passed. Still remains once opened thiristor "Th1" continues to its mandatory "Closure". The thiristor can be deduced from the fact that it is higher potential on the cathode side, in relation to the anode side on top of it.

Also tritt in unserem Fall eine zwingende Schließung des Thiristors "Th1" in dem Moment auf, wenn der Thiristor "Th2" von dem ihm gehörenden Induktivnäherungsschaltern "U2" ein Öffnungssignal bekommt. In diesem Moment erscheint auf der Minusseite des Kondensators "C1", der schon auf dem vollen Spannungswert "U1=" aufgeladen war, das Plus (+) des Spannungs "U1=". Dieses bildet zusammen mit der Kondensatorspannung "Uc1" einen doppelten Wert des Spannungs "U1=", auf der Katodenseite des Thiristors "Th1". Das verursacht die Schließung des Thiristors "Th1". Die Schließung des Thiristors "Th1" bedeutet eigentlich das Ende des Magnetfeldes auf der Wicklung "u-x" des Motores. Die Öffnung des Thiristors "Th2" bedeutet eigentlich die Bildung des Magnetfeldes auf der Wicklung "v-y" des Motores. Auf die Art hat sich scheinbar das Magnetfeld von einer Wicklung auf die andere Wicklung bewegt.In our case, therefore, the thiristor "Th1" is forced to close the moment when the thiristor "Th2" belongs to it Inductive proximity switches "U2" receives an opening signal. In this Moment appears on the minus side of the capacitor "C1", which is already on the full voltage value "U1 =" was charged, the plus (+) of the Voltage "U1 =". This forms together with the capacitor voltage "Uc1" a double value of the voltage "U1 =", on the cathode side of the Thiristors "Th1". This causes the thiristor "Th1" to close. The Closing the thiristor "Th1" actually means the end of the Magnetic field on the winding "u-x" of the motor. The opening of the thiristor "Th2" actually means the formation of the magnetic field on the winding "v-y" of the engine. That way, the magnetic field has apparently become one Winding moved to the other winding.

Eigentlich fängt das Statormagnetfeld mit seiner Rotation an. Das ist eine entscheidende Bedingung für die Drehung des Rotors.The stator magnetic field actually begins with its rotation. This is a crucial condition for the rotation of the rotor.

Jetzt haben wir einen Fall, daß der Thiristor "Th2" geöffnet ist. Der Strom fließt jetzt durch die Wicklung "v-y" und die Kondensatoren "C1" und "C2" laden sich auf bis zum Wert der Spannung "U1=". Kondensator "C3" bleibt nicht geladen. Jetzt wiederholt sich das Bild bei dem vorher beschriebenem Fall mit dem Stückchen des Metalls, das vor dem Induktivnäherungsschalter vorbeigelaufen ist. Thiristor "Th2" bleibt bis zu seiner zwingenden Schließung stromführend. Zwingende Schließung des Thiristors "Th2" entsteht mit der Öffnung des Thiristors "Th3". Gleichspannung "U1=" "geht durch" den Thiristor "Th3" und verursacht zusammen mit schon bestehender Spannung auf dem Kondensator "C2" eine zwingende Schließung des Thiristors "Th2". Von diesen Moment an, setzt sich das Magnetfeld von der Wicklung des Motores "v-y" auf die Wicklung "w-z" um. Kondensatoren "C2" und "C3" werden auf den Gleichspannungswert "U1=" geladen. Mit dem Verschwinden des Metallstückes vor dem Induktivnäherungsschalters "U3" verschwindet auch die Spannung auf dem Gitter des Thiristors "Th3" Thiristor "Th3" bleibt weiter geöffnet bis zum Moment seiner zwingenden Schließung. Das passiert in dem Moment, wenn der Thiristor "Th1" geöffnet wird. Dann kommt auf die Minusseite des Kondensators "CY" das Plus der Gleichspannung "U1=", und zusammen mit der schon bestehenden Spannung auf dem Kondensator "C3" wirkt es auf die Schließung des Thiristors "Th3". Jetzt haben wir wieder das Anfangsbild, daß nur der Thiristor "Th1" führt, und daß der Strom wieder auf der Wicklung "u-x" das Magnetfeld bildet. Damit hat sich die Übertragung des Magnetfeldes von einer auf die andere Wicklung des Motors realisiert. Eigentlich hat sich das Magnetdrehfeld formiert. Drehgeschwindigkeit des Magnetfeldes ist änderbar mit der Änderung der Öffnungsgeschwindigkeit der Thiristoren "Th1", "Th2" und "Th3", eigentlich mit Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit der kleinen Metallplättchen von einem Induktivschalter auf den anderen. Dieses kleine Metallplättchen wird von einem kleinen Niederspannungengleichstrommotor gedreht (Zeichnung Nr. 2). Now we have a case where the thiristor "Th2" is open. The current now flows through the winding "v-y" and the capacitors "C1" and "C2" charge up to the value of the voltage "U1 =". Capacitor "C3" remains not loaded. Now the picture repeats itself with the previously described Case with the bit of metal that is in front of the inductive proximity switch ran past. Thiristor "Th2" remains until its mandatory closure live. The thiristor "Th2" is forced to close with the Thiristor "Th3" opens. DC voltage "U1 =" "goes through" the Thiristor "Th3" and causes together with already existing voltage on capacitor "C2" a mandatory closure of thiristor "Th2". From this moment on, the magnetic field from the winding of the Motores "v-y" to the winding "w-z". Capacitors "C2" and "C3" are loaded to the DC voltage value "U1 =". With the disappearance of the metal piece in front of the inductive proximity switch "U3" disappears the voltage on the grid of thiristor "Th3" thiristor "Th3" remains opened further until it was forced to close. Happens at the moment when the thiristor "Th1" is opened. Then come on Minus side of the capacitor "CY" plus the DC voltage "U1 =", and together with the already existing voltage on the capacitor "C3" it affects the closing of the thiristor "Th3". Now we have that again Initial picture that only the thiristor "Th1" leads, and that the current is on again the winding "u-x" forms the magnetic field. The transfer of the Magnetic field realized from one to the other winding of the motor. Actually, the magnetic rotating field has formed. Speed of rotation of the Magnetic field is changeable with the change in the opening speed of the Thiristors "Th1", "Th2" and "Th3", actually with a change of Movement speed of the small metal plates of one Inductive switch on the other. This small metal plate is made by a small low-voltage DC motor rotated (drawing no. 2).

Um diesen Motor herum sind drei Induktivnäherungsschalter mit einem Abstand von 120° angeordnet. Auf der selben Zeichnung anfangs mit Abb. a) bis zur abschl. Abb. f) kann man sehen, wie das kleine Metallplättchen vorbeigehend vor den Induktivnäherungschaltern "U1", "U2" und "U3" ihre Aktivierung verursacht. Drehzahlregelung von diesem kleinen Gleichstrommotor verursacht ein Standardregler der Gleichspannung mit Regulationsbereich von (0-30 V). Änderung der Drehrichtung des kleinen Motores und damit auch von ihm gesteuerten großen Motores wird durch die Polaritätsänderung der Betriebsspannung des kleinen Motores verursacht. Dafür ist der Wahlschalter "Q1" vorgesehen.There are three inductive proximity switches with one around this motor 120 ° apart. On the same drawing, initially with Fig. A) until the final Fig. F) can be seen like the small metal plate passing in front of the inductive proximity switches "U1", "U2" and "U3" your Activation caused. Speed control from this little one DC motor causes a standard regulator of the DC voltage with Regulation range from (0-30 V). Change the direction of rotation of the small Motores and thus also the large motor controlled by it is controlled by the Changes in polarity of the operating voltage of the small motor caused. The selector switch "Q1" is provided for this.

Zwei Mikroschalter "S1" und "S2" werden bei zwei verschiedenen Drehzahlen des Mikromotors, "M0" aktiviert. Aktivierung des Mikroschalters "S1" sollte dann erfolgen, wenn der kleine Motor sicher in Bewegung gesetzt ist, also bei ganz niedriger Drehzahl. Aktivierung des Mikroschalters "S2" sollte dann erfolgen, wenn der Hauptmotor "M1" seine Nominalgeschwindigkeit erreicht hat. Diese zwei Mikroschalter werden z. B. von einem Potentiometer, mit dem man die Geschwindigkeit des kleines Mikromotores reguliert, durch die mechanische Drehung des Potentiometers aktiviert.Two microswitches "S1" and "S2" are at two different speeds of the micromotor, "M0" activated. Activation of the microswitch "S1" should then take place when the small motor is safely set in motion, that is at very low speed. Activation of the microswitch "S2" should then take place when the main motor "M1" reaches its nominal speed Has. These two microswitches are e.g. B. from a potentiometer with the you regulate the speed of the small micromotor by which mechanical rotation of the potentiometer activated.

Mit Drehung des Potentiometers von Null nach rechts wird erst der kleine Motor in die Bewegung gesetzt, dann wird der Mikroschalter "S1" aktiviert und der bleibt auch bei weiterer Drehung aktiviert. Am Ende wird der Mikroschalter "S2" aktiviert. Man sollte hervorheben, daß man anstatt dieser zwei Schalter, die von einem handgedrehten Potentiometer aktiviert werden, auch etwas anderes vornehmen könnte, z. B. zeitprogrammierter Anlauf des kleinen M otores und elektronische Einschaltung bei vorgegebenen Drehzahlen. Es ist vor allem wichtig, daß die Aktivierung geschieht, einmal bei niedriger Drehzahl und einmal bei nominaler Drehzahl. Aktivierung bei niedriger Drehzahl bedeutet folgendes: erst dann, wenn sich der kleine Motor dreht, und dann, wenn sich die Thiristoren nacheinander öffnen, und auch bereit sind, ein Drehfeld dem Hauptmotor zu besorgen, wird auch der Schutz "K1" vom Mikroschalter "S1" eingeschaltet. Das geschieht deswegen, weil man auf dem Hauptmotor kein stehendes Feld hat, sondern ein Drehfeld. Stehendes Feld auf der Wicklung, bei eingelegter Gleichspannung, bedeutet zu großer Strom, da kein Induktivwiderstand besteht. Der Strom könnte die Wicklungen des Motores beschädigen. Deswegen ist wichtig,daß sich erst der kleine Motor (der Impulsgeber) in Bewegung setzt und dann der große Motor. Bei erreichter Nominaldrehzahl wird der Regler abgeschaltet und der große Motor auf das Drehstromnetz geschaltet. Das passiert durch die Aktivierung des Mikroschalters "S2". in diesem Moment wird auch der kleine Motor (der Impulsgeber) abgeschaltet, und damit vor unnötiger Drehung geschont.When the potentiometer is turned from zero to the right, the small one becomes the first Motor started, then the microswitch "S1" is activated and it remains activated even with further rotation. In the end the microswitch "S2" activated. It should be emphasized that instead of these two switches, which are activated by a hand-turned potentiometer, also something could do other things, e.g. B. time-programmed start-up of the small M otores and electronic activation at specified speeds. It is most importantly, that activation happens once at a low level Speed and once at nominal speed. Activation at lower Speed means the following: only when the small motor turns, and then when the thiristors open one after the other, and also ready are to provide a rotating field to the main motor, the protection "K1" switched on by microswitch "S1". It happens because you does not have a standing field on the main motor, but a rotating field. Standing field on the winding, with DC voltage applied, means current too high since there is no inductive resistance. The stream could Damage the windings of the motor. Therefore it is important that first the small motor (the pulse generator) starts and then the big one Engine. When the nominal speed is reached, the controller is switched off and the large motor switched to the three-phase network. That happens through the Activation of the microswitch "S2". at this moment the little one too Motor (the pulse generator) switched off, and thus before unnecessary rotation spared.

Wenn man bremsen will, soll man den Potenziometer nach links drehen und damit erst den Mikroschalter "S2" ausschalten. In diesem Moment passiert Folgendes:
Erst wird der kleine Motor bis zur Nominaldrehzahl anlaufen. Die Zelt, die er für seinen Anlauf braucht, wird bei Zeitrele "K4" eintragen. Nachdem die ein gestellte Zeit (ca. 1 s) ausgelaufen ist, wird auf den Regler geschaltet. Mit weiterer Drehung des Potentiometers nach links, wird das Drehfeld des Hau ptmotores verlangsamt und dadurch sein Rotor gebremst. Nach der Erreichu ng der Position des Mikroschalters "S1", wird er freigemacht. Dann sind wir schon bei ganz niedriger Drehzahl, und die Öffnung des Mikroschalters "S1" verursacht, daß der Hauptmotor vollkommen von der Spannung abgetrennt ist. Jetzt könnte die Motorbremse, wenn eine vorhanden ist, wirken, oder der M otor hält nach der bestimmten Zeit von selbst an. Damit ist die Bremsung beendet.If you want to brake, turn the potentiometer to the left and switch off the microswitch "S2" first. At this moment the following happens:
First the small motor will start up to the nominal speed. The tent that he needs for his start-up is entered in Zeitrele "K4". After the set time (approx. 1 s) has elapsed, the controller is switched to. With a further turn of the potentiometer to the left, the rotating field of the main motor is slowed down and its rotor is braked. After reaching the position of the microswitch "S1", it is released. Then we are already at a very low speed, and the opening of the microswitch "S1" causes the main motor to be completely disconnected from the voltage. Now the motor brake, if one is present, could work, or the motor would stop automatically after a certain time. Braking is now complete.

Es ist wichtig, folgendes zu betonen: vor der Inbetriebsetzung sollte die Dreh richtung des Magnetfeldes, erzeugt vom Regler, und die Drehrichtung des Drehstromfeldes gleich sein. Mit anderen Worten sollte vermieden werden daß bei der Umschaltung vom Regler auf das Netz oder umgekehrt, (bei vollem Lauf des Rotors) der Motor versucht, in Kontrarichtung gedreht zu werden, sondern in gleicher Drehrichtung.It is important to emphasize the following: before commissioning, the rotation should direction of the magnetic field, generated by the controller, and the direction of rotation of the Three-phase field be the same. In other words, should be avoided that when switching from the controller to the network or vice versa, (at full rotation of the rotor) the motor tries to turn in the opposite direction but in the same direction.

Oben beschriebener Regler ist unabhängig von der Motorstärke. Auf die Stärke der Thiristoren könnte man den Motor gleicher Stärke (gleiche Stromwerten) und alle kleineren Motoren anschließen. Natürlich kann die Stärke des Motors nicht größer als die Stärke des Reglers sein. Im Prinzip besteht keine Stromdefinierung des Reglers um die bestimmte Geschwindigkeit zu realisieren, weil die Thiristoren werden unabhängig von Strom des Hauptmotores oder von seiner Geschwindigkeit gesteuert. Die werden vom kleinen Gleichstrommotor, der eine Einheit für sich ist, gesteuert Deswegen kann man sagen, daß der Regler unabhängig von der Motorstärke ist.The controller described above is independent of the motor strength. On the Thiristor strength could be the same strength motor (same Current values) and connect all smaller motors. Of course it can The strength of the motor must not be greater than the strength of the controller. Basically there is no current definition of the controller around the specific one Realize speed because the thiristors are independent of Main motor current or controlled by its speed. The are controlled by the small DC motor, which is a unit in itself Therefore it can be said that the controller is independent of the Engine power is.

Claims

Control for a three-phase motor, with a controller that is a stand of the field and this with the help of a small, easily adjustable DC motor can rotate, the small motor the large motor only one winding on the chip in a circular order voltage sets and the switching of the voltage from one to the other Winding of the motor happens through the thiristors without contact.