DE19804043A1

DE19804043A1 - Starting circuit with transformer for squirrel cage induction motor

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Publication number: DE19804043A1
Application number: DE19804043A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Hinzen; Dirk Dipl Ing Knappertsbusch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1998-08-06

Abstract

A starting circuit with a transformer (1) for a squirrel cage induction motor (2) has contactors (4 to 7) to adjust a first starting stage of the motor. With these contactors at least a further starting stage can be adjusted and moreover, a stage for normal running can be adjusted. An electronic control device is provided for controlling the changeover between different stages according to a measured motor current. A converter device is provided to generate a voltage proportional to the measured current and the changeovers can be controlled according to this voltage. The transformer has two temperature sensors and temperature signals can be passed to the control unit for evaluation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlaufschaltung mit Anlauf transformator für einen Drehstrom-Kurzschlußläufermotor, wobei die Anlaufschaltung Schaltschütze zur Einstellung einer ersten Anlaufstufe für den Anlauf des Motors auf weist.The invention relates to a start-up circuit with start-up transformer for a three-phase squirrel-cage motor, where the starting circuit contactors for adjustment a first start-up stage for starting the motor points.

Die aus der Praxis bekannten Anlaufschaltungen von Dreh strom-Kurzschlußläufermotoren sind in der Regel als soge nannte Korndorfer-Anlaufschaltungen ausgeführt. Durch Span nungsabsenkung wird der Anlaufstrom gegenüber einem beim Anlauf mit voller Spannung auftretenden Anlaufstrom erheblich reduziert. Bei steigender Drehzahl des Motors wird auf die volle Spannung umgeschaltet. Bei diesen aus der Praxis bekannten Anlaufschaltungen ist lediglich ein zweistufiger Anlauf möglich. Mit Hilfe eines Zeitrelais wird die Umschaltung von der Anlaufspannung auf die volle Betriebsspannung gesteuert. Im Rahmen der bekannten Maßnah men wird bei der Einschaltung ein hoher Einschaltstrom bzw. eine unerwünscht hohe Stromspitze bei der Einschaltung her vorgerufen. Dieser unerwünscht hohe Einschaltstrom kann ein Mehrfaches des Motornennstromes betragen. Dadurch wird der Antrieb mechanisch stark belastet. Die verfügbare eine Anlaufstufe ermöglicht nicht die meist wünschenswerte Anpassung der Drehmomentkennlinie des Motors an die Belastungskennlinie. - Der bei den bekannten Anlaufschal tungen vorgesehene Überhitzungsschutz des Anlauftransforma tors verhindert nicht den Start des Anlaufvorgangs, wenn ein vollständiger Anlaufvorgang wegen zwischenzeitlicher Überhitzung des Anlauftransformators nicht möglich ist bzw. wenn die Temperaturreserve des Anlauftransformators nicht mehr für einen vollen Anlaufvorgang ausreicht. Bei Hoch spannungswicklungen verhindert die notwendige Isolation, daß ein Temperaturfühler dem bei Anlauftransformatoren unvermeidlichen schnellen Temperaturanstieg der Wicklung folgt. Ein zuverlässiger Überhitzungsschutz ist daher nicht möglich.The rotary start-up circuits known from practice Current squirrel-cage motors are usually so-called called Korndorfer start-up circuits. By chip lowering the starting current compared to a Starting with full voltage starting current significantly reduced. With increasing engine speed is switched to full voltage. With these out the starting circuits known in practice is only one two-stage start-up possible. With the help of a timing relay the switchover from the starting voltage to full Operating voltage controlled. As part of the known measure a high inrush current or an undesirably high current peak when switching on called. This undesirably high inrush current can be a Multiple of the nominal motor current. This will make the Mechanically heavily loaded drive. The one available Startup stage does not allow the most desirable Adaptation of the torque characteristic of the motor to the Load characteristic. - The one in the known start-up scarf protection against overheating of the start-up transformer tors does not prevent the start of the start process if a complete start-up due to interim Overheating of the starting transformer is not possible or if the temperature reserve of the starting transformer is not more is enough for a full start-up. At high voltage windings prevents the necessary insulation, that a temperature sensor that with starting transformers inevitable rapid temperature rise of the winding follows. Reliable overheating protection is therefore not possible.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Anlaufschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die genannten Nachteile effektiv vermie den werden können und bei der insbesondere unerwünscht hohe Einschalt- bzw. Umschaltstromstöße beim Umschalten in die verschiedenen Stufen funktionssicher vermieden werden.In contrast, the invention is the technical problem based on a start-up circuit of the type mentioned specify where the disadvantages mentioned are effectively avoided which can and in particular the undesirably high Inrush or switching current surges when switching to different levels can be reliably avoided.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung eine Anlaufschaltung mit Anlauftransformator für einen Drehstrom-Kurzschlußläufermotor, wobei die Anlaufschaltung Schaltschütze zur Einstellung einer ersten Anlaufstufe für den Anlauf des Motors aufweist, wobei mit den Schaltschüt zen zumindest eine weitere Anlaufstufe einstellbar ist, wobei mit den Schaltschützen fernerhin eine Stufe für den Normalbetrieb des Motors einstellbar ist und wobei eine elektronische Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Umschaltung in die verschiedenen Stufen nach Maßgabe eines ermittelten Motorstromes vorgesehen ist. - Die Erfindung lehrt somit eine Anlaufschaltung mit Anlauftransformator, der durch Sternpunktverlängerung mehrere Stufen aufweist, wobei durch diese Art der Stufung gewährleistet ist, daß die Umschaltung auf die verschiedenen Spannungen ohne Unterbrechung des Motorstromes erfolgen kann. Erfindungsge mäß ist somit im Gegensatz zu den bekannten Maßnahmen ein drei- oder mehrstufiger Anlaufvorgang möglich. Mit der erfindungsgemäßen Anlaufschaltung ist fernerhin auch ein drei- oder mehrstufiger Auslauf des Motors möglich.The invention teaches to solve this technical problem a starting circuit with starting transformer for one Three-phase squirrel cage motor, the starting circuit Contactors for setting a first startup level for has the start of the motor, with the switch box zen at least one further start-up stage can be set, with the contactors also a level for Normal operation of the engine is adjustable and being a electronic control device for controlling the Switching over to the different levels according to a determined motor current is provided. - The invention thus teaches a starting circuit with starting transformer, which has several stages due to the star point extension, this type of grading ensures that switching to different voltages without Interruption of the motor current can take place. Invention Ge in contrast to the known measures three-stage or multi-stage startup possible. With the Start-up circuit according to the invention is also a three-stage or multi-stage stopping of the motor possible.

Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfin dung besondere Bedeutung zukommt, ist eine Anlaufschaltung mit dreistufigem Anlauf vorgesehen. Überraschenderweise kann bei der erfindungsgemäßen Anlaufschaltung im Vergleich zu den aus der Praxis bekannten Anlaufschaltungen bereits bei wesentlich kleineren Motordrehzahlen umgeschaltet wer den, wobei der Umschaltstrom beispielsweise unterhalb eines Wertes bleibt, der dem 3,5-fachen Motornennstrom ent spricht.According to a preferred embodiment, which is part of the Erfin a particular importance is a start-up circuit provided with three-stage start-up. Surprisingly can in comparison with the startup circuit according to the invention to the starting circuits known from practice at significantly lower engine speeds who switched the, the switching current for example below a The value remains, which corresponds to 3.5 times the nominal motor current speaks.

Erfindungsgemäß werden die Umschaltvorgänge in die ver schiedenen Stufen nach Maßgabe des Motorstromes gesteuert. Zweckmäßigerweise werden die Zeitpunkte der Umschaltungen in die verschiedenen Stufen mit der elektronischen Steue rungseinrichtung nach Maßgabe des ermittelten Motorstromes bestimmt. Somit wird erreicht, daß die Umschaltung stets zum günstigsten Zeitpunkt erfolgt. Grundsätzlich wird also die Umschaltung bzw. werden die Umschaltungszeitpunkte also nicht nach Maßgabe einer abgelaufenen Zeitspanne bestimmt. Es liegt aber im Rahmen der Erfindung, zusätzlich ein Zeit relais in der Anlaufschaltung vorzusehen. Diesem Zeitrelais kommt jedoch im Rahmen der Erfindung nur noch eine Sicher heitsfunktion zu. Wenn innerhalb einer eingestellten Zeit beispielsweise bei mechanischen Störungen, die vorgesehene Drehzahl und der dazugehörige Strom nicht erreicht ist, wird zweckmäßigerweise der Anlaufvorgang mit Hilfe der elektronischen Steuerungseinrichtung automatisch abge brochen. Auf diese Weise werden Schäden verhindert, die entstehen können, wenn ohne Rücksicht auf mechanische Defekte die volle Spannung an den Motor angelegt wird.According to the switching operations in the ver different levels controlled according to the motor current. The times of the switchover are expedient in the different stages with the electronic control tion device according to the determined motor current certainly. This ensures that the switch always at the most convenient time. So basically the changeover or the changeover times are thus not determined in accordance with an expired time period. However, it is within the scope of the invention, an additional time relays in the start-up circuit. This timing relay However, only one thing is certain within the scope of the invention function. If within a set time for example in the event of mechanical faults, the intended Speed and the associated current has not been reached, is conveniently the start-up process with the help of electronic control device automatically abge broken. This prevents damage that can arise if regardless of mechanical Defects the full voltage is applied to the motor.

Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfin dung besondere Bedeutung zukommt, ist eine Wandlereinrich tung zur Erzeugung einer dem Motorstrom proportionalen Spannung vorgesehen und sind nach Maßgabe dieser Spannung die Umschaltungen mit der elektronischen Steuerungseinrich tung steuerbar. Nach Maßgabe der ermittelten Spannung wer den also die Zeitpunkte der Umschaltungen von der elektro nischen Steuerungseinrichtung festgelegt. Auf diese Weise wird vorzugsweise auch ein dreistufiger oder mehrstufiger Auslauf des Drehstrom-Kurzschlußläufermotors gesteuert. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische Steuerungseinrichtung auch für den Auslauf des Drehstrom-Kurzschlußläufermotors zur Steuerung der Umschaltung in die verschiedenen Stufen nach Maßgabe eines ermittelten Motorstromes vorgesehen. Es liegt dabei im Rah men der Erfindung, daß die Stufen des Anlaufvorganges beim Auslauf des Motors in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen werden.According to a preferred embodiment, which is part of the Erfin of particular importance is a converter device device for generating a motor current proportional Voltage are provided and are in accordance with this voltage switching with the electronic control unit device controllable. According to the determined voltage who So the times of switching from the electro African control device set. In this way is preferably also a three-stage or multi-stage Phase-out of the three-phase squirrel-cage motor controlled. According to a preferred embodiment of the invention electronic control device also for the outlet of the three-phase squirrel-cage motor to control the Switching over to the different levels according to a determined motor current provided. It is in the frame men of the invention that the stages of the startup process at Run down the motor in reverse order will.

Vorzugsweise weist der Anlauftransformator zwei Tempera turfühler auf und sind der elektronischen Steuerungsein richtung Temperatursignale zur Auswertung zuführbar. Ein erster Temperaturfühler für die höhere Temperatur gibt ein Abschaltsignal an die elektronische Steuerungseinrichtung und unterbricht den Anlauf. Ein zweiter Temperaturfühler für die niedrigere Temperatur signalisiert, daß die Temperaturreserve für einen erneuten Anlauf nicht mehr aus reicht und verhindert einen Neustart. Dadurch wird im Ver gleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Überhit zungsschutz verhindert, daß erst nach dem Start des Anlaufs der Anlauf gegebenenfalls wegen Überhitzung abgebrochen wird.The starting transformer preferably has two tempera door sensors and are the electronic control unit direction temperature signals can be supplied for evaluation. A first temperature sensor for the higher temperature enters Switch-off signal to the electronic control device and interrupts the start-up. A second temperature sensor for the lower temperature signals that the Temperature reserve no longer sufficient for a new start is enough and prevents a restart. As a result, in Ver equal to the overhit known from the prior art Protection prevents that only after the start of the start if necessary, the start was interrupted due to overheating becomes.

Zur Vermeidung von Isolationsproblemen zwischen Temperaturfühler und Transformatorwicklung kann bei hohen Spannungen eine Fühler-Leuchtdiode-Kombination aus der hohen Spannung gespeist werden. Das Lichtsignal der Diode wird zweckmäßigerweise über Lichtleiter auf eine Aus werteinrichtung übertragen.To avoid insulation problems between Temperature sensor and transformer winding can at high Voltages a sensor-light emitting diode combination from the high voltage. The light signal of the diode is expediently via an optical fiber on an off transfer value device.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen in schematischer Darstellung:In the following, the invention is based on only one Exemplary embodiment illustrating the drawing tert. In a schematic representation:

Fig. 1 einen Stromlaufplan für eine erfindungsgemäße Anlaufschaltung Fig. 1 shows a circuit diagram for a starting circuit according to the invention

Fig. 2 Stromkurven für eine erfindungsgemäße Anlaufschal tung und für eine Anlaufschaltung nach dem Stand der Technik. Fig. 2 current curves for a starting scarf device according to the invention and for a starting circuit according to the prior art.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anlaufschaltung mit Anlauftransformator 1 für einen Drehstrom-Kurzschlußläufer motor 2. Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 darge stellte Anlaufschaltung ist für einen dreistufigen Anlauf und vorzugsweise auch für einen dreistufigen Auslauf des Drehstrom-Kurzschlußläufermotors 2 ausgelegt. Mit dem Bezugszeichen 3 ist in Fig. 1 der Netzanschluß bezeichnet. Fig. 1 shows a starting circuit according to the invention with starting transformer 1 for a three-phase squirrel-cage motor 2nd The Darge presented in the embodiment of FIG. 1 is designed for a three-stage startup and preferably also for a three-stage phase-out of the three-phase squirrel-cage motor 2 . The reference number 3 in FIG. 1 denotes the network connection.

Die Anlaufschaltung weist vier Schaltschütze 4, 5, 6 und 7 zur Einstellung der verschiedenen Stufen auf. Zur Einstel lung der ersten Anlaufstufe wird das Schaltschütz 7 und das Schaltschütz 4 geschlossen. Die Schaltschütze 5 und 6 sind geöffnet. Gegenüber der bekannten Korndorfer-Schaltung ist die Transformatorwicklung hier über den ursprünglichen Sternpunkt hinaus verlängert und somit ist eine weitere Stufe für den Anlauf bzw. Auslauf vorhanden. Der Motor läuft in dieser Stufe mit der niedrigsten Spannung an. - Zur Einstellung der zweiten Anlaufstufe wird Schaltschütz 7 geöffnet und Schaltschütz 6 geschlossen. In dieser zweiten Anlaufstufe sind also die Schaltschütze 4 und 6 geschlossen und die Schaltschütze 5 und 7 geöffnet. Der Motor wird ohne Unterbrechung des Motorstromes auf eine höhere Spannung umgeschaltet. Zur Einstellung der Betriebsstufe für den Normalbetrieb des Motors muß Schaltschütz 6 geöffnet, Schaltschütz 5 geschlossen und Schaltschütz 4 geöffnet werden. Der Motor liegt dann an voller Spannung. - Wenn in der vorgeschalteten Schaltanlage bereits ein Hauptschütz vorhanden ist, kann auf Schaltschütz 4 verzichtet werden.The start-up circuit has four contactors 4 , 5 , 6 and 7 for setting the different levels. To set the first startup stage, the contactor 7 and the contactor 4 are closed. The contactors 5 and 6 are open. Compared to the well-known Korndorfer circuit, the transformer winding is extended beyond the original star point and there is therefore a further stage for starting up and stopping down. In this stage the motor starts with the lowest voltage. - Contactor 7 is opened and contactor 6 is closed to set the second starting stage. In this second startup stage, the contactors 4 and 6 are closed and the contactors 5 and 7 are open. The motor is switched to a higher voltage without interrupting the motor current. To set the operating level for normal operation of the motor, contactor 6 must be opened, contactor 5 closed and contactor 4 opened. The engine is then at full voltage. - If there is already a main contactor in the upstream switchgear, contactor 4 can be omitted.

In den Figuren nicht dargestellt ist eine elektronische Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Umschaltung in die einzelnen Stufen nach Maßgabe des ermittelten Motorstromes. Alle Schaltvorgänge werden zweckmäßigerweise elektronisch über einen Mikroprozessor gesteuert. Die Pausen zwischen den einzelnen Umschaltungen können mit der elektronischen Steuerungseinrichtung so weit verlängert werden, daß Aus gleichsvorgänge abgeschlossen sind, bevor die nächste Umschaltung erfolgt.An electronic is not shown in the figures Control device for controlling the switchover to the individual stages according to the determined motor current. All switching operations are expediently electronic controlled by a microprocessor. The breaks between the individual switching can be done with the electronic Control device are extended so far that off matches are completed before the next Switchover takes place.

In Fig. 2 sind zum Vergleich die Stromkurven für die erfin dungsgemäße Anlaufschaltung und für eine Anlaufschaltung nach dem Stand der Technik dargestellt. Die im Diagramm gemäß Fig. 2 punktierte Kurve 8 steht für einen Anlauf des Motors bei voller Spannung, d. h. ohne Anlaufshilfsmittel. Die dünner ausgezogene Kurve 9 stellt den Motornennstrom dar. Die dünne strichpunktierte Kurve 11 steht für eine aus dem Stand der Technik bekannte zweistufige Anlaufschaltung. Die dicke strichpunktierte Kurve 13 steht für die erfin dungsgemäße Anlaufschaltung mit drei Stufen über einen Anlauftransformator mit Sternpunktverlängerung. Es ist deutlich erkennbar, daß die Ein- und Umschaltströme bei der erfindungsgemäßen Anlaufschaltung wesentlich geringer sind als bei der Anlaufschaltung nach dem Stand der Technik.In Fig. 2, the current curves for the inventive start-up circuit and for a start-up circuit according to the prior art are shown for comparison. Curve 8 , dotted in the diagram according to FIG. 2, stands for starting the motor at full voltage, ie without starting aids. The thinner curve 9 represents the nominal motor current. The thin dash-dotted curve 11 stands for a two-stage starting circuit known from the prior art. The thick dash-dotted curve 13 stands for the startup circuit according to the invention with three stages via a startup transformer with a star point extension. It can be clearly seen that the starting and switching currents in the starting circuit according to the invention are considerably lower than in the starting circuit according to the prior art.

Claims

1. starting circuit with starting transformer ( 1 ) for a three-phase squirrel-cage motor ( 2 ),
wherein the starting circuit has contactors ( 4 , 5 , 6 , 7 ) for setting a first starting stage for starting the motor,
wherein at least one further starting stage can be set with the contactors ( 4 , 5 , 6 , 7 ),
wherein the contactors ( 4 , 5 , 6 , 7 ) can also be used to set a level for normal operation of the motor,
and wherein an electronic control device is provided for controlling the switchover to the different stages in accordance with a determined motor current.

2. The starting circuit of claim 1, wherein a converter direction for generating a proportional to the motor current Voltage is provided and the switches after Specification of the voltage with the electronic control direction are controllable.

3. Start-up circuit according to one of claims 1 or 2, wherein the electronic control device for stopping the three-phase squirrel-cage motor ( 2 ) is provided for controlling the switchover to the various stages in accordance with the determined motor current.

4. Starting circuit according to one of claims 1 to 3, wherein the starting transformer ( 1 ) has two temperature sensors and the electronic control device temperature signals can be supplied for evaluation.

5. Startup circuit according to claim 4, wherein at least one Temperature sensor at high voltages with an LED is provided and fed from the high-voltage winding is, a light signal from the light emitting diode via a light conductor cable of an evaluation device can be fed.