DE2061634A1

DE2061634A1 - Electric asynchronous motor with slip ring rotor

Info

Publication number: DE2061634A1
Application number: DE19702061634
Authority: DE
Inventors: Johann 1000 Berlin Knosalla
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1972-06-15

Description

Elektrischer Asynchronmotor mit Schleifringläufer Es ist bekannt, Asynchronmotoren mit Schleifringläufern über Widerstände anzulassen. Dazu wird jeder Läuferwicklungsstrang über Schleifringe mit dem Anlaß widerstand verbunden. Nach dem Hochlauf des Läufers wird dann die Läuferwicklung kurzgeschlossen und die Bürsten werden von den Schleifringen abgehoben. Das Kurzschließen der Läuferwicklung des Asynchronmotors erfolgt im allgemeinen mit Hilfe eines auf dem Läufer neben den Schleifringen liegenden Kurzschlußringes. Dieser enthält Sederkontakte, denen als Gegenkontakten Bolzen gegenüberstehen, die jeweils mit der Läuferwicklung verbunden sind. Beide Teile werden nach dem Hochlauf mechanisch miteinander verbunden. Eine derartige mechanische Kurzschließvorrichtung erfordert hohe Fertigungsgenauigkeiten. außerdem unterliegen die Kontakte den Fliehkraftbeanspruchungen, die verhältnismäßig hoch sind. Daher ließen sich Störungen nicht immer mit Sicherheit vermeiden.Electric asynchronous motor with slip ring rotor It is known Starting asynchronous motors with slip ring rotors via resistors. Everyone will The rotor winding phase is connected to the starting resistor via slip rings. To When the rotor starts up, the rotor winding and the brushes are short-circuited are lifted off the slip rings. The short-circuiting of the rotor winding of the Asynchronous motor is generally done with the help of a on the rotor next to the Slip rings lying short-circuit ring. This contains Seder contacts, which as Opposite mating contacts are bolts, each connected to the rotor winding are. Both parts are mechanically connected to one another after startup. One Such a mechanical short-circuiting device requires high manufacturing accuracy. In addition, the contacts are subject to centrifugal forces, which are proportionate are high. Therefore, interference cannot always be avoided with certainty.

Durch die vorliegende Erfindung sollen rotierende mechanische Kontakte beim Kurzschließen der Läuferwicklunzen von Asynchronmotoren vermieden werden. Deshalb sind gemäß der Erfindung auf dem Läufer des Asynchronmo-tors wenigstens zwischen zwei der drei Läuferwicklungsstränge und dem Kurzschlußring jeweils mindestens zwei gegeneinander geschaltete Thyristoren angeordnet, deren Steuerstromkreis einen ruhenden chalter enthält.The present invention aims to provide rotating mechanical contacts be avoided when short-circuiting the rotor coils of asynchronous motors. That's why are according to the invention on the rotor of the asynchronous motor at least between two of the three armature winding phases and the short-circuit ring each at least two Thyristors connected against one another are arranged, the control circuit of which has a dormant switch contains.

Diese Thyristoren übernehmen die Rolle des bekannten rotierenden mechanischen Schalters, ohne daß zu bewegende Teile vorhanden sind. Solange der ruhende Schalter geöffnet und somit der Steuerstromkreis unterbrochen ist, also während des Hochlaufes des Asynchronmotors, sperren die Thyristoren die Verbindung zwischen dem Kurzschlußring und der Läuferwicklung. Danach wird der ruhende Schalter geschlossen und die umlaufenden Thyristoren werden jeweils durchgängig gemacht, so daß sich der Läuferstrom über den Kurzschlußring schließen kann. Da jeweils mindestens zwei gegeneinander geschaltete Thyristoren vorhanden sind, besteht dann für beide Halbwellen des im Läufer fließenden Wechselstromes eine Verbindung zwischen der Läuferwicklung und dem Kurzschlußring. Je nach der Höhe dieses Stromes können jeweils auch mehrere Thyristoren parallel geschaltet sein. Außerdem ist jeweils die Sperrspannung der Thyristoren so zu wählen, daß sie größer als die Läuferstillstandsspannung ist. Durch den Fortfall sämtlicher bewegten Kontakte auf dem Läufe ist somit eine Anordnung von großer Betriebssicherheit geschaffen. Diese kann insbesondere mit Vorteil bei senkrecht angeordneten Asynchronmotoren angewendet werden, bei denen sich bisher Schwierigkeiten dadurch ergaben, daß für das Kurzschließen die rotierenden Kontakte gehoben oder gesenkt werden mußten.These thyristors take on the role of the well-known rotating mechanical Switch without any moving parts are. As long as the dormant switch is open and thus the control circuit is interrupted, so while the asynchronous motor is running up, the thyristors block the connection between the short-circuit ring and the rotor winding. After that, the dormant switch closed and the rotating thyristors are made continuous, so that the rotor current can close over the short-circuit ring. Since each at least two thyristors connected against each other are present, then exists for both Half-waves of the alternating current flowing in the rotor establish a connection between the Rotor winding and the short-circuit ring. Depending on the level of this current, each several thyristors can also be connected in parallel. In addition, the reverse voltage is in each case to choose the thyristors so that it is greater than the rotor standstill voltage. By eliminating all moving contacts on the barrel, there is thus an arrangement of great operational reliability. This can be of particular advantage in vertically arranged asynchronous motors are used, in which so far Difficulties resulted from the fact that for short-circuiting the rotating contacts had to be raised or lowered.

Für die Schaltung der umlaufenden Thyristoren im Läuferstromkreis empfehlen sich zwei Möglichkeiten. Man kann eine symmetrische Schaltung verwenden, bei der jeder der drei lticklungsstränge des Läufers über mindestens zwei gegeneinander geschaltete Thyristoren mit dem Kurzschlußring verbunden ist. Man benötigt hierzu zwar die meisten Thyristoren, diese brauchen jedoch nur jeweils für den Lauferstrom bemessen zu sein, da über die Thyristoren keine tusgleichsströme fließen. Verwendet man dagegen eine unsymmetrische Schaltung, bei welcher ein Strang der Läuferwicklung unmittelbar mit dem Kurzschlußring verbunden ist, so treten auch in den Strängen mit den Thyristoren Ausgleichsströme auf. Da jedoch die Thyristoren jeweils nur für bestimmte gestufte Stromstärken zur Verfügung stern, kann es möglich sein, daß trotz der sich zum Läuferstrom addierenden Ausgleichsströme durch die Verringerung der erforderlichen Anzahl von Thyristoren eine Ersparnis erzielt wird. Bei beiden Schaltungen kann das Kurzschließen der Läuferwicklung entweder in Stern oder in Dreieck erfolgen.For switching the rotating thyristors in the rotor circuit two options are recommended. You can use a symmetrical circuit, in which each of the three strands of development of the runner over at least two against each other switched thyristors is connected to the short-circuit ring. You need for this Most of the thyristors, however, only need them for the running current to be dimensioned, since no DC currents flow through the thyristors. Used on the other hand, an asymmetrical circuit in which one strand of the rotor winding is directly connected to the short-circuit ring, so also occur in the strands equalizing currents with the thyristors. However, since the thyristors each only star available for certain graduated currents, it may be possible that despite the compensating currents added to the rotor current due to the reduction the required number of thyristors achieved a saving will. In both circuits, the rotor winding can be short-circuited either in a star or in a triangle.

Zur Steuerung der Durchgängigkeit der Thyristoren kann die Läufer spannung selbst ausgenutzt werden. In diesem Fall erfolgt die Verbindung zu dem ruhenden Schalter, der zum Kurzschließen der Läuferwicklung nach dem Hochlauf geschlossen wird, über Hilf 5-' schleifringe. Man kann aber auch die Steuerimpulse der Thyristoren in einer ruhenden, den Schalter enthaltenden Schaltung unabhängig mit Hilfe eines Taktgenerators und eines Impulsverstärkers erzeugen und diese dann, sei es über Schleifringe oder über einen Ringtransformator, auf den Läuferkreis übertragen, wo sie den Steueranschlüssen der umlaufenden Thyristoren zugeführt werden.To control the continuity of the thyristors, the rotor voltage itself can be exploited. In this case, the connection is made to the Dormant switch that is used to short-circuit the rotor winding after startup will, about auxiliary 5- 'slip rings. But you can also control the thyristors in a dormant circuit containing the switch independently by means of a Generate clock generator and a pulse amplifier and then, be it over Slip rings or via a ring transformer, transferred to the rotor circuit, where they are fed to the control connections of the rotating thyristors.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.In the following the invention with reference to that shown in FIGS. 1 to 6 is shown Embodiments explained in more detail.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils das grundsätzliche Schaltbild des Läuferkreises eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Asynchronmotors.1 and 2 each show the basic circuit diagram of the Rotor circuit of an asynchronous motor designed according to the invention.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiees der Erfindung,-dessen konstruktiver Aufbau in Fig. 4 im Schema dargestellt list.Fig. 3 shows the circuit diagram of an Ausführungsbeispiees of the invention, - its structural design shown in Fig. 4 in the scheme list.

Die Fig. 5 und 6 zeigen, ebenfalls im Schema, -di-e Schaltbilder weiterer, etwas abgeänderter Ausführungsbeispiele.5 and 6 show, also in the scheme, -di-e circuit diagrams of further, slightly modified embodiments.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild des Läuferkreises eines elektrischen Asynchronmotors mit den drei Läuferwicklungasträngen 1,2,3 nach dem Hochlauf. Die einen Enden der Läuferwicklungsatränge 1,2,3 sind unmittelbar in einem Sternpunkt 4 zusammengeschaltet. Die anderen Enden führen jeweils zu zwei gegeneinander geschalteten Thyristoren 5,6,7,8,9,10, deren Ausgänge ihrerseits zum Sternpunkt 11 zusammengefaßt sind. Der Kurzschluß der Läuferwicklungen 1,2,3 erfolgt also über die umlaufenden Thyristoren 5 - 10 unter Vermeidung Jeglicher mechanischer Kontakte. Die Thyristoren sind jeweils nur für die Sternspannung bemessen. Außerdem sind die beiden Sternpunkte 4 und 11 miteinander durch eine gestrichelt angedeutete Ausgleichsleitung verbunden, um eine Unsymmetrie in der Spannungsverteilung zu verhindern.Fig. 1 shows the circuit diagram of the rotor circuit of an electric asynchronous motor with the three rotor winding strands 1,2,3 after run-up. One ends of the Rotor winding ranks 1, 2, 3 are connected together directly at a star point 4. the other ends each lead to two mutually connected Thyristors 5, 6, 7, 8, 9, 10, the outputs of which are in turn combined at the star point 11 are. The short circuit of the rotor windings 1, 2, 3 takes place via the rotating ones Thyristors 5 - 10 avoiding any mechanical contacts. The thyristors are each dimensioned only for the star voltage. In addition, the two are star points 4 and 11 connected to one another by a compensating line indicated by dashed lines, to prevent asymmetry in the voltage distribution.

Fig. 2 zeigt dagegen das Schaltbild einer unsymmetrischen Schaltung Hier sind von den einseitig zu dem Sternpunkt 4 zusammengeschalteten Läuferwicklungsstränge 1,2,3 jeweils nur die Wicklungsstränge 1 und 3 über zwei gegensinnig geschaltete Thyristoren 5,6 bzw.In contrast, Fig. 2 shows the circuit diagram of an unbalanced circuit Here are the rotor winding phases connected to one side to the star point 4 1,2,3 each only the winding phases 1 and 3 via two oppositely connected Thyristors 5,6 resp.

9,10 zu dem Sternpunkt 11 geführt, während der Wicklungastrang 2 direkt mit diesem verbunden ist. Diese Anordnung erfordert eine geringere Anzahl von Thyristoren, jedoch müssen diese jetzt für die verkettete Spannung bemessen sein und sind auch noch von Ausgleichsströmen belastet.9,10 led to the star point 11, while the winding strand 2 directly is connected to this. This arrangement requires a smaller number of thyristors, however, these must now be and are dimensioned for the line-to-line voltage still burdened by equalizing currents.

In den schematischen Fig. 1 und 2 ist der Steuerstromkreis für die umlaufenden Thyristoren nicht dargestellt. Diesen zeigt aber das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel. Hier erfolgt die Steuerung der umlaufenden Thyristoren 5 bis 10 mit Hilfe der Läufer spannung. Jedem Thyristor ist daher eine Diode 12, 13,14,15,16,17 gegensinnig parallel geschaltet, die den Steuerstrom für den jeweiligen Thyristor liefert. Die Ausgänge der einem Läuferwicklungsstrang-zugeordneten Dioden sind jeweils zu zwei Hilfaschleifringen 18 bzw. 19 und 20 efhrt,.die zusammen mit den Hauptschleifringen 21,22,23 auf der gestrichelt angedeuteten Luferwelle 24 angeordnet sind. Diese Hilfsschleifringe 18,19,20 stellen die Verbindung zu einem ruhend angeordneten Schalter 25 her, durch den der Steuerkreis für die Thyristoren unterbrochen werden kann.In the schematic Figs. 1 and 2, the control circuit for the rotating thyristors not shown. This shows, however, in FIGS. 3 and 4 illustrated embodiment. The rotating thyristors are controlled here 5 to 10 using the rotor voltage. Each thyristor is therefore a diode 12, 13,14,15,16,17 connected in parallel in opposite directions, the control current for the respective Thyristor supplies. The outputs of the diodes assigned to a rotor winding phase each come with two auxiliary slip rings 18 or 19 and 20, which together with the main slip rings 21, 22, 23 are arranged on the fan shaft 24 indicated by dashed lines are. These auxiliary slip rings 18, 19, 20 provide the connection to a stationary one Switch 25 her, through which the control circuit for the thyristors are interrupted can.

Während des Hochlaufes des elektrischen Asynchronmotors sind die Läuferwicklungastränge 1,2,3 über die Hauptschleifringe 21,22, 23 mit einem nicht dargestellten Anlaßwiderstand verbunden. Der Schalter 25 ist geöffnet. Bei Erreichen der Nenndrehzahl wird der Schalter 25 geschlossen. Dadurch geben die Dioden 12 bis 17 Steuerimpulse für die Thyristoren 5 - 10 ab und machen diese jeweils im Takt des Läuferstromes mit Schlupfspannung und Schlupffrequenz durchgängig, so daß sich dieser über den Sternpunkt 11 schließen kann. Die Läuferwicklungsstränge 1,2,3 sind somit kurzgeschlossen. During the run-up of the electric asynchronous motor, the Rotor winding branches 1,2,3 over the main slip rings 21,22, 23 with a not shown starting resistor connected. The switch 25 is open. Upon reaching the rated speed, the switch 25 is closed. This gives the diodes 12 to 17 control pulses for the thyristors 5 - 10 and make them in time of the rotor current with slip voltage and slip frequency continuously, so that this can close via the star point 11. The armature winding phases are 1,2,3 thus short-circuited.

Wie in Fig. 4 dargestellt, sind die Hauptschleifringe 21,22,23 des Synchronmotors und die Hilfsschleifringe 18,19,20 unmittelbar nebeneinanderliegend, jeweils isoliert auf der Läuferwelle 24 angeordnet. Die Hilfaschleifringe 18,19,20 liegen dabei isoliert auf dem Kurzschlußring 26, der den Sternpun'et 11 bildet. Dieser Kurzschlußring 26 ist als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Boden als Nabenkörper isoliert auf der Läuferwelle 24 aufgeschrumpft ist. Auf seiner äußeren Mantelfläche liegen die isolierten Hilfsschleifringe, während die Thyristoren in dem inneren Hohlraum befestigt sind. Es ist dabei vorteilhaft, die Kühlkörper der Thyristoren im direkten, metallisch leitenden Kontakt mit dem Kurzschlußring 26 zu bringen, damit dessen Oberfläche als vergrößere kühlende Oberfläche ausgenutzt werden kann.As shown in Fig. 4, the main slip rings 21,22,23 of the Synchronous motor and the auxiliary slip rings 18,19,20 directly next to each other, each arranged isolated on the rotor shaft 24. The auxiliary slip rings 18,19,20 are isolated on the short-circuit ring 26, which forms the star point 11. This short-circuit ring 26 is designed as a hollow cylinder, the bottom of which is the hub body is shrunk on the rotor shaft 24 in isolation. On its outer surface are the isolated auxiliary slip rings, while the thyristors are in the inner one Cavity are attached. It is advantageous to use the heat sinks of the thyristors to bring in direct, metallically conductive contact with the short-circuit ring 26, so that its surface can be used as a larger cooling surface.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerimpulse für die umlaufenden Thyristoren in einer ruhenden Schaltung von einem Taktgenerator 27' fremd erzeugt werden. Die von dem Taktgenerator 27 abgegebenen Impulse werden im Impulaverstärker 28 verstärkt und dann über zwei Schleifringe 29 auf den Läufer des Asynchronmotors übertragen. Dort werden die Steuerimpulse über Gitterübertrager 30 potentialfrei den Steueranschlüssen der nicht dargestellten umlaufenden Thyristoren zugeführt. Die Steuerimpulse werden erst erzeugt, wenn der ruhende Schalter 31 nach dem Hochlauf des Asynchronmotors geschlossen wird.Fig. 5 shows an embodiment in which the control pulses for the rotating thyristors in a dormant circuit from a clock generator 27 'are generated externally. The pulses emitted by the clock generator 27 are Reinforced in the pulse amplifier 28 and then on the rotor via two slip rings 29 of the asynchronous motor. There the control impulses are transmitted via grid transformers 30 potential-free the control connections of the revolving thyristors, not shown fed. The control pulses are only generated when the dormant switch 31 after is closed when the asynchronous motor starts up.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung dieses teilweise ruhenden Steuerkreises mit unabhängig vom LDuferkreis erzeugten Steuerimpulsen für die umlaufenden Thyristoren. Die nach dem Schließen des Schalters 31 von dem Taktgenerator 27 erzeugten und im Impulsverstärker 28 verstärkten Steuerimpulse werden mit Hilfe des Ringtransformators 32 bürstenlos auf den rotierenden Läufer des Asynchronmotors übertragen und dort wiederum über Gitterübertrager 30 den Steuerelektroden der umlaufenden Thyristoren zugeführt. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß sämtliche Schleifringe und Bürsten vermieden sind.Fig. 6 shows a modification of this partially idle control circuit with control pulses for the rotating thyristors generated independently of the L buffer circuit. The generated after the switch 31 is closed by the clock generator 27 and in the Pulse amplifier 28 are amplified control pulses with the help of the ring transformer 32 is transmitted brushless to the rotating rotor of the asynchronous motor and there again via grid transformer 30 to the control electrodes of the rotating thyristors fed. This circuit has the advantage that all slip rings and brushes are avoided.

6 Ansprüche 6 Figuren6 claims 6 figures

Claims

Claims electric asynchronous motor with slip ring rotor, its three rotor winding strands with each other with the help of a short-circuit ring are short-circuited, characterized in that on the rotor of the synchronous motor at least between two of the three rotor winding branches (1,2,3) and the short-circuit ring (11,26) at least two thyristors connected against each other (5,6, 7,8,9,10) are arranged, the control circuit contains a dormant switch (25,31).

2. Electric asynchronous motor according to claim 1, characterized in that that the control pulse for the thyristors (5 - 10) is triggered by the rotor voltage will.

3. Electric asynchronous motor according to claim 2, characterized in that that auxiliary slip rings (18,19,20) the circuit for the control pulse with the resting Connect switch (25).

4. Electric asynchronous motor according to claim 1, characterized in that that the control pulse is contained independently in a resting, the switch (31) Circuit is transferred to the rotating thyristors (5 - 10).

5. Electric asynchronous motor according to claim 1, characterized in that that the control pulse via a ring transformer (32) to the rotating thyristors is transmitted.

6. Electric asynchronous motor according to claim 1, characterized in that that the control pulse via auxiliary slip rings (29) to the rotating thyristors is transmitted.