DE2321635A1

DE2321635A1 - ELECTRODYNAMIC BRAKING SYSTEM FOR AN AC MOTOR

Info

Publication number: DE2321635A1
Application number: DE19732321635
Authority: DE
Inventors: Edmund I Fagan; Jack D Keeler; Richard A Marson; Lawrence V Sherman
Original assignee: EMF Corp
Current assignee: EMF Corp
Priority date: 1973-04-28
Filing date: 1973-04-28
Publication date: 1974-11-21

Description

Elektrodynamisches Bremssystem für einen Wechselstrommotor. Electrodynamic braking system for an AC motor.

Die Erfindung betrifft die Funkenlöschung, den Motorschutz und ein elektrodynamisches Bremssystem für Wechselstrommotoren. Gleichrichter werden benutzt, um Haibwellenleistung positiver Polarität oder unterbrochenen pulsierenden Strom einer Seite eines Wechselstrommotors zuzuführen. Die Gegen-EMK des Motors hält das stationäre magnetische Feld während der negativen Halbwelle in der Bremsschaltung aufrecht. Die elektrische Trägheitscharakteristik beim plötzlichen Bremsen und Anhalten erzeugt sehr starke Stromflüsse in d-en Motorkreiseln. Die Schaltungsanordnung verringert die Funkenbildung und die thermische Belastung, wenn der Bremskreis in dem Augenblick geöffnet wird, wenn der Motor seinen Stillstand erreicht hat. In diesem Augenblick fließt der maximale Strom durch die Statorwindungen, und die Notwendigkeit für eine Funkenunterdrückung und einen Motorschutz ist am größsten.The invention relates to spark extinction, motor protection and a electrodynamic braking system for AC motors. Rectifiers are used about half-wave power of positive polarity or interrupted pulsating current feed to one side of an AC motor. The back EMF of the motor holds that up stationary magnetic field during the negative half-wave in the braking circuit upright. The electrical inertia characteristics during sudden braking and stopping generates very strong currents in the motor gyroscopes. The circuit arrangement is reduced the sparking and the thermal load when the brake circuit at the moment is opened when the motor has come to a standstill. At this moment the maximum current flows through the stator windings, and the need for spark suppression and engine protection is greatest.

Ein Käfigläufermotor wirkt beim Starten auf das Netz wie ein Transformator mit einer kurzgeschlossenen Sekundärwicklung.A squirrel cage motor acts like a transformer when starting the grid with a short-circuited secondary winding.

Bekanntlich zieht er aus dem Netz beim Starten einen sehr viel stärkeren Strom als beim Lauf. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Rotor eine kurzgeschlossene Sekund';rwicklung bildet, und außer dem magnetischen Streufluß keine Elemente vorhanden sind, die außer dem Widerstand des Stators und des Rotors die Stromaufnahme begrenzen. Der Widerstand dieser Wicklungen ist sehr klein im Vergleich zu der r'egen-EMK, die ein Maximalwert annimmt, wenn der Motor mit voller Geschwindigkeit läuft. Der Streufluß induziert eine gewisse ,egen-EMK, welche dem Stromfluß entgegenwirkt, aber die Größe ist nur etwa 10 bis 20 % der Netzspannung. Wenn der Motor bei der dynamischen Bremsung zum Stillstand kommt, tritt ein sehr ähnlicher Betriebszustand auf wie beim Start des Motors. Beim Stillstand nimmt der Strom in den Motorwicklungen einen Höchstwert an, da der Motor keinen Gegen-EMK Widerstand mehr dem Vorwärtsstrom entgegensetzt.As is well known, it pulls a much stronger one from the network when it starts Electricity than when running. The reason for this is that the rotor is a short-circuited Secondary winding forms, and apart from the magnetic leakage flux there are no elements which, in addition to the resistance of the stator and rotor, limit the power consumption. The resistance of these windings is very small compared to the r'egen EMF, which assumes a maximum value when the motor is running at full speed. Of the Stray flux induces a certain, egen-EMF, which counteracts the current flow, but the size is only about 10 to 20% of the line voltage. If the engine is at the dynamic braking comes to a standstill, a very similar operating state occurs on as when starting the engine. At standstill, the current in the motor windings decreases a maximum value because the motor no longer has a back-EMF resistance to the forward current opposed.

Es gibt gegenwärtig viele Arten von Bremssystemen für Wechselstrommotore. Die Mehrheit arbeitet mechanisch und ist daher kompliziert und teuer. Mechanische Bremssysteme für Wechsel-: strommotore lassen hinsichtlich ihrer Regelung Zuverlässigkeit vermissen und werden durch Temperatur und Feuchtigkeit ungünstig beeinflußt. Sie sind ferner dem Verschleiß unterworfen und benötigen daher häufig Ersatzteile und beinahe dauernde Nachjustierung und Oberholung. Bei größeren Motoren kann die Bremseinrichtung recht sperrig und schwierig anzubauen sein. Ausfallzeiten der Bremse lassen die durch den Motor angetriebene Anlage stilliegen, wodurch die Kosten mechanischer Bremssysteme weiter steigen. Auch die mit Gleichstrom arbeitenden, bekannten elektrodynamischen Bremssysteme sind kompliziert, sperrig und teuer. Die üblichen dynamischen Bremssysteme beaufschlagen die- Motoren und Schaltungselemente mit Strom- und Spannungsstoßwellen sehr großen Ausmasses. Die induzierte und vorhandene Funkenbildung in Folge der elektrischen Trägheitseigenschaften in heute üblichen dynamischen Bremsanlagen erzeugt intensive und zerstörende Funken in Schaltern und Kontakten der Unterbrecher, wodurch die Lebenserwartung und die Arbeitsweise der Steuerelemente verringert wird; außerdem werden besonders überdimensionierte Unterbrecherelemente benötigt. Die elektrischen Trägheitseigenschaften von Ilochstrom/Hochspannungs- Unterbrechungen erzeugen Stromstoßwellen in den Motorkreisen mit der Folge von thermischen Überlastungen und Nachteilen für den Betrieb des Motors und seiner Lebenserwartung.There are currently many types of AC motor braking systems. The majority work mechanically and are therefore complex and expensive. Mechanical Brake systems for AC motors are reliable in terms of their regulation miss and are adversely affected by temperature and humidity. she are also subject to wear and tear and therefore often need spare parts and almost constant readjustment and overhaul. With larger motors, the braking device quite bulky and difficult to grow. Brake downtime lets the plant driven by the engine shut down, reducing the cost of mechanical Brake systems continue to rise. Also the well-known electrodynamic ones that work with direct current Brake systems are complicated, bulky and expensive. The usual dynamic Brake systems apply current and voltage surge waves to the motors and circuit elements very large. The induced and existing spark formation as a result of the electrical inertia properties generated in today's common dynamic braking systems intense and destructive sparks in switches and contacts of the breaker, causing the life expectancy and the functioning of the controls are reduced; aside from that especially oversized interrupter elements are required. The electric Inertial properties of Iloch current / high voltage interruptions generate current surge waves in the motor circuits with the result of thermal overloads and disadvantages for the operation of the engine and its life expectancy.

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue und einfache Schaltungsanordnung für die Funkenlöschung, den Motorschutz und die dynamische Bremsung von Wechselstrommotoren. Die ankommende Leistung wird durch eine kapazitive Reaktanz in Verbindung mit einem Gleichrichter geleitet, so daß der Motor mit Gleichstromhalbwellen entweder posltiveroder negativer Polarität versorgt wird. Dem Motor wird ein unterbrochener Gleichstrom zugeleitet, durch den der Motor eine Gegen-ENK erzeugt. Die Gegen-EMK des Motors wird durch einen Gleichrichter geleitet, so daß der Stromfluß im Motor in Vorwärtsrichtung aufrechterhalten wird, so daß die Gleichstromwirkung forthesteht, die das stationäre Magnetfeld aufrechthält, das wesentlich für den Bremseffekt verantwortlich ist. Wenn der Motor seinen Stillstand erreicht hat, fließt gerichteter Strom durch die Statorwindung. Auf jeder Seite der kapazitiven Reaktanz sind Unterbrecher vorgesehen, die gleichzeitig öffnen in dem Augenblick, in dem der Motor zum lillstand kommt. Es hat sich herausgestellt, daß die Unterbrechung des Bremskreises gleichzeitig an zwei Punkten auf .!einer zeit der Kapazität zu einer starken Verrlnmerung der Funkenbildung und der thermischen Belastung des Motors führt.The invention relates to a new and simple circuit arrangement for spark suppression, motor protection and dynamic braking of AC motors. The incoming power is due to a capacitive reactance in conjunction with a Rectifier directed so that the motor with DC half-waves either positive or negative polarity is supplied. The motor receives an interrupted direct current through which the motor generates a counter-ENK. The back emf of the motor is passed through a rectifier so that the current flows in the motor in the forward direction is maintained, so that the direct current effect continues, which the stationary Magnetic field upright, which is essentially responsible for the braking effect. When the motor has stopped, directional current flows through the Stator winding. Breakers are provided on each side of the capacitive reactance, which open at the same time when the engine comes to a standstill. It has been found that the interruption of the brake circuit is simultaneous at two points.! a time of capacity to a sharp decrease in Sparks and the thermal load on the engine.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Bremssystem mit wirksamer Funkenlöschung und wirksamem Motorschutz zu schaffen. Die Erfindung bezieht sich auf bleiche Wechselstrommotore, z.B. Induktionsmotore mit Kondensatorstart, Motore mit Spaltphase (split phase motors), Repulsions-Induktionsmotore, Synchronmotore, Motore mit ausgeprägten Polen (shaded pole motors) und andere Wechselstrommotore, mit Ausnahme der Universalmotore für Gleich- und Wechselstrom. Das Bremssystem nach der Erfindung, hat den Vorteil der Einfachheit und geringerer Zahl von Einzelteilen, wodurch die Kosten gegenüber herkömmlichen Systemen niedriger sind. Das schnelle Bremsvermögen dieses Systems kann auch die Arbeitsperioden in Anlagen mit Wechselstrommotoren steigern, in denen häufiger Start-Stop-Betrieb vorkommt oder in denen die Bremsperiode einen Teil der Arbeitsperiode ausmacht. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verwendung von schwächer dimensionierten Schaltungen oder Schaltelementen im Vergleich zu denjenigen, die normalerweise zur Steuerung eines bestimmten Motors verwendet werden.It is the object of the invention to provide a braking system with effective spark extinction and effective engine protection. The invention relates to pale AC motors, e.g. induction motors with capacitor start, motors with split phase motors, Repulsion induction motors, synchronous motors, motors with pronounced poles (shaded pole motors) and other AC motors, with the exception of the universal motors for Direct and alternating current. The braking system according to the invention has the advantage of Simplicity and fewer parts, reducing the cost over conventional Systems are lower. The rapid stopping power of this system can also help Increase working periods in systems with AC motors in which start-stop operation is frequent occurs or in which the braking period makes up part of the working period. Another advantage is the use of less dimensioned circuits or switching elements compared to those normally used to control of a specific engine.

Ferner ist die Schaltungsanordnung vielseitiger und vergrößert die Anwendungsmöglichkeiten, bei denen das Bremssystem verwendet werden kann. Durch die Verringerung der Leistung in einigen Anordnungen wird der Motor geschont und vor Überhitzung und Durchbrennen geschützt. Durch geringere Ströme und sehr stark verringerte Funkenbildung wird das Bedienungspersonal geschützt, wenn elektrische Arbeitswerkzeuge und Geräte sehr plötzlich abgebremst werden.Furthermore, the circuit arrangement is more versatile and increases the size Applications where the braking system can be used. By the reduction in power in some arrangements will save the engine and protected from overheating and burning out. By lower currents and very strong reduced sparking will protect operating personnel when electrical Work tools and equipment are braked very suddenly.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbei spielen und der Zeichnung näher erläutert.In the following the invention will play on the basis of Ausführungsbei and the drawing explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine rundsätzliche Schaltungsanordnunp: für die Funkenlöschung und den Motorschutz in einem Bremssystem; Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Schaltungsanordnung für Handbetätigung mit einem dreisoligen Doppelschalter, durch den der Motorkreis und die Schaltungsanordnung von Hand unterbrochen wird; Fig. 3 zeigt eine automatische Zeitverzögerungsschaltung mit Thyristoren, die als Unterbrecher arbeiten; Fig. 4 zeigt die grundsätzliche Schaltungsanordnung in Anwendung auf einen dreiphasigm blotor; Fig. 5 bis 9 sind schematische Darstellungen des Kreises, dessen Funktion aufeinanderfolgend gezeigt wird, wobei Fig. 5 den Motor im laufenden Betrieb zeigt; Fig. 6 zeigt den Motor im Bremszustand; Fig. 7 zeigt den Motor im Stillstand, wobei die Unterbrecher gerade die oeffnung beginnen; Fig. 8 zeigt die Unterbrecher weiter offen und die Unterdrückung der Funken über den Unterbrecheröffnungen; Fig. 9 zeigt die Schaltungsanordnung zur Funkenunterdrückung und zum Motorschutz in voll geöffnetem Zustand.Fig. 1 shows a general circuit arrangement: for spark quenching and motor protection in a braking system; Fig. 2 shows the basic circuit arrangement for manual operation with a three-pole double switch through which the motor circuit and the circuit arrangement is manually interrupted; Fig. 3 shows an automatic Time delay circuit with thyristors that work as breakers; Fig. 4 shows the basic circuit arrangement in application to a three-phase blotor; Figures 5 to 9 are schematic representations of the circuit, its function shown in sequence, with Fig. 5 showing the engine in operation; Fig. 6 shows the engine in the braking state; Fig. 7 shows the engine at a standstill, wherein breakers are just beginning to open; Fig. 8 further shows the breakers open and the suppression of the sparks over the breaker openings; Fig. 9 shows the circuit arrangement for spark suppression and motor protection when fully open State.

Ein Funkenstrom besteht aus einem negativen Ionen- oder Elektronenstrom, der von dem negativen Kontakt zum positiven Kontakt fließt, und aus einem positiven Ionenstrom, der in der entgegengesetzten Richtung fließt. In einem Wechselstromkreis kehrt sich die Flußrichtung dieser Ströme in jeder Halbwelle um. Delonisierung ist der Vorgang des Wiederherstellens eines ionisierten Gases aus Elektronen und positiven Ionen in seinen ursprünglichen, elektrisch neutralen Zustand.A spark current consists of a negative ion or electron current, flowing from the negative contact to the positive contact, and from a positive one Ion current flowing in the opposite direction. In an AC circuit the direction of flow of these currents is reversed in each half-wave. Delonization is the process of restoring an ionized gas from electrons and positives Ions in their original, electrically neutral state.

Durch diesen Deionisierungsprozeß wird der Raum zwischen den getrennten Kontakten eines Schalters von einem gasförmigen, elektrischen Leiter in einen gasförmigen Isolator umgewandelt.Through this deionization process, the space between the separated Contacting a switch from a gaseous electrical conductor to a gaseous one Converted to isolator.

Im Falle eines stabilen oder fortgesetzten Lichtbogens folgt nach jedem Nulldurchgang eine erneute Zündung. Die Unterbrechung von Kreisen bezieht sich auf nicht stabile Lichtbogen, bei denen die Rate der Deionisation die Rate der Ionisation übertrifft.In the event of a stable or continued arc, follows every zero crossing a new ignition. The interruption of circles relates refer to unstable arcs where the rate of deionization is the rate the ionization surpasses.

Unter "Lichtbogen" wird in dieser Beschreibung die Funkenbildung bei der Öffnung der Schaltkontakte verstanden. Die Deionisation des Lichtbogens kann von Halbwelle zu Halbwelle der Stromwelle weiter fortschreiten bis nach einer Anzahl von Halbwellen eine vollständige Lichtbogenlöschung erreicht wird.In this description, the term "arc" is used to describe sparking understood the opening of the switch contacts. The deionization of the arc can continue to progress from half-wave to half-wave of the current wave until after a number complete arc extinction is achieved by half-waves.

Andererseits kann die Rate der Deionisation des Lichtbogenweges so hoch sein, daß eine vollständige Löschung zur Zeit des ersten Nulldurchgangs des Stromes erreicht wird. Die Rate der Deionisierung des Lichtbogenweges ist ein sehr wichtiger Faktor und es ist das allgemeine Ziel des Entwurfes und der Anwendung von Schaltern und Schutzschaltern, diese Rate so stark wie möglich zu vergrößern, um eine schnelle Kreisunterbrechung zu erzielen. Ein nicht am Ende einer ifalbperiode gänzlich erloschener Lichtbogen wird beim Beginn der nächsten Halbwelle wieder erregt. Der Lichtbogenrest, d.h. die Menge des noch verbleibenden ionisierten Gases im. Lichtbogenweg am Ende einer Halbperiode einer Stromwelle kann durch konvektive oder andere Bewequng wrsetzt werden. Wegen dieser Versetzung der Lichtbogenreste kann der Lichtbogen nach dem Nulldurehgang des Stromes entlang eines etwas anderen Weges wieder hergestellt oder wieder neu gezündet werden.On the other hand, the rate of deionization of the arc path may be so be high that a complete erasure at the time of the first zero crossing of the Stromes is achieved. The rate of deionization of the arc path is a very high important factor and it is the general goal of the design and application of switches and circuit breakers to increase this rate as much as possible, to achieve a quick circle break. One not at the end of a half-year A completely extinguished arc is re-energized at the beginning of the next half-wave. The remainder of the arc, i.e. the amount of ionized gas still remaining in the. Arc path at the end of a half cycle of a current wave can be by convective or other movement would be set. Because of this transfer the remnants of the arc after the zero passage of the current along a slightly different arc, the arc can be Path can be restored or re-ignited.

Bei der Unterbrechung normaler Gleichstromkreise sind keine Nulldurchgänge des Stromes und Stromnulldurchgangspausen vorhanden, aber bei der Anwendung dynamischer Bremskraft, wie im vorliegenden Fall, handelt es sich nicht um einen echten Gleichstrom. Der gleichgerichtete Wechselstrom ist im wesentlichen ein unterbrochener Halbwellenwechselstrom. Ob oder ob nicht eine endgültige Aus löschung des Wechselstromlichtbogens sofort nach einem bestimmtan Stromnulldurchgang erreicht wird hängt ab davon, ob der Wert der wachsenden dielektrischen Stärke des Lichtbogenweges die Spannung übersteigt, die der Funkenstrecke aufgedrückt wird, und die die Wiederherstellung des Stromflusses versucht.When breaking normal DC circuits, there are no zero crossings of the current and current zero-crossing pauses are available, but more dynamic when used Braking force, as in the present case, is not a real direct current. The rectified alternating current is essentially an interrupted half-wave alternating current. Whether or not a final extinction of the alternating current arc immediately after a certain current zero crossing is reached depends on whether the value the increasing dielectric strength of the arc path exceeds the voltage, which the spark gap is pressed, and which the restoration of the current flow tries.

Die Fig. 1 und 5 bis 9 dienen der Erklärung der grundsätzlichen Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Schaltungsanordnung, die eine Vielzahl von Verfeinerungen möglich macht, aber die allen der im folgenden zu beschreibenden Schaltungsanordnungen gemeinsam ist Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zeigt einen einphasigen Motor 12, der an die Stromversorgungsleitungen L1 und L2 angeschlossen ist. Eine Seite des Wechselstromnetzes ist über die Leitung 14 an den Unterbrecher oder Schalter 16 angeschlossen. Eine Leitung 18 verbindet den Unterbrecher 16 mit einer Kapazität 20, und eine Leitung 22 verbindet die Kapazität 20 mit einem zweiten Unterbrecher 24. Eine Leitung 26 verbindet den Unterbrecher 24 mit dem Motor 12. Eine andere Leitung 28 verbindet den Motor mit der anderen Seite des Wechselstromnetzes. Die Gleichrichterdiode 30 ist dem Motor 12 parallelgeschaltet und mit der Leitung 22 zwischen den Kondensator 20 und dem Unterbrecher 24 verbunden, und die andere Seite der Diode 30 ist mit der Leitung 28 verbunden. Um die Diskussion der Fig. 5 bis 9 zu erleichtern, werden auch die Anschlüsse der Schaltelemente mit Bezugsziffern versehen. Danach hat der Unterbrecher 16 die Anschlußklemmen 32 und 34, der Kondensator 20 hat die Anschlußklemmen 36 und 38, und der Unterbrecher 24 hat die Anschlußklemmen 40 und 42.1 and 5 to 9 serve to explain the basic circuit arrangement according to the invention. Fig. 1 shows the basic circuit arrangement, the one Makes variety of refinements possible, but all of which are to be described below Circuit arrangements is common The circuit arrangement according to FIG. 1 shows a single-phase motor 12 connected to the power supply lines L1 and L2 is. One side of the AC network is via line 14 to the breaker or switch 16 connected. A line 18 connects the breaker 16 with a capacitance 20, and a line 22 connects the capacitance 20 to a second Interrupter 24. A line 26 connects the interrupter 24 to the motor 12. Another line 28 connects the motor to the other side of the AC network. The rectifier diode 30 is connected in parallel to the motor 12 and connected to the line 22 connected between the capacitor 20 and the breaker 24, and the other Side of the diode 30 is connected to the line 28. To the discussion of Fig. 5 to 9, the connections of the switching elements are also given reference numbers Mistake. Thereafter, the breaker 16 has the Terminals 32 and 34, capacitor 20 has terminals 36 and 38, and the breaker 24 has the connection terminals 40 and 42.

Fig. 5 zeigt die Schaltungsanordnung mit dem Motor in Betriebsstellung, also im Lauf. Eine Leitung 50 ist mit dem einen Pol des Wechselstromnetzes verbunden und enthält einen Schalter 52, der mit dem Motor über eine Leitung 54 verbunden ist. Der Schalter 52 ist geschlossen und die Schalter 16 und 24 sind geöffnet. Somit läuft der Motor wie in Fig. 5 gezeigt, und der Wechselstromfluß ist durch strichpunktierte Pfeillinien 56 um die Schaltungsanordnung herum gezeigt.Fig. 5 shows the circuit arrangement with the motor in the operating position, so in the run. A line 50 is connected to one pole of the alternating current network and includes a switch 52 connected to the motor via line 54 is. Switch 52 is closed and switches 16 and 24 are open. Consequently the motor runs as shown in Fig. 5, and the flow of alternating current is indicated by dash-dotted lines Arrow lines 56 are shown around the circuitry.

In Fig. 6 ist die Schaltungsanordnung gegenüber der Betriebsstellung mit geöffnetem Schalter 52 gezeigt, und der Brems-und Funkenlöschungskreis ist durch die gleichzeitige Schliessung der Schalter 16 und 24 unter Strom gesetzt. Wenn die Schalter 16 und 24 zur Bremsung des Motors 12 geschlossen werden, läßt der Kondensator 20 eine volle Wechselstromwelle durch, begrenzt jedoch den Strom. Die kapazitive Reaktanz 20 wirkt außer ihrer Strombegrenzung auch als phasenverschiebendes Element zusammen mit der Motor Induktanz zur Erreichung eines besseren Leistungsfaktors. Da das im Motor entwickelte maximale Feld zur Bremsung eine Funktion aus der aufgedrückten Spannung und dem aufgedrückten Strom ist, so ist die Bremsenergie der kapazitiven Reaktanz in Phase mit der Induktanz des Motors und erzeugt eine große Gegen-EMK.In Fig. 6 the circuit arrangement is opposite the operating position shown with switch 52 open and the braking and spark suppression circuit through the simultaneous closure of switches 16 and 24 is energized. If the Switches 16 and 24 are closed for braking the motor 12, the capacitor leaves 20 through a full AC wave, but limits the current. The capacitive In addition to limiting the current, reactance 20 also acts as a phase-shifting element together with the motor inductance to achieve a better power factor. Since the maximum field developed in the engine for braking is a function of the applied Voltage and the applied current, the braking energy is capacitive Reactance in phase with the inductance of the motor and creates a large back emf.

Der Motor 12 nimmt Halbwellenimpulse einer Polarität an, während die Halbwellen der entgegengesetzten Polarität von der Diode 30 angenommen und zur Erde geleitet werden. Somit erhält der Motor unterbrochene Impulströme einer ilalbwelle. Während derjenigen llalbwelle, in der kein Strom fließt, erzeugt der Motor Gegen-EMK, die durch die Gleichrichterdiode 30 läuft und dazu fahrt, daß der Motor sich selbst belastet. Das Prinzip der dynamischen Bremsung beinhaltet die Umwandlung der kinetischen Energie des laufenden Motors in Wärmeenergie, die in dem Widerstand des Rotors vernichtet wird. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, die Hauptwicklung von dem Wechselstromnetz abzuklemmen.und einen Gleichstrom der selben Wicklung zuzuführen.The motor 12 accepts half-wave pulses of one polarity, while the Half waves of opposite polarity are accepted by diode 30 and to earth be directed. The motor thus receives interrupted half-wave pulse currents. During the half-wave in which no current is flowing, the motor generates back EMF, which runs through the rectifier diode 30 and causes the motor to drive itself burdened. The principle of dynamic braking involves converting the kinetic energy of the running engine in thermal energy that is destroyed in the resistance of the rotor will. To achieve this, it is necessary to remove the main winding from the AC network to disconnect. and to feed a direct current to the same winding.

Die Größe des Gleichstroms bestimmt die Geschwindigkeit, mit der der Motor angehalten wird; eine schnelle Bremsung wird durch einen sehr großen Augenblickswert des Gleichstroms erreicht. Wenn ein Wechselstrommotor mit normaler Geschwindigkeit betrieben wird und die Stromzufuhr auf einen Gleichstrom umgeschaltet wird, so entsteht ein stationäres Magnetfeld und dieses Feld erzeugt die gleiche Anzahl von Polen wie der normal betriebene Motor. Beim Schneiden der Rotorleiter durch das stationäre Feld werden Wechselspannungen erzeugt, und ihre Größe und Frequenz ist in jedem Zeitpunkt proportional der Rotorgeschwindigkeit. Das bedeutet, daß die erzeugte Spannung einen Maximalwert annimmt, wenn die Bremsung eingeleitet wird, und null wird> wenn der Motor zum Stillst-and kommt. Da der Rotor aus Stäben aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist, die durch Ringe an beiden Enden kurzgeschlossen sind, fließt ein Strom zur Erzeugung eines unabhängigen Rotorfeldes, das im Raum stationär ist bei der Annahme, daß es in genau derselben Geschwindigkeit wie der Rotor rotiert, jedoch in der entgegengesetzten Richtung. Die Richtung des Rotorfeldes neutralisiert oder schwächt das von dem Stator stammende Gleichstromfeld.The size of the direct current determines the speed at which the Engine is stopped; rapid braking is indicated by a very large instantaneous value of the direct current. When an AC motor is running at normal speed is operated and the power supply is switched to a direct current, so arises a stationary magnetic field and this field creates the same number of poles like the normally operated engine. When cutting the rotor ladder through the stationary AC voltages are generated in the field, and their magnitude and frequency is in each Time proportional to the rotor speed. That means that the generated Voltage assumes a maximum value when braking is initiated and zero becomes> when the motor comes to a standstill. Because the rotor is made from copper rods or aluminum is made short-circuited by rings at both ends a current flows to generate an independent rotor field that is in space is stationary when assuming that it is at exactly the same speed as the Rotor rotates, but in the opposite direction. The direction of the rotor field neutralizes or weakens the direct current field originating from the stator.

Da die Statorwicklung an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, oder in diesem Fall an eine pulsierende Halbwellenwechselspannung, so ist keine Leistung zum Antrieb des Rotors vorhanden, und die einzige an den Motor gelieferte Leistung ist diejenige, die zur Kompensierung der Gleichstromwiderstandsverluste in der Statorwicklung notwendig ist. Die im Rotor während der gesamten Bremsperiode entwickelte Wärme ist gleich der kinetischen Energie des Rotors in dem Augenblick, in dem die Statorwicklung an die Gleichstromquelle angeschlossen wird.Since the stator winding is connected to a direct current source, or in this case to a pulsating half-wave alternating voltage, then there is none Power available to drive the rotor, and the only one supplied to the motor Power is the one needed to compensate for DC resistance losses is necessary in the stator winding. Those in the rotor during the entire braking period developed heat is equal to the kinetic energy of the rotor at the moment in which the stator winding is connected to the direct current source.

Die Wärme ist auch unabhängig von dem Rotorwiderstand und der Art des Motors, des Gleichstromfeldes der Statorwicklung und der für die Bremsung erforderlichen Zeit. Zusammenfassend gibt Motor/ der fortschreitend seine Energie ab während er langsamer wird und zum vollständigen Stillstand kommt, wenn die Energie vollständig vernichtet ist. Wie oben gesagt, hängt die Bremszeit von der Größe der aufgedrückten Gleichspannung ab. Da die Motorbremsung sehr schnell ist, tritt beim Anhalten des Rotors ein großer Augenblickswert des Gleichstroms auf. Da der Bremskreis noch geschlossen ist, erhält der Motor immer noch Halbwellenwechselstromimpulse. Somit ist die thermische Belastung des Motors erheblich und es ist wünschenswert, den Kreis so bald wie möglich nach dem Anhalten des Motors zu unterbrechen, um den Motor gegen thermische Überlastung und die Schalter vor Funkenschäden zu schützen.The heat is also independent of the rotor resistance and the type of the motor, the direct current field of the stator winding and those required for braking Time. In summary there Motor / which progressively uses its energy from while slowing down and coming to a complete standstill when the energy is completely destroyed. As said above, the braking time depends on the size of the applied DC voltage. Since the engine braking is very fast, occurs when Stopping the rotor a large instantaneous value of direct current on. Because the brake circuit is still closed, the motor is still receiving half-wave alternating current pulses. Thus, the thermal load on the engine is considerable and it is desirable break the circuit as soon as possible after the engine has stopped to allow the Protect the motor against thermal overload and the switches against spark damage.

Fig. 7 zeigt die Schalter 16 und 24 im Öffnungsbeginn und zeigt die Polaritäten der Anschlußklemmen, an denen die Funkenbildung bzw. der Lichtbogen auftritt. Fig. 8 zeigt die Schalter etwas weiter geöffnet und eine Polaritätsumkehrung ist erfolgt, um die Funkenlöschung einzuleiten. Fig. 9 zeigt den Kreis völlig geöffnet. Die Steuerung der Wiederherstellung oder der Wiederzündung des Lichtbogens wird durch vollständige Isolation und Unterbrechung des Kreises mit zwei Unterbrechern in Verbindung mit dem Kondensator 20 erreicht, und die Funkenbildung wird derart unterdrückt, daß kleine Schalterelemente verwendet werden können. Der Fachmann weiß, daß der Kondensator 20 die Polaritätsverschiebung auch unterstützt.Fig. 7 shows the switches 16 and 24 in the beginning of opening and shows the Polarities of the connection terminals at which the spark formation or the arc occurs. Fig. 8 shows the switches open a little more and a polarity reversal is done to initiate the spark extinction. Fig. 9 shows the circle fully open. The control of the restoration or the re-ignition of the arc is made through complete isolation and interruption of the circuit with two breakers in connection with the capacitor 20, and the sparking becomes so suppresses that small switch elements can be used. The expert knows that the capacitor 20 also supports the polarity shift.

Die induktive Leistungszufuhr zur Bremsung wird durch die kapazitive Reaktanz 20 und die Gleichrichterdiode 30 erreicht.The inductive power supply for braking is provided by the capacitive Reactance 20 and the rectifier diode 30 reached.

Wenn die Bremsung vollständig abgeschlossen ist, so befindet sich der Rotor im Zustand des 11abgewürgten Rotors11, bis der Bremskreis unterbrochen wird. Die elektrischen Trägheitserscheinungen des Elektronenflusses während dieses Zustandes erzeugen einen intensiven Leitungsstrom an der Anschlußklemme 32 und einen intensiven Konvexionsstrom an der Anschlußklemme 40.When the braking is fully completed, so is the rotor in the state of the stalled rotor 11 until the brake circuit is interrupted will. The electrical inertia of the electron flow during this State generate an intense conduction current at the terminal 32 and a intense convection current at terminal 40.

Die Anschlußklemme 32 ist negativ, wenn der Strom in Richtung der kapazitiven Reaktanz 20 fließt. Die Anschlußklemme 40 ist ebenfalls negativ, wenn der Stromfluß in Richtung auf die Anschlußklemme 42 verläuft, jedoch ist die Anschlußklemme 40 positiv in Bezug auf die Anschlußklemme 32 und die Reaktanz 20, bis der Stromkreis unterbrochen ist. Während der Stromkreisunterbrechung will der Stromfluß die ionisierten Polaritäten aufrechterhalten, bis der Lichtbogen vollständig erloschen ist.Terminal 32 is negative when the current is in the direction of capacitive reactance 20 flows. Terminal 40 is also negative when the current flow is toward terminal 42, but the terminal is 40 positive with respect to terminal 32 and reactance 20 until the circuit is interrupted. During the interruption of the circuit, the current flow wants the ionized Maintain polarities until the arc is completely extinguished.

Der Schalter 16 arbeitet jedoch mit dem Schalter 24 zusammen und unterbricht den Stromfluß an den Anschlußklemmen 32 und 42, wodurch ein relativer Wechsel in den Polaritäten der Anschlußpunkte 34 und 40 eintritt. Der Anschlußpunkt 38 war positv relativ zum Anschlußpunkt 32 und der Anschlußpunkt 40 war negetiv relativ zum Anschlußpunkt 42. Während der Unterbrechung, wenn der Lichtbogen infolge der Deionisation als Wirkung der Kontakttrennung erlöscht, folgt die Verschiebung der Polarität durch den Übergang in der Stromunterbrechung vom Stromfluß zu einem statischen Zustand, und somit der Entfernung der Polaritätspotentiale an den Anschlußklemmen 32 und 42. Die Umkehrung der Polaritäten bringt den Fluß der Ionen in dem Lichtbogen in eine Umgebung, in der sie abgestoßen werden. Die Funkenlöschung tritt auf, wenn die abstoßenden Polaritäten in dem Ionisationsweg entwickelt werden. Die Reaktanz 20 ist negativ in Bezug auf die Anschlußklemme 40 und daraus folgen die Polaritätswechsel an den Anschlußklemmen 36, 38 und 40. Die Reaktanz 20 ist nun negativ an der Anschlußklemme 36 zur Anschlußklemme 34, die ebenfalls negativ ist und die Anschlußklemme 40 ist nun positiv in Bezug auf eine positive Anschlußklemme 42.The switch 16, however, cooperates with the switch 24 and interrupts the current flow at the terminals 32 and 42, whereby a relative change in the polarities of the connection points 34 and 40 occurs. The connection point 38 was positive relative to connection point 32 and connection point 40 was negative relative to connection point 42. During the interruption, if the arc as a result of Deionization as the effect of the contact separation extinguishes, the shift follows the Polarity due to the transition in the current interruption from the current flow to a static one State, and thus the removal of the polarity potentials at the terminals 32 and 42. Reversing the polarities causes the ions to flow in the arc in an environment in which they are repelled. Spark quenching occurs when the repulsive polarities are developed in the ionization path. The reactance 20 is negative with respect to the terminal 40 and this results in the polarity reversal on terminals 36, 38 and 40. Reactance 20 is now negative on the terminal 36 to terminal 34, which is also negative and terminal 40 is now positive with respect to a positive terminal 42.

Die Gesamtwirkung der Verschiebung oder der Umkehrung der Polaritäten ist eine beschleunigte Aus löschung des vorhandenen Lichtbogens und das erbringt eine wirkungsvolle Unterdrückung.The overall effect of shifting or reversing the polarities is an accelerated extinguishing of the existing arc and that provides an effective suppression.

Fig. 9 zeigt alle Unterbrecher in voll geöffnetem Zustand, so daß sowohl die Laufkreise wie die Bremskreise geöffnet sind.Fig. 9 shows all breakers in the fully open state, so that Both the running circuits and the brake circuits are open.

Sobald die Polaritätsumkehr sich entwickelt, beginnt das Auslöschen des Lichtbogens, und somit haben die Schalter 16 und 24 noch nicht ihre voll geöffnete Lage erreicht, wie in Fig. 8 angenommen wird. Die Benutzung eines einzelnen Unterbreehers in einer grundsätzlichen Schaltungsanordnung erfordert einen kräftigen Schalter zum Aushalten der beträchtlichen entstehenden Funkenbildung. Die hier beschriebene Schaltungsanordnung ergibt eine wirksamere Bremsung, verringert die thermische Belastung des Motors und unterdrückt die Funkenbildung um etwa 40 - 50% gegenüber der normalerweise vorkommenden Funkenbildung.As soon as the polarity reversal develops, the extinction begins of the arc, and thus the switches 16 and 24 are not yet fully open Position reached, as in Fig. 8 Is accepted. Using a individual interrupters in a basic circuit arrangement requires one powerful switch to withstand the considerable amount of sparking that occurs. The circuit arrangement described here results in more effective braking, reduced the thermal load on the motor and suppresses sparking by about 40 - 50% compared to the normally occurring spark formation.

Fig. 2 zeigt einen handbetriebenen Schaltkreis. Es wird einige Funkenbildung beim Beenden der Bremsung auftreten, und deshalb ist sogar bei handbetriebenen Schaltkreisen die Anwendung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wünschenswert. Fig. 3 zeigt eine automatische Verzögerung mit Thyristoren als Unterbrecher. Der Motor 12 ist mit einer Seite der Wechselstromquelle über eine Leitung 60, einen Schalter 62, einen Kontakt 64 und eine Leitung 66 verbunden. Die Leitung 68 schließt den Kreis zur anderen Seite der Wechselstromquelle. Zur Bremsung wird der Schalter 62 zum Kontakt 70 bewegt, wodurch der Laufkreis unterbrochen wird und der Funkenlöschungs- und Bremskreis angeschaltet wird. Die Thyristoren 72 und 74 sind in Reihe mit dem Kondensator 76 geschaltet, und die Gleichrichterdiode 78 ist zwischen der Leitung 60, dem Schalter 62, dem Kontakt 70, der Leitung 80 geschaltet, die ihrerseits zwischen den Kondensator 76 und den Thyristor 74 geschaltet ist. Die Schaltungsanordnung wird durch die Leitung 82 vollendet, die den Thyristor 72 mit einer Seite der Wechselspannungsquelle verbindet und die Leitung 84, die den Thyristor 74 mit einer Seite des Motors verbindet. Die Festkörperunterbrecher oder Thyristoren 72 und 74 werden gleichzeitig in den leitenden Zustand durch einen DIAC 86 getriggert. Wenn der Zeitkondensator 88 entladen wird, so schaltet er den DIAC 86 ab. Wenn der DIAC 86 eingeschaltet ist, so werden die Thyristoren 72 und 74 getriggert und in den leitenden Zustand versetzt. Wenn jedoch der DIAC 86 abgeschaltet ist, so blockieren die Festkörperschalter und unterbrechen den Brems- und Funkenlöschungskreis. Ein derartiger Kreis unterbricht ungefähr innerhalb einer Halbwelle von dem Augenblick, in dem der Motor seinen Stillstand erreicht. Der Zeitkondensator 88 wird aufgeladen, wenn der Schalter 62 sich in der Betriebsstellung für laufenden Motor befindet. Der Zeitkondensator 88 erhält seinen Ladungsstrom durch den Weg 68 über 84 in den Zeitkondensator 88 durch Gleichrichter 93 und den Strombegrenzer 94 und die Verbindung zur Wechselspannungsquelle 82 über die kapazitive Reaktanz 95.Fig. 2 shows a hand-operated circuit. There will be some sparking occur when braking is terminated, and therefore is even in hand-operated circuits the use of the circuit arrangement according to the invention is desirable. Fig. 3 shows an automatic delay with thyristors as breakers. The engine 12 is with one side of the AC power source via a line 60, a switch 62, a contact 64 and a line 66 are connected. The line 68 closes the loop to the other side of the AC power source. For braking, the switch 62 is for Contact 70 moves, whereby the circuit is interrupted and the spark extinguishing and the brake circuit is switched on. The thyristors 72 and 74 are in series with the Capacitor 76 is connected and rectifier diode 78 is between the line 60, the switch 62, the contact 70, the line 80 switched, which in turn between the capacitor 76 and the thyristor 74 is connected. The circuit arrangement is completed by line 82 connecting thyristor 72 to one side of the AC voltage source connects and line 84 which connects thyristor 74 to one side of the motor. The solid state breakers or thyristors 72 and 74 are simultaneously in the conductive state triggered by a DIAC 86. When the time capacitor 88 discharges it switches off the DIAC 86. If the DIAC 86 is switched on, so will the thyristors 72 and 74 triggered and placed in the conductive state. if However, if the DIAC 86 is switched off, the solid-state switches and block interrupt the braking and spark extinguishing circuit. Such a circle interrupts approximately within half-wave from the moment the motor comes to a standstill. The time capacitor 88 is charged when the switch 62 is in the operating position for running engine. The time capacitor 88 receives its charge current through path 68 through 84 into time capacitor 88 through rectifier 93 and the Current limiter 94 and the connection to the AC voltage source 82 via the capacitive Reactance 95.

Wenn sich der Schalter 62 in der Stellung zum Bremsen und Anhalten befindet, so ist die kapazitive Reaktanz 95 über einen Kreis niedrigen Widerstandes mit der Leitung 68 verbunden; der Kreis niedrigen Widerstandes setzt sich zusammen aus der kapazitiven Reaktanz 76 der Gleichrichterdiode 78, dem Schalter 62 und dem Motor 12. Der Kreis niedrigen Widerstandes in der Stellung zum Bremsen und Anhalten verhindert, daß der Zeitkondensator 88 geladen wird. Der Widerstand 91 entlädt jeden Reststrom in dem Zeitkondensator 88. Der Widerstand 92 begrenzt den Pufferstrom zum DIAC 86. Der veränderbare Widerstand 89 stellt die Entladungsrate des Zeitkondensators 88 ein, in dem er den Entladungsstrom von dem Triggerkreis des DIAC's 86 überbrückt. Der Kondensator 90 hält eine stabile Spannung am DIAC 86 aufrecht und verhindert eine sporadische Triggerung der Thyristoren 72 und 74. Andere Zeitkreise können entworfen werden, aber der gezeigte Kreis ist ein Ausführungsbeispiel für eine automatische Zeitsteuerung zur Unterbrechung des Brems- und Funkenlöschkreises, der für die Bremsung von Motoren größerer Leistungen benutzt wird. Es.When the switch 62 is in the braking and stopping position the capacitive reactance is 95 across a circuit of low resistance connected to line 68; the circle of low resistance is composed from the capacitive reactance 76 of the rectifier diode 78, the switch 62 and the Motor 12. The low resistance circuit in the braking and stopping position prevents the time capacitor 88 from being charged. Resistor 91 discharges everyone Residual current in the time capacitor 88. Resistor 92 limits the buffer current to DIAC 86. The variable resistor 89 sets the discharge rate of the time capacitor 88 by bridging the discharge current from the trigger circuit of DIAC 86. Capacitor 90 maintains a stable voltage across DIAC 86 and prevents a sporadic triggering of the thyristors 72 and 74. Other timing circuits can but the circle shown is an embodiment of an automatic Time control for interrupting the braking and spark extinguishing circuit for braking is used by engines of higher power. It.

sei erwähnt, daß mit den gezeigten dualen Festkörperschalterelementen immer noch eine Polaritätsumkehrung stattfindet, und daß die Last auf den Thyristoren verringert wird, die sonst eine sekunde Zerstörung erzeugen kann.it should be noted that with the dual solid-state switch elements shown polarity reversal still takes place and that the load is on the thyristors which can otherwise cause a second destruction.

Fig. 4 zeigt die Anwendung des Prinzips der Erfindung auf zwei Anschlüsse oder alle drei Anschlüsse oder alle drei Anschlüsse eines Dreiphasenmotors. In diesem Fall sind die Schalter 21 und 23 in Reihe in die dritte Leitung des Motorkreises geschaltet, wobei die kapazitive Reaktanz 25 und die Diode 27 die Leitungen 28 und die dritte Leitung zwischen der Kapazität 25 und dem Unterbrecher 23 verbindet.Fig. 4 shows the application of the principle of the invention to two connections or all three connections or all three connections of a three-phase motor. In this This is the case with switches 21 and 23 in series in the third line of the motor circuit switched, the capacitive reactance 25 and the diode 27 the Lines 28 and the third line between the capacitance 25 and the breaker 23 connects.

Natürlich kann die kapazitive Reaktanz aus mehreren Kondensatoren in Parallelschaltung oder in Serienschaltung oder in Kombinationen von beiden bestehen. Vielfachkondensatoren können im Sinne einer variablen Reaktanz aufeinander folgend gesteuert werden.Of course, the capacitive reactance can consist of several capacitors in parallel or in series or in combinations of both. Multiple capacitors can follow one another in the sense of a variable reactance being controlled.

Claims

Patent claims:

1. Electrodynamic braking system for at least one first and second power line connected AC motor, according to patent .... (patent application P 20 17 492.2), characterized by: a) a first breaker in at least one of the power supply lines for switching off the mains current from the motor, b) a line parallel to the first breaker and bridging it, c) a rectifier in parallel with the motor, which also has the other of the power supply lines connects to the parallel line, d) a second breaker in the parallel line lies between the connection of the parallel line with the power supply line and the connection of the rectifier to the parallel line, e) a third Interrupter in the parallel line between the motor and the connection of the rectifier with the parallel line, f) a current-limiting reactance, the in the parallel line lies between the second breaker and the connection des rectifier with the parallel line, where g) the second and the third breaker interrupt the circle essentially at the same time.

2. Circuit arrangement according to claim characterized in that the second and third breakers are designed as electromechanical switches are.

3. Circuit arrangement according to claim 1 to 2, characterized in that that timing circuits for automatic triggering of the solid-state elements in their non-conductive State are provided.

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