DE4410959C2

DE4410959C2 - Process for starting a slip ring motor

Info

Publication number: DE4410959C2
Application number: DE19944410959
Authority: DE
Inventors: Arnold Axmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: DE4410959A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anlassen eines Schleifringläufermotors, insbesondere eines Fahrantriebs bei einem Kran, wobei ein Anlaßwiderstand im Läuferkreis mit steigender Motordrehzahl stufenweise zurück geschaltet wird.The invention relates to a method for starting a slip ring motor, especially a travel drive for a crane, with a starting resistance in Rotor circle gradually increases with increasing engine speed is switched.

Aus dem Buch "Elektrische Maschinen" von Rolf Fischer, Han ser-Verlag, 8. Auflage, 1992, Seiten 230 ff, ist es bekannt, zum Anlassen eines Schleifringläufermotors einen Anlaßwider stand im Läuferkreis mit steigender Motordrehzahl stufenweise zurückzuschalten. In demselben Buch sind ferner elektronische Anlasser erwähnt, bei denen es sich um Drehstromsteller handelt, welche die Ständerspannung des Motors von einem Anfangswert innerhalb einer einstellbaren Rampenzeit auf den Nennwert hochfahren. Beim Anlassen des Schleif ringläufermotors durch stufenweises Zurückschalten des An laßwiderstandes im Läuferkreis ergibt sich bei konstantem Gegenmoment eine entsprechend der Stufen höhere Drehzahl. Jedes Rückschalten des Anlaßwiderstandes hat jedoch zunächst zwangsläufig ein höheres Moment zur Folge, das sich ungünstig als Stoßmoment auf den Antrieb auswirkt und unkontrollierte Beschleunigungen verursacht. Dieses Stoßmoment ist insbesondere bei einem Fahrantrieb, beispielsweise eines Kranes störend, wenn der Antrieb im Hinblick auf den größtmöglichen Belastungsfall, z. B. beim Anfahren in Richtung Gegenwind, überdimensioniert ist. Durch die von den Stoßmomenten her vorgerufenen Stoßbelastungen werden insbesondere Lager, Kupplungen und Getriebe einem erhöhten Verschleiß unterwor fen; nicht zuletzt wirken sich die Momentenstöße auch ungün stig auf den Kranführer aus, der ständig mitbeschleunigt wird. Aus der DD 273 537 A1 ist weiterhin ein Fahr- und Hubwerksantrieb für Krane mit einem Asynchron-Schleifring läufermotor bekannt, bei dem im Läuferkreis stufig ange steuerte Widerstände und im Ständerkreis ein stetig ange steuerter, drehzahlregelnder Drehstromsteller vorgesehen sind. Dem Drehzahlregelkreis ist ein Stromregelkreis unter lagert. Beim Anfahrbetrieb unter Verwendung der gestuften Laufwiderstände kann aber der Stromregler erst dann reagie ren, wenn als Folge der Umschaltung der Strom ansteigt. So bald sich dieser Strom im Läuferkreis aufbaut, wird also ein störender Momentstoß auf den Antrieb erzeugt, worauf der Ständerstrom ansteigt, der erst dann vom Stromregler ausge regelt wird. Dies ist jedoch zu spät, um einen Ruck, insbeson dere bei Fahrwerken, zu vermeiden. Ähnliche Funktionen sind in der DD 276 374 A1 und in der JP 3-82381 A angegeben.From the book "Electrical Machines" by Rolf Fischer, Han ser publishing house, 8th edition, 1992, pages 230 ff, it is known to start a slip ring motor stood gradually in the rotor circle with increasing engine speed switch back. The same book also contains electronic ones Starters mentioned, which are three-phase controllers which is the stator voltage of the motor of one Initial value within an adjustable ramp time to Raise nominal value. When starting the grinding ring rotor motor by gradually switching back on Let resistance in the rotor circuit results at a constant Counter torque a higher speed according to the steps. Each downshift of the starting resistance has, however, initially inevitably results in a higher moment, which is unfavorable as impact torque on the drive and uncontrolled Accelerations caused. This shock moment is in particular with a travel drive, for example a crane disruptive if the drive in view of the largest possible Load case, e.g. B. when starting towards headwind, is oversized. Because of the impact moments Called shock loads are particularly bearings, Clutches and gears subject to increased wear fen; last but not least, the torque shocks also have an unfavorable effect the crane operator, who also accelerates at the same time becomes. DD 273 537 A1 is still a driving and Hoist drive for cranes with an asynchronous slip ring rotor motor known, in which in the rotor circuit staged controlled resistors and steadily in the stator circuit controlled, speed-regulating three-phase controller provided are. The speed control loop is under a current control loop stores. When starting up using the stepped However, the current controller can only react to running resistances if the current increases as a result of the switchover. Like this as soon as this current builds up in the rotor circle, it becomes a disturbing momentum on the drive generates, whereupon the Stator current increases, which then only out of the current controller is regulated. However, this is too late to jerk, especially to avoid undercarriages. Similar functions are in the DD 276 374 A1 and in JP 3-82381 A.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein ruck freies Anlassen eines Antriebs durch einen Schleifringläufer bei stufenweise erfolgendem Rückschalten des Anlaßwiderstan des im Läuferkreis zu ermöglichen.The invention is therefore based on the task of a jerk free starting of a drive by a slip ring rotor when the starting resistance is gradually switched back of the runner circle.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art bei jeder Rück schaltung des Anlaßwiderstands zunächst die Ständerspannung so weit verringert wird, daß der unmittelbar vor dem Rück schalten erreichte Arbeitspunkt des Motors im wesentlichen erhalten bleibt, und daß anschließend die Ständerspannung mit einem vorgegebenen Zeitverhalten auf den ursprünglichen Wert erhöht wird. Dabei ist die Ständerspannung vorzugsweise durch einen Drehstromsteller mit Anschnittsteuerung ein stellbar, wobei die Anschnittsteuerung zur anfänglichen Ver ringerung und anschließenden Erhöhung der Ständerspannung direkt angesteuert wird. Zur Steuerung der Beschleunigung des Antriebs wird der Drehstromsteller mit der Anschnitt steuerung über einen Drehzahlregler mit einem nachgeordneten Stromregler angesteuert, wobei dem Drehzahlregler z. B. über einen Meisterschalter oder bei einer Automatisierung des Antriebs durch einen zentralen Prozessor ein Drehzahlsoll wert vorgegeben wird. Dabei wird durch die erfindungsgemäße Kombination aus einer Rückschaltung des Anlaßwiderstandes und einer Änderung der Ständerspannung jegliches ungewünsch te Ruckmoment vermieden und der Antrieb in einer Weise be schleunigt, wie dies über den Meisterschalter vorgegeben wird.According to the invention the object is achieved in that the procedure of the type specified at the beginning for each return circuit of the starting resistance first the stator voltage is reduced so far that the immediately before the back switch reached operating point of the engine essentially remains, and then the stator voltage with a given timing to the original Value is increased. The stator voltage is preferred through a three-phase controller with gate control adjustable, the gate control for the initial Ver reduction and subsequent increase in the stator voltage is controlled directly. To control the acceleration of the drive is the three-phase controller with the gate control via a speed controller with a subordinate Current controller controlled, the speed controller z. B. about a master switch or when automating the A speed setpoint is driven by a central processor value is specified. It is the inventive Combination of a switching back of the starting resistance and changing the stator voltage anything undesirable jerk torque avoided and the drive in a way be accelerates as specified by the master switch becomes.

Bei Kranantrieben können Belastungsfälle auftreten, bei de nen die Vorgabe eines Moments über den Meisterschalter wün schenswert ist, beispielsweise bei Drehwerken, um einer pen delnden Last mit maximalem Moment entgegenzuwirken. Um dies zu ermöglichen, wird der Drehzahlregler wirkungsmäßig über brückt, so daß der Meisterschalter direkt auf den Stromreg ler wirkt und diesem einen Strom- bzw. Momentensollwert vor gibt. In the case of crane drives, load cases can occur with de you can set a moment via the master switch It is advisable, for example, for slewing gear, to have a pen counteracting the load with maximum torque. To do this to enable, the speed controller is effective via bridges so that the master switch directly on the Stromreg It acts and this before a current or torque setpoint gives.

In besonderen Fällen ist es notwendig, das von dem Motor ab zugebende Moment exakt zu regeln. Beispiele hierfür sind der Parallellauf von Maschinen, wenn ein absolut gleiches Moment vorgegeben werden muß, wie z. B. beim Greiferbetrieb, oder wenn ein Antrieb ein definiertes Moment nicht überschreiten soll, wie z. B. bei der Schlaffseilaufnahme bei Hubwerken. Im Rahmen der Erfindung wird eine exakte Momentenregelung dadurch erzielt, daß im Läuferkreis der Läuferstrom gemessen wird und einem weiteren Stromregler zugeführt wird, der aus gangsseitig einen Korrekturwert für den Drehzahlregler oder Stromregler erzeugt. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, daß der Läuferstrom ein exaktes Abbild des von dem Motor abgegebenen Moments ist. Zur Messung des Motorstroms wird vorzugsweise der Spannungsabfall an dem festen üblichen Schlupfwiderstand des Schleifringläufermotors an zwei Phasen abgegriffen. Dieser Wert wird modifiziert und, wenn erfor derlich, über einen Wirkstromregler als Korrekturwert an den Drehzahlregler oder Stromregler abgegeben.In special cases it is necessary to depend on the engine to regulate the admitted moment exactly. Examples of this are the Parallel operation of machines when an absolutely identical moment must be specified, such as. B. in gripper operation, or if a drive does not exceed a defined torque should, such as B. in slack rope admission in hoists. In the context of the invention, an exact torque control achieved by measuring the rotor current in the rotor circuit and is fed to another current regulator that is off a correction value for the speed controller or Current regulator generated. This takes advantage of the fact that the rotor current is an exact replica of that of the motor given moment is. To measure the motor current preferably the voltage drop across the fixed usual Slip resistance of the slip ring motor on two phases tapped. This value is modified and, if necessary necessary, via an active current controller as a correction value to the Speed controller or current controller delivered.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Fi guren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigenTo explain the invention, reference is made to the Fi guren reference to the drawing; show in detail

Fig. 1 ein Diagramm mit den Drehzahlkennlinien eines Schleifringläufermotors zur Erläuterung des erfin dungsgemäßen Verfahrens und Fig. 1 is a diagram with the speed characteristics of a slip ring motor to explain the inventive method and

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den erforderlichen Schal tungsmittels zum Ansteuern des Schleifringläufermo tors entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. 2 is a block diagram with the necessary circuit means for driving the slip ring rotor gate according to the inventive method.

Fig. 1 zeigt die Drehzahl-Drehmomentkennlinien n = f(M) eines Schleifringläufermotors für unterschiedliche Anlaßwider standswerte R im Läuferkreis und unterschiedliche Ständer spannungen U des Motors. Mit zunehmendem Anlaßwiderstand R bzw. abnehmender Ständerspannung U entstehen immer steilere Kurvenverläufe mit einer entsprechend höheren Lastabhängig keit der Drehzahl n. Um während des Hochlaufs des Motors ein genügend großes Beschleunigungsmoment zu erhalten, wird beim Anlassen des Motors der Anlaßwiderstand R mit steigender Drehzahl n stufenweise zurückgeschaltet. Bei dem herkömmli chen Anlaßverfahren, dessen Verlauf hier gestrichelt darge stellt ist und bei dem die Ständerspannung U unverändert bleibt, entsteht bei jedem Zurückschalten des Anlaßwider stands R ein Stoßmoment M_a-M_b, das zu unkontrollierten Be schleunigungen des Antriebs führt. Dieses Stoßmoment wirkt sich insbesondere bei Fahrantrieben für Krane ungünstig aus, wenn der Antrieb im Hinblick auf den Spitzenbelastungsfall, beispielsweise für das Anfahren in Richtung Gegenwind, über dimensioniert ist und dementsprechend das Moment M_a im Ver gleich zu M_b sehr groß gewählt ist. Fig. 1 shows the speed-torque characteristics n = f (M) of a slip ring motor for different starting resistance values R in the rotor circuit and different stator voltages U of the motor. With increasing starting resistance R or decreasing stator voltage U there are ever steeper curves with a correspondingly higher load dependency of the speed n . In the conventional starting process, the course of which is shown in dashed lines and in which the stator voltage U remains unchanged, a shock torque M _a -M _b arises each time the starting resistance R is switched back, which leads to uncontrolled acceleration of the drive. This impact torque has a particularly unfavorable effect on travel drives for cranes if the drive is oversized with regard to the peak load situation, for example for starting in the direction of a headwind, and the torque M _a is accordingly chosen to be very large compared to M _b .

Zur Verhinderung von Stoßmomenten beim Rückschalten des An laßwiderstands R wird daher bei jeder Rückschaltung zunächst die Ständerspannung U so weit verringert, daß der unmittel bar vor dem Rückschalten erreichte Arbeitspunkt, z. B. A, des Motors im wesentlichen erhalten bleibt. Anschließend wird die Ständerspannung U mit einem vorgegebenen Zeitver halten auf den ursprünglichen Wert erhöht. Beim Rückschalten des Anlaßwiderstands R erfolgt also bei dem betrachteten Fall ein Übergang von der Kennlinie K₁ auf die Kennlinie K₂. Gleichzeitig wird aber durch die Verringerung der Ständer spannung U die Kennlinie K₂ nach unten auf die Kennlinie K₁ geklappt, so daß der Arbeitspunkt A erhalten bleibt. An schließend wird die Ständerspannung U beispielsweise mit rampenförmigem Anstieg innerhalb einer vorgegebenen Zeit er höht, bis die Kennlinie K₂ wieder die in Fig. 1 gezeigte Lage einnimmt, wobei sich der Arbeitspunkt A entlang der ausgezo genen Linie bei unverändertem Moment M_b bewegt.To prevent shock torques when switching on the lassistance R, the stator voltage U is therefore first reduced with each switch back so far that the operating point reached immediately before switching back, z. B. A, the engine is essentially preserved. The stator voltage U is then increased to the original value with a given time delay. When the starting resistance R is switched back, a transition from the characteristic curve K ₁ to the characteristic curve K ₂ takes place in the case under consideration. At the same time, however, by reducing the stator voltage U, the characteristic curve K _{2 is} folded down to the characteristic curve K ₁ , so that the operating point A is retained. At closing, the stator voltage U is increased, for example, with a ramp-like rise within a predetermined time until the characteristic curve K ₂ returns to the position shown in FIG. 1, the working point A moving along the drawn line at an unchanged torque M _b .

Fig. 2 zeigt einen Schleifringläufermotor 1, der ständersei tig über einen Drehstromsteller 2 aus einem Drehstromnetz gespeist wird. Der Drehstromsteller 2 wird in Anschnitt steuerung durch ein Steuergerät 3 mit einer nachgeordneten, die Drehrichtung des Motors 1 einstellenden Impulsweiche 4 gesteuert. Zur Steuerung der Drehzahl des Motors 1 wird über einen Meisterschalter 5 mit nachgeordnetem Hochlaufgeber 6 ein Drehzahlsollwert n* vorgegeben, der mit dem von einem an den Motor 1 gekoppelten Tachogenerator 7 gelieferten Dreh zahlistwert n verglichen wird. Die so erhaltene Drehzahlab weichung wird einem Drehzahlregler 8 zugeführt, der aus gangsseitig einen dem Sollmoment des Motors 1 entsprechenden Stromsollwert i* erzeugt. Dieser wird mit dem von einer Strommeßeinrichtung 9 erfaßten Istwert des Ständerstroms i verglichen; das so erhaltene Vergleichsergebnis wird einem Stromregler 10 zugeführt, der ausgangsseitig das Steuergerät 3 steuert. Fig. 2 shows a slip ring motor 1 , the ständersei term is fed via a three-phase controller 2 from a three-phase network. The three-phase controller 2 is controlled in the first control by a control unit 3 with a downstream, the direction of rotation of the motor 1 setting pulse switch 4 . To control the speed of the motor 1 , a speed setpoint n * is specified via a master switch 5 with a ramp-function generator 6 , which is compared with the actual speed n supplied by a tachometer generator 7 coupled to the motor 1 . The speed deviation obtained in this way is fed to a speed controller 8 , which generates a current setpoint i * corresponding to the setpoint torque of the motor 1 from the output side. This is compared with the actual value of the stator current i detected by a current measuring device 9 ; the comparison result thus obtained is fed to a current controller 10 , which controls the control unit 3 on the output side.

Wie bereits erwähnt, gibt der Drehzahlregler 8 ausgangssei tig das notwendige Drehmoment des Motors 1 einschließlich der Momentenrichtung vor. Daher wird das Ausgangssignal des Drehzahlreglers 8 dazu herangezogen, über eine Kommandostufe 11 die Impulsweiche 4 zur Steuerung der Drehrichtung des Mo tors 1 anzusteuern. Für den Fall, daß eine Momentensteuerung des Motors 1 über den Meisterschalter 5 gewünscht wird, wird der Drehzahlregler 8 über ein Überbrückungsglied 12 wirkungsmäßig überbrückt.As already mentioned, the speed controller 8 on the output side specifies the necessary torque of the motor 1 including the torque direction. Therefore, the output signal of the speed controller 8 is used to control the pulse switch 4 to control the direction of rotation of the motor 1 via a command stage 11 . In the event that a torque control of the motor 1 is desired via the master switch 5 , the speed controller 8 is bridged by a bridging element 12 .

Zum Anlassen des Schleifringläufermotors 1 ist in dessen Läuferkreis ein dreiphasiger Anlaßwiderstand 13 angeordnet, dessen wirksamer Widerstandswert R über Läuferschütze 14 stufenweise verringert werden kann. Die Läuferschütze 14 werden drehzahlabhängig über eine Einrichtung 15 zur Läufer schützfortschaltung angesteuert. Gleichzeitig mit der Fort schaltung der Läuferschütze 14 wird auch ein Zeitfunktions glied 16 das Steuergerät 3 in der Weise angesteuert, daß die Ständerspannung des Motors 1 zunächst sprungartig verringert wird und anschließend über eine vorgegebene Zeitfunktion auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt wird.To start the slip ring motor 1 , a three-phase starting resistor 13 is arranged in its rotor circuit, the effective resistance value R of which can be gradually reduced via rotor contactors 14 . The rotor contactors 14 are controlled as a function of speed via a device 15 for rotor advancement. Simultaneously with the continuation of the rotor contactor 14 , a time function element 16, the control unit 3 is controlled in such a way that the stator voltage of the motor 1 is first abruptly reduced and then returned to the original value via a predetermined time function.

Um in besonderen Anwendungsfällen das von dem Motor 1 abzu gebende Moment exakt regeln zu können, wird der Läuferstrom als exaktes Abbild des abgegebenen Motormoments gemessen und einem weiteren Stromregler 17 zugeführt, der ausgangsseitig einen Korrekturwert n_z*, i_z* erzeugt, der dem Drehzahlregler 8 oder dem Stromregler 10 zugeführt wird. Zur Messung des Läuferstroms wird der Spannungsabfall an dem festen üblichen Schlupfwiderstand zweiphasig abgegriffen.In order to be able to precisely regulate the torque to be output by the motor 1 in special applications, the rotor current is measured as an exact replica of the delivered motor torque and fed to a further current regulator 17 , which generates a correction value n _z *, i _z * on the output side, which corresponds to the speed regulator 8 or the current regulator 10 is supplied. To measure the rotor current, the voltage drop across the fixed conventional slip resistor is tapped in two phases.

Claims

1. A method for starting a slip-ring induction motor (1), in particular egg nes travel drive for a crane, by a slip-ring induction motor (1), wherein a starting resistor (13, R) is switched back in the rotor circuit with increasing engine speed (n) stepwise, characterized in that
that each time the starting resistance ( 13 , R) is switched back, the stator voltage (U) is first reduced to such an extent that the working point (A) of the engine ( 1 ) reached immediately before the switching back is essentially retained,
and that the stator voltage (U) is then increased to the original value with a given time behavior.

2. The method according to claim 1, characterized in that the stator voltage (U) by a three-phase controller ( 2 ) with gate control ( 3 ) is adjustable and that the gate control ( 3 ) for the initial reduction and subsequent increase in the stator voltage (U) controlled directly becomes.

3. The method according to claim 2, characterized in that the three-phase controller ( 2 ) with the gate control ( 3 ) via a speed controller ( 8 ) with a downstream current controller ( 10 ) is controlled, the speed controller ( 8 ), z. B. via a master switch ( 5 ), a speed setpoint (n *) is specified.

4. The method according to claim 3, characterized in that for specifying a torque via the master switch ( 5 ), the speed controller ( 8 ) is bridged in terms of effectiveness.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the rotor current is measured in the rotor circuit and a further current controller ( 17 ) is supplied, the output side term a correction value (n _z *, i _z *) for the speed controller ( 8 ) or Current regulator ( 10 ) generated.