DE443969C

DE443969C - Control device for multi-phase collector shunt motor with stand fed from the mains, at which speed and phase compensation are set by means of an induction controller with simultaneous brush shift

Info

Publication number: DE443969C
Application number: DEA46078D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Publication date: 1927-05-13

Description

Regelvorrichtung für Mehrphasen-Kollektor-Nebenschlußmotor mit vom Netz gespeistem Ständer, bei welchem Geschwindigkeit und Phasenkompensation Mittels Induktionsreglers unter gleichzeitiger Bürstenverschiebung eingestellt werden. Es ist eine Regelungsart von Drehstrom-Kollektormaschinen bekannt geworden, bei der ein Induktionsregler (Drehtransformator), im folgenden kurz Regler genannt, mit dem einzigen Bürstenjoch der Maschine derart gekuppelt ist, daß sich das letztere mit annähernd. der halben Winkelgeschwindigkeit, in elektrischen Graden. gemessen, bewegt. Hierbei kann die Phasenverschiebung entweder durch einen Spannungsunterschied zwischen dem festen Spannungsvektor, der etwa der Motorständerwicklung entnommen wird, und dem drehbaren Vektor des Reglers kompensiert werden oder aber durch eine, Abweichung der Kupplungsübersetzung vom Verhältnis r ::2, ebenfalls stets auf elektrische Grade bezogen, entsprechend einem Zurückbleiben der Bürsten gegenüber dein Drehsinn bei übersynchronem und einem Voreilen der Bürsten bei untersynchronem Lauf. Auch können 'diese Mittel gleichzeitig angewandt «-erden.Control device for multi-phase collector shunt motor with from Mains powered stator at which speed and phase compensation means Induction regulator can be adjusted while the brushes are shifted at the same time. It a type of regulation of three-phase collector machines has become known in which an induction regulator (rotary transformer), hereinafter referred to as regulator, with the only brush yoke of the machine is coupled in such a way that the latter with approximately. half the angular velocity, in electrical degrees. measured, emotional. The phase shift can either be caused by a voltage difference between the fixed voltage vector, which is taken approximately from the motor stator winding and compensated for the rotatable vector of the controller or by a, Deviation of the clutch ratio from the ratio r :: 2, also always to electrical Level related, corresponding to the brushes lagging behind your direction of rotation with oversynchronous and a lead of the brushes with undersynchronous run. Even can these means be applied simultaneously.

Abb. i stellt beispielsweise die Schaltung für in Drehstromsystem in Dreibürstenschaltung dar; a bezeichnet die Matorständerwicklung, b den Kollektoranker, f diejenigen Wicklungsteile des Motorständers bzw. des Reglers, welche den festen Spannungsvektor führen, d diejenigen Wicklungsteile des Reglers, welche den drehbaren Vektor führen. Letztere sitzen zweckmäßig auf dem Ständer des Reglers, die die feste Spannung führenden Wicklungsteile auf seinem Läufer. Die Summe beider Spannungen wird dem Kollektoranhänger aufgedrückt, dessen Spannung sich also aus einer festen und einer drehbaren Teilspannung zusammensetzt. In Abb. 2 bedeuten ü die übersynchrone, s die synchrone, ia die untersynchrone Bürstenstellung, % ü und 1[_u Zwischenstellungen. über dem Halbkreise ist durch die schraffierte Fläche -der Grad der durch Spannungsunterschied bewirkten Phasenkompensierung veranschaulicht, sie ist in der Gegend des Synchronismus am stärksten. Die- gestrichelte Kurve zeigt den in den über- und untersynchronen Stellungen stark anwachsenden Grad der durch Bürstenvor- bzw. - -nacheilung bewirkten Phasenkompensier ung. -Will man nun einen derartigen Motor für verschiedene Drehrichtungen ausführen, so wird man außer einer Umkehrung des Drehfeldes eine Umkehrung der Kompensationsspannungen vornehmen müssen, wie dies bei Kollektor-Nebenschlußmotoren, deren Ständer vom Netz gespeist ist, allgemein üblich ist. Beispielsweise könnte der drehbare Vektor durch besondere Umschaltungen vergrößert anstatt verkleinert werden. Es ergibt sich dann jedoch in der neuen Drehrichtung ein völlig verschiedener, nämlich .größerer Regelbereich. Außerdem ergibt, wie leicht einzusehen ist, ein Regler, dessen drehbarer Vektor kleiner als der feste Vektor ist, eine günstigere Ausnutzung als Spartransformator als bei umgekehrtem Verhältnis der Vektoren. Bei der Kompensierung durch Vor-oder Nacheilung der Bürsten müßte die Kupplungs@übers.etzung, etwa eine Zahnradübersetzung, die beispielsweise kleiner als r : 2 ist, umgetauscht werden gegen eine solche, die größer als i : 2 ist. Diese Umtauschung könnte nur in der dem Synchronismus entsprechenden Bürstenstellung geschehen. Bezüglich der verschiedenen Kupplungsübersetzungen ist erwähnenswert, daß diejenige für den kürzeren Bürstenweg wegen der beweglichen Kabelzuführungen vorzuziehen ist.Fig. I shows, for example, the circuit for three-brush circuit in a three-phase system; a denotes the Mator stator winding, b the collector armature, f those winding parts of the motor stator or the controller which carry the fixed voltage vector, d those winding parts of the controller which lead the rotatable vector. The latter sit conveniently on the stand of the controller, the winding parts carrying the fixed voltage on its rotor. The sum of both voltages is pressed onto the collector tag, the voltage of which is made up of a fixed and a rotatable partial voltage. In Fig. 2 ü mean the oversynchronous, s the synchronous, generally the undersynchronous brush position,% ü and 1 [_u intermediate positions. Above the semicircle, the hatched area illustrates the degree of phase compensation brought about by the voltage difference, it is strongest in the area of synchronism. The dashed curve shows the degree of phase compensation, which increases sharply in the over-synchronous and undersynchronous positions, caused by brush pre- or post-retardation Reverse the compensation voltages, as is common practice with collector shunt motors whose stator is powered by the mains. For example, the rotatable vector could be enlarged instead of reduced by special switchings. In the new direction of rotation, however, there is a completely different, namely, larger control range. In addition, as is easy to see, a controller whose rotatable vector is smaller than the fixed vector results in a more favorable utilization as an autotransformer than with an inverse ratio of the vectors. In the case of compensation by leading or lagging the brushes, the clutch ratio, for example a gear ratio that is, for example, less than r: 2, would have to be exchanged for one that is greater than i: 2. This exchange could only take place in the brush position corresponding to the synchronism. With regard to the different clutch ratios, it is worth mentioning that the one for the shorter brush path is preferable because of the movable cable feeds.

Die Erfindung vermeidet die genannten Schwierigkeiten dadurch, daß bei Übergang auf die andere Drehrichtung die Bürsten den bei der ursprünglichen Drehrichtung benutzten Verschiebungsbereich o° bis 18o° verlassen und auf den Nachbarbereich von i8o° bis 36o° übergeführt werden, während der Regler die folgenden 36o° durchläuft, ebenfalls im gleichen Bewegungs:siune, d, h. den Winkel von 36o° bis 72o°. An den Abb.3 bis 7 sei die Wirkungsweise erläutert; sie gelten für den Fall, daß beide Arten der Kompensierung gleichzeitig angewandt sind. Es entspricht der große Kreis dem Anker bzw. Kommutator; die jeweilige Bürstenstellung b einer Phase ist eingezeichnet. Ferner bedeutet o-i eine Phase des festen Spannungsvektors mit dem Verkettungspunkt o, 1-2 den drehbaren Spannungsvektor, dessen Ende :2 an die Bürsten angeschlossen ist. o-2 ist also die aufgedrückte Ankerspannung mit der Arbeitskomponente o-3 und der Kompensationskomponente 2-3, die senkrecht auf der Bürstenachse steht.The invention avoids those mentioned trouble in that the brushes in the original when transitioning to the other direction of rotation Direction of rotation leave the shift range o ° to 18o ° used and move to the neighboring area be transferred from i8o ° to 36o ° while the controller runs through the following 36o °, also in the same motion: siune, d, h. the angle from 36o ° to 72o °. To the Fig. 3 to 7 the mode of operation is explained; they apply in the event that both Types of compensation are applied simultaneously. It corresponds to the large circle the armature or commutator; the respective brush position b of a phase is shown. Furthermore, o-i means a phase of the fixed voltage vector with the interlinking point o, 1-2 the rotatable voltage vector, the end of which: 2 connected to the brushes is. So o-2 is the applied armature voltage with the work component o-3 and the compensation component 2-3, which is perpendicular to the brush axis.

In Abb. 3, die der übersynchronen Drehzahl entspricht, sind die Teilspannungen gleichphasig, die Kompensierung wird lediglich durch Verschiebung der Bürsten entgegen der durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung erreicht. Bei der halbübersynchronen Stellung (Abb. q.) kommt die Kompensierung teils durch eine Komponente des Spannungsunterschiedes der Vektoren, teils durch eine Abweichung der Bürsten von der 45°-Stellung zustande. Bei der synchronen Stellung (Abb.5) ist die Arbeitsspannung Null, die Komponente 2-3 wirkt voll als Kompensationsspannung. Der Deutlichkeit wegen ist der Vektor 1-2 etwas gegen den. Vektor o-i verschoben gezeichnet, so daß der Punkt 3 nicht genau mit dem Nullpunkt zusammenfällt. Abb.6 und 7 entsprechen dem halb-bzw. volluntersynchronen Lauf. Während also der Regler 36o° zurücklegt, drehen sich die Bürsten um weniger als i8o°. Es kann leicht erreicht werden,. daß b-o-.I (Abb.7) größer als b-o-2 (Abb.3) ist, entsprechend einer Verbesserung des Leistungsfaktors des untersynchronen zugunsten des übersynchronen Laufes.In Fig. 3, which corresponds to the oversynchronous speed, are the partial voltages in phase, the compensation is only countered by moving the brushes reached the direction of rotation indicated by the arrow. With the half synchronous Position (Fig. Q.), The compensation comes partly through a component of the voltage difference of the vectors, partly due to a deviation of the brushes from the 45 ° position. In the synchronous position (Fig.5) the working voltage is zero, the component 2-3 acts fully as a compensation voltage. For the sake of clarity, the vector is 1-2 something against the. Vector o-i drawn shifted so that point 3 is not coincides exactly with the zero point. Fig.6 and 7 correspond to the half or. fully subsynchronous Run. So while the controller moves 36o °, the brushes turn less than i8o °. It can be achieved easily. that b-o-.I (Fig.7) is greater than b-o-2 (Fig.3) is, corresponding to an improvement in the power factor of the sub-synchronous in favor of the oversynchronous run.

Bei Übergang von Linkslauf auf Rechtslauf ist außer einer Vertauschung zweier Netzphasen erfindungsgemäß nur erforderlich, in der äußeren untersynchronen Stellung die Bürsten um das doppelte Stück b-d., also bis b', fortschreiten zu lassen; während der Regler in seiner gleichphasigen Lage verharrt. Man hat dann den untersynchronen Lauf auf Rechtslauf: Zur Erhöhung der Motorgeschwindigkeit bewegen sich nunmehr Bürsten und Regler erfindungsgemäß im. gleichen Drehsinne wie vorher und wieder mit der gleichen Übersetzung wie vorher gekuppelt, und zwar die Bürsten auf dem zweiten (linken) Halbkreise, der Regler um weitere 36o°. Für die neue Drehrichtung (Rechtslauf) sind alle Diagramme das genaue Spiegelbild (auf .die senkrechte Achse bezogen) der dargestellten Diagramme. Durch die neue Anordnung wird demnach erreicht, daß unter Vermeidung aller elektrischen Umschaltungen außer der Vertauschung der Netzphasen und unter Beibehaltung der gleichen mechanischen Übersetzung für beide Drehrichtungen eine Kompensierung über den ganzen doppelseitigen Drehzahlbereich erzielt wird.When changing from left to right rotation, there is an exchange According to the invention, two network phases are only required, in the outer sub-synchronous one Position the brushes to allow the double piece b-d., I.e. to b ', to advance; while the controller remains in its in-phase position. You then have the subsynchronous Run clockwise: Now move to increase the motor speed Brushes and regulators according to the invention in. same sense of rotation as before and again coupled with the same gear ratio as before, namely the brushes on the second (left) semicircles, the controller by a further 36o °. For the new direction of rotation (Clockwise) all diagrams are the exact mirror image (on the vertical axis related) of the diagrams shown. The new arrangement therefore achieves that while avoiding all electrical switchovers except for interchanging the Mains phases and while maintaining the same mechanical translation for both Direction of rotation compensation over the entire double-sided speed range is achieved.

Der tote Winkel b-¢-b', um den die Bürsten beim Umschalten - am besten stromlos -zu verschieben sind, fällt größer aus, falls der tiefere untersynchrone Regelbereich unterdrückt wird, was unter Umständen empfehlenswert ist. Während die Bürsten von Hand oder motorisch in dem toten Winkel verstellt werden, steht der Regler still. Hierzu kann ein Zahnrad verwendet werden, bei dem einige Zähne fehlen, so daß vorübergehend der Regler abgekuppelt ist. Auf diese Weise kann zur Durchmessung des ganzen doppelseitigen Regelbereiches eine gleichmäßige Bewegung des einzigen Betätigungsorganes bzw. Hilfsmotors angewandt werden.The blind spot b- ¢ -b 'around which the brushes when switching - best de-energized - are to be shifted, is larger if the lower one is undersynchronous Control range is suppressed, which may be advisable. While the Brushes can be adjusted by hand or by motor in the blind spot, the Controller silent. A gear with some teeth missing can be used for this purpose, so that the controller is temporarily disconnected. In this way you can measure the diameter of the entire double-sided control range an even movement of the only one Actuator or auxiliary motor are used.

Völlig vermieden wird die vorübergehende Entkupplung des Reglers vom. Bürstenjoch, wenn man sich auf eine Kompensierung durch Spannungsunterschied der Vektoren beschränkt. Die Übersetzung zwischen Bürstenjoch. und Regler von i : 2 bleibt dann dauernd bestehen. Es läßt sich hierbei erfindungsgemäß auch in den äußeren Geschwindigkeitsbereichen eine Kompensierüng dadurch erreichen, daß' der in diesem Fall für größere Spannung ztt wählende Regler in diesen äußeren Bereichen nicht ausgenutzt wird, daß also der Regler anstatt von o bis 36o° beispielsweise nur von cgo° bis 27o° und die Bürsten von d.-5° bis 135° gedreht werden. Der tote; wieder am besten bei ausgeschaltetem Motor zu durchschreitende Winkel beträgt dabei für den Regler i8o° und für die Bürsten 9o°.The temporary decoupling of the controller from the. Bürstenjoch, if you rely on a compensation by voltage difference of the Vectors limited. The translation between Bürstenjoch. and controller of i: 2 then remains permanently. According to the invention, it can also be used in the outer Speed ranges achieve a Kompensierüng that 'the in this This is not the case for regulators that select higher voltages in these outer areas is used, so that the controller instead of o to 36o °, for example, only from cgo ° to 27o ° and the brushes can be rotated from d. -5 ° to 135 °. The dead; again The best angle to be traversed when the engine is switched off is for the regulator i8o ° and for the brushes 9o °.

Die toten Drehungswinkel können - erfindungsgemäß dazu benutzt werden,. durch eine Kontaktschienen- oder NTockenanordnung die Netzphasen aus- oder umzuschalten.The dead angles of rotation can be used according to the invention. to switch the mains phases off or over by means of a contact bar or N-cam arrangement.

Der Abfall der Motordrehzahl bei Belastung ist, hauptsächlich im untersynchronen Lauf,- vielfach unerwünscht. - Erfindungsgemäß wird nun das eigene Drehmoment des Reglers dazu benutzt, selbsttätig einen Ausgleich des Drehzahlabfalles bei Last zu schaffen. Das Drehmoment des Reglers ist bekanntlich verhältnisgleich der mit seinem Kraftfluß in Phase befindlichen Stromkomponente. In vorliegender Schaltung besitzt der Regler in der äußeren untersynchronen Motordrehzahl den positiven Höchstwert - des Drehmomentes, im synchronen Lauf geht die Drehmomentenkurve des Reglers durch Null hindurch und erreicht bei der äußeren übersynchronen Drehzahl des Motors einen negativen Höchstwert. Außerdem wächst das Reglerdrehmoment mit zunehmender Last. Man schaltet nun einfach zu :dem angegebenen Zwecke zwischen das Betätigungsorgan, etwa das mittels Handrad und Schnecke betätigte Schneckenrad, um den drehbaren Teil des Reglers bzw. das mit ihm etwa durch Zahnräder gekuppelte Bürstenjoch eine Druckfeder ein. ' An Hand von Abb. 8 sei die Anordnung erläutert. Es sei g das mittels Handrad und Schnecke betätigte Schneckenrad, an dem ein Nocken h angebracht ist, der bei Rechtsdrehung gegen einen Anschlag i des ganzen beweglichen Reglersystems k (Bürstensatz drehbarer Teil des Reglers) drückt und dieses etwa im untersynchronen Lauf nach rechts im Sinne einer Drehzahlerhöhung bewvegt. Eine Druckfeder l wirkt in einem Sinne, so daß sich die Anschläge h und i berühren. Nun kann man das Drehmoment des Reglers im untersynchronen Lauf so wählen, daß es das Reglersystem bei feststehendem Schneckenrad dem Druck -der Feder l entgegen nach rechts dreht. Jede Zunahme der Last wird also, besonders bei großer Entfernung vom Synchronismus, mit einer Drehung des Reglers im Sinne einer Drehzahlerhöhung beantwortet. Übersynchron hat das Drehmoment die umgekehrte Richtung; :die Anschläge la und i verhindern jedoch eine Drehung im falschen Sinne.The drop in the engine speed under load is, mainly in sub-synchronous running, - often undesirable. - According to the invention, the controller's own torque is now used to automatically compensate for the drop in speed under load. The torque of the controller is known to be proportional to the current component in phase with its power flow. In the present circuit, the controller has the positive maximum value in the outer sub-synchronous motor speed - the torque, in synchronous operation the torque curve of the controller passes through zero and reaches a negative maximum value at the outer oversynchronous motor speed. In addition, the governor torque increases with increasing load. One now simply switches on: the stated purpose between the actuating element, for example the worm wheel operated by means of a handwheel and worm, a compression spring around the rotatable part of the controller or the brush yoke coupled to it by gears, for example. The arrangement is explained with reference to Fig. 8. Let g be the worm wheel operated by means of a handwheel and worm, on which a cam h is attached which, when turned to the right, presses against a stop i of the entire movable controller system k (brush set rotatable part of the controller) and this presses to the right in the sense of a sub-synchronous run Speed increase moves. A compression spring l acts in one sense, so that the stops h and i touch. Now you can choose the torque of the controller in sub-synchronous running so that it turns the controller system with the worm wheel stationary against the pressure of the spring 1 to the right. Every increase in the load, especially when the distance from synchronism is great, is answered with a turn of the controller in the sense of an increase in speed. Oversynchronously, the torque has the opposite direction; : the stops la and i prevent rotation in the wrong sense.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung geht aus Abb. g hervor. In derselben bedeutet o die Drehzahlkurve bei Leerlauf, p jene bei Vollast, und zwar in Abhängigkeit von der Stellung des Reglers. Die beschriebene Einrichtung zum Ausgleich des Drehzahlabfalles bei Last erzeugt dann im untersynchronen Lauf, .auf .gleiche Handradstellung bezogen, die gestrichelt .gezeichnete Drehzahlkurve q. Im übersynchronen Lauf bleibt die Kurve p bestehen. Bei Teilbelastungen stellen sich Werte zwischen -o und q ein. -The mode of operation of this device is shown in Fig. G. In the same o means the speed curve at idle, p that at full load, depending on the position of the regulator. The device described to compensate for the drop in speed at load then generated in subsynchronous operation, based on the same handwheel position, the dashed line speed curve q. The remains in the oversynchronous run Curve p exist. In the case of partial loads, values between -o and q arise. -

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Control device for multi-phase collector shunt motor with stand powered by the mains, at what speed and phase compensation - set by means of an induction regulator with simultaneous brush displacement are, characterized in that the transition from one direction of rotation to the other both for the brushes and for the induction regulator directly or via one Position areas following blind spots are used, which are the case with the brushes approximately each 18o °, with the regulator approximately each include 36o °, so that this is brushing and controller are moved in the same direction.

2. Control device according to claim 1, characterized in that the rotatable partial voltage of the The tension applied to the armature kle # nex is selected as the fixed partial tension and: at the same time the B, brush deflection is less than half the controller rotation.

3. Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the transition from one direction of rotation to the other, the coupling between the brush yoke and controller for a certain angle of rotation of one of the two parts is released and during the rotation around this dead angle the mains connections are switched off or over. q .. control device. according to claim i or 2, characterized in that the phase compensation in the same way over the entire control range at differently large partial voltages it is achieved that the outer (over- and undersynchronous) areas of the controller are not used stay. Control device according to claim q., Characterized in that the controller and the brush yoke also remain coupled during the rotation through the blind spots. 6. induction regulator for motors according to claim 1 or the dependent claims, characterized characterized, Uaß in each direction of rotation by the controller's own torque an automatic movement of its rotatable part against the pressure of a spring is brought about to compensate for the drop in speed under load in the subsynchronous To obtain speed ranges, while for oversynchronism the reversing The controller's own torque is rendered ineffective by stops.