DE500797C

DE500797C - Device for the automatic regulation of the phase shift of asynchronous-synchronous motors

Info

Publication number: DE500797C
Application number: DEA41002D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1923-11-16
Filing date: 1923-11-16
Publication date: 1930-06-26

Description

Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Phasenverschiebung von Asynchron-Synchron-Motoren Asynchron-Synchron-Motoren sind nach Art von Asynchronmaschinen gebaute Motoren, welche mit Widerstand im Rotorkreis asynchron angelassen werden und bei Erreichung einer der synchronen nahen Tourenzahl mit Gleichstrom derart erregt werden, daß sie von selbst in den Synchronismus springen. Stellt man dann die Erregung dieses nunmehr synchron laufenden Motors bei Leerlauf auf cos r = i für den Motorstrom ein, dann fällt bei Belastung des Motors infolge der Rück-Wirkung des Belastungsstromes der Kosinus auf Werte, welche erheblich kleiner als i sind. 1= m nun .aber eine selbsttätige Regelung der Phasenverschiebung des Asynchron-Synchron-Motors derart zu erreichen, daß im größten Teil seines Arbeitsbereiches die Phasenverschiebung des Motorstromes gegenüber der Klemmenspannung vermieden wird, muß seine Gleichstromerregung in Abhängigkeit von der Belastung eingestellt bzw. geregelt werden. Die Verwendung mechanisch gekuppelter Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer als Erregermaschinen für Synchronmotoren ist an sich bekannt, aber man hatte bisher die Gleichstromspannung des Umformers nicht in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Hauptmotors zum Zweck der selbsttätigen Phasenregelung beeinflußt, und die Speisung von Erregerumformern über Serietransformatoren erfolgte in früheren Fällen narr, wenn es sich um Wechselstromumformer handelte, welche aber für die Erregung der Asynchron-Synchron-Motoren. ungeeignet sind.Device for the automatic regulation of the phase shift of Asynchronous synchronous motors Asynchronous synchronous motors are like asynchronous machines built motors, which are started asynchronously with resistance in the rotor circuit and when one of the near synchronous number of revolutions with direct current is reached are excited that they jump into synchronism by themselves. If you then ask the excitation of this now synchronously running motor when idling to cos r = i for the motor current, then falls when the motor is loaded as a result of the back action of the load current of the cosine to values which are considerably smaller than i. 1 = m now .but an automatic control of the phase shift of the asynchronous-synchronous motor to achieve in such a way that the phase shift in the largest part of its working range of the motor current compared to the terminal voltage is avoided, its DC excitation must can be adjusted or regulated depending on the load. The usage mechanically coupled AC / DC converter as excitation machines for Synchronous motors are known per se, but up to now they had direct current voltage of the converter not depending on the power consumption of the main motor for the purpose the automatic phase control influences, and the supply of excitation converters Using series transformers was done foolishly in previous cases when it comes to AC converters acted, but what for the excitation of the asynchronous synchronous motors. not suitable are.

Erfindungsgemäß soll nun, uni in großem Belastungsbereiche eine selbsttätige Regelung auf cos t = i zu erhalten, bei Asynchron-Svnchron-Motoren, bei denen ein synchroner, selbsterregter Wechselstrom - Gleichstrom-Umformer als Erregermaschine verwendet wird, die Gleichstromspannung durch einen Serietransformator beeinflußt werden, welcher primär in Reihe mit der am Netz liegenden Motorwicklung geschaltet ist.According to the invention should now, uni in large load areas an automatic Control to cos t = i, for asynchronous synchronous motors with a synchronous, self-excited alternating current - direct current converter as excitation machine is used, the DC voltage is influenced by a series transformer which is primarily connected in series with the motor winding connected to the mains is.

Der Gegenstand der Erfindung sei an den Ausführungsbeispielen der Ab b. r bis d näher erläutert.The object of the invention is based on the exemplary embodiments From b. r to d explained in more detail.

In Abb. i bedeutet N ein Dreiphasennetz, M den Asynchron-Synchron-Motor mit den Schleifringen S1 und dem Anlasser A,, R den Gleichstromanker des Erregerumformers LT, auf dessen Kollektor die Bürsten ß,-13 schleifen, S., die Schleifringe des Erregerumformers, E die Erregerwicklung des Erregerumformers, Ti den Serietransformator mit der Primärwicklung Pi und der Sekundärwicklung 01.In Fig. I, N means a three-phase network, M the asynchronous-synchronous motor with slip rings S1 and starter A ,, R the DC armature of the exciter converter LT, on whose collector the brushes ß, -13 grind, S., the slip rings of the exciter converter, E is the field winding of the field converter, Ti is the series transformer with the primary winding Pi and the secondary winding 01.

Die Primärwicklung Pi des Serietransformators T1 liegt in Reihe zur Primärwicklung des Motors J7. Die Sekundärwicklung 0i ist mit den Schleifringen S, des Erregerumformers L' verbunden. Die Erregerwicklung E des Umformers Z' ist an die Kollektorbürsten 13, B angeschlossen und könnte durch Widerstand geregelt werden (in der Abb. i nicht angegeben). Die Bürstenachse ist gegen die Achse der Erregerwicklung E um weniger als 9o° geneigt. Der Umformer hat mit dem Motor Q17 gleiche Polzahl und sitzt mit ihm auf der gleichen Welle. Der Anlasser .-h ist mit den Schleifringen S1 des Motors 17 verbunden, wobei aber die Verbindungsleitung der einen Phase über die Bürsten B, B des Erregerankers geführt ist.The primary winding Pi of the series transformer T1 is in series with the primary winding of the motor J7. The secondary winding 0i is connected to the slip rings S, of the exciter converter L '. The excitation winding E of the converter Z 'is connected to the collector brushes 13, B and could be regulated by resistance (not shown in Fig. I). The brush axis is inclined to the axis of the excitation winding E by less than 90 °. The converter has the same number of poles as motor Q17 and sits on the same shaft with it. The starter. -H is connected to the slip rings S1 of the motor 17, but the connecting line of one phase is routed via the brushes B, B of the exciter armature.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun folgende: Der Motor D7 wird mit Hilfe des Anlassers A, angelassen. Ist die für die Gleichstromselbsterregung des Umformers kritische Tourenzahl erreicht, dann tritt an den Bürsten eine Gleichstromspannung auf, welche einen Gleichstrom in die Rotorwicklung des Motors M sendet. Diese Gleichstromerregung des Motors M bewirkt, daß er nach Erreichung einer der synchronen nahen Tourenzahl von selbst in den Synchronismus springt. Bei Leerlauf herrscht dann an den Schleifringen S, eine der Gleichstromspannung entsprechende Drehstromspannung, welche auch das Feld im Transformator Ti bestimmt. Fließt nun aber bei Belastung des Motors M ein phasenverschobener Hauptstrom durch -die Wicklung Pi, dann fließt ein annähernd phasengleicher Strom durch die Wicklung Qi und schließt sich in der Ankerwicklung R es Erregerumformers. Die Stellung der Bürsten B, B muß nun so gewählt werden, daß das durch den phasenverschobenen Drehstrom erzeugte Ankerfeld (welches im Raume ruht) eine zusätzliche Gleichstrotn-EMK (im umlaufenden Anker) erzeugt, welche eine Zunahme des Motorerregerstromes auf -den zur Kompensierung der Phasenverschiebung erforderlichen Wert verursacht. Das im Umformeranker durch den phasenverschobenen Motorhauptstrom über (leg Serietransformator erzeugte Feld wirkt demnach durch Erhöhung des Erregergleichstromes der Phasenverschiebung entgegen.The mode of operation of the device is now as follows: The motor D7 is using the starter A, started. Is that for DC self-excitation If the converter reaches the critical number of revolutions, a direct current voltage appears on the brushes which sends a direct current into the rotor winding of the motor M. This DC excitation of the motor M has the effect that, after one of the synchronous number of revolutions has been reached jumps into synchronism by itself. When idling, the slip rings then prevail S, a three-phase voltage corresponding to the direct current voltage, which is also the Field in the transformer Ti is determined. But now flows in when the motor M is loaded phase-shifted main current through winding Pi, then an approximately flows in-phase current through the winding Qi and closes in the armature winding R es exciter converter. The position of the brushes B, B must now be chosen so that the armature field generated by the phase-shifted three-phase current (which in space rests) an additional DC EMF (in the rotating armature) generates which a Increase in the motor excitation current to compensate for the phase shift required value. That in the converter armature by the phase-shifted Motor main current via (leg series transformer generated field acts accordingly by increasing of the excitation direct current against the phase shift.

Die Lage dieses ruhenden Feldes zur Bürstenachse ist somit eine Funktion der Phasenverschiebung des Hauptstromes. Bei entsprechend gewählter Bürstenlage fällt die Achse des zusätzlichen Ankerfeldes mit der Bürstenachse zusammen, wenn der Motorhauptstrom in Phase mit der Klemmenspannung ist. Bei voreilendem Hauptstrom wird dann die Gleichstrom-EMK des Umformers verkleinert, bei nacheilendem Hauptstrom vergrößert, so daß die Phasenverschiebung ohne äußeres Zutun dem Wert o zustrebt.The position of this stationary field in relation to the brush axis is therefore a function the phase shift of the main stream. With an appropriately selected brush position the axis of the additional armature field coincides with the brush axis, if the main motor current is in phase with the terminal voltage. When the main current is leading the DC EMF of the converter is then reduced, with the main current lagging increased so that the phase shift tends towards the value o without external intervention.

Im Ausführungsbeispiel der Abb. 2 ist der mit dem Hauptmotor 117 direkt gekuppelte Umformer U der Abb. i durch einen frei laufenden Umformer ersetzt. Um dies zu ermöglichen, wird der mit der Primärwicklung Pe an der Netzspannung liegende Transformator T, verwendet, dessen Sekundärwicklung Qe dem Umformer eine konstante Spannung liefert, welche für die Größe der an den Bürsten B, B bei Leerlauf des Motors 11T herrschenden Gleichstromspannung maßgebend ist. Tritt hier eine Belastung des Motors M auf, dann liefert der Serietransformator Ti wieder eine Zusatzspannung in den Drehstromkreis des Umformers, wobei sich diese Zusatzspannung zu der dem Umformer zugeführten Spannung (infolge der Reihenschaltung der Sekundärwicklung 0,, und Qi) geometrisch addiert. Je nach der Verschiebung der Phase des Hauptstromes tritt dabei aber auch eine Phasendrehung der dein Umformer zugeführten Spannung ein. Die Änderung der zugeführten Spannung nach Größe und Phase bedingt nun aber auch eine entsprechende Änderung der an den Bürsten B, B herrschenden Gleichstromspannung, welche die Erregung für den Motor M liefert, und damit ist wieder die Möglichkeit der selbständigen Kompensation der Phasenverschiebung des Motorstromes gegeben. Das Anlassen des :Motors M geschieht auch hier mit Hilfe des Anlassers A", während das Anlassen und Synchronisieren des Umformers U besondere (nicht dargestellte) Einrichtungen erfordert. Diese besonderen Einrichtungen können aber sehr vereinfacht werden, wenn auch der Umformer LT als Asynchron-Synchron-Maschine ausgebildet wird, wie es (las Ausführungsbeispiel der Abb.3 zeigt.In the exemplary embodiment in FIG. 2, the converter U in FIG. 1, which is directly coupled to the main motor 117, is replaced by a free-running converter. In order to make this possible, the transformer T, which is connected to the mains voltage with the primary winding Pe, is used, the secondary winding Qe of which supplies the converter with a constant voltage which is decisive for the size of the DC voltage prevailing at the brushes B, B when the motor 11T is idling . If there is a load on the motor M here, the series transformer Ti again supplies an additional voltage to the three-phase circuit of the converter, this additional voltage being added geometrically to the voltage supplied to the converter (due to the series connection of the secondary winding 0 ,, and Qi). Depending on the shift in the phase of the main current, there is also a phase shift in the voltage supplied to the converter. The change in the supplied voltage in terms of magnitude and phase also requires a corresponding change in the DC voltage prevailing at the brushes B, B, which provides the excitation for the motor M, and thus the possibility of independent compensation of the phase shift of the motor current is given again. The starting of the: Motor M takes place here with the help of the starter A ″, while starting and synchronizing the converter U requires special devices (not shown) -Machine is designed as it (read the embodiment of Fig. 3 shows.

In Abb. 3 haben die Buchstaben dieselbe Bedeutung wie in Abb. 2. Die Einrichtung unterscheidet sich von der in Abb.2 dargestellten nur in der Ausbildung der Erregerwicklung E des Umformers als Dreiphasenwicklung und. in dem hinzukommenden Anlasser A_. Mit Hilfe dieses Anlassers zwirn. der Erregerumformer nach Anschluß seiner Schleifringe S., an die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen Qe und Qi als Asynchronmotor angelassen. Nach Erreichung einer der synchronen nahen Tourenzahl tritt itn Umformer eine Gleichstromselbsterregung auf, welche bewirkt, ' daß er selbsttätig in den Synchronismus gelangt und als Synchron. umformen arbeitet, indem er dem ebenfalls asynchron angelassenen Motor 1-I den Erregergleichstrom liefert. Der Betrieb dieser Einrichtung und besonders .die selbsttätige Regelung der Phasenverschiebung gestaltet sich im übrigen ganz analog dem in Abb. 2 behandelten Fall.In Fig. 3 the letters have the same meaning as in Fig. 2. The The facility differs from the one shown in Fig. 2 only in terms of training the field winding E of the converter as a three-phase winding and. in the added Starter A_. Twist with the help of this starter. the exciter converter after connection its slip rings S., to the series-connected secondary windings Qe and Qi started as an asynchronous motor. After reaching one of the synchronous number of revolutions a direct current self-excitation occurs in the converter, which causes it automatically enters synchronism and as synchron. reshaping works by it supplies the DC excitation current to motor 1-I, which is also started asynchronously. The operation of this device and especially the automatic control of the phase shift Otherwise, it is entirely analogous to the case dealt with in Fig. 2.

Anstatt die dem Ser ietransformator Ti sekundär entnommene Spannung in den Sekundärkreis des Transformators T, einzuschalten, kann man sie auch gemäß Abb. .l. dem Primärkreis dieses Transformators zuführen. Die beiden Wicklungen Pi und Qi sind dann in Autoschaltung verbunden, und ihre Verbindungspunkte sind an das Netz N angeschlossen. Während nun die Wicklung Pi in Reihe zur Statorwicklung des Motors M liegt, ist die Wicklung QI mit der Wicklung Pe des Transformators Te in Reihe geschaltet. Die Schleifringe S, sind dann unmittelbar mit den Klemmen der Sekundärwicklung Qe verbunden, deren Spannung sich gleichsinnig finit der an Pe herrschenden, durch den Motorhauptstrom beinflußten Primärspannung ändert.Instead of the secondary voltage taken from the series transformer Ti in the secondary circuit of the transformer T, they can also be switched according to Fig. L. feed to the primary circuit of this transformer. The two windings Pi and Qi are then in Car circuit connected, and their connection points are connected to the network N. While now the winding Pi in series with the stator winding of the motor M, the winding QI is with the winding Pe of the transformer Te connected in series. The slip rings S are then directly connected to the terminals of the Secondary winding Qe connected, the voltage of which is finite in the same direction as that of Pe the prevailing primary voltage influenced by the main motor current changes.

Uni bei nacheilendem Strom des Hauptmotors eine Übererregung des Umformers, bei voreilendem Strom des Hauptmotors eine Untererregung des Umformers zu erreichen, kann man diesem eine von seinem Ankergleichstrom gespeiste Kompoundwicklung geben. Die Phasenverschiebung des Hauptmotorstromes kann dann für das Netz durch die entgegengesetzte Phasenverschiebung des Umformerwechselstromes teilweise ausgeglichen werden.Uni if the main motor is lagging, overexcitation of the converter, to achieve underexcitation of the converter with leading current of the main motor, you can give it a compound winding fed by its armature direct current. The phase shift of the main motor current can then be reversed for the network Phase shift of the converter alternating current can be partially compensated.

Zur Erleichterung des Anlassgins wird es sich empfehlen, den Serietransformator Ti, dessen Primärwicklung übrigens auch im Sternpunkt der Statorwicklung des Hauptmotors angeordnet sein kann, beim Anlauf durch einen >;Überbrückungsschalter primär oder sekundär kurzzuschließen und diesen Kurzschluß erst zu öffnen, nachdem die Synchronisierung erfolgt ist. Dadurch wird eine Drosselung des Anlaufstromes vermieden.To facilitate the start-up, it is recommended to use the series transformer Ti, whose primary winding is also in the star point of the stator winding of the main motor can be arranged, during start-up by a>; bypass switch primary or secondary to short-circuit and to open this short-circuit only after the synchronization is done. This avoids throttling of the starting current.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the automatic control of the phase shift of asynchronous-synchronous motors in which a synchronous, self-excited AC-DC converter is used as the exciter, characterized in that the DC voltage of the AC-DC converter (U) is influenced by a series transformer (Ti) which is primarily connected in series with the motor winding connected to the mains. a. Device according to Claim i, characterized in that the direct current brushes (B) of the converter (U) are switched on between the rotor winding and the starter of the motor during the start-up process. 3. Device according to claim i, in application to a converter which has the same number of poles with the motor and is directly coupled to it. d .. Device according to claim i, characterized in that the DC brushes (B) are set so fixed during startup and dm operation that their axis coincides with the axis of the field generated in the armature winding of the converter (U) when the cosine of the Phase shift angle between motor current and terminal voltage is equal to i. 5. Device according to claim i, characterized in that the converter (LT) is free-running and its drive energy is taken from the main network via a transformer (Te in Fig. 3), the primary winding (Pe) of which is parallel to the motor winding on the network, while its Secondary winding (Qe) is connected in series with the secondary winding (Qi) of the series transformer (Ti). 6. Device according to claim i, but with free-running converter, which takes its drive energy from the main network via a transformer, characterized in that the secondary winding (De) of the transformer (T, in Fig. 4.) directly with the slip rings of the converter ( L1) is connected, while the secondary winding (0i) of the series transformer (T1) is switched on in the primary circuit (P,) of the transformer (T,). 7. Device according to claim 6, characterized in that the converter (U) has a compound winding fed by its armature direct current.