DE570284C

DE570284C - Method for controlling asynchronous motors

Info

Publication number: DE570284C
Application number: DES80717D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Reinhold Rue Dr-Ing
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1927-07-15
Filing date: 1927-07-15
Publication date: 1933-02-14

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 14. FEBRUAR 1933ISSUED ON FEBRUARY 14, 1933

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

JVl 570284 KLASSE 21 d² GRUPPE 24JVl 570284 CLASS 21 d ² GROUP 24

Verfahren zum Steuern von AsynchronmotorenMethod for controlling asynchronous motors

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Juli IQ27 abPatented in the German Empire from July 15th IQ27

Für das Abbremsen von Kranlasten wünscht man Motoren zu besitzen, deren Drehmoment bei Geschwindigkeiten zwischen Stillstand oder sogar kleiner Hubdrehzahl und sehr hoher Senkdrehzahl, etwa bis zur doppelten synchronen Drehzahl, in weitem Bereiche und möglichst stetig regelbar ist. Dabei soll der Motor beim Senken im allgemeinen generatorisch, also als Bremse wirken, hier und da aber auch motorisch, wenn z. B. mit dem leeren Kranhaken abwärts gefahren werden muß.For the braking of crane loads one wishes to have motors with their torque at speeds between standstill or even low lifting speed and very high lowering speed, up to about twice the synchronous speed, can be regulated over a wide range and as continuously as possible. The engine should be at Lowering generally acts as a generator, i.e. as a brake, but here and there also as a motor, if z. B. must be moved downwards with the empty crane hook.

Durch die übliche Anwendung von Läuferwiderständen läßt sich diese Regelung nicht oder nur unvollkommen erreichen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Asynchronmotoren, insbesondere für Kranbetrieb, gemäß dem einerseits dem Asynchronmotor ein elliptisches Drehfeld zugeführt und das Stärkeverhältnis der beiden Einphasenkomponenten dieses Drehfeldes geregelt wird, anderseits in den Sekundärstromkreis des Asynchronmotors eingeschaltete Ohmsche Widerstände so geregelt werden, daß der Motor stets auf dem stabilen Ast seiner Drehzahldrehmomentkurve arbeitet.Due to the usual use of rotor resistors, this regulation can not or reach only imperfectly. The invention relates to a method for controlling asynchronous motors, especially for crane operation, according to which on the one hand the asynchronous motor is supplied with an elliptical rotating field and the strength ratio of the two single-phase components of this rotating field is regulated, on the other hand in the Secondary circuit of the asynchronous motor switched on ohmic resistances regulated in this way that the engine is always working on the stable branch of its speed torque curve.

An sich ist es bereits bekannt, zur Regelung der Drehzahl eines Asynchronmotors diesem zwei in entgegengesetzter Richtung rotierende Drehfelder zuzuführen und die Drehfelder in ihrer gegenseitigen Stärke zu regeln. Bei diesem bekannten Verfahren, das physikalisch der Regelung der gegenseitigen Stärke der beiden Komponenten eines elliptischen Drehfeldes entspricht, fehlt indessen das zweite Merkmal der Erfindung, nämlich die Einschaltung von Ohmschen Widerständen in den Sekundärstromkreis des Motors. Diese Einschaltung von Ohmschem Widerstand hat, wie insbesondere an Hand der Abb. 3 zu erkennen ist, den wesentlichen Vorteil, daß man eine vollkommen stabile Regelung der Drehzahl im gesamten Bereich erzielt, da infolge der Einschaltung von Widerständen die Kurve 1' der Abb. 3 in die Kurve 1 übergeht, die im Gegensatz zur Kurve 1' einen unstabilen Ast nicht mehr besitzt.It is already known per se, to control the speed of an asynchronous motor, to supply it with two rotating fields rotating in opposite directions and to regulate the mutual strength of the rotating fields. In this known method, which physically corresponds to the regulation of the mutual strength of the two components of an elliptical rotating field, the second feature of the invention, namely the inclusion of ohmic resistors in the secondary circuit of the motor, is missing. This switching on of ohmic resistance has, as can be seen in particular from Fig. 3, the essential advantage that you achieve a completely stable control of the speed in the entire range, since curve 1 ' in Fig. 3 merges into curve 1, which, in contrast to curve 1 ', no longer has an unstable branch.

Bei der Regelungsdes elliptischen Drehfeldes kann man beispielsweise das Feld in der einen magnetischen Achse — man kann es das Langsieb nennen —konstant auf seinem Maximalwert halten, während das Feld in der senkrecht dazu liegenden magnetischen Achse — man kann es das Querfeld nennen — von seinem Maximalwert in der einen Richtung ausgehend, bei gewöhnlichem motorischem Lauf des Motors in einer Richtung, kleiner und kleiner gemacht wird, schließlich durch Null geht, nach der anderen Richtung ansteigt, bis es den Maximalwert entgegengesetzter Richtung erreicht hat. Die Drehrichtung des Feldes ist nunmehr die umgekehrte. Durch die Variation dieses Querfeldes vom positiven bis zum negativen Maximum wird sowohl das Drehmoment wie auch die Drehfeldrichtung geregelt, und es ist hier-When regulating the elliptical rotating field For example, you can set the field in one magnetic axis - you can use the Fourdrinier call — keep constant at its maximum value while keeping the field in the perpendicular to it lying magnetic axis - one can call it the transverse field - of its maximum value starting in one direction, with normal motorized running of the motor in a direction that is made smaller and smaller, finally going through zero, after which in the other direction increases until it has reached the maximum value in the opposite direction. The direction of rotation of the field is now the opposite. By varying this cross-field From the positive to the negative maximum, both the torque and the rotating field direction are regulated, and here-

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald.Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. H. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald.

durch möglich, dem Motor innerhalb bestimmter Grenzen unter entsprechender Einstellung de? Läuferwiderstandes bei jeder Drehzahl jedes gewünschte Drehmoment zuzuordnen. In Abb. ι ist die einfachste Schaltung eines derartigen Motors, eine Zweiphasenwicklung mit um 90 ° phasenverschobenen Wicklungen, dargestellt. Die Längsfeldwicklung wird mit der festen Spannung E gespeist, die Querfeldwicklung mit der variablen Spannung e. Wird deren Wert vom Betrage E allmählich verkleinert, vielleicht auf ²I₃E, ¹J₃E₁O, — ¹IsE, —²I_SE, —E, so entstehen dieser Spannung entsprechende Querfeldstärken im Motor, die immer um 90 ° phasenverschoben zur konstanten Spannung E sind und daher aufeinanderfolgend elliptische Drehfelder von einer Form erzeugen, wie sie in Abb. 2 mit den Zahlen 1 bis 7 gekennzeichnet sind. Die Umlaufrichtung des Drehfeldes ist in Abb. 2 durch Pfeile angedeutet. Man sieht, daß beim Durchgang der einen Komponente des Drehfeldes durch Null die Umlaufrichtung des Drehfeldes wechselt.through possible, the engine within certain limits with the appropriate setting de? The rotor resistance can be assigned any desired torque at any speed. In Fig. Ι the simplest circuit of such a motor, a two-phase winding with 90 ° phase-shifted windings, is shown. The longitudinal field winding is fed with the fixed voltage E , the transverse field winding with the variable voltage e. If its value is gradually reduced from the amount E , perhaps to ² I ₃ E, ¹ J ₃ E ₁ O, - ¹ IsE, - ² I _S E, - E, then this voltage creates corresponding transverse field strengths in the motor, which are always 90 ° are out of phase with the constant voltage E and therefore successively generate elliptical rotating fields of a shape as shown in Fig. 2 with the numbers 1 to 7. The direction of rotation of the rotating field is indicated in Fig. 2 by arrows. It can be seen that when one component of the rotating field passes through zero, the direction of rotation of the rotating field changes.

Im Gegensatz zu kreisförmigen Drehfeldern ergeben nun diese elliptischen Drehfelder Drehmomentkurven, deren Leerlaufsdrehzahl zwischen Stillstand und voller synchroner Drehzahl liegt. Sie sind für einen Motor mit erheblichem Läuferwiderstand in Abb. 3 eingetragen, und zwar mit denselben Zahlen, wie sie zu den Drehfeldern der Abb. 2 gehören. Die Abszisse des Diagramms der Abb. 3 stellt von dem Punkt ο nach links und nach rechts die Drehzahl des Motors in beiden Richtungen dar. Die Punkte oj, -o) bedeuten die beiden synchronen Drehzahlen. Die Ordinate des Diagramms stellt das vom Motor entwickelte Moment, und zwar nach oben das motorische Moment, nach unten das abbremsende Moment, dar. Während auf Stufe ι das kreisförmige Drehfeld in einer Drehrichtung und auf Stufe 7 das gleiche in der anderen Drehrichtung vorhanden ist, vermitteln die elliptischen Drehfelder den Übergang zwischen beiden Drehmomentkurven gerade so, wie es für einen guten Senkbremsbetrieb erwünscht ist. Wird der Läuferwiderstand verkleinert, so verändern sich nicht nur die Grenzkurven ι und 7 in bekannter Weise, wie es für Kurve ι gestrichelt dargestellt ist, sondern auch die Drehmomentkurven der elliptischen Drehfelder verändern sich entsprechend und liegen immer zwischen den Grenzkurven für vollen Rechts- und Linksbetrieb mit kreisförmigem Felde.In contrast to circular rotating fields, these elliptical rotating fields now result in torque curves whose idling speed lies between standstill and full synchronous speed. They are entered in Fig. 3 for a motor with considerable rotor resistance, with the same numbers as they belong to the rotating fields in Fig. 2. The abscissa of the diagram in Fig. 3 represents the speed of the motor in both directions from point ο to the left and to the right. Points oj, -o) mean the two synchronous speeds. The ordinate of the diagram represents the torque developed by the motor, namely the motor torque upwards and the braking torque downwards. the elliptical rotating fields convey the transition between the two torque curves just as it is desired for a good lowering brake operation. If the rotor resistance is reduced, not only do the limit curves ι and 7 change in a known manner, as shown in dashed lines for curve ι, but also the torque curves of the elliptical rotating fields change accordingly and are always between the limit curves for full right and left operation with a circular field.

Man erkennt, daß man mit dieser Anordnung nicht nur zwischen der positiven und negativen synchronen Drehzahl arbeiten kann, sondern daß man auch erheblich über die negative synchrone Drehzahl hinausgehen kann, falls ein erhebliches generatorisch wirkendes Senkmoment zu Gebote steht, wobei man doch den Motor bei jeder beliebigen Geschwindigkeit in gut stabilem Betriebe halten kann, so daß die Gefahr des Durchgehens nicht vorhanden ist. Hand in Hand mit der Spannungsregelung muß, wie eingangs angedeutet, eine entsprechende Widerstandsregelung im Läuferkreis gehen; man erhält durch diese gemeinsame Regelung einen außerordentlich weiten und feinen Regelbereich. You can see that this arrangement is not just between the positive and negative synchronous speed can work, but that you can also significantly over the negative synchronous speed can go beyond, if a considerable generator-acting lowering torque is available, but you can turn the engine in at any speed can maintain stable operations so that there is no risk of runaway. Hand in hand with the voltage regulation must, as indicated at the beginning, a corresponding Resistance regulation in the rotor circuit go; one obtains through this common regulation an extraordinarily wide and fine control range.

Die Herstellung und Regelung des elliptischen Drehfeldes im Motor läßt sich in verschiedener Weise bewerkstelligen. Im folgenden sind an Hand der Abb. 4 bis 7 der Zeichnung einige Beispiele angegeben. Bei der Anordnung nach Abb. 4 ist die Ständerwicklung des zu regelnden Motors zweiphasig ausgeführt. Die beiden Phasen 8 und 9 werden über einen Scottschen Transformator von einem Dreiphasennetz aus gespeist. Von den beiden aufeinander senkrecht stehenden Phasen 10 und 11 des Scottschen Transformators ist die Phase 11 regelbar ausgebildet, und zwar derart, daß die der Motorphase 8 zugeführte Spannung sowohl in der Stärke als auch in der Richtung geregelt werden kann.The production and regulation of the elliptical rotating field in the motor can be done in different ways Wise to accomplish. In the following there are some with reference to Figs. 4 to 7 of the drawing Examples given. With the arrangement according to Fig. 4, the stator winding is to be regulated Two-phase motor. The two phases 8 and 9 are about a Scottish Transformer fed from a three-phase network. Of the two perpendicular to each other standing phases 10 and 11 of Scott's Transformer, the phase 11 is designed to be adjustable, in such a way that the voltage supplied to the motor phase 8 in both the Strength as well as direction can be regulated.

Die Anordnung nach Abb. 5 bedeutet insofern eine Vereinfachung, als auch die Motorwicklung dreiphasig ausgeführt ist und man mit der Zwischenschaltung eines regelbaren Einphasentransformators auskommt. Die Motorwicklung ist in-Stern geschaltet; die äußeren Enden der Phasen 12 und 13 und der Sternpunkt sind an die drei Leitungen des Dreiphasennetzes angeschlossen. Zwischen dem Sternpunkt und der zugehörigen Netzleitung ist der in Sparschaltung ausgeführte regelbare Einphasentransformator 14 geschaltet. Die dritte Phase 15 der Motorwicklung wird nun von diesem Transformator aus gespeist. Da bekanntlich die resultierenden Spannungen der Phasen 12 und 13 und die Spannung der Phase 15 auf einander senkrecht stehen, so läßt sich auch mit dieser Schaltung das Verfahren gemäß der Erfindung durchführen. The arrangement according to Fig. 5 means a simplification, as does the motor winding three-phase and one with the interposition of a controllable single-phase transformer gets by. The motor winding is connected in-star; the outer ends of the Phases 12 and 13 and the star point are connected to the three lines of the three-phase network. The is in economy circuit between the star point and the associated power line executed controllable single-phase transformer 14 switched. The third phase 15 of the motor winding is now fed from this transformer. As is well known, the resulting The voltages of phases 12 and 13 and the voltage of phase 15 are perpendicular to each other the method according to the invention can also be carried out with this circuit.

Die Anordnung nach Abb. 5 hat noch den Nachteil, daß die Spannung des Verbindungspunktes der beiden Phasen 12 und 13 nicht vollkommen festliegt. Bei der Anordnung nach Abb. 6, bei der die dreiphasige Motorwicklung wieder an ein Dreiphasennetz angeschlossen ist, besitzt dieses Dreiphasennetz noch einen Nullleiter 16, der mit dem Sternpunkt der Motorwicklung verbunden ist. Die eine Phase 15 der Motorwicklung wird unter Zwischenschaltung des regelbaren Spartransformators 14 von dem Nulleiter und einem Phasenleiter gespeist. Die Spannung an den beiden Enden der Phasen 12 und 13 bestimmt sowohl in Abb. 5 wie in Abb. 6 das Längsfeld des Motors. Die Spannung der Phase 15 bestimmt sein Querfeld.The arrangement according to Fig. 5 still has the disadvantage that the voltage of the connection point of the two phases 12 and 13 is not perfect is fixed. In the arrangement according to Fig. 6, in which the three-phase motor winding is again connected to a three-phase network, this three-phase network also has a neutral conductor 16, which connects to the star point of the motor winding connected is. One phase 15 of the motor winding is interposed of the controllable autotransformer 14 fed by the neutral conductor and a phase conductor. the Voltage at the two ends of phases 12 and 13 is determined in both Fig. 5 and Fig. 6 the longitudinal field of the motor. The voltage of phase 15 determines its cross-field.

Die Herausführung des Nullpunktes desThe introduction of the zero point of the

Netzes in Abb. 6 erfordert bei Kranen eine vierte Schleifleitung. Will man sie vermeiden, so kann man dem zu regelnden Motor außer dem Reguliertransformator noch eine dreisphasige Drosselspule 17 beigeben, die einen künstlichen Sternpunkt des Systems schafft, wie in Abb. 7 dargestellt ist. Diese Drosselspule kann auf einem ihrer Schenkel unmittelbar die zur Einstellung des Ouerfeldes dienende Regulierwicklung 18 besitzen. Zur Wegdämpfung von Oberwellen dreifacher Frequenz besitzt die Drosselspule noch eine in Dreieck geschaltete Hilfswicklung ig.The network in Fig. 6 requires a fourth conductor rail for cranes. If you want to avoid them, so you can add a three-phase motor to the motor to be controlled in addition to the regulating transformer Add choke coil 17, which creates an artificial star point for the system, as in Fig. 7 is shown. This choke coil can be used for adjustment on one of its legs of the Ouerfeld serving regulating winding 18 have. For attenuation of harmonics triple frequency, the choke coil also has an auxiliary winding connected in a delta ig.

Selbstverständlich ist es an sich nicht nots wendig, das zu regelnde Querfeld des Motors von einem regelbaren Transformator aus zu speisen. Unter Umständen genügt bereits die Zwischenschaltung von regelbaren Ohmschen oder induktiven Widerständen, womit ebenfalls die der Ouerfeldwicklung zugeführte Spannung in der Größe beeinflußt werden kann. Statt die den einzelnen Wicklungen des Motors zugeführten Spannungen zu regeln, kann man umgekehrt die beiden aufeinander senkrecht stehenden Wicklungen umschaltbar einrichten oder sie auch mit Anzapfpunkten versehen. Je nach der Anzahl der in den beiden Motorwicklungen hintereinandergeschalteten Windungen ändern sich auch die beiden Komponenten des elliptischen Drehfeldes.Of course, it is not neccessary to adjust the cross-field of the motor to be controlled from to feed from a controllable transformer. Under certain circumstances, the interconnection is sufficient of controllable ohmic or inductive resistances, with which the voltage supplied to the Ouerfeld winding is also in the size can be influenced. Instead of those fed to the individual windings of the motor To regulate tensions, one can vice versa the two mutually perpendicular Set up windings switchable or provide them with tapping points. Depending on change the number of turns connected in series in the two motor windings also the two components of the elliptical Rotating field.

Die Wirkungsweise der hier beschriebenen Motoren ist — selbst in der Schaltstellung, in der die Ouerfeldwicklung die Spannung Null erhält — wesentlich verschieden von der Wirkungsweise der gebräuchlichen Einphasenmotoren. Denn bei diesen kann sich durch die Wirkung der Läuferwicklung ein freies Querfeld ausbilden, dessen Größe von der Drehzahl, dem Drehmoment, den Läuferwiderständen usw.The mode of operation of the motors described here is - even in the switch position, in which the Ouerfeld winding receives the voltage zero - significantly different from the mode of operation of the common single-phase motors. Because with these can be through the effect the rotor winding form a free transverse field, the size of the speed, the Torque, rotor resistances, etc.

abhängig ist. Hier dagegen ist ein erzwungenes Querfeld vorhanden, dessen Größe stets durch die an der Ouerfeldwicklung liegende Spannung bestimmt ist und von außen eingestellt werden kann. Erst durch die Verwendung dieses erzwungenen einstellbaren Ouerfeldes zur Erzielung eines für jede Stellung bestimmt vorgeschriebenen elliptischen Drehfeldes im Motor kann gemeinsam mit der Regelung des Läuferwiderstandes erreicht werden, daß der Motor bei jedem beliebigen Drehmoment auf jede beliebige Drehzahl stabil und sicher eingestellt werden kann.is dependent. Here, on the other hand, there is a forced cross-field, the size of which is always through the voltage applied to the Ouerfeld winding is determined and set externally can. Only by using this forced adjustable Ouerfeld to achieve an elliptical rotating field in the motor that is prescribed for each position can be achieved together with the control of the rotor resistance that the motor Stably and safely set to any speed at any torque can be.

Claims

Patent claims:

i. Method for controlling asynchronous motors (especially for crane operation), characterized in that on the one hand the asynchronous motor is supplied with an elliptical rotating field and the strength ratio of the two single-phase components of this rotating field is regulated, on the other hand in the secondary circuit of the asynchronous motor switched on ohmic resistances are regulated so that the motor is always on the stable Branch of its speed torque curve is working.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1 from a three-phase network powered two-phase motors, characterized in that a Scottscher between the motor winding and the network Transformer is connected to which at least one of the two mutually perpendicular Tensions is adjustable.

3. Arrangement for performing the method according to claim 1 with three-phase in Star-connected motors, characterized in that the motor winding outer ends of two phases and the star point, the latter with the interposition an expediently executed in economy circuit controllable transformer to the three lines of a three-phase network are connected, while the third phase of the Motor winding is fed from said transformer.

4. Arrangement for performing the method according to claim 1 in a three-phase network three-phase motors connected with neutral and connected in star, characterized in that one of the three Phases of the motor winding can be regulated by an expediently designed economy circuit Transformer is fed, which is connected on the primary side to the associated mains phase and to the neutral conductor.

5. Arrangement according to claim 4 for connected to a three-phase network without a neutral conductor, three-phase motors connected in star, characterized by a three-phase, in Star-connected inductor, which is expediently connected to the Three-phase network is connected and its star point with the star point of the motor winding connected is.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the choke coil on one of its legs has an adjustable winding for feeding the adjustable component of the motor winding generating the rotating field.

7. "The method according to claim 1, characterized characterized in that the regulation of the strength of the two single-phase components of the rotating field takes place by switching the associated windings.

1 sheet of drawings