DE638078C

DE638078C - Automatic switching device for starting devices of squirrel cage armature motors, especially for star-delta switches

Info

Publication number: DE638078C
Application number: DEO21574D
Authority: DE
Original assignee: Dipl-Ing Karl Obermoser
Current assignee: Dipl-Ing Karl Obermoser
Priority date: 1933-10-27
Filing date: 1933-10-27
Publication date: 1936-11-09

Description

Anlaßschaltungen, wie beispielsweise die Sterndreieckschaltung, die den mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung arbeitenden Induktionsmotor von der Primärseite her mit einer spannungsvermindernden Stufe anlassen, vermögen für sich allein nicht die Aufgabe zu lösen, den Anlaßvorgang mit so weit herabgesetzten Strömen und mit Drehmomenten durchzuführen, wie sie beispielsweise bei den sekundärseitig mit zahl· reichen Stufen angelassenen Schleifringankermotoren' seither ohne weiteres erzielt werden können.Starting circuits, such as the star-delta circuit, which are short-circuited with Secondary winding working induction motor from the primary side with a voltage reducing Starting the stage cannot solve the task, the starting process, on their own to be carried out with currents reduced to such an extent and with torques as they are, for example, in the case of the secondary side with the number rich stages of annealed slip ring armature motors' have since been achieved without further ado can.

So ist es mit der reinen Sterndreieckschaltung, die die Stromaufnahme nur auf rund den dritten Teil herabsetzt, bei Kurzschlußankermotoren in der Regel nicht möglich, auf einen ausreichend kleinen Kurzschlußstrom des Stillstandes zu kommen, so daß beim Einschalten der Anlaßstufe eine mehr oder weniger große Stromüberschreitung unvermeidbar bleibt. Der Versuch, hier durch besondere, abändernde Ausgestaltung des Käfigankermotors durch das bekannte Mittel der Stromverdrängungswicklung, Doppelstabläuferwicklung u. dgl. Wandel zu schaffen,So it is with the pure star-delta connection, which only reduces the power consumption to around a third Part reduced, usually not possible with short-circuit armature motors, to a sufficient level small short-circuit current of the standstill to come, so that when switching on the starting stage a more or less large excess current remains unavoidable. The attempt, here by special, modifying design of the squirrel cage motor by the known means of the current displacement winding, double-bar rotor winding and the like to create change,

»5 ermöglicht zwar hinsichtlich des Einschaltens der Anlaßstufe einen ausreichend kleinen Strom, scheitert aber nach wie vor hinsichtlich des für die Lösung des Anlaßproblems nicht weniger wichtigen Übergangs zur Vollspannung wegen der empfindlichen Schwächung des Motormoments, die den Motor die Last nicht auf den kleinen Schlupfwert beschleunigen läßt, bei dem allein der Übergang zur Vollspannung ohne Stromüberschreitung möglich wird. Nur in den Sonderfällen, bei denen gewährleistet ist, daß die Last bis hinauf zur vollen Betriebsdrehzahl stets kleiner bleibt als ein gewisser Teilbetrag des Nennmomentes, gelingt es, den Anlaßstrom einzuhalten. Voraussetzung muß dabei sein, daß mit dem Übergang zur Vollschaltung tatsächlich auch so lange gewartet wird, bis die Beharrungsdrehzahl der Anlaßstufe erreicht ist, eine Drehzahl, die bei dem in der Regel kleinen beschleunigenden Drehmomentüberschuß verhältnismäßig spät erreicht zu werden pflegt. Diese Voraussetzungen für das Weiterschalten zur Vollstufe werden zwar beispielsweise mittels neuzeitlicher Anlaßkupplung gewährleistet und darüber hinaus bis zu den größten Lastmomen- · ten erzwungen werden können, da aber bei diesen Motoren die Herabsetzung des Kurzschlußstromes beim ersten Einschalten mit einer mehr oder weniger großen Einbuße an Leistungsfaktor und Wirkungsgrad erkauft wird, so kann darin eine wirklich brauchbare Lösung für das Anlassen des Knrzschlußankermotors mit seinem günstigen Wirkungsgrad und Leistungsfaktor nicht gesehen weiden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Lösung dieser Aufgabe unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile. »5 allows with regard to switching on the starting stage a sufficiently small current, but still fails with regard to the for the solution of the starting problem because of the no less important transition to full voltage the sensitive weakening of the engine torque, which does not place the load on the engine can accelerate small slip value, in which only the transition to full voltage without Current exceedance becomes possible. Only in special cases in which it is guaranteed that the load always remains smaller than a certain partial amount up to full operating speed of the nominal torque, it is possible to maintain the starting current. The prerequisite must be that the transition to full switching is actually waited until the The steady-state speed of the starting stage is reached, a speed that is usually small Accelerating excess torque is used to be reached relatively late. These prerequisites for advancing to the full level are for example by means of modern starter clutch guaranteed and beyond that up to the largest load torque th can be forced, but with these motors the reduction of the short-circuit current when switching on for the first time with a more or less big losses in power factor and efficiency are bought, so can in it a really useful solution for starting the toroidal armature motor with his favorable efficiency and power factor not seen graze. Subject of the present The invention is the solution to this problem while avoiding the disadvantages mentioned above.

Die Erfindung knüpft dabei daran an, daß die Beherrschung des Überschaltstromes auch bei weitgehend geschwächter Drehmomententwicklung in der Anlaßstufe keinerlei Schwierigkeiten mehr bietet, so daß es sich hier darum handelt, den Einschaltstrom des Stillstandes für Kurzschlußankermotoren bis zu der höchsten Kurz-The invention is based on the fact that the control of the excess current also with largely weakened torque development in the starting stage no difficulties offers more, so that it is a question of the inrush current of the standstill for short-circuit armature motors up to the highest short

schlußstromaufnahme auf den erforderlichen Wert herabzusetzen. Hierzu wird eine Drosselspule verwendet, die die Spannung in der Anlaßstufe noch weitgehender herabsetzt, als dies durch die reine Sterndreieckschaltung an sich möglich wäre. Der Kraftfluß der Drosselspule wird dabei nicht nur zur Induzierung der Drosselspannung herangezogen, sondern darüber hinaus seine magnetische Wirkung bzw. seine ίο Zugkraft zum selbsttatigenT^WeTtersclialten^es Schalters zur Betriebsstufe,μη^ϊίΜ^Γ nach voll erfüllter Anlaßstufe benutzt. Dabei erfolgt das Überschalten zur Betriebsstellung unabhängig von der Bedienung erst dann ·— aber auch nur dann —, wenn die Bedingungen für die Überstromfreiheit vorliegen. , Damit ergibt also diese zusätzliche Maßnahme außer der Stromherabsetzung in der Anlaßstufe zugleich eine einwandfreie Beherrschung des zweiten Teiles des Anlaßvorganges.Reduce the final current consumption to the required value. This is done using a choke coil is used, which lowers the voltage in the starting stage even more than the pure star-delta connection would be possible. The power flow of the choke coil is not only used to induce the Choke voltage used, but also its magnetic effect or its ίο traction to the automatic T ^ WeTtersclialten ^ es Switch to the operating level, μη ^ ϊίΜ ^ Γ after fully fulfilled tempering level used. The switchover to the operating position takes place independently of the operation only then · - but also only then - if the conditions for the absence of overcurrent are present. , So that results So this additional measure besides the current reduction in the tempering stage at the same time a perfect mastery of the second part of the starting process.

Mit einfachen Mitteln -wird die Drosselspule - so ausgebildet, daß sie nach vollzogenem Anlaßvorgang des Motors von selbst wieder mit der Auflösung der Sternstufe aus der Schaltung herausfällt, so daß sie im Augenblick, in dem der Motor seinem eigentlichen Betriebszustande übergeben wird, entfernt ist und nicht wie bei den¹ den Käfiganker abändernden Maßnahmen in den Betriebszustand hinübergenommen und mit durchgeschleppt werden muß. ■ Es handelt sich bei der Erfindung also um eine selbsttätige Umschaltvorrichtung für Anlaßeinrichtungen von Kurzschlußankermotoren, bei der die selbsttätige Umschaltung von der ersten Anlaßstufe zur folgenden (z. B. von der Stern- auf die Dreieckstufe) durch einen in der ersten Anlaßstufe gleichzeitig als Drosselspule zur Herabsetzung des ' Einschaltstromstqßes dienenden Umschaltmagneten ausgelöst wird. Zur näheren 'Erläuterung des' Erfindungsgegenstandes ist mit den Abb ι und 2 ein Beispiel für den Fall der Sterndreieckschaltung schemafisch zur Darstellung gebracht, wobei diese Darstellung sich nur auf einen der drei Zweige des Drehstromsystems bezieht, die Anordnung in den beiden anderen Zweigen aber genau entsprechend ist.With simple means the choke coil is designed in such a way that after the engine has started, it falls out of the circuit again by itself with the dissolution of the star stage, so that it is removed at the moment when the engine is transferred to its actual operating state and not, as in Figures ¹ to squirrel cage revising measures in the operating state over and must be taken through dragged with. The invention is therefore an automatic switching device for starting devices of squirrel cage armature motors, in which the automatic switching from the first starting stage to the next (e.g. from the star to the delta stage) is performed by a choke coil in the first starting stage to reduce the 'inrush current serving switching solenoid is triggered. For a more detailed 'explanation of the' subject matter of the invention, an example for the case of the star-delta connection is shown schematically with Figs is.

Die Abb. ι erläutert dabei die Schaltstellungen der Anlaßstufe und die Abb- 2 die Schaltstellung der Befriebsstufe, wie sie auf Grund der Wirkungsweise des Umschaltmagneten nach vollzogenem Anlauf selbsttätig herbeigeführt wird. In..beiden.Abbildungen.ist. außerdem in strichpunktierten Linien die Abschaltlage mit zur Darstellung .gebracht. - ; .-' ; ."The Fig. Ι explains the switch positions the starting stage and Fig- 2 the switching position of the operational stage, as it is due to the The mode of action of the switching magnet is automatically brought about after the start-up has been completed. In .. both.illustrations.is. also in dash-dotted lines Lines to show the shutdown position. -; .- '; . "

Im oberen Teil der Abbildung ist ein von Hand odersonstwie betätigter Netzschalthebelr -- veranschaulicht, dessen ^Drehpunkt mit einem der.Anfange UVW. der Motorwicklung elektrisch; verbunden ist und der nach einer Schaltbewegung um den Winkel α aus der Ruhelage mit seinem anderen Ende 20 an dem Netzkontaktstreifen 2 Kontakt gibt und damit die Verbindung mit den Netzzuleitungen RST herstellt.In the upper part of the figure, a power switch lever operated by hand or otherwise is illustrated, the fulcrum of which is one of the beginning UVW. the motor winding electrical; is connected and after a switching movement by the angle α from the rest position with its other end 20 makes contact with the mains contact strip 2 and thus establishes the connection to the mains supply lines RST .

Dem Schwenkbereich des Netzhebels 1 diametral gegenüberliegend ist jeweils ein Umschalthebel 3 mit einem kleineren Schwenkbereich^ vorgesehen, dessen Drehpunkt an eines der Enden ZXY der Motorwicklung angeschlossen ist und dessen kontaktgebendes anderes "~En3e~2i. dazu bestimmt'ist, einerseits die Verbindung in der Anlaßstufe »Stern« unter Einbeziehung des Umschaltmagneten 7 (Abb. 1) herzustellen und andererseits naeh erfolgter selbsttätiger Umschaltung die Vollspannung durch Kontaktgebung an den Netzkontaktstreifen RS T (Abb. 2) herbeizuführen. Die Netzkontakthebel 1 und die Umschaltkontakthebel 3 sind durch Zugfedern 4 verbunden, die durch ein Isolierstück 5 elektrisch voneinander getrennt sind.A switching lever 3 with a smaller pivoting range is provided diametrically opposite the pivoting range of the network lever 1, the pivot point of which is connected to one of the ends ZXY of the motor winding and the other contact-making "En3e" 2i To establish the starting stage "star" with the inclusion of the switching magnet 7 (Fig. 1) and on the other hand to bring about full voltage after automatic switching by making contact with the mains contact strip RS T (Fig. 2). The mains contact lever 1 and the switching contact lever 3 are connected by tension springs 4, which are electrically separated from one another by an insulating piece 5.

Der um den Drehpunkt 6 schwenkbar angeordnete (Schwenkwinkel <5, Abb. 2) Umschaltmagnet 7 ist mit dem Anfang seiner Wicklung mit der isoliert am Magnetkörper befestigten Kontaktklaue 8 elektrisch verbunden, während das Ende zusammen mit den Enden der Drosselspulen der beiden anderen Zweige des dreiphasigen Magneten im Punkt 0 verbunden ist und den Steinpunkt bildet. ; ' ,The switchover magnet, which can be pivoted about the pivot point 6 (pivot angle <5, Fig. 2) 7 is attached to the beginning of its winding with the insulated on the magnet body Contact claw 8 electrically connected, while the end together with the ends of the choke coils of the other two branches of the three-phase magnet is connected at point 0 and forms the stone point. ; ',

Die Kontaktklaue 8 ist mit zwei Zinken 9 und ίο versehen, die mit dem Umschalthebel 3 zusammenwirken, und zwar dient der Zinken 9 dazu, den Umschalthebel 3 an seiner hierzu vorgesehenen Nase 11 vorübergehend mechanisch festzuhalten, während der Zinken 10 dazu dient, den Umsehältmagneten 7 jeweils wieder in die strichpunktiert dargestellte Abschaltlage zurückzuführen, wenn der Netzhebel 1 zur Ausschaltlage umgelegt wird. Der Umschaltmagnet 7 wirkt auf einen Anker 12, ■ der im Beispiel um den Drehpunkt 13 drehbar angeordnet ist und einen festen Anschlag 18.und eine Regulierzugfeder 14 besitzt.The contact claw 8 is provided with two prongs 9 and ίο, which interact with the switching lever 3, namely, the prong 9 serves the switching lever 3 at its intended for this purpose To hold the nose 11 temporarily mechanically, while the prong 10 serves to return the holdover magnet 7 to the shutdown position shown in dash-dotted lines, when the net lever 1 is turned to the switch-off position. The changeover magnet 7 acts on an anchor 12, ■ which is rotatably arranged around the pivot point 13 in the example and a fixed stop 18. and a regulating tension spring 14 owns.

In der Abschaltlage stützt sich der Netzschalthebel 1 unter der Wirkung der Zugfedern 4 an einem festen Anschlag 15 ab, während der Umschalthebel 3, sich gegen den Zinken 10 legend, den Umschaltmagneten 7 in der waagerechten Lage der Abb. 1 hält. Wird nun der Netzkontakthebel 1 in die Einschaltstellung gebracht (Winkel α), dann wül infolge der Verlegung der Wirkungslinie der Federkräfte der Umschalthebel 3 den Winkel β zur Volleinschaltung (Abb. 2) zurücklegen.· Hierzu kommt es aber zunächst nicht, denn schon, nachdem er den kleinen Winkel-<5 zurückgelegt hat, fängt sich seine Sperrnase 11 an der Sperrzinke 9 des Umschaltmagneten 7. Damit sind die mit den Anfängen UVW an den Netzzuleitungen RST liegenden drei Zweige der Motorwicklung mit ihren Enden ZXY über den Umschaltmagneten 7In the shutdown position, the power switch lever 1 is supported by the action of the tension springs 4 on a fixed stop 15, while the switch lever 3, resting against the prongs 10, holds the switchover magnet 7 in the horizontal position in FIG. If the mains contact lever 1 is now brought into the switched-on position (angle α), then as a result of the shifting of the line of action of the spring forces, the switching lever 3 covers the angle β for full switching (Fig. 2) he has covered <5 small angle, its locking lug 11 catches on the locking prong 9 of the changeover magnet 7. Thus, the past with the beginnings UVW to the power supply lines RST three branches of the motor winding with their ends ZYX about the changeover magnet 7

zum Sternpunkt ο verbunden. Durch die Selbstinduktionswirkung der entsprechend bemessenen und bei nur kurzer Benutzungszeit klein ausfallenden Drosselspule wird die zusätzliche Spannungsverminderung hervorgebracht, die den Motorstrom auf den erforderlichen kleinen Wert erniedrigt. Durch die auf den Anker 12 ausgeübte magnetische Zugkraft wird eine um den Drehpunkt 6 wirkende mechanische Kraftäußerung hervorgebracht, die den Umschalthebel 3 in dieser Anlaßstellung zunächst festhält. Dabei unterstützt der sich mit dem übergreifenden Distanzteil 17 an den Polflächen abstützende Anker 12 die Sperr-¹S wirkung. Wenn der beim Hochlaufen des Motors abnehmende Anlaßstrom auf einen ausreichend kleinen Wert abgesunken ist — ein Wert, der sich beispielsweise bei Anwendung einer modernen Anlaßkupplung auf dem praktisch gleichbleibenden geringen Leerlaufstrom äußerst rasch herabsetzt —, dann verfügt der Umschaltmagnet 7 nicht mehr über die ausreichende Zugkraft, den Anker 12 und damit die Nase 11 des, Umschalthebels 3 an der Sperr- *5 klaue 9 festzuhalten, so daß dieser unter Beiseiteklappen der Magnetdrossel 7 die Vollschaltstellung der Abb. 2 erreicht. Durch Verstellen des Luftspaltes 16 zwischen dem Umschaltmagneten 7 und Anker 12 am Anschlag 17 läßt sich das Ansprechen des Umschalters 3 einstellen. Ebenso kann durch die Verstellung der vorgesehenen Feder 14 am schwenkbar angeordneten Anker 12 ebenfalls der Umschaltaugenblick beeinflußt werden.connected to star point ο. The self-induction effect of the correspondingly dimensioned choke coil, which turns out to be small with only a short period of use, brings about the additional voltage reduction that lowers the motor current to the required low value. The magnetic tensile force exerted on the armature 12 produces an expression of mechanical force which acts around the pivot point 6 and which initially holds the switching lever 3 in this starting position. Here, the the locking action S ¹ with the cross-distance portion 17 supported on the pole faces of armature 12 supports. If the starting current, which decreases when the engine is running, has fallen to a sufficiently small value - a value which, for example, when a modern starting clutch is used on the practically constant low idling current, is reduced extremely quickly - then the switching magnet 7 no longer has the sufficient pulling force, hold the armature 12 and the nose 11 of the, switching lever 3 * 5 claw of the lock 9, so that it reaches under flaps aside the magnetic choke 7, the full switching position of FIG. 2. By adjusting the air gap 16 between the changeover magnet 7 and armature 12 at the stop 17, the response of the changeover switch 3 can be adjusted. Likewise, the changeover moment can also be influenced by adjusting the provided spring 14 on the pivotably arranged armature 12.

Es ist auch möglich, den Anschlag 18 am Umschaltmagneten 7 selbst zu befestigen und die Anordnung so zu treffen, daß der Umschaltmagnet 7 unter der Wirkung der Feder 14 bei abgefallenem Anker 12 in der waagerechten Ausgangslage der Abb. 1 so lange verriegelt gehalten wird, bis mit dem fließenden Anlaßstrom der Anker 12 angezogen worden ist.It is also possible to set the stop 18 on To fix the switching magnet 7 itself and to make the arrangement so that the switching magnet 7 under the action of the spring 14 when the anchor 12 has fallen in the horizontal position Starting position of Fig. 1 is kept locked until the starting current is flowing the anchor 12 has been tightened.

Da der Umschaltmagnet 7 mit der Freigabe zur Vollschaltstellung der Abb. 2 aus dem Motor-Stromkreis entfernt worden ist, also in Betriebszustand unbenutzt ist, wird es möglich, ihn beispielsweise als selbsttätige Nullspannungseinrichtung dienstbar zu machen. So könnten die Windungen, wie sie zur Erzeugung der Drosselspannung erforderlich sind, mit einer zusätzlichen Spule versehen werden, die die Windungszahl auf den Wert erhöht, der bei Verwendung der Gesamtspule als Spannungsspule erforderlich ist. Man hätte dann nur nötig, dieses Spulenende mit der hohen Windungszahl beispielsweise an den Netzkontaktstreifen 2 zur Kontaktgebung zu bringen, wenn der Umschaltmagnet 7 seine freigebende Kippbewegung um den Winkel δ vollzogen hat. Anstatt die Nullspannungsspule auf denselben Schenkeln aufzubringen wie die Drosselspule, ist es auch ohne weiteres möglich, für die Nullspannungseinrichtung auf der entgegengesetzten Seite der Magnetdrossel unter Benutzung desselben Magnetjoches besondere Schenkel anzuordnen. Ebenso kann auch der Anker 12 für die Nullspannungseinrichtung mitverwendet werden.Since the switching magnet 7 has been removed from the motor circuit with the release to the full switching position of Fig. 2, that is, it is not used in the operating state, it is possible, for example, to use it as an automatic zero-voltage device. For example, the windings, as they are required to generate the inductor voltage, could be provided with an additional coil that increases the number of windings to the value that is required when the entire coil is used as a voltage coil. It would then only be necessary to bring this coil end with the high number of turns, for example to the mains contact strip 2, to make contact when the switching magnet 7 has completed its releasing tilting movement by the angle δ . Instead of applying the zero-voltage coil to the same legs as the choke coil, it is also easily possible to arrange special legs for the zero-voltage device on the opposite side of the magnetic choke using the same magnetic yoke. Likewise, the armature 12 can also be used for the zero voltage device.

Der Erfindungsgegenstand bleibt nicht darauf beschränkt, nur bei Schalteranordnungen gemäß dem herausgegriffenen Beispiel und nur im Zusammenhang mit der Sterndreieckschaltung in deren Vervollkommnung Anwendung zu finden, ebensowenig ist er auf die Anwendung beim Drehstromsystem beschränkt. Bei Einphasen-Induktionsrnotoren könnte er mit seiner Magnetdrossel u. a. zugleich auch ganz oder teilweise die Rolle der zur Bildung des Anlauffeldes erforderlichen Hilfsphase übernehmen.The subject matter of the invention is not restricted to this, only in the case of switch arrangements in accordance with the selected example and only in connection with the star-delta connection to be applied in their perfection, just as little is it to be applied to the application limited in the three-phase system. For single-phase induction motors he could with his magnetic choke, inter alia. at the same time also wholly or partially the role of the formation of the starting field take over the necessary auxiliary phase.

Claims

Patent claims:

1. Automatic switching device for starting devices of short-circuit armature motors, in particular for star-delta switches, characterized in that the automatic switchover from the first starting stage to the next (for example from the star to the delta stage) by one in the first starting stage at the same time as Switching solenoid (7) used to reduce the inrush current is brought about.

2. Automatic switching device according to claim 1, characterized in that the switching magnet (7) itself is designed as a movable locking device, the locking ^{members (9 and 10) serving as ^ 5} contacts simultaneously supply the current to the magnet winding.

3. Automatic switching device according to claim 1 and 2, characterized in that that with star-delta switches, the windings of the changeover magnets form the star point form (Fig. 1).

4. Automatic switching device according to claim 1 to 3, characterized in that that the armature (12) of the switching magnet is movable and adjustable for itself and blocks the movement of the switching magnet in its limit position.

5. Automatic switching device according to n ° Claims 1 to 4, characterized in that the switchover magnet during operation is used for zero voltage monitoring, the magnet winding if necessary is pulled in at the same time as zero voltage release.

1 sheet of drawings