DE641631C

DE641631C - Speed controller for electric motors

Info

Publication number: DE641631C
Application number: DES107173D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Wilhelm Leukert
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-11-24
Filing date: 1932-11-24
Publication date: 1937-02-08

Description

Eine einwandfreie und allen Anforderungen der Arbeitsmaschine genügende Drehzahlregelung ist eine der wichtigsten Forderungen, die an 'einen elektromotorischen Antrieb gestellt werden muß. Man hat aus. diesem Grunde für alle Antriebe, bei denen es auf gute Drehzahlregelung ankommt,, beispielsweise bei Papiermaschinenantrieben und anderen Mehrmotorenantrieben, bisher fast durchweg· den Gleichstrornnebenschlußmotor gewählt, weil dieser Motor bezüglich der Drehzahlregelung· den höchsten Anforderungen gewachsen ist. Je nach der Größe des Drehzahlbereiches, innerhalb dessen gieregelt werden soll, wählt man entweder nur Nebenschlußregelung durch Änderung eines Feldwiderstandes,, oder man sieht außerdem noch .. Ankerstromregelung mit Hilfe einer Leonard-Dynamo vor.A flawless speed control that meets all requirements of the work machine is one of the most important requirements placed on an electric motor drive must be asked. One has out. for this reason for all drives where there is good speed control is important, for example with paper machine drives and other multi-motor drives, so far almost all of them · the direct current shunt motor chosen because this motor meets the highest requirements in terms of speed control has grown. Depending on the size of the speed range within which yawed is to be chosen, either only shunt control by changing a field resistance, or you can also see .. Armature current control with the help of a Leonard dynamo before.

_ Man hat nun vorgeschlagen, zur Regelung von Gleichstrommotoren gittergesteuerte Gleichlichter, insbesondere mit Gasentladungsgefäßen, zu verwenden, weil sich dadurch wichtige Vorzüge !erzielen lassen. Vor allem sind die Steuerleistungen bei Steuergieichrichtern außerordentlich klein, so daß das ganze Regeügerät wesentlich billiger wird als bei anderen Steuerungsarten. Durch gittergesteuerte Gleichrichter läßt sich auch die zur Ankerspannungsnegelun'g dienende Leonard-Dynamo ersetzen, weil man Entladungsgefäße auch bei großen Stromstärken mit einfachen Mitteln und geringen Steuerleistungen regeln kann. Ein besonderer Vorzug der Entladungsgefäße liegt auch in der erreichbaren Regelgeschwindigkeit, die wegen der geringen Abmessungen der Steuerapparate auch durch die Massen der bewegten Steuerungsteile nicht wesentlich begrenzt wird._ It has now been proposed to regulate grid-controlled constant lights by DC motors, in particular with gas discharge vessels, because important advantages can be achieved in this way. before all the tax benefits are extremely small with tax judges, so that the whole control device is much cheaper than with other types of control. By Grid-controlled rectifiers can also be used by the Leonard dynamo, which is used to regulate the armature voltage replace, because discharge vessels can be used with simple means and low control outputs even at high currents can regulate. A particular advantage of the discharge vessels is that they can be achieved Control speed, which due to the small dimensions of the control apparatus also by the masses of the moving Control parts is not significantly limited.

Der Stromdurchgang eines Steuergleichrichters, der mit Dampfentladungsgefäßen arbeitet, beispielsweise eines Quecksilberdampfgleichrichters, wird bekanntlich durch Einstellung einer bestimmten Zündverzögerung geändert. Je größer der Zündwinkel zwischen dem Augenblick, bei dem eine Anode zünden kann, bei einem Dreiweggleichrichter, also dem Schnittpunkt der Spannungskurven zweier aufeinanderfolgender Anoden, und dem durch die Gitterspannung bestimmten Zündpunkt ist, um so geringer ist der resultierende Gesamtstrom des Entladungsgefäßes. Die Steuermittel zur Veränderung des Zündpunktes können dabei verschiedener Art sein. Sehr zweckmäßig ist beispielsweise ein umlaufender Kontaktapparat, jder von 'einem kleinen Synchronmotor angetrieben · wird und jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt jeder Halbwelle dasThe passage of current of a control rectifier connected to vapor discharge vessels works, for example a mercury vapor rectifier, is known by Changed the setting of a specific ignition delay. The greater the ignition angle between the moment at which can ignite an anode, with a three-way rectifier, i.e. the intersection of the Voltage curves of two successive anodes, and that due to the grid voltage a certain ignition point, the lower the resulting total current of the discharge vessel. The control means for changing the ignition point can be of various types. Is very functional For example, a rotating contact device, each from a small synchronous motor is driven and at a certain point in time of each half-wave that

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

Dipl.-Ing. Dr. Wilhelm Leukert in Berlin-Siemensstadt.Dipl.-Ing. Dr. Wilhelm Leukert in Berlin-Siemensstadt.

Gitterpotential von einem negativen auf einen positiven Wert gegenüber der Zündspannung ändert. Mit Hilfe eines die Erregung des Synchronmotors beeinflussenden Reglers kanjw die Relativlage zwischen seiner Läuferfejljirtjjj achse und dem Netzdrehfeld und damit der' Anodenspannung geändert werden. Dadurch.."* ändert sich dann der Augenblick, in dem das. Entladungsgefäß gezündet wird. - ίο Schließt man nun bei einem Mehrmotorenantrieb einen solchen Regler an das dritte Glied eines Differentials an, dessen Bewegungen von der Drehzahldifferenz zwischen einer Leitwelle und einem Teilmotor abhängig ¹S sind, so ergeben sich unerwartete Schwierigkeiten.. Während einem bestimmten Winkelweg des Differentials bei einem durch einen Nebenschlußwiderstand geregelten Motor stets etwa die gleiche Drehzahländerung entspricht, ist dies bei der Gittersteuerung nicht der Fall. In dem einen Belastungsbereich genügt schon eine geringe Bewegung des Differentials, um eine bestimmte Drehzahländerung zu erzielen, in dem anderen Belastungsbereich dagegen muß das Differential erst einen wesentlich größeren Weg zurücklegen, um die gleiche Drehzahldifferenz auszuregeln. Stellt man die Übersetzung zwischen Differential und Regler auf die eine dieser beiden Geschwindigkeiten ein, so werden nur in dem einen Regelbereich die gewünschten Regelgeschwindigkeiten erzielt, in dem anderen Bereich ist dagegen die Regelgeschwindigkeit entweder zu klein oder zu groß. Für einen empfindlichen Antrieb, wie es der Papiermaschinenantrieb ist, ist diese Eigenschaft durchaus unerwünscht und als Nachteil der Regelung mit gittergesteuerten Entladungsgefäßen anzusehen; denn es kommt bei Papiermaschinenantrieben nicht nur darauf an, daß der Regler imstande ist, leine bei Belastungsänderungen oder aus anderen Gründen auftretende Drehzahlabwieichung eines Teilmotors gegenüber der Leitwelle auszugleichen, die Einregelung der Drehzahl muß auch mit einer ganz bestimmten Geschwindigkeit erfolgen. Ist diese Geschwindigkeit zu groß, so besteht die Gefahr, daß die Papierbahn reißt, ist die Regelgeschwindigkeit zu klein, so erhält man unzulässige Änderungen in der Beschaffenheit des Papiers.Grid potential changes from a negative to a positive value compared to the ignition voltage. With the help of a controller influencing the excitation of the synchronous motor, the relative position between its rotor axis and the mains rotating field and thus the anode voltage can be changed. This .. "* then changes the moment in which the discharge vessel is ignited. - ίο If you connect such a controller to the third link of a differential with a multi-motor drive, the movements of which depend on the speed difference between a master shaft and a sub-motor ¹ S, unexpected difficulties arise. While a certain angular path of the differential always corresponds to approximately the same speed change in a motor controlled by a shunt resistor, this is not the case with the grid control Differential to achieve a certain speed change, in the other load range, on the other hand, the differential must first cover a much larger distance in order to regulate the same speed difference the one R control range achieves the desired control speeds, in the other range, on the other hand, the control speed is either too low or too high. For a sensitive drive, such as the paper machine drive, this property is quite undesirable and is to be regarded as a disadvantage of the regulation with grid-controlled discharge vessels; Because with paper machine drives it is not only important that the controller is able to compensate for a speed deviation of a partial motor against the master shaft in the event of changes in load or for other reasons, the speed must also be regulated at a very specific speed. If this speed is too high, there is a risk that the paper web will tear; if the control speed is too low, impermissible changes in the nature of the paper are obtained.

Gegenstand der Erfindung ist ein Regler, bei dem die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten beseitigt sind. Gemäß der Erfindung wird an dem Regler die Einstellung von Zündverzögerungswinkeln zwischen o^u und etwa 15⁰ gesperrt. Der Regler wird demnach so- bemessen bzw. werden Anschläge, Sperrrorrichtungen o. dgl. an ihm angebracht, daß keine Zündverzöge-rungswinkel zwischen o° und etwa 15° an dem Regler einstellbar¹ sind. Versuche an einem mit gittergesteuerten Gleichrichtern geregelten Papiermaschinenantrieb, mithin an einem Antrieb, welcherThe invention relates to a regulator in which the difficulties outlined above are eliminated. According to the invention, the setting of ignition delay angles between o ^u and about 15 ^{0 is} blocked on the controller. The controller is accordingly dimensioned so-or o are stops Sperrrorrichtungen. Like. Attached to it that no Zündverzöge-approach angle of between o ° and about 15 ° are provided on the controller adjustable ^1. Attempts at a paper machine drive regulated with grid-controlled rectifiers, therefore on a drive which

ie Drehmoment-Drehzahlkennlinie mög- ^tst gleichbleibender Neigung erfordert, L erwiesen, daß mit dem Regler nach der ^Erfindung bei allen Belastungen, d. h. also in jeder Lage des die Gittersteuemng bestimmenden Differentials, etwa die gleiche Regelgeschwindigkeit erzielt wird, daß also der Regelbereich des Reglers weitgehend der Regelkennlinie des Antriebes angepaßt ist, weil beide Kennlinien über den ganzen Bereich praktisch eine unverändert gleichbleibende Neigung aufweisen. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die mittlere Gleichspannung eines gesteuerten gas- oder dampfgefüllten Gleichrichters sich nicht bei allen Zündverzögerungswinkeln um den gleichen Betrag ändert, wenn der Zündverzögerungswinkel, von einer bestimmten Stellung ausgehend, um ein bestimmtes Maß geändert wird.The torque-speed characteristic requires as constant a slope as possible, L proved that with the controller according to the invention at all loads, i. H. so in every position of the differential which determines the grid control, approximately the same Control speed is achieved, so that the control range of the controller is largely the Control characteristic of the drive is adapted because both characteristics over the entire range have practically an unchanged constant slope. The invention is based on the knowledge that the mean DC voltage of a controlled gas or vapor-filled rectifier itself does not change by the same amount for all ignition delay angles if the ignition delay angle starting from a certain position, is changed to a certain extent.

An Hand des in der Abbildung dargestellten Diagramms sei diese Erscheinung näher erläutert: In dem Diagramm sind als Ordinaten die Werte E_gm der mittleren, von einem gittergesteuerten Entladungsgefäß auf der Sekundärseite abgegebenen Gleichspannung aufgetragen, während als Abszissen die Zündvergrößerungswinker ψ angegeben sind. Bei voller Aussteuerung des Entladungsgefäßes, also bei einem Zündverzögerungswinkel von ψ = o°, erreicht der Mittelwert der Gleichspannung den Höchstbetrag, der mit 100 0/0 bezeichnet ist. Mit zunehmendem Zündverzögerungswinkel sinkt die mittlere Gleichspannung nach .einer Kurve, die etwa die Form der Kurve A hat. Je nachdem ^t0° in dem Belastungsstromkreis nur induktionsfreie Widerstände oder mehr oder weniger große Induktivitäten liegen, schneidet die Kurve A die Nullinie bei verschiedenen Zündverzögerunigswinkeln. Unter der Annahme ^l°5 induktionsfreier Widerstände liegt, wie in dem Diagramm angegeben, der Schnittpunkt bei einem Zündverzögerungswinkel von 90⁰. Dieser Winkel ist, wie bereits erwähnt, bei einem mehranodigen Entladungsgefäß von einem Schnittpunkt der Spannungskurven zweier aufeinanderfolgender Phasen aus zu rechnen. Außer der Kurve A sind in dem Diagramm zwei Geraden B und C eingetragen, die für verschiedene Zündverzögerungswinkel die H5 mittlere Neigung der Kurve A angeben. Das Diagramm zeigt deutlich, daß der Neigungswinkel der Geraden C, also der Neigungswinkel bei Zündverzögerungswinkeln zwischen o° und etwa 15⁰, ganz beträchtlich kleiner ist ^la° als der Neigungswinkel der Geraden B, welche für größere Zündvcrzögerimgswinkel gilt. DerThis phenomenon is explained in more detail using the diagram shown in the figure: The ordinates in the diagram are the values E _{gm of the mean direct voltage output by a grid-controlled discharge vessel} on the secondary side, while the ignition magnification angles ψ are given as the abscissa. With full modulation of the discharge vessel, i.e. with an ignition delay angle of ψ = 0 °, the mean value of the direct voltage reaches the maximum value, which is designated by 100 0/0. As the ignition delay angle increases, the mean DC voltage decreases according to a curve that is roughly the shape of curve A. Depending on ^{whether there are} only inductive resistances or more or less large inductances in the load circuit, curve A intersects the zero line at different ignition delay angles. Assuming ^l # 5-inductive resistors is located, as indicated in the diagram, the point of intersection at a Zündverzögerungswinkel 90 ^0th As already mentioned, in the case of a multi-anode discharge vessel, this angle is to be calculated from an intersection of the voltage curves of two successive phases. In addition to curve A , two straight lines B and C are plotted in the diagram, which indicate the H5 mean inclination of curve A for different ignition delay angles. The diagram clearly shows that the angle of inclination of the straight line C, that is the inclination angle at Zündverzögerungswinkeln between o ° and about 15 ^0, is very considerably smaller ^la ° than the inclination angle of the straight line B, which is true for larger Zündvcrzögerimgswinkel. Of the

Schnittpunkt der beiden. Geraden B und C bzw. der Punkt, bei dem die Neigung der Kurve A bei Veränderung des Zündverzögerungswinfcels in eine andere Neigung übergeht, liegt bei etwa 15°. Berücksichtigt. man die vorstehend geschilderte Erscheinung, so wird deutlich, daß eine Reglerbewegung, die in dem Bereich zwischen o° und 15° Zündverzögerungswinkel eine Winkeländerung um einen bestimmten Betrag, beispielsweise i°, verursacht, eine wesentlich kleinere Änderung der mittleren Gleichspannung zur ,Folge hat als die gleiche Wirikeländerung in dem Bereich zwischen 15° und 90⁰ Verzögerungswinkel. Bildet man den Regler gemäß der Erfindung derart aus, daß das Entladungsgefäß nicht weiter ausgesteuert werden kann, als es leinem Zündverzögerungswinkel von mindestens 15⁰ entspricht, so erhält man eine Regelcharakteristik, die über den ganzen Bereich praktisch die gleiche Neigung !hat. Es wurde bereits erläutert, daß man dadurch gegenüber Regeleinrichtungen, die den ganzen Bereich des möglichen Zündverzögerungs winkeis benutzen, Vorteile erzielt, die bei empfindlichen Antrieben außerordentlich wichtig sind. Bei einem Papiermaschinenantrieb beispielsweise wird dadurch die Änderungsgeschwindigkeit des Regelvorganges. bei bestimmten Drehzahlabweichungen zwischen dem Teilmotor und der Leitgröße stets praktisch die gleiche bleiben.Intersection of the two. Straight lines B and C or the point at which the slope of curve A changes into another slope when the ignition delay angle changes, is around 15 °. Considered. if the phenomenon described above, it becomes clear that a controller movement which causes an angle change by a certain amount, for example i °, in the range between 0 ° and 15 ° ignition delay angle, results in a significantly smaller change in the mean DC voltage than the same Wirikel change in the range between 15 ° and 90 ⁰ delay angle. The invention according to one forms the regulator in such a manner that, the discharge vessel can not be further elaborated controls than corresponds leinem Zündverzögerungswinkel of at least 15 ^0, we obtain a regulating characteristic, which practically over the entire area has the same inclination?. It has already been explained that this gives advantages over control devices that use the entire range of possible ignition delay angles, which are extremely important for sensitive drives. In the case of a paper machine drive, for example, this increases the rate of change of the control process. in the case of certain speed deviations between the sub-motor and the reference variable always remain practically the same.

Durch die Begrenzung des Regelbereichs auf Zündverzögerungswinkel von mindestens 15" muß ein gewisser Nachteil insofern in Kauf genommen werden, als das Entladungsgefäß auch, bei dem größten Wert der Gleichspannung einen bestimmten Mindestbetrag an Blindleistung aus dem Wechselstromnetz entnehmen muß. Bei 15⁰ Zündverzögerungswinkel ist der Leisitungsfaktor der Anlage etwa 0,85. Dieser Nachteil wird jedoch durch die Vorteile, die für den Regelvorgang erzielt werden, weitgehend aufgewogen.By limiting the control range to an ignition delay angle of at least 15 ", a certain disadvantage must be accepted insofar as the discharge ^{vessel must draw} a certain minimum amount of reactive power from the AC network even at the highest value of the direct voltage. At 15 0 ignition delay angle is the power factor of the system about 0.85. However, this disadvantage is largely outweighed by the advantages that are achieved for the control process.

Claims

Claim:

Speed controllers for electric motors, which are fed via grid-controlled, in particular gas or steam-filled rectifiers which can be regulated by changing the ignition delay angle, and which are used to drive machines whose torque-speed characteristic requires an approximately constant inclination, characterized in that the control range of the controller is adapted to the torque-speed characteristic of the drive by blocking its ignition delay range between ^{0 ° and about 15 0.}

1 sheet of drawings