DE763916C

DE763916C - Device for speed control of low-power induction motors

Info

Publication number: DE763916C
Application number: DEA85833D
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl-Ing Possner
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-02-15
Filing date: 1938-02-15
Publication date: 1953-05-04

Description

Einrichtung zur Drehzahlregelung von Induktionsmotoren kleiner Leistung Die stetige Regelung der Drehzahl einer Induktionsmaschine erfolgt grundsätzlich stets, in; der Weise, daß dem Läufer der Maschine zur Drehzahlerhöhung Schlupfenergie zggefüh,rt, zur Drehz-ahl-ernied:ri.gung solche entzogen wird. Soll die Dreheahlregelung wirtschaftlich, d. h. ohne wesentliche Verluste geschehen, so. muß die dem Läufer entzogene Schlupfenergie nutzbar gemacht werden,also. entweder elektrisch ,ins Netz zu.r ückgegeben oder zus ätzl i ch in. mechaini sehe Energ ie umgewandelt werden. Beide Möglichkeiten werden, in zahlreichen Variationen ausgeführt. So wird beispielsweise bei der ständergespeisten Drehstrom-Kommuta.tor-Nebenschlu.ß.masch.ine die Schlupfenergie bei untersynchroner Regelung dem Läufer über dien Ko.mmubator entzogen und! ins Netz zurückgegeben. Diese Regelmethode ,hat zur Folge, daß unter der Voraussetzung konstanten Drehmomentes. über den ganzen Regelbereich der Ständer- und der Läuferstrom ebenfalls konstant sind und! .damit auch die St.romwärmeverluste. Da .die abgegebene Leistung proportional. mit der Drehzahl sinkt, wird so- -mit der Wirkungsgrad: dieser Maschine bei untersynchroner Drehzahl mit sinkender Drehzahl immer schlechter. Die Umwandlung der Schlupfleistung in zusätzlicli,e meelianische Energie wird beispielsweise beim sogenannten Isrämersutz durchgeführt, und zwar in der «'eise, daß die dem Läufer der zu regelnden Induktionsmaschine etitzog:ne Schlupfleistun- mittels eines Einanl,#c: timform2rs in Gleichstromenergie umgeformt und einer mit der Induktionsmaschine gekuppelten Gleichstrommaschine zugeführt wird, die si,e in zusätzliche mechanische Energie um-,vandelt. Die Ständer- und Läuferströme und damit die Stromwärmeverlust,e sinken bei einer derartigen Anordnung. wieder unter Voraussetzung konstanten Drehmomentes, annähernd proportional mit der Drehzahl ah, d. h. der Wirkungsgrad ist ü fier den ganzen Regelbereich fast konstant. Die Verwendung der Isrämerl;asl;ade ist wegen dies erheh.lichen Aufwandes an Hilfsmaschinen auf große Einheiten bescliränl;t. Das gleiche gilt, wenn, wie neuerdings vorgeschlagen, der Einanl;.erumformer durch eir.°n Quecksiltierdampfgleichrichter ersetzt wir=d.Device for speed control of low-power induction motors The constant regulation of the speed of an induction machine takes place in principle always, in; the way that the rotor of the machine to increase the speed of slip energy zggefüh, rt, for speed reduction: ri.gung such is withdrawn. Should the rotation control economical, d. H. happened without significant losses, so. must be the runner withdrawn slip energy can be made usable, so. either electrically, into the network given back or additionally converted into mechaini see energy. Both possibilities are carried out in numerous variations. For example the slip energy for the stator-fed three-phase commutator gate shunt machine with subsynchronous control withdrawn from the rotor via the co.mmubator and! into the Net returned. This control method has the consequence that provided that constant torque. over the entire control range of the stator and rotor current are also constant and! .with it also the electricity heat losses. Since .the submitted Power proportional. decreases with the speed, the efficiency becomes: this Machine at subsynchronous speed with decreasing speed always worse. the conversion the hatching performance in additional, emelianic energy is carried out, for example, in the so-called Isrämersutz, in the «'ice, that the rotor of the induction machine to be controlled was dragging: ne slip power by means of an Einanl, # c: timform2rs converted into direct current energy and one with the induction machine coupled DC machine is supplied, the si, e converted into additional mechanical energy. The stator and rotor currents and so that the electricity heat loss, e decrease with such an arrangement. again under Requirement of constant torque, approximately proportional to the speed ah, d. H. the efficiency is almost constant over the entire control range. The usage the Isrämerl; asl; ade is up because of this considerable expenditure on auxiliary machines large units covered. The same applies if, as recently suggested, The single-air converter is replaced by a mercury steam rectifier.

Weiterhin ist auch bereits ,eine Einrichtung zur Drehzahlregelung von Induktionsmotoren bekannt, bei der die Schlupferergie der Asenchronmaschine einer mit dvr Assnchronmaschine mechanisch gekuppelten Gleichstrommaschine zugeführt wird und zur Gleichrichtung der Schlupfenergie Gleichrichter versendet ;z-erden. Diese bekannte Ein.rirhtung weist aler den Nachteil auf, daß durch die erwendung von Queeksilherdampf- oder andern Gl-eicliricliter.efälen die :tlotorl;asl;ad.-als Kaskade nicht anlaßhar ist. d. h. die Vordermaschine muß .erst als normaler AsvnelironmGtor anz.elassen und dann auf die Gleichrichter :escilaltet weiden.Furthermore, a device for speed control is also already available known from induction motors, in which the slip energy of the Asenchron machine a direct current machine mechanically coupled with dvr synchronous machine is sent and rectifier to rectify the slip energy; z-earth. This known Ein.rirhtung aler has the disadvantage that by using from Queeksilherdampf- or other Gl-eicliricliter. fall the: tlotorl; asl; ad.-als Cascade is not an occasion. d. H. the front machine must. first as a normal AsvnelironmGtor and then on the rectifier: escilalt graze.

plan hat ferner auch schon die fremd--erregte Wicklung d.=r Gleichstrommaschine j über einen Gl-°ichricliter gespeist. Hierbei wurde aber eine sehr verwickelte Phasenversehiebungseinrichtun Lerützt. die die Verwendung dieser be1cannten Anordnung zur Drehzahlregelung von Induktionsmotoren kleinerer Leistung ausschließt.plan also already has the externally excited winding of the DC machine j fed over a liter of glass. But this became a very complicated one Phase shifting device used. the use of this well-known arrangement for speed control of induction motors with lower power.

Die Erfindung vermeidet sämtliche 1achteile der varstel:enderwähnten bekannten Einrichtungen bei einer Einrichtung zur Drehzahlregelung von Indulztionsmotor-en kleiner Leistung. hei der die Schlupfen; rgie der Asvrclironmascliine einer mit der Asvnchro.nmasehinemec?lanisch QehuppeltenGleichstrommaschine zu-°führt wird, dadurch. daß zur Gleichrichtung d,°r Schlupfleistung@ Trokke-ngleichrichter,beispielsweiseSelen. Trockengi;ichriclit,r. dienen und der Erregergleichrichter für die fremderregte Wicklung der Gleichstrommaschine über einen Induktionsregl:erandasDrehstromnetz_ angeschlossen ist.The invention avoids all of the disadvantages of the varstel: end-mentioned known devices in a device for speed control of induction motors small performance. called the slips; rgie of Asvrclironmascliine one with the Asvnchro.nmasehinemec? lanic Qhuppelten direct current machine is supplied, through this. that for rectification d, ° r slip power @ Trokke-nrectifier, for example selenium. Trockengi; ichriclit, r. serve and the exciter rectifier for the externally excited Winding of the DC machine via an induction regulator: erandasDrehstromnetz_ connected.

Gegenüber den bekannten Einrichtungen ..Compared to the well-known facilities ..

weist die erfindun@-nemaße Eh irichtunb d.n Vorteil auf, daß sie einfach und 1>illi ist und i trotzdem eine stetige Regelung' gestattet. i I-eri"er ist die erfindungsgemäße Einrichtung ü@fol-ge der Verwendung von besonde:e 1lal.l-I nriliinen für de Inbetriebsetzung nicht 2r-4 fordernden @roch°ngleichrichtern als Kaskade ar-laßhar. Die Hintermaschine liegt auch I;-in, Anlassen bereits über d:e Trocl;.agleichricht:r an den Schleifringen der Vor,I:rniaschine. Damit erhält man ein l:ol:es Anlatimoment, da sich zu dem -Moment der lndulctionsinaSch.ine noch das hol:@e Aiizu-Sinnm.ent der Gleichstromhintermaschine addiert. Durch diese Eigenart der @rochen@leichricht.erhaskade ist die erfindun@saemäl:,e Einri;htunQ auch für Einphasenvordermotoren ver«-endliär. Im übri,-.en hat die @"er«-endun,Q von Trocken-g1,eichrichtern an Stelle von anderen GIeiclirichterglfäßen noch folgende Vorteile: Trockengleichrichter besitzeneine hohe Stromüberlastharkeit, eitle hohe mechanische Festi-keit und einen guten Wirkuti@-,rad, also einen Geringen Innenwiderstand. Der geringe Platzbedarf der Trockengleichrichter ermöglicht ferner einen organischen 7_usainin.enbau des ganzen :@ggr-egate=.The inventive measure Eh irichtunb has the advantage that it is simple and 1> illi and still allows continuous regulation. The device according to the invention is based on the use of special: e 1lal.lI nriliinen for the commissioning not 2r-4 demanding rectifiers as a cascade ar-lasshar. The rear machine is also I; - in, starting already over the trocl; .a rectification: r on the slip rings of the front, I: rni machine. This gives a l: ol: es Anlatimoment, since at the moment of the indulctionsinaSch.ine the hol: @ e Aiizu-Sinnm.ent of the DC rear engine added. Due to this peculiarity of the @rochen @ leichricht.erhaskade, the invention is also limited to single-phase front engines «-Endun, Q from dry-g1, rectifiers instead of other rectifiers have the following advantages: Dry rectifiers have a high current overload capacity, vain mechanical strength and good effectiveness, i.e. low internal resistance. The small space requirement of the dry rectifier also enables an organic 7_usainin.enbau of the whole: @ ggr-egate =.

Die Erfindung ist in- den. Al)b. r. 2, 2a, 3, d. und 3 in mehreren Ausfülirungsl:eispielen veranschaulicht.The invention is Indian. Al) b. r. 2, 2a, 3, d. and 3 in several Implementation examples illustrated.

Dein zu regelnden Indtihtionsmotor UM wird über seine Läuferschleifringe Schlupfleistun#entzogen, die nach Gleichrichtung in den TrocI@engleichrichtern TGI der mit der VordermaschineVJI @@eku pp.e@tenGleichstrommaschine G_11 zug°führt und dort zusätzlich in mechanische Energie umgeformt wird. Die Drehzahlregelung des Aggregates erfolgt durch Änderung der Erregung der Gleielistrommaschine. Die Erregerwicklung wird nun zweckmäßig nicht, #,vie das 1;-°i dein normalen hrärnersatz mit Einanl,#ertimfornier erforderlich- und -hier natürlich gleichfalls möglich ist, mit an den Läuferkreis angeschlossen, sondern wird über einen kleinen Erregergleichrichter EGI direkt vom Netz gespeist. Das hat zunächst den Vorteil, daß die Größe der Erregung nicht mehr von der Drehzahl l@zw. der Läuferspannung abhängig ist. Dadurch ist eine für viele Fälle günstigere Regelcharakteristik zu erzielen.. Weiterhin läl3t sich hei Fremdspeisung di,e Erre1-erwiclclun- für höhere Spannung-, also. kleinere Ströme auslegen. Damit ergibt sich bereits eine sehr feinstufige Regelung hei Verwendung eines @rre@erwid'erstandes. der als dünnd.rä.litier Schiebewiderstand ausgeführt «-erden kann, während größere Ströme stets Stufenwiderstände erforderlich machen. Eine vollkommen stetige Dreliza.hIregelunz, wie sie in vielen Fällen, beispielsweise beim Antrieb von Spinnmas. chinen, erforderlich ist, wird, nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, d'aß der Erregergleichrichter EGL über einen kleinen Induktionsregler IR an das, Drehstromnetz an,-geschlossen ist. Mit dem Induktionsregler JR kann die Erregerspannung und .damit der Erreger strom vollkommen stetig verändert werden. Mit Hilfe dieses Induktionsreglers, der an beliebiger Stelle, entfernt von der Maschine angebracht werden kann, fäßt sich im übrigen der zu regelnde Motor auch sehr einfach fernsteuern, während beispielsweise bei den Dre.hstrom-Kommutator-Nebenschlußmoto-ren für den gleichen Zweck ein. besonderer Verstellmator mit der entsprechenden Steueranlage erforderlich ist.Your induction motor UM to be controlled is withdrawn from slip power via its rotor slip rings, which after rectification in the TrocI @ g rectifiers TGI leads to the front machine VJI @@ eku pp.e@ten direct current machine G_11 and is also converted into mechanical energy there. The speed control of the unit takes place by changing the excitation of the track current machine. The excitation winding is now expediently not connected to the rotor circuit, like the 1; - ° i your normal hearing aid set with single input, # terminating required - and here, of course, is also possible, but is directly connected to the mains via a small exciter rectifier EGI fed. This initially has the advantage that the size of the excitation no longer depends on the speed l @ zw. depends on the rotor voltage. In this way, a control characteristic that is more favorable for many cases can be achieved. Furthermore, with external supply di, e attainment can be achieved for higher voltage, ie. interpret smaller currents. This already results in a very fine-grained control using a @ rre @ response. which can be designed as a thin, narrowly lit sliding resistor, while larger currents always require step resistors. A completely constant dreliza.hIregelunz, as it is in many cases, for example when driving spinnmas. chinen, is required, is now achieved according to the invention by the fact that the exciter rectifier EGL is connected to the three-phase network via a small induction regulator IR. With the induction regulator JR the excitation voltage and thus the excitation current can be changed completely continuously. With the help of this induction controller, which can be attached at any point away from the machine, the motor to be controlled can also be controlled very easily remotely, while for example with the three-phase commutator shunt motors for the same purpose. special Verstellmator with the appropriate control system is required.

Wird die Gleichs,tr.ommasch,ine außerdem mit einer Compoundwi,cklunig versehen, die, wie Abb. a und :2a schematisch zeigen, feldverstärkend oder feldschwächend; wirken. kann, so- können. andere mehr oder weniger stark von der normalen Nebenschlußc:ha,rakteristi.k abweichende Drehmoment-Dreh@zah,l-Kennlinien des Aggregates erhalten und die Kaskade damit weitgehend deni jeweiligen Betrieb-sbedingu.ngen anb paßt werden.Is the Gleichs, tr.ommasch, ine also with a Compoundwi, cklunig provided, which, as Fig. a and: 2a show schematically, field-reinforcing or field-weakening; works. can, so can. others more or less strongly from the normal shuntc: ha, rakteristi.k deviating torque-speed, I-characteristics of the unit are preserved and the cascade so that the respective operating conditions can largely be adapted.

Das Anlauf mnoment des Kaskadenmo-bo,rs, ist bei bleichem Anlaufstrom wesentlich .größer als das, einer entsprechenden Drehstr:om-Kommutato,r-Nebens,chluß.m.aschi:ne, da sich in dem Anlaufmomenit der Vordermaschine das Anlaufmoment der, Gl@eichs@tromh.inber maschine addiert. Durch. feldstärkende Compoundierung ist letzteres noch weiter zu steigern, was für viele Verwendungszwecke, beispielsweise Krane und Aufzüge, sehr erwünscht ist.The starting moment of the cascade mo-bo, rs, is with pale starting current much larger than that, a corresponding three-phase current: om-commutato, r-secondary, chluß.m.aschi: ne, since the starting torque of the, Gl @ eichs @ tromh.inber machine added. By. field-strengthening compounding is the latter even further to increase what is used for many purposes, such as cranes and elevators, is very welcome.

Beim Einschalten des Kaskadenmo-tors im Still.s.tand ist die Gleichstrommaschine noch nicht imstande, eine Gegen@-EMK zu entawickeln. Der Einschaltstrom würde in diesem Falle also nur durch die inneren Widerstände der beiden Maschinen begrenzt. Damit er keinen unzulässig hohen Wert annimmt, ist es, deshalb zweckmäßig, in den Läuferkreis einen Anlaßwiderstand RA zu schalten, der nach erfolgtem Anlauf, d. h. nach Erreichen. einer gewissen Drehzahl, überbrückt werden kann, wie es beispielsweise Abb, 3 zeigt. Durch Einschaltung des Anlaßwiderstandes, der wegen der außerordentlich kurzen, Einschaltzeit sehr kleine Abmessungen: erhalten. kann, wird im allgemeinen dasi Anlaßmomen:t des Maschinensatzes: sogar vergrößert; da das Anlaßmoment des. Vordermotors- dadurch wesentlich zunimmt, während das Moment der Gleichstrommaschine nicht im gleichen Maße kleiner wird.When the cascade motor is switched on, the DC machine is in standstill not yet able to develop a Gegen @ -EMK. The inrush current would be in in this case only limited by the internal resistance of the two machines. So that it does not assume an inadmissibly high value, it is therefore advisable to use the Rotor circuit to switch a starting resistor RA, which after a successful start, d. H. after reaching. a certain speed, can be bypassed, for example Fig, 3 shows. By switching on the starting resistor, which is because of the extraordinary short, on-time very small dimensions: preserved. can, will in general the occasions: t of the machine set: even enlarged; since the starting moment of the. Front engine- this increases significantly while the moment of the DC machine does not get smaller to the same extent.

Statt des Widerstandes im Gleichstromkreis können auch, wie die Abb. 4 zeigt, drei Widerstände in den Dreh.strormkreis geschaltet werden, deren Kosten unerheblich sind, weil die Widerstände aus dem erwähnten Grunde sehr hoch beansprucht werden können. Dadurch wird die größte an den Trockengleichrichtern auftretende Spannung, für die sie ausgelegt werden müssen, herabgesetzt. Die Zahl der in, Reihe zu schaltenden Zellen wird, somit verringert, also erstens der Trockengleichrichter verbilligt und zweitens der Wirkungsgrad im normalen Betriebe verbessert, wo die: Spannung meist klein und ein möglichst kleiner innerer Sp.annungsahfall im Gleichrichter sehr erwünscht ist.Instead of the resistance in the direct current circuit, as shown in Fig. 4 shows three resistors connected in the three-phase circuit, their costs are insignificant because the resistances are very high for the reason mentioned can be. This is the largest occurring at the dry rectifiers Voltage for which they must be designed, reduced. The number of in, series The cells to be switched are thus reduced, i.e. firstly the dry rectifier cheaper and, secondly, the efficiency in normal operations is improved, where the: The voltage is usually small and the internal voltage drop in the rectifier is as small as possible is very welcome.

Das, Kurzschließen der Anlaßwiderstände kann durch Federkupplung des Kurzschlußschalters mit dem Einschalter erzwungen werden, wie es beispielsweise Abh. 5 zeigt. Beim Einschalten wird der Kurzschlußschalter geöffnet und nach dem Loslassen des, Schaltergriffes durch Federkraft zwangsweise wieder geschlossen.. Das Auslösen des Netzschalters erfolgt durch Federkraft nach Entfernen der Rast.The short-circuiting of the starting resistors can be achieved by the spring coupling of the Short circuit switch to be forced with the on switch, as it is for example Dep. 5 shows. When switching on the short circuit switch is opened and after Letting go of the switch handle forcibly closed again by spring force. The power switch is triggered by spring force after the detent has been removed.

Die Regelkaskade ist, wie bereits erwähnt, nicht auf Drehstrom beschränkt, sondern. kann auch für Einpbasenwechselstrom gebaut werden. Man erhält damit einen Einp.h!asenin:duktibns.moto.r, der mit dem Anlaufmoment der Gleichstrommaschine anläuft und dessen Drehzahl wirtschaftlich und stetig in weiten. Grenzen regelbar ist. Auch hierfür ergeben sieb- zahlreiche Anwend'ungsmöglichk eiten.As already mentioned, the control cascade is not limited to three-phase current, but. can also be built for single-phase alternating current. You get one with it Einp.h! Asenin: duktibns.moto.r, the one with the starting torque of the DC machine starts up and its speed economically and steadily over a wide area. Adjustable limits is. There are also numerous possible uses for this.

Claims

PATENT CLAIM: Device for regulating the speed of induction motors with low power, in which the slip energy: the asynchronous: mas, chine is fed to a gleic.h.stromrnas.chine mechanically coupled to the asynchronous, as, chine, characterized in that for rectification dry rectifiers, for example selenium dry rectifiers, are used for the slip power. and the exciter rectifier for the separately excited winding of the DC machine is connected to the three-phase network via an induction controller. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following printed documents were considered in the grant procedure: French patent specification No. 643 034; U.S. Patent No. 2,066,5o8.