DE851223C

DE851223C - Arrangement for the automatic field weakening of motors fed with a constant voltage

Info

Publication number: DE851223C
Application number: DEP28056D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Weier
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1947-03-05
Filing date: 1948-12-30
Publication date: 1952-10-02
Also published as: CH253800A

Description

Anordnung für die automatische Feldschwächung von mit einer konstanten Spannung gespeisten Motoren Für den Antrieb elektrischer Fahrzeuge, Krane, Winden u. dgl. wird im allgemeinen der Serienmotor verwendet. Um höhere Drehzahlen bei einem gegebenen Drehmoment zu erreichen, wird die Serienerregerwicklung geshuntet oder mit Anzapfungen versehen. Bei hohem Shuntungsgrad und vielen Motoren bedingt aber diese Art der Feldschwächung einen bedeutenden Aufwand an Apparaten und Widerständen und hat auch wesentliche Verluste zur Folge. Ferner treten bei starker Shuntung große Überlastungen auf.Arrangement for the automatic field weakening of with a constant Voltage-fed motors For driving electric vehicles, cranes, winches and the like, the series engine is generally used. To higher speeds at To achieve a given torque, the series excitation winding is shunted or provided with taps. Conditional with a high degree of shunt and many motors but this type of field weakening requires a considerable amount of equipment and resistors and also results in substantial losses. It also occurs when there is severe shunt large overloads.

Die Wirkungsweise dieser bekannten Erregungsarten ist aus den in Fig. i dargestellten Kurven ersichtlich, wobei die Ordinate (Spannung, Drehzahl und Drehmoment) sowie die Abszisse (Strom) in Prozenten angegeben sind.The mode of action of these known types of excitation is shown in Fig. i can be seen, with the ordinate (voltage, speed and torque) and the abscissa (current) are given in percent.

Die Kurve i der Fig. i zeigt die Drehzahl und die Kurve :2 das Drehmoment in Funktion des Stromes für einen mit konstanter Spannung gespeisten reinen Serienmotor. Wenn die Serienwicklung geshuntet wird, ergibt sich ein Drehzahlverlauf nach Kurve 3, und das Drehmoment verläuft nach Kurve 4. Werden aber z. B. 6o % der Serienwicklung durch eine Nebenschlußwicklung ersetzt, so erhält man die Drehzahlkurve 5.The curve i of FIG. I shows the speed and the curve: 2 the torque as a function of the current for a pure series motor fed with constant voltage. If the series winding is shunted, the result is a speed curve according to the curve 3, and the torque follows curve 4. But z. B. 6o% of the series winding replaced by a shunt winding, the speed curve 5 is obtained.

Die Erfindung bezieht sich nunmehr auf eine automatische Feldschwächung von mit einer konstanten Spannung gespeisten Motoren, wobei gemäß der Erfindung die gewünschte Drehzahlregelung dadurch erreicht wird, daß der Motor außer mit einer Serienerregerwicklung noch mit einer Regulierwicklung versehen wird, die in Abhängigkeit vom Motorstrom selbsttätig derart geregelt wird,- daß bei abnehmendem Strom das Motorfeld geschwächt wird.The invention now relates to an automatic field weakening from motors fed with a constant voltage, where according to the invention, the desired speed control is achieved in that the motor apart from a series excitation winding, it is also provided with a regulating winding, which is automatically controlled depending on the motor current in such a way - that with decreasing Current the motor field is weakened.

Durch die Feldschwächung mittels einer Regulierwicklung gemäß der Erfindung ist es nunmehr ohne weiteres möglich, die Drehzahlregelung in gewünschter Weise vollständig selbsttätig zu gestalten, im Gegensatz zu den nichtautomatischen, bekannten Feldschwächungsanordnungen.By weakening the field by means of a regulating winding according to In accordance with the invention, it is now readily possible to adjust the speed control in a desired manner Way to make completely automatic, in contrast to the non-automatic, known field weakening arrangements.

In den Fig. 2 bis 5 sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Weise veranschaulicht.2-5 are some embodiments of the invention illustrated in a schematic manner.

In Fig. 2 bedeutet 20 einen Gleichstrommotor, der vom Netz 21 aus mit einer konstanten Spannung gespeist wird. Dieser Motor 2o ist mit einer Serienerregerwicklung 22 versehen und besitzt außerdem eine zusätzlich regelbare Erregerwicklung 23, die sogenannte Regulierwicklung. Diese Regulierwicklung 23 wird mittels eines Wälzsektorreglers z4 in Abhängigkeit vom Motorstrom geregelt und ist an den Mittelpunkt des Regelwiderstandes 25 angeschlossen, so daß in positivem und negativem Sinne geregelt werden kann. Der Reglerwiderstand 25 ist über einen einstellbaren Widerstand 26 parallel zum Motor 20 geschaltet, während 27 die Erregerwicklung des Reglers ist, die über den Shunt 28 vom Motorstrom gespeist wird. Durch den einstellbaren Widerstand 26 kann eine beliebig kleinere Spannung als die Klemmenspannung des Motors für den Regler abgegriffen werden. Dieser Reglerwiderstand kann auch direkt an den Motorklemmen oder an einer fremden Stromquelle liegen.In FIG. 2, 20 denotes a direct current motor which is supplied from the network 21 is fed with a constant voltage. This motor 2o has a series excitation winding 22 provided and also has an additionally controllable excitation winding 23, the so-called regulation winding. This regulating winding 23 is controlled by means of a rolling sector regulator z4 is regulated as a function of the motor current and is at the midpoint of the rheostat 25 connected, so that it can be regulated in a positive and negative sense. The regulator resistor 25 is parallel to the via an adjustable resistor 26 Motor 20 switched, while 27 is the excitation winding of the controller, which is via the Shunt 28 is fed by the motor current. The adjustable resistor 26 can any voltage lower than the terminal voltage of the motor for the controller be tapped. This controller resistor can also be connected directly to the motor terminals or an external power source.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Steigt der Strom über den Dauerstrom (too o/o), so befindet sich der Regler 24 in seiner Endlage, und zwar so, daß die Regulierwicklung 23 in ihrer Wirkung. die Serienerregerwicklung 22 unterstützt. Sobald jedoch der Motor 2o entlastet wird, sinkt der Strom in der Reglerwicklung a7 z. B. auf etwa So °/o, worauf der Regler 24 in Tätigkeit tritt und den Strom in der zusätzlichen Erregerwicklung 23 herabsetzt, wobei, sobald der Mittelpunkt des Reglerwiderstandes 25 überschritten wird, der Strom in der Wicklung 23 seine Richtung umkehrt. Dadurch ergibt sich bei hohen Strömen praktisch ein Drehzahlverlauf wie bei einem reinen Serienmotor, und erst bei kleinen Strömen wird die Drehzahl gemäß Kurve 8 selbsttätig geregelt.The mode of operation of this arrangement is as follows: If the current increases via the continuous current (too o / o), the controller 24 is in its end position, in such a way that the regulating winding 23 in its effect. the series excitation winding 22 supported. However, as soon as the motor 2o is relieved, the current in the decreases Regulator winding a7 z. B. to about So%, whereupon the controller 24 comes into action and the current in the additional field winding 23 decreases, wherein as soon as the Center of the regulator resistor 25 is exceeded, the current in the winding 23 reverses its direction. This practically results in a speed curve at high currents as with a pure series motor, and only with small currents does the speed increase automatically regulated according to curve 8.

In solchen Fällen, wo die Leistung der Regulierwicklung zu groß ist für den Regler, kann eine Anordnung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, zur Anwendung kommen. Hier wird zwischen der Regulierwicklung 23 des .Serienmotors 20 und dem Reglerwiderstand 3o eine Zwischenerreger- bzw. eine Reguliermaschine 31 gesvhaltet, die von einem Hilfsmotor 32 angetrieben wird. Dieser Motor 32 wird von einer konstanten Stromquelle 33 aus gespeist, und der Reglerwiderstand 30 liegt ebenfalls an dieser Stromquelle 33. Selbstverständlich könnte der Reglerwiderstand 30, ähnlich wie bei der Anordnung 'gemäß Fig. 2, auch an der Netzspannung 21 angeschlossen sein.In those cases where the performance of the regulation winding is too great for the controller, an arrangement as shown in FIG. 3 can be used come. Here is between the regulating winding 23 of the .Serienmotors 20 and the Controller resistor 3o an intermediate exciter or a regulating machine 31 included, which is driven by an auxiliary motor 32. This motor 32 is operated by a constant Current source 33 fed from, and the regulator resistor 30 is also applied to this Current source 33. Of course, the regulator resistor 30, similar to the arrangement 'according to FIG. 2, also be connected to the mains voltage 21.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird die Erregerwicklung 34 der Reguliermaschine 31 durch den Regler 24 in Abhängigkeit vom Hauptmotorstrom beeinflußt. Der Strom in der Erregerwicklung 34 wird infolge der Mittelanzapfung am Reglerw-iderstand 30 positiv und negativ geregelt. Durch den Zwischenerreger 31 wird der Strom in der Regulierwicklung 23 des Motors 20 ebenfalls entsprechend beeinflußt; d. h. bei hohen Motorströmen wirkt die Regulierwicklung 23 feldverstärkend, während bei kleinen Strömen der Strom in der Wicklung seine Richtung umkehrt und feldschwächend wirkt, so daß sich beispielsweise wieder ein Drehzahlverlauf gemäß Kurve 8 ergibt.In the arrangement according to FIG. 3, the excitation winding 34 of the regulating machine 31 is influenced by the controller 24 as a function of the main motor current. The current in the excitation winding 34 is regulated positively and negatively as a result of the center tap at the regulator resistor 30. Through the intermediate exciter 31, the current in the regulating winding 23 of the motor 20 is also influenced accordingly; ie with high motor currents the regulating winding 23 has a field-reinforcing effect, while with small currents the current in the winding reverses its direction and has a field-weakening effect, so that, for example, a speed curve according to curve 8 results again.

Der bei den zwei bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen für die automatische Feldschwächung verwendete Regler kann auch durch einen Zwischenerreger bzw. eine Reguliermaschine ersetzt werden, wie die Anordnung gemäß Fig.4 zeigt. Diese Reguliermaschine 41, die die zusätzliche Erregerwicklung 23 des Motors 20 speist, wird mit einem Hilfsmotor 42 starr gekuppelt und ist mit zwei. Erregerwicklungen 43 und 44 versehen. Die eine Erregerwicklung 43 wird über einen Widerstand 45 in Abhängigkeit des Hauptstromes erregt, während die andere Wicklung 44 eine konstante Gegenerregerwicklung ist, die an der Klemmenspannung des Motors 2o liegt. Diese Gegenerregerwicklung 44 kann natürlich ebensogut über einem Parallelwiderstand an der Netzspannung 21 liegen oder von irgendeiner anderen konstanten Spannungsquelle aus gespeist werden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung beruht darauf, daß die Erregerwicklung 43 nur so stark bemessen wird, daß bei hohen Strömen die Erregung dieser Wicklung 43 diejenige der Gegenerregerwicklung 44 überwiegt, so daß die Regulierwicklung 23 feldverstärkend wirkt. Bei abnehmendem Motorstrom dagegen nimmt die Wirkung der Erregerwicklung 43 ab, bis schließlich ein Punkt erreicht wird, wo die Gegenerregung durch die Wicklung 44 überwiegt, so daß der Strom in der Regulierwicklung 23 umkehrt. Es wird daher eine automatische Feldschwächung bei abnehmendem Motorstrom erreicht, die einen Drehzahlverlauf nach Kurve 9 zur Folge hat. Die Kurve 9 weicht von der Kurve 8 etwas ab, weil bei einer Regelung mit einer Reguliermaschine an Stelle eines Reglers die Regulierung keine Grenzstellungen besitzt, wie dies bei einem Wälzsektorregler der Fall ist.In the two embodiments already described for the Automatic field weakening controller used can also be through an intermediate exciter or a regulating machine can be replaced, as the arrangement according to FIG. 4 shows. This regulating machine 41, which has the additional field winding 23 of the motor 20 feeds, is rigidly coupled to an auxiliary motor 42 and is with two. Excitation windings 43 and 44 provided. The one excitation winding 43 is through a resistor 45 in Dependence of the main current excited, while the other winding 44 a constant Opposite excitation winding, which is at the terminal voltage of the motor 2o. These Counter excitation winding 44 can of course just as well be connected via a parallel resistor the mains voltage 21 or some other constant voltage source be fed from. The operation of this arrangement is based on the fact that the field winding 43 is only dimensioned so strong that at high currents the excitation of this winding 43 that of the opposing excitation winding 44 predominates, so that the regulating winding 23 has a field-reinforcing effect. When the motor current decreases, however, the effect of the Excitation winding 43 from until a point is finally reached where the counter-excitation predominates through the winding 44, so that the current in the regulating winding 23 reverses. An automatic field weakening is therefore achieved when the motor current decreases, which results in a speed curve according to curve 9. The curve 9 deviates from that Curve 8 is a little down, because with a regulation with a regulating machine instead of a Controller, the regulation has no limit positions, as is the case with a rolling sector controller the case is.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit dargestellt, die sich von derjenigen nach Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß die Reguliermaschine 41 für die Regelung der zusätzlichen Erregerwicklung 23 des Motors 2o in Serie mit einer konstanten Hilfsnetzspannung 46 arbeitet. In diesem Fall ist die Reguliermaschine 41 nur mit einer einzigen Erregerwicklung 43 versehen, die in Abhängigkeit vom Motorstrom erregt wird. Bei hohem Motor- strom ist die Reguliermaschine 41 stark erregt und gibt eine höhere Spannung als die Hilfsnetzspan- nung 46. Die Regulierwicklung 23 ist dabei so ge- schaltet, daß die Serienwicklung22 desTriebmotors 2o von dieser ersteren unterstützt wird. Nimmt aber der Motorstrom ab, so nimmt die Spannung der lZegulierniascliine 41 auch ab, und der Strom in der Wicklung 23 wird wieder kleiner, um schließ- lich timzukeliren tind feldschwächend zu ivirkeit. Auf diese `'eise ergibt sich wieder ein Drehzahl- verlauf gemäß Kurve g. Falls es erwiiiisclit ist, mit den Anordnungen nach Fig. 4 und 5 einen Drehzahlverlauf gemäß Kurve S statt Kurve 9 zu bekommen, so kann dies erreicht werden, wenn die Erregerwicklung 43 der Reguliermaschine 41 durch einen Regler gesteuer: wird, und zwar in Abhängigkeit vom Motorstrom. Alle die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind sehr vorteilhaft, wenn mehrere Motoren parallel arbeiten niiissen, cla mit einem Regler die Leisttnig sämtlicher 1Zegtilierivicklutigen bewältigt werden kann. Dahei können die Regulierwicklungen in Reihe oder parallel geschaltet sein. Ferner kann die T)relizalili-e-,elung jeweils so eingerichtet werden, daß die Regulierwicklung zu einem beliebigen Zeit- punkt wirksam wird bzw. die Feldschwächung bei Erreichung eines beliebigen Motorstromes einge- leitet wird. Die Regulier-,vicklung wird auf einen oder mehrere Pole verteilt, wobei diese Pole entweder nur die Regulierwicklung allein oder gleichzeitig auch die Serienerregerwicklung des Motors tragen. Beispielsweise ist es möglich, bei einer vierpoligen Maschine auf eifitem der Pole die Regulierwicklung anzubringen, während die. Serienwicklung auf die anderen drei Pole verteilt wird. FIG. 5 shows a further possible embodiment which differs from that according to FIG. 4 in that the regulating machine 41 operates in series with a constant auxiliary network voltage 46 for regulating the additional field winding 23 of the motor 2o. In this case, the regulating machine 41 is only provided with a single excitation winding 43, which is excited as a function of the motor current. With high engine current, the regulating machine 41 is strongly excited and gives a higher voltage than the auxiliary mains voltage tion 46. The regulating winding 23 is switches that the series winding 22 of the drive motor 2o is supported by the former. Takes but the motor current decreases, so the voltage decreases the lZegulierniascliine 41 also decreases, and the current in the winding 23 becomes smaller again, in order to lich timzukeliren tind field-weakening to ivirkeit. In this way there is again a speed course according to curve g. If so, with the arrangements 4 and 5 show a speed curve according to Getting curve S instead of curve 9 can do so can be achieved when the excitation winding 43 of the Regulating machine 41 controlled by a regulator: depending on the motor current. All of the embodiments described are very advantageous if several motors in parallel work niiissen, cla with a regulator the efficient all 1Zegtilierivicklutigen be mastered can. Dahei can be the regulating windings in Be connected in series or in parallel. Furthermore, the T) relizalili-e-, elung are each set up in such a way that that the regulation winding at any time point becomes effective or the field weakening at Any motor current can be achieved is directed. The regulation, winding is on an or multiple poles distributed, these poles being either only the regulation winding alone or at the same time also carry the series excitation winding of the motor. For example, it is possible with a four-pole Machine on one of the poles the regulating winding to be attached while the. Series winding on the other three poles is distributed.

Claims

PATENT AN -, Pr, i; citL: i. Arrangement for the automatic field weakening of electric motors fed with a constant voltage, characterized in that the motor, in addition to a series exciter # winding, is also provided with a regulating winding, the latter being automatically regulated depending on the motor current in such a way that when the current decreases Motor field is weakened.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the automatic regulation of the regulating winding in potentiometer circuit directly by a motor current depending on the Xlotor current responsive controller takes place.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that that the controller resistance is at the motor terminals.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the regulator resistor at a parallel to the motor terminals lying adjustable resistor is connected.

5. Arrangement according to claim 2, characterized in that the regulator resistor is connected to an external power source connected.

6. Arrangement according to claim i, characterized in that the automatic regulation of the regulating winding indirectly via a current-dependent Regulator takes place, which the excitation of a regulating machine feeding the regulating winding controls.

Arrangement according to Claim 6, characterized in that the field winding The regulating machine is regulated by the regulator in a positive and negative sense will. B.

Arrangement according to Claim 6, characterized in that the regulator resistor at a constant power source feeding the drive motor of the regulating machine connected. cg.

Arrangement according to claim i, characterized in that the Controller resistor is connected to the terminal voltage of the main motor. ok

arrangement according to claim i, characterized in that the automatic regulation of the regulating winding takes place directly via a regulating machine feeding this winding, the excitation of which takes place is influenced by the current of the main motor. i i.

Arrangement according to claim i o, characterized in that the regulating machine has two excitation windings, one of which is traversed by the main current, while the other is constantly excited is, and these two windings are dimensioned and connected against each other that with decreasing motor current the excitation of the regulating machine decreases and finally reverses.

12. The arrangement according to claim i i, characterized in that the constant energized winding is fed from the same network to which the main motor is connected is.

13. The arrangement according to claim ii, characterized in that the constant excited Winding is connected to a constant auxiliary voltage.

14. Arrangement according to Claim i, characterized in that the automatic regulation of the regulating winding takes place directly via a regulating machine feeding this winding, which in Series with a constant auxiliary mains voltage and with a delivery excitation winding is provided, which is excited by the current of the main motor.

15. Arrangement according to claim 14, characterized in that the regulating machine is driven by an auxiliary motor which is fed by the same auxiliary mains voltage with which the regulating machine is connected in series.

16. Arrangement according to claim io, characterized in that that the variable excited excitation winding of the regulating machine by means of a Regulator is regulated depending on the main current.

17. Arrangement according to claim 14, characterized in that the excitation winding of the regulating machine is regulated by means of a controller depending on the main current.

18. Arrangement according to claim i, characterized in that the regulating winding is at least a pole is arranged. i9. Arrangement according to claim i, characterized in that that at least one pole of the motor is only provided with a regulating winding is. 2o. Arrangement according to claim i, characterized in that the regulating winding can be switched on or off at any time.