DE865019C

DE865019C - Arrangement for expanding the speed control range of centrifugal contact-controlled electric motors

Info

Publication number: DE865019C
Application number: DEL4602D
Authority: DE
Inventors: Otto Peters
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1944-09-29
Filing date: 1944-09-29
Publication date: 1953-02-16

Description

Anordnung zur Drehzahlregelbereichserweiterung fliehkraftkontaktgesteuerter elektrischer Motoren Es ist bekannt, daß die Drehzahl von Elektromotoren durch Fliehkraftkontaktregler konstant gehalten werden kann. Ein solcher Regler steht in mittelbarer oder unmittelbarer mechanischer Verbindung mit der welle des zu regelnden Motors. Es ist üblich, Regler mit Arbeitsstromkontakt zu verwenden, der in Reihe mit der Nebenschlußerregerwicldung geschaltet arbeitet, und es werden Regler mit Ruhestromkontakt verwendet, der in Reihe mit dem Ankerkreis bzw. Hauptstromkreis geschaltet ist.Arrangement for expanding the speed control range of centrifugal contact-controlled electric motors It is known that the speed of electric motors is controlled by centrifugal contact regulators can be kept constant. Such a regulator is indirect or direct mechanical connection with the shaft of the motor to be controlled. It is common to use regulators to be used with operating current contact, which is in series with the shunt exciter winding switched, and regulators with closed-circuit contacts are used, which are in Series is connected to the armature circuit or main circuit.

In vorliegendem Falle ist vorzugsweise der in Reihe mit der Nebenschlußwicklung arbeitende Regler mit Arbeitsstromkontakt zur Anwendung des Erfindungsgedankens herangezogen worden. Der Fliehkraftkontaktregler mit Arbeitsstromkontakt funktioniert bekanntlich derart, daß er den i\Tebenschlußerregerstrom des zu regelnden Motors steuert, dadurch, daß der Abstand des regelnden Kontaktes bzw. des Kontaktpaares so eingestellt wird, daß es in Rotation bei der konstant gewünschten Drehzahl zu berühren beginnt, wodurch der Regelvorgang eingeleitet wird. Der Regelvorgang besteht darin, daß das Kontaktpaar in vielen mehr oder weniger langen Intervallen pro Umdrehung schließt und öffnet und damit den zur Gleichschaltung - der Drehzahl für den jeweiligen Spannungsbelastungszustand des Motors erforderlichen Wert des Erregerstromes einstellt.In the present case, the one in series with the shunt winding is preferred working regulator with operating current contact for the application of the inventive concept been used. The centrifugal contact regulator with operating current contact works as is known, in such a way that it generates the secondary excitation current of the motor to be controlled controls, in that the distance between the regulating contact or the contact pair is set so that it rotates at the constant desired speed touching begins, which initiates the control process. The control process exists in that the contact pair in many more or less long intervals per revolution closes and opens and thus the to Synchronization - the speed value of the required for the respective voltage load condition of the motor Excitation current.

Wenn der Motor ohne den Drehzahlregler betrieben wird, dann läuft er im unbelasteten Zustand und bei der betriebsmäßig möglichen höchsten Spannung .mit der höchsten Drehzahl. Um zu erreichen, daß der Motor in diesem Betriebszustand mit der gewünschten Drehzahl arbeitet, muß der Nebenschlußerregerstrom verstärkt werden. Das wird bei arbeitendem Drehzahlfliehkraftkontaktregler durch lange Schließungsintervalle des regelnden Kontaktpaares herbeigeführt, so lange, bis letzten Endes bei unbelastetem Motor und bei zu hoher angelegter Spannung der Kontakt dauernd schließt. Das heißt, der Regler arbeitet dann nicht mehr, die Drehzahl steigt über- den Regelnennwert an, die obere Grenze des sog. Drehzahlregelbereiches bei unbelastetem .Motor wird überschritten. Der entgegengesetzte Fall, bei Betrieb des Motors ohne den Drehzahlregler, tritt bei höchster Belastung und bei niedrigster _ betriebsmäßig möglicher Spannung ein. Dabei fällt die Drehzahl auf einen Niedrigstwert ab. Um zu erreichen, daß der 4Motor in diesem Betriebszustand mit der gewünschten Drehzahl arbeitet, muß der Nebenschlußerregerstrom geschwächt werden, was bei arbeitendem Drehzahlregler durch kurze Schließungs- bzw. lange Öffnungsintervalle des regelnden Kontaktpaares herbeigeführt wird, bis letzten Endes bei zu hoher Belastung des Motors oder zu niedriger angelegter Spannung das regelnde Kontaktpaar nicht mehr zur Berührung kommt, nicht mehr regelt und die Drehzahl unter den Regelnennwert abfällt. Damit ist dann die untere Grenze des Drehzahlregelbereiches bei belastetem Motor unterschritten.If the engine is operated without the speed controller, then it will run it in the unloaded state and at the highest possible operational voltage .with the highest speed. To achieve that the engine is in this operating condition works at the desired speed, the shunt excitation current must be increased will. This is made possible by long closing intervals when the centrifugal contact governor is working of the regulating contact pair brought about, until the end with unloaded Motor and, if the applied voltage is too high, the contact closes continuously. This means, the controller then no longer works, the speed rises above the nominal control value on, the upper limit of the so-called speed control range with an unloaded engine exceeded. The opposite case, when the engine is operated without the speed controller, occurs at the highest load and at the lowest possible operational voltage a. The speed drops to a minimum value. To achieve that 4Motor works at the desired speed in this operating state, the Shunt excitation current are weakened, which occurs when the speed controller is working brought about short closing or long opening intervals of the regulating contact pair is applied until the end if the load on the motor is too high or too low Voltage the regulating contact pair no longer comes into contact, no longer regulates and the speed drops below the control rating. This is the lower limit falls below the speed control range with a loaded motor.

Bekanntlich hat nicht nur ein Hauptschlußmotor, sondern auch ein Nebenschlußmotor bei jeder Belastung einen anderen Drehzahlspannungsverlauf, d. h. im Leerlauf anders als bei Nennlast usw., so daß bei gleicher angelegter Spannung für jeden Belastungszustand ein anderer Erregerstrom zur Herbeiführung gleichbleibender. Drehzahl erforderlich ist. @' Diese Tatsache führt zu dem Ergebnis, daß die Drehzahlregelbereiche, das ist der Zustand des Konstanthaltens . der Drehzahl durch den Fliehkraftkontaktregler innerhalb eines begrenzten Bereiches der angelegten Spannung, bei Leerlauf und bei Belastung nicht deckungsgleich, sondern gegeneinander verschoben -sind und im Extremfall, zwischen vollkommenem Leerlauf und höchster Belastung, nur zum Teil überlappen. Das bedeutet, daß bei relativ großen, betriebsmäßig möglichen Änderungen der angelegten Spannung der überlappende Teil der Drehzahlregelbereiehe zwischen Leerlauf und Vollast zu klein ist, so daß einerseits der unbelastete Motor an der oberen Grenze des Bereiches der verfügbaren Spannung aus dem Dreh-_zahlregelbereich heraus und zu schnell läuft und daß andererseits der belastete Motor an der unteren Grenze des Bereiches der verfügbaren Spannung aus dem Drehzahlregelbereich heraus und zu langsam läuft.It is known that not only has a main-wound motor, but also a shunt-wound motor a different speed-voltage curve for each load, d. H. different at idle than at nominal load, etc., so that with the same applied voltage for each load condition another excitation current to bring about more constant. Speed required is. @ 'This fact leads to the result that the speed control ranges, the is the state of being kept constant. the speed through the centrifugal contact controller within a limited range of the applied voltage, at no load and at Loads are not congruent, but shifted against each other - and in extreme cases, between complete idle and maximum load, only partially overlap. This means that with relatively large, operationally possible changes to the created Voltage the overlapping part of the speed control range between idle and full load is too small, so that on the one hand the unloaded engine at the upper limit of the range the available voltage out of the speed control range and running too fast and that on the other hand the loaded engine is at the lower limit of the range of available voltage out of the speed control range and running too slowly.

Um diese Darstellung anschaulicher zu machen, seien folgende Zahlenbeispiele gegeben. Die verfügbare Spannung zum Betrieb des Motors kann sich zwischen 22 und 30 Volt ändern. Bei Leerlauf hält der Fliehkraftkontaktregler die Drehzahl im Bereich von etwa 23 bis 29 Volt konstant, bei Belastung etwa zwischen 26 und 31 Volt. Die Überlappung der beiden Bereiche beträgt dann noch 3 Volt, d. h. der Motor hält seine Drehzahl zwischen Leerlauf und allen Belastungen nur innerhalb des Bereiches 216 bis -29 Volt konstant. Darüber und darunter nur, wenn der Motor oberhalb cg Volt nicht leer läuft und wenn er unterhalb 26 Volt nicht voll belastet wird oder leer läuft, bei allen Belastungen jedenfalls nur garantiert innerhalb des Bereiches 26 bis 29 Volt. Um trotzdem bei allen Belastungen, den Bereich so groß zu bekommen, wie er betriebsmäßig entsprechend der auftretenden Änderung der angelegten Spannung erforderlich ist, schlägt die Erfindung vor, im Belastungsfall, insbesondere beim Erreichen der unteren Regelbereichsgrenze, automatisch Widerstände parallel zur Erregerwicklung zu schalten. Vielfach wird zwecks besserer Hochfrequenzentstörung die Nebenschlußwicklung in zwei Hälften mit dazwischen angeordnetem Regler aufgeteilt. In diesem Falle wird parallel zu jedem Wicklungsteil ein Widerstand geschaltet. Vorzugsweise erfolgt das Zuschalten der Widerstände durch Relais, die in Abhängigkeit von den Impulsen des Reglers über eine Gleichrichteranordnung gesteuert werden. Wird also bei Belastung des Motors die untere Bereichsgrenze erreicht, so wird durch den Regler ein Relais betätigt, das durch Schließen seiner Kontakte Widerstände parallel zur Erregerwicklung bzw. zu den Wicklungshälften legt. Hierdurch wird dem :Motor ein derartiges Verhalten aufgezwungen, daß seine Drehzahl innerhalb des Bereiches bleibt, in dem der Regler einwandfrei arbeitet, und zwar bevor der Regelvorgang aussetzt. In vielen Fällen wird es nämlich ausreichend sein, daß nur im Belastungsfall, und zwar an der unteren Bereichsgrenze, ;Maßnahmen zur Ausweitung des Regelbereiches getroffen werden, da durch entsprechende Bemessung der Erregerwicklung, insbesondere ihres Widerstandes, die obere Bereichsgrenze nicht so leicht überschritten wird. Vielfach werden auch die Verhältnisse im Leerlauf der Maschinen nicht so sehr von Bedeutung sein wie die Verhältnisse im Belastungsfalle. Soll jedoch auch im Leerlauf und beim Erreichen der oberen Grenze des Bereiches ein einwandfreies Arbeiten des Reglers gewährleistet werden, so kann dieses dadurch erreicht werden, daß in Abhühgigkeit von dem Regler ein weiteres Relais gesteuert wird, das entweder den Kurzschluß eines im Hauptstromkreis des Motors liegenden Widerstandes aufhebt oder einen parallel zum Regler liegenden, zur Einstellung der Größe und der Lage des Bereiches desselben dienenden Widerstand verkleinert. Durch diese Maßnahmen kann auch der Drehzahlregelbereich nach oben erweitert werden. Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäßen Maßnahmen, und zwar ist auch der Fall mit dargestellt, daß eine Ausweitung des Drehzahlbereiches nach oben erfolgen soll. Mit der Welle des .Motors i ist der Fliehkraftkontaktregler 2 gekuppelt, dessen Kontakte zwischen den beiden Erregerwicklungsteilen 3 bzw. 4 liegen. Die Aufteilung der Nebenschlußw icklung in zwei Hälften mit dazwischen angeordnetem Regler ist zwecks besserer Hochfrequenzentstörung vorgenommen. Der parallel zum Regler liegende Widerstand 5 dient zur Einstellung der Größe und der Lage des Bereiches des Reglers. Die von dem Regler gelieferten Impulse werden über den Kondensator ,6 dem Transformator 7, der auch als Spartransformator ausgebildet seinkann, zugeführt, an dessen Sekundärklemmen über eine Gleichrichteranordnung 8 die Relais 9 bzw. 14. angeschlossen sind. Ist die untere Regelbereichsgrenze bei Belastung erreicht, dann sind die vom Regler auf den Transformator gelangenden Impulse so schwach, daß der über die Gleichrichteranordnung 8 und die Spule des Relais 9 fließende Strom nicht ausreicht, den Anker des Relais zu halten. Der Anker fällt ab, die Kontakte io und ii werden geschlossen und hierdurch der Widerstand 12 parallel zum Erregerwicklungsteil 4 und der Widerstand 13 parallel zum Wicklungsteil 3 gelegt. Somit wird der Strom in der Erregerwicklung zusätzlich geschwächt und der Drehzahlregelbereich nach unten hin bis zum betriebsmäßig erforderlichen Spannungswert ausgeweitet bzw. verlagert. Wenn die Spannung wieder über den Abfallwert des Relais 9 angestiegen ist, d. h. wenn die Pulsationen vom Regler her wieder so stark sind, das Relais betätigen zu können, dann wird dessen Anker wieder angezogen und dieKontakteiio und i-i geöffnet. Somit liegen die Widerstände 12 und 13 nicht mehr parallel zu den Erregerwicklungen, und die Drehzahlbereichsausweitung bzw. Verlagerung nach unten wird zurückgenommen.In order to make this representation clearer, the following numerical examples are given. The voltage available to operate the motor can vary between 22 and 30 volts. When idling, the centrifugal contact governor keeps the speed constant in the range from 23 to 29 volts, and between 26 and 31 volts when under load. The overlap of the two ranges is then still 3 volts, ie the engine keeps its speed constant between idling and all loads only within the range 216 to -29 volts. Above and below this only if the motor does not run idle above cg volts and if it is not fully loaded or runs idle below 26 volts, in any case only guaranteed within the range of 26 to 29 volts for all loads. In order to still get the area as large as it is operationally necessary according to the occurring change in the applied voltage, despite all loads, the invention proposes automatically connecting resistors parallel to the excitation winding in the event of a load, especially when the lower control range limit is reached. In many cases, the shunt winding is divided into two halves with a regulator in between for the purpose of better high-frequency interference suppression. In this case, a resistor is connected in parallel to each winding part. The resistors are preferably switched on by relays which are controlled via a rectifier arrangement as a function of the pulses from the regulator. If the lower range limit is reached when the motor is under load, the controller actuates a relay which, by closing its contacts, places resistors parallel to the exciter winding or to the winding halves. As a result, the motor is forced to behave in such a way that its speed remains within the range in which the controller is working properly, namely before the control process is interrupted. In many cases it will be sufficient that measures to expand the control range are only taken in the case of load, namely at the lower range limit, since the upper range limit is not so easily exceeded by appropriate dimensioning of the excitation winding, in particular its resistance. In many cases, the conditions when the machines are idling are not as important as the conditions under load. However, if the controller is to work properly even when idling and when the upper limit of the range is reached, this can be achieved by controlling another relay depending on the controller, which either short-circuits one in the main circuit of the motor Resistance cancels or a parallel to the controller, for setting the size and the position of the area of the same serving resistance is reduced. These measures can also be used to expand the speed control range upwards. The figure shows an exemplary embodiment for the measures according to the invention, and the case is also shown in which the speed range is to be expanded upwards. The centrifugal contact regulator 2 is coupled to the shaft of the motor i, the contacts of which are between the two exciter winding parts 3 and 4, respectively. The shunt winding is divided into two halves with a regulator in between for the purpose of better high-frequency interference suppression. The resistor 5, which is parallel to the controller, is used to set the size and position of the area of the controller. The pulses supplied by the controller are fed via the capacitor 6 to the transformer 7, which can also be designed as an autotransformer, to whose secondary terminals the relays 9 and 14 are connected via a rectifier arrangement 8. If the lower control range limit is reached under load, then the pulses coming from the controller to the transformer are so weak that the current flowing through the rectifier arrangement 8 and the coil of the relay 9 is insufficient to hold the armature of the relay. The armature drops, the contacts io and ii are closed and as a result the resistor 12 is placed parallel to the excitation winding part 4 and the resistor 13 is placed parallel to the winding part 3. Thus, the current in the field winding is additionally weakened and the speed control range is extended or shifted down to the operationally required voltage value. When the voltage has risen again above the drop value of the relay 9, ie when the pulsations from the controller are again strong enough to be able to operate the relay, its armature is tightened again and the contacts and ii are opened. Thus, the resistors 12 and 13 are no longer parallel to the excitation windings, and the expansion of the speed range or downward shift is canceled.

Eine eventuelle Ausweitung bzw. Verlagerung des Regelbereiches nach oben erfolgt z. B. durch Einschalten des Widerstandes 15 in den Ankerkreis, also durch Herabsetzung der Spannung am Anker. Im normalen Betrieb ist der Widerstand IS durch den Kontakt 16 des Relais 14 überbrückt. Das Anziehen des Relais .15 wird durch Schließen des Kontaktes 17 des Relais 9 vorbereitet. Das Relais 114 ist so ausgelegt, daß es an der oberen Grenze des Drehzahlbereiches anspricht, insbesondere bei unbelastetem (Motor. Beim Ansprechen wird der Kontakt 16 geöffnet, so daß der Widerstand IS in den Ankerkreis eingeschaltet wird. Die Ausweitung des Regelbereiches nach oben kann auch dadurch erfolgen, daß durch einen entsprechenden Kontakt des Relais 14 der-Widerstand 5 parallel zum Regler verkleinert wird.A possible expansion or shift of the control range to above z. B. by turning on the resistor 15 in the armature circuit, so by reducing the tension on the anchor. In normal operation the resistance is IS bridged by contact 16 of relay 14. The tightening of the relay .15 will prepared by closing the contact 17 of the relay 9. The relay 114 is like this designed that it responds at the upper limit of the speed range, in particular with unloaded (engine. When responding, contact 16 is opened so that the Resistance IS is switched on in the armature circuit. The expansion of the control range upwards can also take place in that by a corresponding contact of the Relay 14 of the resistor 5 is reduced in parallel with the controller.

Wie jedoch bereits vorher erwähnt ist, wird in vielen Fällen nur die Ausweitung des Drehzahlbereiches nach unten im Belastungsfall von Bedeutung sein. Hierzu ist also nur das Relais 9 notwendig. Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Maschinen ist es nicht erforderlich, daß die Erregerwicklung in zwei Hälften aufgeteilt ist, sie lassen sich auch auf Maschinen mit nur einer Erregerwicklung anwenden. In diesem Falle würde der Widerstand 12 oder 13 entfallen.However, as mentioned earlier, in many cases only the Expansion of the speed range downwards can be important in the case of load. For this purpose, only the relay 9 is necessary. For the implementation of the invention Machines do not require that the field winding be split in half is, they can also be used on machines with only one field winding. In this case the resistor 12 or 13 would be omitted.

Die Widerstände 12, 13 und auch 15 sind so bemessen, daß sie in die .Größenordnung der betreffenden Wicklung fallen.The resistors 12, 13 and 15 are dimensioned so that they fall in the order of magnitude of the winding concerned.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for speed control range expansion Centrifugal contact-controlled electric motors, characterized in that in the event of a load, especially when the lower control range limit is reached, resistors are automatically switched in parallel to the excitation winding.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that during the division of the field winding in two equal individual windings on each winding part a resistor in parallel is switched.

3. Arrangement according to claim i to 'a, characterized in that the resistors are switched on by relays.

4. Arrangement according to claim i to 3, characterized in that the relay depends on the pulses of the regulator can be controlled via rectifier arrangements.

5. Arrangement according to claim @i to 4, characterized in that the controller pulses are blocked for direct current Transformer are fed, on the secondary side via a rectifier arrangement the relays are connected.