DE931542C

DE931542C - Speed control of asynchronous machines

Info

Publication number: DE931542C
Application number: DEF3394A
Authority: DE
Inventors: Pierre Letrilliart
Original assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Current assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Priority date: 1948-08-03
Filing date: 1950-09-27
Publication date: 1955-08-11

Description

Drehzahlregelung von Asynchronmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf die Drehzahlregelung von Asynchronmaschinen durch Polumschaltung im Verhältnis 1:2, bei welcher die Regelung ohne Unterbrechung des Drehmoments mittels zweier Primärwicklungen verschiedener Polzahl erfolgt.Speed control of asynchronous machines The invention relates to on the speed control of asynchronous machines by pole switching in relation 1: 2, in which the control without interrupting the torque by means of two Primary windings with different numbers of poles takes place.

Im Falle von Asynchronmotoren mit Käfig oder Doppelkäfig kann die Regulierung ohne Unterbrechung mittels der bekannten Schaltung erreicht werden, bei der zwei Statorwicklungen benutzt werden, die während der Übergangsperiode in Reihe geschaltet sind, worauf dann die eine oder die andere dieser Wicklungen durch Kurzschluß außer Betrieb gesetzt wird. Diese beiden Wicklungen müssen derart beschaffen sein, daß jede Wechselwirkung der einen auf die andere verhindert ist, und zwar sowohl für die Grundwelle wie auch für ihre Harmonischen.In the case of asynchronous motors with cage or double cage, the Regulation can be achieved without interruption by means of the known circuit, in which two stator windings are used, which during the transition period in Are connected in series, whereupon one or the other of these windings through Short circuit is put out of operation. These two windings must be of this type be that any interaction of one on the other is prevented, and that both for the fundamental wave as well as for its harmonics.

Da Käfigmotoren nicht verwendet werden können, wenn Maschinen mit großem Trägheitsmoment oder häufig anlaufende oder vor- und rücklaufende Maschinen anzutreiben sind, hat die vorliegende Erfindung die Anpassung solcher Polumsehaltvorrichtungen an Motoren mit gewickeltem Rotor zum Gegenstand.Because squirrel cage motors cannot be used when using machines with large moment of inertia or machines that start up or move backwards and forwards are to be driven, the present invention has the adaptation of such pole holding devices on motors with wound rotors.

Erfindungsgemäß kennzeichnet sich diese Regelung dadurch, daß die im Stern geschaltete Sekundärwicklung pro. Phase zwei dauernd in Reihe verbundene Teilwicklungen aufweist und die zugehörigen Widerstände in gleicher Weise geschaltet und gruppiert sind, wobei die End- und Mittelpunkte dieser beiden, durch die Sekundärwicklungen und Widerstände gebildeten Sterngruppen durch Ringe und Bürsten so verbunden sind, daß die Polumschaltung ausschließlich primärseitig erfolgt, während der Anlauf durch einen einzigen Anlasser gesteuert wird.According to the invention, this scheme is characterized in that the Star-connected secondary winding pro. Phase two permanently connected in series Has partial windings and connected the associated resistors in the same way and are grouped, with the end and middle points of these two, groups of stars formed by the secondary windings and resistors by rings and brushes are connected in such a way that pole switching is only possible on the primary side takes place while the start is controlled by a single starter.

Die gemäß der Erfindung regulierbaren Motoren können getrennt oder zusammen mit Kollektormotoren verwendet werden. In letzterem Fall sieht die Erfindung einfache Mittel vor, die es gestatten, ohne Stromunterbrechung und ohne wesentliche Stöße von einem Motor auf den anderen überzugehen.The motors adjustable according to the invention can be separate or can be used together with collector motors. In the latter case, the invention provides simple means which allow it, without power interruption and without essential To transfer shocks from one engine to the other.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben.Embodiments of the invention are described with reference to the drawing.

Abb. I zeigt das Schema eines neuen Asynchronmotors mit in Reihe geschalteten Primärwicklungen und mit einem gewickelten Rotor, der sich automatisch den verschiedenen Polzahlen des Stators anpaßt; Abb. 2 und 3 stellen Teilschemas zur näheren Erläuterung dar; Abb. 4 zeigt eine regelbare Gruppe mit einem Kollektormotor und einem Motor gemäß der Erfindung; Abb. 5 stellt schematisch den Transformator eines Kollektormotors dar; Abb. 6 zeigt die gleiche Vorrichtung wie Fig. I in abgeänderter Form zur Reduzierung der Zahl der Rotorschleifringe; die Abb. 7 und 8 sind Schemas zur Erläuterung von Fig. 6.Fig. I shows the scheme of a new asynchronous motor with series-connected Primary windings and with a wound rotor that automatically turns the various Adjusts the number of poles of the stator; Fig. 2 and 3 provide partial diagrams for a more detailed explanation dar; Fig. 4 shows a controllable group with a collector motor and a motor according to the invention; Fig. 5 shows schematically the transformer of a commutator motor dar; Fig. 6 shows the same device as Fig. I in a modified form for reduction the number of rotor slip rings; Figs. 7 and 8 are diagrams for explaining Fig. 6.

In der Abb. I sind in den gestrichelten Rechtecken die Schaltungen eines Asynchronmotors mit gewickeltem Rotor dargestellt, der den durch das Netz L gespeisten Statur S und den Rotor R trägt. Jede Phase des Stators trägt je eine erste Wicklung S1, S2, S3 mit 4 p-Polen, die ein Drehfeld mit halber Drehzahl erzeugt, und in Reihe mit der ersten eine zweite Wicklung S1', S2', S3' mit 2 p-Polen, die ein Drehfeld mit voller Drehzahl erzeugt. Schließt man das dreipolige Schütz B1, B2, B3, so werden die Wicklungen S1', S2', S3' durch Kurzschluß überbrückt, und der Statur zeitigt 2 p-Pole. Während der Übergangsperiode sind die beiden Schütze A1, A2, A3 und B1, B2, B3, wie dargestellt, geöffnet, und der Statur S arbeitet im Augenblick gleichzeitig mit beiden Polzahlen.In Fig. I, the circuits are in the dashed rectangles of an asynchronous motor with a wound rotor is shown, which runs through the network L fed stature S and the rotor R carries. Each phase of the stator carries one first winding S1, S2, S3 with 4 p-poles, which generates a rotating field at half speed, and in series with the first a second winding S1 ', S2', S3 'with 2 p-poles, the a rotating field is generated at full speed. If the three-pole contactor B1 is closed, B2, B3, the windings S1 ', S2', S3 'are bridged by a short circuit, and the stature produces 2 p-poles. During the transition period, the two are Sagittarius A1, A2, A3 and B1, B2, B3, as shown, open, and the stator S is working at the moment simultaneously with both numbers of poles.

Der Rotor R trägt zwei Wicklungen R1, R2, R3 und R1', R2', R3', die derart angeordnet sind, daß die verringerte Drehzahl der Reihenschaltung der Wicklungen R1, R1'; R2, R2'; R3, R3' entspricht und bei voller Drehzahl dieselben Wicklungen in Parallelschaltung arbeiten.The rotor R carries two windings R1, R2, R3 and R1 ', R2', R3 ', the are arranged such that the reduced speed of the series connection of the windings R1, R1 '; R2, R2 '; R3, R3 'corresponds to and the same windings at full speed work in parallel.

Zur Ausführung dieser Polzahländerung sind, wie in der Zeichnung dargestellt, drei mit den oberen Klemmen verbundene Schleifringe a vorgesehen, drei mit den mittleren Punkten jeder Phase verbundene Ringe b und der mit dem Sternpunkt des Rotors R verbundene Schleifring c.To change the number of poles, as shown in the drawing, three slip rings a connected to the upper clamps are provided, three with the middle ones Rings b connected to points of each phase and the ring connected to the star point of the rotor R Slip ring c.

Die Bürsten, die mit diesen Schleifringen arbeiten, sind entsprechend mit den Widerständen r1, r2, r3 und r1', r2', r3' verbunden, die auf die gleiche Art wie die Wicklungen angeordnet sind. Die dreipoligen Schütze M und N sind derart angeschlossen, daß sie die Ringe a bzw. die Ringe b, wie dargestellt, unter sich verbinden, während die unteren Enden der Wicklungen und Rotorwiderstände in c einen ständigen neutralen Punkt bilden.The brushes that work with these slip rings are accordingly connected to resistors r1, r2, r3 and r1 ', r2', r3 'that are on the same The way the windings are arranged. The three-pole contactors M and N are such connected that they the rings a and the rings b, as shown, among themselves connect while the lower ends of the windings and rotor resistors in c one form permanent neutral point.

Während des Laufs mit verringerter Drehzahl ist das Schütz B1, B2, B3 geschlossen, in jeder Rotorphase fließt der Strom in der Pfeilrichtung der Abb. 2 in Reihe durch seine beiden Wicklungen, z. B. durch R3 und R3', und seine beiden Widerstände r3' und r3. Die Verbindungen durch die Ringe b führen also keinen Strom; die Polzahl am Statur S und am Rotor R ist gleich 4 p. Ist die dieser Polzahl entsprechende normale Drehzahl erreicht, so kann das Schütz M geschlossen und dadurch der Rotor kurzgeschlossen und die Widerstände ausgeschaltet werden. Selbstverständlich kann die Ausschaltung der Widerstände, wenn gewünscht, auch nach und nach geschehen, d. h. in mehreren Stufen.During the run at reduced speed, contactor B1, B2, B3 closed, in each rotor phase the current flows in the direction of the arrow in Fig. 2 in series through its two windings, e.g. B. by R3 and R3 ', and its two Resistors r3 'and r3. The connections through the rings b therefore do not carry any current; the number of poles on the stator S and on the rotor R is equal to 4 p. Is the one corresponding to this number of poles reaches normal speed, the contactor M can be closed and thereby the rotor short-circuited and the resistors are switched off. Of course you can the switching off of the resistors, if desired, can also be done gradually, d. H. in several stages.

Um auf volle Drehzahl zu kommen, wird zunächst das Schütz B1, B2, B3 geöffnet und dann das Schütz A1, A2, A3 geschlossen; die unteren Statorwicklungen S1', S2', S3' erzeugen dann 2 p-Pole und ein schneller drehendes Feld. Die Rotorströme fließen dann in Richtung der Pfeile der Abb. 3, indem sie die zwei Wicklungen jeder Phase parallel durchfließen. Um die Widerstände auszuschalten, wird das Schütz N geschlossen. Dies kann auch, wenn gewünscht, in mehreren Stufen erfolgen.In order to get to full speed, the contactor B1, B2, B3 open and then contactor A1, A2, A3 closed; the lower stator windings S1 ', S2', S3 'then generate 2 p-poles and a faster rotating field. The rotor currents then flow in the direction of the arrows of Fig. 3 by turning the two windings each Flow through phase in parallel. To switch off the resistors, the contactor N closed. This can also be done in several stages, if desired.

Man sieht, daß die Steuerung, die in einer oder in mehreren Stufen geschieht, ohne Stromunterbrechung vor sich geht, d. h. ohne plötzliche Stromänderungen und ohne starke Änderungen des Drehmoments, wobei die Vorrichtung im vorliegenden Beispiel nur vier Schütze A, B, M, N hat.You can see that the control is carried out in one or more stages happens without power interruption, d. H. without sudden changes in current and without large changes in torque, the device in the present Example has only four contactors A, B, M, N.

Um eine ausgedehntere Geschwindigkeitsskala zu, erhalten und zur Erleichterung des Anlaufens kann der oben beschriebene Motor (oder eine seiner Ausführungsformen) zusammen mit einem Kollektormotor verwendet werden. In einer solchen Gruppe kann die Regulierung bei geringen Drehzahlen mit dem Kollektormotor und bei hohen Drehzahlen mit dem Asynchronmotor bewerkstelligt werden, wobei das Anlaufen und der Übergang von einem Motor auf den anderen allmählich und ohne Unterbrechung ebenfalls mittels Reihenschaltung der Staturen der beiden Maschinen geschieht.To get a broader speed scale, and for relief the motor described above (or one of its embodiments) can be used together with a collector motor. In such a group can the regulation at low speeds with the commutator motor and at high speeds be accomplished with the asynchronous motor, with the start-up and the transition from one engine to the other gradually and without interruption also by means of The statures of the two machines are connected in series.

Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Gruppe ist in der Abb. q. dargestellt, in der der Asynchronmotor mit seinem Statur S, seinem Rotor R und seinen Schleifringen a, b, c zu sehen ist, die mit Widerständen, z. B. nach Fig. i, verbunden sein können.An embodiment of such a group is shown in Fig. Q. shown, in which the asynchronous motor with its stature S, its rotor R and its slip rings a, b, c can be seen, which with resistors, z. B. according to Fig. I, can be connected.

Der Ko.llektormotor besteht aus dem Statur s, dem Rotor r und dem Transformator T, dessen Primärspulen t1 mit s in Reihe geschaltet und dessen Sekundärspulen t2 mit den Kollektorbürsten verbunden sein können.The electric motor consists of the stature s, the rotor r and the Transformer T, whose primary coils t1 are connected in series with s and whose secondary coils t2 can be connected to the collector brushes.

Beim Anlaufen der Gruppe steht der dreiphasige Zwciwegschalter P in seiner Zwischenstellung, und die Wicklungen S, t1 und s werden in Reihe vom Netz L gespeist. Dies begrenzt den aufgenommenen Strom und verringert die Spannung am Kollektor. Das Anlaufdrehmoment kann also von beiden Motoren zusammen geliefert werden.When the group starts up, the three-phase bypass switch P in is in place its intermediate position, and the windings S, t1 and s are in Row fed by the network L. This limits and reduces the current drawn the voltage on the collector. The starting torque can therefore from both motors together to be delivered.

Um den Kollektormotor allein laufen zu lassen, wird der Schalter P nach links umgelegt, wobei er den Asynchronmotor S-R kurzschließt.To let the collector motor run on its own, switch P turned to the left, short-circuiting the asynchronous motor S-R.

Hat der Kollektormotor die gewünschte Drehzahl erreicht, so wird der Übergang zum Asynchronmotor durch Öffnen des Schalters P und Schließen des Schützes G, das s ausschaltet und einen neutralen Punkt zwischen t1 und s schafft, erreicht. Der Transformator T spielt also die Rolle einer Reihenreaktanz, die den Strom im Stator S beschränkt.When the collector motor has reached the desired speed, the Transition to the asynchronous motor by opening switch P and closing the contactor G, which turns off s and creates a neutral point between t1 and s, reaches. The transformer T thus plays the role of a series reactance, the current in the Stator S limited.

Ist die erste Drehzahlstufe des Motors S-R erreicht, so wird P nach rechts umgelegt, was in H den Sternpunkt des Stators S bildet. In gewissen Fällen kann es günstig sein, außer dem Schütz G (das die Primärwicklung s kurzschließt) auch ein Schütz F zu schließen (das die Sekundärwicklung r des Kollektormotors ebenfalls kurzschließt).If the first speed stage of the motor S-R is reached, then P becomes after to the right, which forms the star point of the stator S in H. In certain cases it can be cheap, except for the contactor G (which short-circuits the primary winding s) also to close a contactor F (which is also the secondary winding r of the collector motor shorts).

Die weitere Drehzahlsteigerung des Asynchronmotors kann gemäß Abb. 1 erreicht werden.The further increase in speed of the asynchronous motor can be seen in Fig. 1 can be achieved.

Abb. 4 zeigt ein Beispiel eines Kollektormotors mit Dreiphasenrotor ; aber selbstverständlich kann dieser Motor auch mit 4-, 6-, 9-, 12- usw. phasiger Sekundärwicklung ausgerüstet sein.Fig. 4 shows an example of a commutator motor with a three-phase rotor ; But of course this motor can also be used with 4, 6, 9, 12 etc. phase Secondary winding be equipped.

Abb. 5 stellt den Fall einer I2-Phasen-Transformatorsekundärwicklung dar, die z. B. aus einem sechsteiligen Stern X und zwei umgekehrten Dreiecken Y und Z besteht. Auf dem Teil a der Abb. 5 sind die folgenden Sekundärwicklungen zu sehen: Der Doppelstern X mit seinen Klemmen 1-7, 5-11 und 9-3, das erste Dreieck Y mit seinen Klemmen 2, 6, Io, das zweite Dreieck Z mit seinen Klemmen 8, 4, 12.Fig. 5 shows the case of an I2-phase transformer secondary winding represent, the z. B. from a six-part star X and two inverted triangles Y and Z consists. On part a of Fig. 5, the following secondary windings are closed see: The double star X with its terminals 1-7, 5-11 and 9-3, the first triangle Y with its terminals 2, 6, Io, the second triangle Z with its terminals 8, 4, 12.

In dem Teil b der Abb. 5 sind die entsprechenden Verbindungen der zwölf Klemmen zu sehen. Die in Abb. 4 dargestellte Kurzschlußschaltung mittels des Dreipolschützes F kann also bei einem der Dreiecke 2-6-1o oder 8-4-12 ausgeführt werden.In part b of Fig. 5, the corresponding connections of the twelve clamps can be seen. The short circuit shown in Fig. 4 by means of the Three-pole contactor F can therefore be implemented with one of the triangles 2-6-1o or 8-4-12 will.

In Abb. 6 ist eine abgeänderte Form der Abb. I dargestellt, die sich durch die folgende Anordnung unterscheidet: Einerseits bilden die Rotorwicklungen R1, R1'; R2, R2'; R3, R3' einen Sternpunkt N1, der nicht mehr mit dem getrennt liegenden Sternpunkt N2, der Rotorwiderstände r1, r1'; r2, r2'; r3, r3' verbunden ist; der Schleifring c der Abb. 1 fällt infolgedessen fort.In Fig. 6 a modified form of Fig. I is shown, which differs by the following arrangement: On the one hand, form the rotor windings R1, R1 '; R2, R2 '; R3, R3 'a star point N1, which is no longer with the separately lying Star point N2, the rotor resistances r1, r1 '; r2, r2 '; r3, r3 'is connected; the As a result, slip ring c in Fig. 1 is omitted.

Andererseits ist jeder dieser Widerstände in mehrere Abschnitte unterteilt, z. B. in drei, und diese Abschnitte können mittels sechs Zweipolschützen C1, C2, C3; C1' C2' C3' stufenweise kurzgeschlossen werden. Selbstverständlich kann die Zahl der Abschnitte und der Schalter größer sein, um die Zahl der Anlaufstufen zu vergrößern.On the other hand, each of these resistors is divided into several sections, z. B. in three, and these sections can by means of six two-pole contactors C1, C2, C3; C1 'C2' C3 'can be short-circuited in stages. Of course, the Number of sections and the switch can be larger in order to increase the number of start-up stages enlarge.

Die Geräte A1, A2, A3 und B1, B2, B3 und die anderen Vorrichtungen zur Polumschaltung bleiben unverändert.The devices A1, A2, A3 and B1, B2, B3 and the other devices for pole switching remain unchanged.

Mittels einer geeigneten Wahl des Magnetflusses und des Wicklungsschrittes im Rotor können die Rotorwiderstände derart gewählt werden, daß sie sowohl für Schaltung mit geringer Drehzahl wie auch für Schaltung mit voller Drehzahl verwendet werden können, und zwar sowohl für das Arbeiten mit konstantem Drehmoment wie auch für das Laufen bei konstanter Leistung.By means of a suitable choice of the magnetic flux and the winding pitch In the rotor, the rotor resistances can be chosen in such a way that they are used both for switching can be used for low speed as well as for full speed shifting can, both for working with constant torque and for running at constant performance.

In der Abb. 7 ist die Verteilung des Einphasenstroms des Rotors R in der Schaltung mit geringer Drehzahl gezeigt; Abb. 8 zeigt die Stromverteilung für die Schaltung mit volleer Drehzahl. Wie ersichtlich, schließen sich die Stromkreise zwischen den Phasen durch die beiden neutralen Punkte N1 und N2.In Fig. 7 is the distribution of the single-phase current of the rotor R shown in the circuit at low speed; Fig. 8 shows the power distribution for switching at full speed. As can be seen, the circuits close between the phases through the two neutral points N1 and N2.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise gemäß Abb. 6 sei als Beispiel das Anlaufen auf eine geringe Drehzahlstufe und das allmähliche Übergehen zur vollen Motordrehzahl beschrieben.To explain the method of operation according to Fig. 6, the following is an example Starting at a low speed level and gradually going over to full speed Engine speed described.

Zunächst wird das Schütz B1, B2, B3 geschlossen, was die Schaltung für geringe Drehzahl bewirkt. Die Rotorströme fließen nach Abb. 7 parallel durch die Reihenschaltung der Widerstände; dies ist die erste Anlaufstufe. Durch Schließen der- Schütze C C2' und C3' wird ein Teil der Widerstände kurzgeschlossen ; dies ist die zweite Stufe. Die dritte Stufe wird erreicht durch das Schließen der Schütze C1, C2, C3, die vierte durch das Schließen des Schützes M, wonach die Schütze C1, C2, C3; C1', C2', C3' geöffnet sind.First the contactor B1, B2, B3 is closed, what the circuit for low speed causes. The rotor currents flow through in parallel as shown in Fig. 7 the series connection of the resistors; this is the first step. By closing the contactors C C2 'and C3' are short-circuited part of the resistors; this is the second stage. The third stage is reached by closing the contactors C1, C2, C3, the fourth by closing contactor M, after which contactors C1, C2, C3; C1 ', C2', C3 'are open.

Nachdem auf diese Weise das Laufen ohne Widerstände bei geringer Drehzahl erreicht ist, wird das Schütz B1, B2, B3 geöffnet und A1, A2, A3 geschlossen, wobei die Polzahl nach den oben gegebenen Erläuterungen verringert wird. Die Rotorströme verteilen sich nach Abb. 8; sie durchfließen zunächst parallel die Gesamtheit der Widerstände, was die erste hohe Drehzahlstufe ergibt; das Schließen zunächst der Schütze C1', C2', C3' und dann der Schütze C1, C2, C3 liefert zwei weitere Stufen; schließlich. gibt das Schließen des Schalters N die letzte Stufe ohne Widerstände.After running in this way with no resistance at low speed is reached, the contactor B1, B2, B3 is opened and A1, A2, A3 closed, whereby the number of poles is reduced according to the explanations given above. The rotor currents are distributed according to Fig. 8; they initially flow through the totality of the Resistors, which results in the first high speed stage; closing the first Contactors C1 ', C2', C3 'and then contactors C1, C2, C3 provide two more stages; in the end. Closing switch N gives the last stage without resistance.

Claims

PATENT CLAIMS; i. Speed control of asynchronous machines Pole switching in the ratio 1: 2 without torque interruption by means of two during the switching period of temporarily idle primary windings of different Number of poles, characterized in that the star-connected secondary winding pro Phase two: has partial windings permanently connected in series and the associated Resistors are connected and grouped in the same way, with the end and Centers of these two, formed by the secondary windings and resistors Star groups are connected by rings and brushes so that the pole is only switched takes place on the primary side, while the start-up is controlled by a single starter will.

2. Regulation according to claim 1, characterized in that the starter da.ß the both Speed of the machine by choosing the appropriate winding steps and is adapted to the magnetic fluxes.

3. Regulation according to claim I and 2, characterized characterized in that the asynchronous machine is assigned a commutator motor, which carries a primary coil fed by a polyphase transformer, the one winding of this transformer is connected to the brushes of the commutator motor and the other is in series with the primary winding of the asynchronous machine.