DE964886C

DE964886C - Damping circuit for induction motors controlled by amplifiers with DC voltage input for control devices

Info

Publication number: DE964886C
Application number: DES28815A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Herbert Matuschka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-06-05
Filing date: 1952-06-05
Publication date: 1957-05-29

Description

Dämpfungsschaltung für über Verstärker mit Gleichspannungseingang gesteuerte Induktionsmotore für Regelgeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungsschaltung für Induktionsmotore mit Haupt- und Hilfsphase in Regelschaltungen, wobei die Hilfsphase über einen. Verstärker mit Gleichspannungseingang gesteuert wird. Die Induktionsmoitore haben die Eigenschaft, bei abnehmendem Steuerstrom bzw. bei Ausbleiben des Steuerstromes in der Hilfsphase ihre Umlaufrichtung beizubehalten und ans Synchron- bzw. Asynchronmotor an der Hauptphase weiterzulaufen. Um dies zu verhindern und um zu erreichen,, daß der Induktionsmotor zum Stillstand kommt, wenn die Steuerspannung auf Null zurückgeht, werden.Dämpfungsschaltungen angewendet. Eine solche bekannte Dämpfung besteht darin, daB durch den Induktionsmotor eine Tachometierdynamomaschine angetrieben wird und: die von dieser Maschine abgegebene Spannung z. B. über den Steuerverstärker und die Steuerwicklungen den Induktionsmotor in gewünschter Weise abbremst. Man hat auch bereits versucht, durch elektrische Sieb- oder Brückenschaltungen die bei der Rotation des Induktionsmotors in den Steuerwicklungen induzierte EMK der Rotation auszusieben und zur Dämpfung zu verwenden. Die in der Steuerwicklung induzierte Spannung (Rotations-EMK) steht nach dem Induktionsgesetz senkrecht. zu der der Steuerwicklung aufgedrückten Spannung und ist der Drehzahl des Motors direkt proportional. Wenn es also gelingt, die ROtationS-EMK von der an den Klemmen der Steuerwicklung liegenden. Spannung zu trennen, so kann diese Spannung nach Gleichrich: tung zur Dämpfung bzw. zum Bremsendes Induktionsmotors verwendet -,verden. Man erreicht dann denselben Zweck, der bisher unter Verwendung von Tachometermaschinen erhalten wurde.Attenuation circuit for via amplifier with DC voltage input Controlled Induction Motors for Control Devices The invention relates to a Damping circuit for induction motors with main and auxiliary phases in control circuits, whereby the auxiliary phase has a. Amplifier controlled with DC voltage input will. The induction motors have the property, with decreasing control current resp. to maintain their direction of rotation in the absence of the control current in the auxiliary phase and to continue running to the synchronous or asynchronous motor on the main phase. To this to prevent and to achieve, that the induction motor comes to a standstill, when the control voltage goes back to zero, dampening circuits are applied. Such a known damping consists in the fact that the induction motor causes a Tachometierdynamomaschine is driven and: the output of this machine Voltage z. B. the induction motor via the control amplifier and the control windings brakes in the desired manner. Attempts have also been made by electric Filter or bridge circuits in the control windings when the induction motor rotates to filter out induced EMF of the rotation and to use it for damping. The one in the Control winding induced voltage (rotation EMF) is based on the law of induction perpendicular. to the voltage applied to the control winding and is the speed of Motor directly proportional. So if it is possible to transfer the ROtationS-EMF from the to the Terminals of the control winding lying. To separate voltage, so this voltage can used after rectification for damping or braking of the induction motor -, verden. One then achieves the same purpose that has hitherto been achieved with the use of tachometer machines was obtained.

Die Steuerspannung übertrifft jedoch die Rotation.s-EMK um mehrere Größenordnungen, so daß ihre Aussiebung schwierig ist. Führt man, die Steuerspannung nach Fig.2 einer Brückenschaltung Br zu, in deren einem Brückenzweig die Steuerwicklung des Induktionsmotors in. Reihe mit einem Kondensator 9 liegt, so kann, man durch geeignete Bemessung des Kondensators 9 erreichen, daß die Brückendiagonale spannungslos ist, wenn der Anker des Motors 31 festgehalten wird, unabhängig davon, wie groß auch immer die an. der Steuerwicklung io liegende Spannung wird. Bei festgehaltenem Anker tritt keine Rotations-EMK auf, und die Punkte 13 und 14 sind bei abgeglichener Brückenschaltung spannungslos. Gibt man. den Anker nunmehr frei, so setzt er sich je nach der Phasenlage der Spannung an der Steuerwicklung in der einen oder anderen Richtung in Bewegung.However, the control voltage exceeds the Rotation.s-EMF by several orders of magnitude, so that it is difficult to filter it out. If the control voltage according to FIG. 2 is fed to a bridge circuit Br , in one branch of which the control winding of the induction motor is in series with a capacitor 9, it is possible, by appropriately dimensioning the capacitor 9, to ensure that the bridge diagonal is de-energized when the armature of the motor 31 is held, regardless of how large the at. the control winding io lying voltage. No rotational EMF occurs when the armature is held, and points 13 and 14 are de-energized when the bridge circuit is balanced. To give. If the armature is now released, it starts moving in one direction or the other, depending on the phase position of the voltage on the control winding.

Durch die infolge der Drehung des. Ankers in der Wicklung io induzierte Spannung ändert sich der induktive Widerstand dieser in der Brückenschaltung liegenden Wicklung, es tritt eine Verstimmung der Brücke und damit eine Spannung in der Brückendiagonalen (Punkt 13 und 14.) auf. Die an den Punkten 13 und 14 abgegriffene Spannung enthält die der Motordrehzahl proportionale Rotations-EMK in einem günstigen Größenverhältnis zu der von der Endstufe des. Regelgerätes abgegebenen Steuerspannung. Durch eine derartige bekannte Brückenschaltung wird: somit das Größenverhältnis zwischen,Steuerspannung undRotations-EMK zugunsten der letzteren verändert, so daß diese Maßnahme als Vorsiebung der Steuerspannung bezeichnet werden kann.. Eine für praktische Verhältnisse ausreichend saubere Trennung der Rotations-EMK von der Steuerspannung ist jedoch auf diese Weise nicht möglich.As a result of the rotation of the armature in the winding io induced Voltage changes the inductive resistance of these lying in the bridge circuit Winding, there is a detuning of the bridge and thus a tension in the bridge diagonal (Point 13 and 14.). The voltage tapped at points 13 and 14 contains the rotational EMF proportional to the motor speed in a favorable size ratio to the control voltage output by the output stage of the control device. By a such a known bridge circuit is: thus the size ratio between, control voltage andRotational EMF changed in favor of the latter, so that this measure is used as a pre-screening the control voltage can be designated .. One sufficient for practical conditions however, clean separation of the rotational emf from the control voltage is done this way not possible.

Gemäß der Erfindung erhält man eine wesentlich wirksamere Dämpfungsschaltung mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Schaltmitteln dadurch, da,ß die bei der Rotation des Induktionsmotors in den Steuerwicklungen induzierte Rotations-EMK mittels selektiver Gleichrichtung ausgesiebt und zur Dämpfung einer Eingangsstufe des Verstärkers in zur steuernden Größe entgegengesetzter Richtung zugeführt wird.According to the invention, a much more effective damping circuit is obtained with relatively little effort in switching means because, ß the in the Rotation of the induction motor in the control windings induced rotational EMF by means of Selective rectification screened out and for attenuating an input stage of the amplifier is fed in the opposite direction to the controlled variable.

Als selektiver Gleichrichter kann ein bekannter gesteuerter Gleichrichter verwendet werden. Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung aufgebauten Schaltungen. Sämtliche Schaltungsbeispiele beziehen sich auf Magnetverstärker. Die Fig. i ist rein schematisch gehalten und soll lediglich das Zusammenwirken der Schaltungsteile erläutern. Der die Steuerwicklung des Induktionsmotors i steuernde Verstärker besteht aus der Vorstufe i und der Endstufe 2. Der Induktionsmotor ist mit seiner Arbeitswicklung 4 an eine feste Wechselspannung angeschlossen. Die Rotations-EMK des Induktionsmotors wird mit Hilfe des selektiven Gleichrichters 6 ausgesiebt und als Gleichspannung in zur steuernden. Spannung entgegengesetzter Richtung der Eingangsstufe i des Verstärkers zugeführt. Mit dem Pfeil 5 ist der Anschluß der Eingangsspannung angedeutet. Als Verstärker können neben Magnetverstärkern auch Röhrenverstärker mit Gleichspannungseingang oder Gleichspannungsverstärker mit Modulator- bzw. Zerhackereingang verwendet werden.A known controlled rectifier can be used as the selective rectifier be used. The drawing shows exemplary embodiments according to the invention constructed circuits. All circuit examples relate to magnetic amplifiers. Fig. I is kept purely schematic and is only intended to show the interaction of the Explain circuit parts. The one controlling the control winding of the induction motor i Amplifier consists of the preliminary stage i and the final stage 2. The induction motor is with its working winding 4 connected to a fixed alternating voltage. The rotational emf of the induction motor is screened out with the help of the selective rectifier 6 and as DC voltage in to be controlled. Voltage in the opposite direction of the input stage i fed to the amplifier. With the arrow 5 is the connection of the input voltage indicated. In addition to magnetic amplifiers, tube amplifiers can also be used as amplifiers with DC voltage input or DC voltage amplifier with modulator or chopper input be used.

In Fig. 2 sind weitere Einzelheiten der Dämpfun.gsschaltung dargestellt. Die Ausgangsspannung der Endstufe 2 eines Magnetverstärkers wird der bekannten und bereits erläuterten, Brückenschaltung Br mit dem Induktionsmotor 3 zugeführt. Die an den. Punkten 13 und 14 entnehmbare Spannung enthält bereits eine wesentliche Komponente der Rotations-EMK. Um diese vollständig von. der Steuerspannung zu trennen., ist die phasenempfindliche Gleichrichterschaltung 6 vorgesehen. Die vorgesiebte Spannung gelangt über einen Transformator 3.4 an den Ringmodulator 35, während die Hilfsspannung mit fester Phase über den Tra.nsformatOr 33 zugeführt wird. Für das Beispiel der Zeichnung ist angenommen, daß ein Drehstromnetz mit den Phasen R, S, T zur Verfügung steht, dessen Sternpunkt mp zugänglich ist. Die Arbeitswicklung des Induktionsmotors wird hierbei an die Phasen T und R angeschlossen., während die Hilfsspannung für den Transformator 33 zwischen dem Abgriff a eines Spartransformators 32 und dem Sternpunkt mp des Drehstromnetzes abgenommen wird. Der Spartransformator 32 ist an die Phasen R, S des Netzes angeschlossen. Die im Transformator 33 auftretende Hilfsspannung hat infolge der angegebenen Schaltmaßnahmen. eine solche Lage zu der Steuerspannung in der Wicklung io, daß lediglich die in der Phase um 9o' gegen die Steuerspannung der Wicklung io verschobene Rotations-EMK als gleichgerichtete Spannung an den Klemmen 7 und 7' auftritt. Diese Spannung wird im Beispiel der Fig. 2 der Steuergleichspannung einer Vorstufe des Magnetverstärkers entgegengeschaltet. Die Steuergleichspannung wird, wie schematisch angedeutet ist, aus. einer Vorstufe entnommen und einer Magnetisierungswicklung 36 zugeführt. Die Spannung des selektiven Gleichrichters wirkt in entgegengesetzter Richtung auf eine Magnetisierungs.wicklung 37. Beide Wicklungen steuern in bekannter Weise die Induktivität von nicht eingezeichneten Arbeitswicklungen, die beispielsweise in Gegentakt- oder Brückenschaltungen betrieben werden Betrachtet man beispielsweise den. Fall, daß der Induktionsmotor die vom Regler vorgegebene Stellung gerade erreicht hat und die Steuerspannung in der Wicklung 36 somit auf den. Wert Null abgeklungen ist, so wird, da sich der Anker des Motors noch in Bewegung befindet, die Rotations-EMK den Anker augenblicklich zum Stillstand bringen: denn da sie im zur Eingangsgleichsspannung entgegengesetzten Sinne wirkt und letztere weggefallen ist, wird der Steuerwicklung des Motors eine Spannung aufgedrückt, die ein. Drehmoment in der zur augenblicklichen Drehrichtung entgegengesetzten Richtung auf den Anker ausübt.In Fig. 2 further details of the damping circuit are shown. The output voltage of the output stage 2 of a magnetic amplifier is the known and already explained, the bridge circuit Br supplied to the induction motor 3. the to the. The tension shown in points 13 and 14 already contains an essential one Rotary EMF component. To get this completely from. to disconnect the control voltage., the phase-sensitive rectifier circuit 6 is provided. The pre-screened Voltage passes through a transformer 3.4 to the ring modulator 35, while the Auxiliary voltage with a fixed phase is supplied via the Tra.nsformatOr 33. For the The example of the drawing is based on the assumption that a three-phase network with phases R, S, T is available whose star point mp is accessible. The job development of the induction motor is connected to phases T and R., while the auxiliary voltage for the transformer 33 between the tap a of an autotransformer 32 and the star point mp of the three-phase network is removed. The autotransformer 32 is connected to the phases R, S of the network. The one occurring in the transformer 33 Auxiliary voltage has due to the specified switching measures. such a location to the Control voltage in the winding io that only the phase around 9o 'against the Control voltage of the winding io shifted rotational EMF as rectified voltage occurs at terminals 7 and 7 '. This voltage is in the example of FIG DC control voltage of a pre-stage of the magnetic amplifier connected in the opposite direction. the DC control voltage is, as indicated schematically, off. taken from a preliminary stage and a magnetization winding 36 is supplied. The voltage of the selective rectifier acts in the opposite direction on a magnetization winding 37. Both Windings control the inductance of not shown in a known manner Working windings operated, for example, in push-pull or bridge circuits For example, if you look at the. Case that the induction motor from Controller has just reached the specified position and the control voltage in the winding 36 thus on the. Value zero has decayed, so it becomes, as the armature of the motor is still in motion, the rotational emf instantly stops the armature bring: because since they are in the opposite direction to the DC input voltage Sense acts and the latter has been omitted, the control winding of the motor becomes one Tension imposed on that one. Torque in the current direction of rotation opposite direction exerts on the anchor.

Die Anordnung wirkt also nach dem gleichen Prinzip wie die bekannte Bremsschaltung mit Hilfe einer Tachometermascbine. Es ergibt sich demgegenüber jedoch der Vorteil, daß eine besondere Tachometermaschine entbehrlich wird und eine der Motordrehzahl proportionale Bremsspannung der Steuerwicklung direkt entnommen. werden kann.The arrangement works on the same principle as the known one Brake circuit with the help of a tachometer machine. In contrast, however, it arises the advantage that a special tachometer machine is dispensable and one of the Motor speed proportional brake voltage taken directly from the control winding. will can.

In der Fig. 3 sind die Arbeitswicklungen 23. bis 26 der Endstufe eines Magnetverstärkers dargestellt. Der Induktionsmotor 3 hat bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Steuerwicklungen: 21 und 22, die durch einen Kondensator 27 überbrückt sind. Je nachdem, wie von den nicht dargestellten Gleichstromwicklungen die Vormagnetisierung der Wicklungen 23 bis 26 eingestellt wird, läuft der Induktionsmotor in der einen. oder anderen Drehrichtung. Es hat sich. nun gezeigt, daß die dargestellte Schaltung zur Vorsiebung der Rctations-E--%iK benutzt werden kann, so daß eine L,-sondere Brückenschaltung entbehrlich, ist. Die vorge.siebte Rotations-EMK läßt sich an. den Punkten 28 und 29 der Arbeitswicklungen 23 und 26 oder an den entsprechenden Punkten der Wicklunge#. 21 und 23 entnehmen. Dieses günstige Verhältni s zwischen ROtations-EXTK und Steuerspannung tritt auch bei einer Spannung auf, die an den Klemmen des Kondensators 27 unmittelbar abgegriffen wird.In FIG. 3, the working windings 23 to 26 of the output stage are one Magnetic amplifier shown. The induction motor 3 in this embodiment two control windings: 21 and 22 bridged by a capacitor 27. Depending on how the bias of the direct current windings, not shown, is of the windings 23 to 26 is set, the induction motor runs in one. or other direction of rotation. It has. now shown that the circuit shown can be used for prescreening the Rctations-E -% iK, so that an L, -special Bridge circuit is dispensable. The pre-screened rotation EMF can be switched on. the points 28 and 29 of the work windings 23 and 26 or at the corresponding Points of the winding #. 21 and 23. This favorable relationship between ROtations-EXTK and control voltage also occurs when voltage is applied to the Terminals of the capacitor 27 is tapped directly.

Die abgegriffene Spannung wird wieder dem Transformator 34. eines selektiven Gleichrichters zugeführt, der in gleicher Weise aufgebaut sein kann wie die in Fig.2 beschriebene Einrichtung.The tapped voltage is again the transformer 34th one Selective rectifier supplied, which can be constructed in the same way as the device described in Figure 2.

In Fig. 4. ist schließlich noch ein Beispiel für die Steuerung eine: Dreiphasen.induktionsmotors dargestellt. Hierbei besitzt die Endstufe des Magnetverstärkers acht Arbeitswicklungen, die paarweise nach Art von Brückenschaltungen verbunden sind. Die Steuerwicklungen sind wiederum nicht eingezeichnet. Eine Spannung, die eine möglichst große Komponente der Rotations-EMK enthält, kann bei dieser Schaltung an zwei Punkten. # abgegriffen werden, die an Arbeitswicklungen, mit Gleichrichtern entgegengesetzter Durchlaßrichtung jeweils zwischen Wicklung und Gleichrichter liegen. Bedingung ist dabei noch, daß die, Wicklungen an 'gleichen Phasen des Speisenetzes., jedoch an verschiedenen Wicklungsphasen des Induktionsmotors liegen. Zwei derartige Punkte sind. z. B. in der Fig. 4 mit 30 und 31 bezeichnet.Finally, FIG. 4 shows another example of the control of a three-phase induction motor. The output stage of the magnetic amplifier has eight working windings, which are connected in pairs in the manner of bridge circuits. The control windings are again not shown. A voltage that contains the largest possible component of the rotational EMF can be applied at two points in this circuit. # that are located on the working windings, with rectifiers in the opposite direction, between the winding and the rectifier. The condition is that the "windings" are on the same phases of the supply network, but on different winding phases of the induction motor. There are two such points. z. B. denoted by 30 and 31 in FIG.

An Stelle eines Ringmodulators als selektive Gleichrichter können auch gesteuerte mechanische Gleichrichter benutzt werden. Zur Vorsiebung der ROtationS-EMK kann an Stelle einer Brückenschaltung auch eine Differenzschaltung dienen. Hierzu werden eine dem Strom und eine der Spannung in der Steuerwicklung proportionale Spannung gebildet und beide Spannungen vektoriell addiert und dem selektiven Gleichrichter zugeführt.Instead of a ring modulator as a selective rectifier you can controlled mechanical rectifiers can also be used. For pre-screening the ROtationS-EMF A differential circuit can also be used instead of a bridge circuit. For this one proportional to the current and one proportional to the voltage in the control winding Voltage is formed and both voltages are vectorially added and the selective rectifier fed.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Attenuation circuit for via amplifier with DC voltage input controlled induction motors for regulating devices, characterized in that the at Rotation EMF induced by the rotation of the induction motor in the control windings screened out by selective rectification and for attenuating an input stage of the Amplifier is fed in the opposite direction to the controlled variable.

2. Attenuation circuit according to Claim, characterized by the use of a ring modulator or a controlled mechanical rectifier for selective rectification.

3. damping circuit according to claim r and 2, characterized by one in front of the selective Rectifier circuit switched phase-sensitive circuit, preferably one Bridge circuit. Damping circuit according to claim r or the following, characterized in that that a voltage proportional to the current and a voltage in the control winding can be vectorially added and. the difference is fed to the selective rectifier will. Damping circuit according to. Claim r or following for magnetic amplifiers, characterized characterized in that the voltage applied to the selective rectifier. suitable Points. the output stage of the magnetic amplifier is tapped, z. B. with several. from the -Ma.-gnetvers. more strongly controlled winding phases of the induction motor, the: Magnetic amplifier working windings that are connected to the same phases of the supply network, however. different winding phases of the induction motor, whereby the two Pick-up points on working windings with rectifiers, opposite forward direction connected. are.