DE972027C

DE972027C - Synchronized asynchronous motor

Info

Publication number: DE972027C
Application number: DES26479A
Authority: DE
Inventors: Otto Dinger; Josef Tittel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-12-23
Filing date: 1951-12-23
Publication date: 1959-05-06

Description

Synchronisierter Asynchronmotor Der synchronisierte Asynchronmotor besitzt bekanntlich im Sekundärteil - ebenso wie ein normaler Asynchronmotor - einem Mehrphasenwicklung, mit der der Motor über Widerstände asynchron angelassen wird. Nach dem Anlassen wird diese Sekundärwicklung mit Gleichstrom beschickt, und der Motor läuft als Synchronmotor. Im Gegensatz zum Asynchronmotor kann er dann seinen eigenen Blindleistungsbedarf decken und bei entsprechender Erregung sogar noch Blindleistung an das Netz abgeben. Der synchronisierte Asynchronmotor wurde bisher nur für verhältnismäßig kleine. Leistungen benutzt, was vor allein darauf zurückzuführen ist, daß der - ebenso wie Asynchronmaschinen - mit einem kleinen Luftspalt ausgeführte Motor aus diesem Grunde beim synchronen Betrieb nur ein geringes Überlastungsmoment (Kippmoment) aufweist im Gegensatz zu normalen Synchronmotoren. mit ausgeprägten Polen. Dieser Nachteil kann aber durch eine in der letzten. Zeit sich immer mehr durchsetzende Erregerschaltung beseitigt werden., bei der der Motor beim synchronen, Betrieb mit einem Gleichstrom erregt wird, der aus dem Wechselstrom auf der Primärseite des Motors über Gleichrichter erzeugt ist, wobei der dem Gleichrichter zugeführte Wechselstrom und damit auch der Erregerstrom des Motors aus einem von der Belastung unabhängigen, z. B. durch eine große Drosselspule vorgeschriebenen, und einem dem Belastungsstrom des Motors verhältnisgleichen Strom zusammengesetzt ist. Eine derartige Erregung in sogenannter Stromschaltung hat den Vorteil, daß bei einem Belastungsstoß die Erregung des Motors selbsttätig in einem Maße verstärkt wird, daß ein Außertrittfallen des Motors bei Überlastung nicht zu befürchten ist. Dadurch wird, der synchronisierte Asynchronmotor auch für große Leistungen und die verschiedensten Antriebe geeignet und kann den gewöhnlichen. Synchronmotor ersetzen. Er hat gegenüber den üblichen Synchronmotoren folgenden Vorteil: Wenn der Synchronmotor selbst anlaufen soll, muß er mit einer Käfigwicklung an den Polschuhen der ausgeprägten Pole ausgerüstet werden, die den asynchronen Anlauf des Synchronmotors ermöglicht. Bei schweren Anlaufbedingungen, wenn also beispielsweise große Schwungmassen zu beschleunigen sind, wird, eine der Beschleunigungsarbeit der Schwungmassen. entsprechende Arbeit als Wärme in der Anlaufwicklung erzeugt. Dies kann zu einer unzulässigen Erwärmung der Käfigwicklung des Synchronmotors führen, da man die Wärmekapazität der Käfig_ wicklung aus Raumgründen nicht beliebig groß machen kann. Der synchronisierte Asynchronmotor hat demgegenüber den Vorzug, daß die Anlaßwärme nicht in einer Wicklung am Motor auftritt, sondern in den außerhalb des Motors befindlichen Anlaßwiderständen, die ohne weiteres genügend groß bemessen werden können.Synchronized asynchronous motor The synchronized asynchronous motor is known to have one in the secondary part - just like a normal asynchronous motor Polyphase winding with which the motor is started asynchronously via resistors. After starting, this secondary winding is fed with direct current, and the Motor runs as a synchronous motor. In contrast to the asynchronous motor, it can then have its own Cover your own reactive power requirement and, with appropriate excitation, even reactive power to the network. The synchronized asynchronous motor has so far only been considered relatively small. Uses what is mainly due to the fact that the - as well as asynchronous machines - motor designed with a small air gap For this reason, only a low overload torque (breakdown torque) in synchronous operation in contrast to normal synchronous motors. with pronounced poles. This However, disadvantage may be due to one in the last. Time is becoming more and more prevalent Excitation circuit can be eliminated., In which the motor in synchronous, operation with a direct current is excited, which is derived from the alternating current the Primary side of the motor is generated via rectifier, with the rectifier supplied alternating current and thus also the excitation current of the motor from one of independent of the load, e.g. B. prescribed by a large choke coil, and a current that is proportional to the load current of the motor is. Such an excitation in a so-called current circuit has the advantage that in the event of a load surge, the excitation of the motor is automatically increased to a certain extent is that there is no risk of the motor falling out of step in the event of an overload. As a result, the synchronized asynchronous motor is also suitable for large powers and the suitable for a wide variety of drives and can handle the ordinary. Replace synchronous motor. It has the following advantage over conventional synchronous motors: When the synchronous motor is to start itself, it must with a cage winding on the pole pieces of the pronounced Pole are equipped, which enables the asynchronous start of the synchronous motor. In difficult start-up conditions, for example when large centrifugal masses occur are accelerating, one of the acceleration work of the flywheel masses. appropriate Work generated as heat in the start-up winding. This can lead to an inadmissible The cage winding of the synchronous motor heats up, as it increases the heat capacity the cage winding cannot be made arbitrarily large for reasons of space. The synchronized Asynchronous motors have the advantage that the starting heat is not in one winding occurs on the engine, but in the starting resistors located outside the engine, which can easily be made sufficiently large.

Insbesondere bei großem Leistungen des synchronisierten. Asynchronmotors zeigt sich jedoch, daß die Benutzung der Sekundärwicklung des Motors einerseits für den Anlauf, andererseits für die Gleichstromerregung beim synchronen Betrieb insofern zu Schwierigkeiten führt, als die Gleichstrom-Erregerspannung zu klein ausfällt, sofern die beim Anlauf auftretende Stillstandspannung an der Sekundärwicklung gewisse Werte aus Isolationsgründen nicht überschreiten soll. Aus Gründen der leichteren Erzeugung des Erregergleichstromes und der leichteren: Zuführung des Gleichstromes über Schleifringe zum. Sekundärteil des Motors sowie wegen der leichteren Regelbarkeit des Erregergleichstromes ist es erwünscht, daß das Verhältnis zwischen, der Erregerspannung und dem Erregerstrom, wenigstens annähernd dasselbe ist wie bei Synchronmaschinen, wo man Gleichspannungen bis zu 22o Volt verwendet. Legt man. die Sekundärwicklung des synchronisierten Asynchronmotors für eine derartige Spannung bei synchronem Betrieb aus, dann wird aber, insbesondere bei größeren Leistungen, die Stillstandspannung beim Anlassen unzulässig hoch.Especially with high performance of the synchronized. Asynchronous motor However, it turns out that the use of the secondary winding of the motor on the one hand for start-up and, on the other hand, for DC excitation in synchronous operation leads to difficulties in that the DC excitation voltage is too small fails if the standstill voltage occurring during start-up on the secondary winding should not exceed certain values for reasons of isolation. For the sake of easier Generation of the excitation direct current and the lighter: supply of direct current via slip rings to. Secondary part of the motor and because of the easier controllability of the excitation direct current, it is desirable that the ratio between, the excitation voltage and the excitation current, is at least approximately the same as with synchronous machines, where DC voltages up to 22o volts are used. If you lay. the secondary winding of the synchronized asynchronous motor for such a voltage with synchronous Operation is off, but then the standstill voltage is reduced, especially with higher outputs unacceptably high when starting.

Um diese Nachteile des synchronisierten Asynchronmotors zu vermeiden, ist es bekannt, die Sekundärwicklung eines solchen Motors beim Übergang vom Anlassen zum synchronen Betrieb umzuschalten. Hierzu können die einzelnen Wicklungsstränge der Sekundärwicklung in mehrere Wicklungsteile unterteilt werden, die dann entsprechend umgeschaltet werden. Beispielsweise sind zu diesem Zweck Stern-Dreieckumschaltungen bekannt. Nachteilig ist bei diesen bekannten Umschaltverfahren, daß die Zahl der aus der Sekundärwicklung herauszuführenden Anschlußklemmen, die., sofern sich die Sekundärwicklung auf dem Läufer des Motors befindet, jeweils mit einem Schleifring verbunden werden müssen, recht beträchtlich ist. Man kann zwar durch Verwendung von rotierenden Umschaltern die Zahl der Schleifringe vermindern., solche auf der Welle angeordneten. rotierenden Umschalter sind aber recht aufwendig und störanfällig.To avoid these disadvantages of the synchronized asynchronous motor, it is known the secondary winding of such a motor when transitioning from starting switch to synchronous operation. The individual winding phases the secondary winding can be divided into several winding parts, which are then divided accordingly be switched. For example, star-delta switchovers are used for this purpose known. The disadvantage of this known switching method is that the number of from the secondary winding to lead out terminals, the. If the Secondary winding is located on the rotor of the motor, each with a slip ring need to be connected is quite considerable. You can by using of rotating switches reduce the number of slip rings., those on the Arranged shaft. rotating changeover switches are quite complex and prone to failure.

Die Erfindung geht einen anderen Weg, um die Zahl der herauszuführenden Klemmen. bzw. die Zahl der erforderlichen Schleifringe zu vermindern. Gemäß der Erfindung besteht die Sekundärwicklung aus mehreren in Stern geschalteten Wicklungssystemen., die während des Anlassens voneinander getrennt sind, wobei mindestens ein. Wicklungssystem an Anlaßwiderstände angeschlossen ist; während des synchronen Betriebes werden dann. die in Stern geschalteten Wicklungssysteme in Reihenschaltung mit der Erregerstromquelle verbunden. Handelt es sich um einen synchronisierten Asynchronmotor für ein. dreiphasiges Netz, so können für diese Reihenschaltung in an sich bekannter Weise von den drei Wicklungssträngen jedes Wicklungssystems jeweils zwei Wicklungsstränge parallel geschaltet werden.The invention takes a different approach to the number of to be led out Clamps. or to reduce the number of slip rings required. According to the In accordance with the invention, the secondary winding consists of several star-connected winding systems., which are separated from each other during tempering, at least one. Winding system is connected to starting resistors; then during synchronous operation. the star-connected winding systems in series with the excitation current source tied together. Is it a synchronized asynchronous motor for a. three phase Network, so can for this series connection in a manner known per se of the three Winding strands of each winding system two winding strands in parallel be switched.

In den Fig. I und 2 sind Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung ausgebildeten synchronisierten Asynchronmotoren für ein dreiphasiges Netz wiedergegeben.In Figs. I and 2 are embodiments of according to the invention trained synchronized asynchronous motors for a three-phase network reproduced.

Die Sekundärwicklung des in Fig. i dargestellten synchronisierten Asynchronmotors besteht aus dein beiden Wicklungssystemen 2o und 2i, die jeweils drei in Stern geschaltete Wicklungsstränge enthalten. Die sechs offenen Klemmen. der beiden Wicklungssysteme 2o und 21 sind an die Schaltarme der Schalter 22 und 23 geführt:. Sofern die Sekundärwicklung sich auf dem Läufer befindet, ist es erforderlich, zwischen den offenen Klemmen der Wicklungssysteme 2o und 21 und den Schaltarmen der Schalter 22 und 23 Schleifringe. vorzusehen. Für das Anlassen. wird. nur das Wicklungssystem. 21 benutzt, das mit Hilfe des Schalters 22, dessen Schaltaxme dann nach links gelegt sind, an die Anlaßwiderstände io gelegt wird. Um bei einem plötzlichen Abschalten des Motors vom speisenden Netz das Auftreten von Überspannungen an den offenen Klemmen des Wicklungssystems 2o zu vermeiden, sind diese beim Anlassen über die ebenfalls nach links gelegten Schaltarme des Schalters 23 mit den Schutzwiderständen 24. verbunden.The secondary winding of the synchronized shown in Fig. I Asynchronous motor consists of your two winding systems 2o and 2i, each Contains three star-connected winding phases. The six open clamps. of the two winding systems 2o and 21 are connected to the switching arms of the switches 22 and 23 led :. If the secondary winding is on the rotor, it is necessary to between the open terminals of the winding systems 2o and 21 and the switching arms the switches 22 and 23 slip rings. to be provided. For starting. will. just that Winding system. 21 is used, with the help of the switch 22, whose switch ax then are placed to the left, to the starting resistors io is placed. To with a sudden Switching off the motor from the supply system, the occurrence of overvoltages on the To avoid open terminals of the winding system 2o, these are over when starting the switching arms of the switch 23, which are also placed to the left, with the protective resistors 24. connected.

Für den synchronen Betrieb werden die Schaltarme der Schalter 22 und 23 nach rechts gelegt, so daß die beiden Wicklungssysteme 2o und 21 in Reihenschaltung mit der Erregerstromquelle 7 (Gleichstromquelle) verbunden sind. Bei dieser Reihenschaltung sind von den drei Wicklungssträngen der Wicklungssysteme 2o und. 21 in an sich bekannter Weise jeweils zwei Wicklungsstränge parallel geschaltet.For synchronous operation, the switching arms of the switches 22 and 23 placed to the right so that the two winding systems 2o and 21 in Series connection are connected to the excitation current source 7 (direct current source). With this series connection are of the three winding phases of the winding systems 2o and. 21 in itself known Way two winding phases are connected in parallel.

In der Fig. 2 ist die Sekundärwicklung eines synchronen Asynchronmotors gezeigt, die aus den vier Wicklungssystemen 25 bis 28 besteht. Zum Anlassen dieses Motors wird nur das Wicklungssystem 25 benutzt, dessen offene Klemmen über die dann nach links gelegten Schaltarme des Schalters 33 mit den Anlaßwiderständen Io verbunden sind. Die drei Wicklungssysteme 26, 27 und 28 sind. über die Schalter 34, 35 und 36 während des Anlasseis an die Schutzwiderstände 30, 31 und. 32 angeschlossen. Für den synchronen Betrieb werden die Schaltarme der Schalter 33 bis 36 nach rechts gelegt, so daß die Wicklungssysteme. 25 bis 28 in Reihenschaltung mit der Erregerstromquelle 7 (Gleichstromquelle) verbunden sind. Auch hierbei sind, von den drei Wicklungssträngen jedes Wicklungssystems in an sich bekannter Weise jeweils zwei Wicklungsstränge parallel geschaltet. Bei der in. Fig. 2 gezeigten Schaltung ist die Anlaßspannung auf ein Viertel vermindert.In FIG. 2, the secondary winding of a synchronous asynchronous motor is shown, which consists of the four winding systems 25 to 28. To start this motor, only the winding system 25 is used, the open terminals of which are connected to the starting resistors Io via the switching arms of the switch 33, which are then placed to the left. The three winding systems 26, 27 and 28 are. via the switches 34, 35 and 36 during the starter ice to the protective resistors 30, 31 and. 32 connected. For synchronous operation, the switching arms of the switches 33 to 36 are placed to the right, so that the winding systems. 25 to 28 are connected in series with the excitation current source 7 (direct current source). Here, too, of the three winding phases of each winding system, two winding phases are connected in parallel in a manner known per se. In the circuit shown in Fig. 2, the starting voltage is reduced to a quarter.

Bei den in den Fig. I und 2 gezeigten Schaltungen empfiehlt es sich, durch entsprechenden Anschluß der einzelnen Wicklungsstränge an. die Erregerstromquelle dafür Sorge zu tragen, daß die Achsen der durch die einzelnen Wicklungssysteme. erzeugten Gleichstromerregerfelder parallel oder annähernd parallel sind, so daß sich diese Gleichstromerregerfelder möglichst algebraisch zu einem resultierenden Gleichstromerregerfeld zusammensetzen. Insbesondere bei der Anordnung der Fig. 2 ist durch entsprechende Auswahl der Wicklungsstränge, welche zueinander parallel geschaltet werden, darauf zu achten, daß der Richtungssinn., mit dem das eine Wicklungssystem mit dem anderen Wicklungssystem bei der Gleichstromerregung in Reihe geschaltet ist, eine algebraische Addition der Teilfelder ergibt. So läßt sich bei der Schaltung der Fig. 2, bei der für die Sekundärwicklung zwölf Wicklungsstränge vorgesehen sind. durch entsprechende Auswahl der parallel zu schaltenden Wicklungsstränge erreichen, daß die vektorielle Zusammensetzung der Teilgleichstromfelder ein resultierendes Gleichstromfeld ergibt, das nur um etwa 5 % kleiner ist als ein algebraisch zusammengesetztes resultierendes Gleichstromfeld.In the circuits shown in Figs. I and 2, it is advisable to by connecting the individual winding phases accordingly. the excitation current source to ensure that the axes of the individual winding systems. generated direct current exciter fields are parallel or approximately parallel, so that These DC exciter fields are as algebraic as possible into a resulting one Assemble the DC exciter field. In particular with the arrangement of FIG is through appropriate selection of the winding phases, which are parallel to each other be switched, make sure that the sense of direction., with which the one winding system connected in series with the other winding system for DC excitation is, results in an algebraic addition of the subfields. So can be seen in the circuit of Fig. 2, in which twelve winding phases are provided for the secondary winding. by selecting the winding phases to be connected in parallel, that the vectorial composition of the partial direct current fields is a resultant DC field that is only about 5% smaller than an algebraic composite resulting direct current field.

Die Anordnung gemäß der Erfindung, nach der die Sekundärwicklung eines synchronisierten Asynchronmotors aus mehreren in Stern geschalteten Wicklungssystemen besteht, kann auch dazu benutzt werden, das Gleichstromerregerfeld während des synchronen Betriebes aus zwei gegeneinander verschobenen Komponenten aufzubauen, die unabhängig voneinander regelbar sind, so daß die räumliche Lage des resultierenden Gleichstromfeldes, bezogen auf die räumliche Lage der Sekundärwicklung, weitgehend kontinuierlich geregelt werden kann. Hierzu werden die Wicklungssysteme der Sekundärwicklung zu zwei voneinander abweichende Wicklungsachsen aufweisende Gruppen zusammengefaßt, von denen jede mit einer gesonderten Erregerstromquelle verbunden wird. Vorzugsweise stehen die Wicklungsachsen der beiden Gruppen orthogonal oder annähernd ortho gonal aufeinander. Die auf diese Weise erzielte Regelung der räumlichen Lage des resultierenden Gleichstromfeldes ist wichtig für die Lastverteilung auf parallel arbeitende synchronisierte Asynchronmaschinen, die selbst oder über ihre Arbeitsmaschinen mechanisch oder elektrisch gekuppelt sind.The arrangement according to the invention, according to which the secondary winding of a synchronized asynchronous motor from several star-connected winding systems exists, can also be used to control the DC exciter field during the synchronous Build up the operation from two mutually shifted components that are independent are controllable from each other, so that the spatial position of the resulting direct current field, based on the spatial position of the secondary winding, largely continuously regulated can be. For this purpose, the winding systems of the secondary winding become two of each other groups having different winding axes are summarized, each with is connected to a separate excitation current source. The winding axes are preferably located of the two groups orthogonally or approximately orthogonally to one another. The on this Wise achieved regulation of the spatial position of the resulting direct current field is important for the load distribution on synchronized asynchronous machines working in parallel, which are mechanically or electrically coupled themselves or via their work machines are.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. I werden zu diesem Zweck beispielsweise die beiden Wicklungssysteme 2o und 21 von zwei getrennten Erregerstromquellen gespeist. Der Anschluß der drei Wicklungsstränge des einen Wicklungssystems an die eine Erregerstromquelle ist dabei phasenmäßig derart ausgewählt, daß das erzeugte Feld orthogonal oder annähernd orthogonal auf dem Erregerfeld des anderen Wicklungssystems steht. Beispielsweise kann diese durch zyklische Vertauschung der Klemmen der Wicklungsstränge an die Erregerstromquelle erreicht werden. Es ist aber auch möglich, für die Gleichstromspeisung nur zwei Wicklungsstränge zu benutzen, und zwar die beiden im anderen Wicklungssystem parallel geschalteten Wicklungsstränge, die unter Aufrechterhaltung der Sternpunktverbindung mit ihren äußeren Enden an die beiden Pole der Erregerstromquelle angeschlossen werden.In the embodiment of FIG. I, for this purpose, for example the two winding systems 2o and 21 fed by two separate excitation current sources. The connection of the three winding phases of one winding system to the one excitation current source is selected in terms of phase in such a way that the generated field is orthogonal or approximately is orthogonal to the excitation field of the other winding system. For example this can be done by cyclically interchanging the terminals of the winding phases on the Excitation current source can be reached. But it is also possible for direct current supply to use only two winding strands, namely the two in the other winding system winding phases connected in parallel, while maintaining the neutral point connection with their outer ends connected to the two poles of the excitation current source will.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Synchronized asynchronous motor, its secondary winding when transitioning from. Starting is switched to synchronous operation, characterized in that that the secondary winding consists of several star-connected winding systems, which are separated from each other during starting, with at least one winding system connected to starting resistors, and connected in series during synchronous operation are connected to the excitation power source.

2. Synchronized asynchronous motor according to Claim i, characterized in that the: 1 # axes of the individual winding systems generated DC excitation fields are parallel or approximately parallel.

3. Synchronized Asynchronous motor, its secondary winding at the transition from: starting to synchronous Operation is switched, characterized in that the secondary winding is off several star-connected winding systems, which during starting, are separated from each other, with at least one winding system of starting resistors connected, and two from each other during synchronous operation different Winding axes having groups are summarized, each of which with one separate excitation current source is connected. Synchronized asynchronous motor for a three-phase network according to claim 1 or 3, characterized in that of the three winding strands of each winding system in a manner known per se two winding phases are connected in parallel., Publications considered: German Patent No. 539 III; Swiss patent specification No. IoI 258; french Patent Nos. 510 323, 5-43 53o.