DE973836C

DE973836C - Control system for asynchronous machines

Info

Publication number: DE973836C
Application number: DEF8757A
Authority: DE
Inventors: Louis Galzin
Original assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Current assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Priority date: 1951-04-05
Filing date: 1952-04-05
Publication date: 1960-06-23

Description

Steueranlage für Asynchronmaschinen Die Erfindung betrifft eine Steueranlage für Asynchronmotoren zur Regelung ihrer positiven und negativen Drehmomente durch einen Hilfsmotor, welcher gleichzeitig die Schlupfwiderstände und einen zur Regelung des Bremsmoments dienenden Hilfswiderstand verändert.Control system for asynchronous machines The invention relates to a control system for asynchronous motors to regulate their positive and negative torques an auxiliary motor, which simultaneously controls the slip resistance and one for regulation of the braking torque serving auxiliary resistor changed.

Bei derartigen Asynchronmaschinen, die beispielsweise als Fördermotoren in Bergwerken verwendet werden, müssen die Schlupfwiderstände im Motorbetrieb so gesteuert werden, daß der Motor bei allen Drehzahlen unter den günstigsten Drehmomentbedingungen arbeitet und gegen Überlastung geschützt ist. Beim Bremsbetrieb wird der Ständer der Maschine mit Gleichstrom erregt, und sie arbeitet dann als Synchrongenerator auf die Läuferwiderstände. Auch hierbei müssen die Widerstände, je nach dem gewünschten Bremsmoment, in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine verändert werden, damit stets im stabilen Bereich der Kennlinie gearbeitet wird.In such asynchronous machines, for example as conveyor motors are used in mines, the slip resistances in engine operation must be like this be controlled that the engine at all speeds under the most favorable torque conditions works and is protected against overload. When braking, the stator the machine is excited with direct current, and it then works as a synchronous generator on the rotor resistances. Here, too, the resistors have to be used, depending on the desired Braking torque can be changed depending on the speed of the machine so work is always carried out in the stable range of the characteristic curve.

Es besteht daher das Problem, die gleichen Widerstände einmal beim Motorbetrieb und zum anderen beim Generatorbetrieb selbsttätig stets auf den richtigen Wert einzuregeln, der den von Hand eingestellten Betriebsbedingungen entspricht. Dabei tritt die besondere Schwierigkeit auf, daß die Regelbedingungen bei Motorbetrieb und bei Bremsbetrieb sehr verschieden sind.There is therefore the problem of using the same resistances once Motor operation and, on the other hand, always automatically to the correct one in generator operation To adjust the value that corresponds to the manually set operating conditions. The particular difficulty arises that the control conditions during engine operation and are very different during braking.

Bei einer bekannten Steueranlage für derartige Asynchronmotoren wird der Hilfsmotor, der die Schlupfwiderstände verändert, sowohl beim Motorbetrieb als auch beim Bremsbetrieb durch das gleiche Wechselstromrelais gesteuert. Dieses Relais liegt in Serie mit dem Hilfswiderstand, der gleichfalls vom Hilfsmotor verstellt wird, an einem Stelltransformator mit zwei Abgriffsbereichen, von denen der eine dem Motorbetrieb und der andere dem Bremsbetrieb zugeordnet ist. Die Wahl des Abgriffs geschieht durch Betätigung des Steuerhebels. Ein auf der Welle der Maschine angebrachter Kontrollgenerator liefert den Primärstrom für den Stellgenerator. Der Kontrollgenerator ist so geschaltet, daß seine Ausgangswechselspannung beim Motorbetrieb dem Schlupf und beim Bremsbetrieb der Drehzahl der Hauptmaschine proportional ist.In a known control system for such asynchronous motors the auxiliary motor, which changes the slip resistances, both during motor operation and even controlled by the same AC relay during braking operation. This relay is in series with the auxiliary resistor, which is also adjusted by the auxiliary motor is, on a variable transformer with two tapping areas, one of which the motor operation and the other is assigned to the braking operation. The choice of tap is done by operating the control lever. One mounted on the shaft of the machine Control generator supplies the primary current for the control generator. The control generator is switched in such a way that its output alternating voltage corresponds to the slip during engine operation and is proportional to the speed of the main engine during braking.

Diese Anordnung bedingt einen großen Aufwand und führt verschiedene Nachteile mit sich. Der Stelltransformator mit den beiden Abgriffsbereichen ist ein teures und empfindliches Organ. Da bei beiden Betriebsarten das gleiche Relais und der gleiche Hilfswiderstand zur Steuerung des Hilfsmotors verwendet werden, müssen die unterschiedlichen Regelbedingungen durch entsprechenden Aufbau des Stelltransformators berücksichtigt werden. Dies macht eine nachträgliche Justierung der einzelnen Bereiche und eine Anpassung an geänderte Betriebsbedingungen praktisch unmöglich. Auch die Einstellung der Läuferwiderstände in Abhängigkeit vom Schlupf beim Motorbetrieb ist ungünstig, da hierbei nur die Drehzahl, aber nicht das Drehmoment und der Leistungfaktor der Maschine berücksichtigt werden. Dies ist besonders bei sehr großen Maschinen nachteilig, bei denen der Leistungsfaktor bei niedrigen Drehmomenten und Drehzahlen sehr klein werden kann.This arrangement requires a lot of effort and leads to various Disadvantages with itself. The variable transformer with the two tapping areas is an expensive and sensitive organ. Since the same relay is used in both operating modes and the same auxiliary resistor can be used to control the auxiliary motor, the different control conditions must be met by the corresponding structure of the variable transformer must be taken into account. This makes a subsequent adjustment of the individual areas and adaptation to changed operating conditions is practically impossible. Also the Setting of the rotor resistances depending on the slip during motor operation is unfavorable, because here only the speed, but not the torque and the power factor of the machine must be taken into account. This is especially true for very large machines disadvantageous where the power factor at low torques and speeds can get very small.

Zur vollständigen Beseitigung dieser Nachteile dient erfindungsgemäß eine Steueranlage der eingangs erwähnten Art, gekennzeichnet durch eine doppelte Steuerung des Hilfsmotors, die so ausgebildet ist, daB bei Motorbetrieb der Hilfswiderstand außer Betrieb gesetzt wird und die Steuerung des Hilfsmotors über ein Steuergerät durch ein wattmetrisches Relais erfolgt, welches die vom Asynchronmotor aufgenommene Leistung mißt,während beim Bremsen die Steuerung des Hilfsmotors über das gleiche Gerät durch ein Gleichstromrelais erfolgt, welches in Reihe mit dem Hilfswiderstand durch eine Tachometermaschine derart erregt wird, daB das eingestellte Bremsmoment von der Geschwindigkeit unabhängig bleibt, wobei die Einstellung des Bremsmoments in weiten Grenzen durch gleichzeitige Regelung der Tachometererregung und der Gleichstromerregung des Asynchronmotors mit Hilfe von zwei entgegengesetzt betätigten Widerständen erzielt wird.The purpose of the invention is to completely eliminate these disadvantages a control system of the type mentioned, characterized by a double Control of the auxiliary motor, which is designed in such a way that the auxiliary resistor is activated when the motor is in operation is put out of operation and the control of the auxiliary engine via a control unit by a wattmetrical relay, which takes up the asynchronous motor Power measures, while during braking the control of the auxiliary engine over the same Device is carried out by a DC relay, which is in series with the auxiliary resistor is excited by a tachometer machine in such a way that the set braking torque remains independent of the speed, with the setting of the braking torque within wide limits through simultaneous regulation of the tachometer excitation and the direct current excitation of the asynchronous motor achieved with the help of two oppositely actuated resistors will.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wirken die beiden zur Steuerung der verschiedenen Bereiche dienenden Systeme auf den gleichen Hilfsmotor und über diesen auf den gleichen Schlupfwiderstand ein, sie können aber im übrigen völlig unabhängig voneinander justiert und den verschiedenartigsten Betriebsbedingungen- angepaßt werden. Trotzdem ist die Gesamtanordnung einfacher und billiger als bei der oben geschilderten bekannten Anordnung, denn es entfällt der teure Stelltransformator, und an Stelle eines Wechselstromrelais wird ein einfaches Gleichstromrelais verwendet. Die genaue Beeinflussung des Bremsmoments von Hand geschieht sehr einfach durch Einwirkung auf die Erregung der Tachometermaschine über einen veränderlichen Widerstand. Durch Verbindung dieses Widerstands mit einem entgegengesetzt veränderbaren Widerstand, der auf die Gleichstromerregung der Asynchronmaschine einwirkt, kann das Bremsmoment in sehr weiten Grenzen eingestellt werden. Beim Motorbetrieb wird durch die leistungsabhängige Steuerung mittels des wattmetrischen Relais eine sehr viel größere Genauigkeit erreicht, da dieses Relais auch den Leistungsfaktor berücksichtigt. Außerdem bringt die Anwendung einer doppelten Steuerung eine größere Anpassungsfähigkeit der Anlage an die verschiedenen Betriebsbedingungen, welche bei den in Frage kommenden größeren Motoren besonders wichtig ist.In the arrangement according to the invention, the two act for control systems serving different areas on the same auxiliary engine and over this on the same slip resistance, but they can otherwise completely independently adjusted and the most diverse operating conditions be adjusted. Even so, the overall arrangement is simpler and cheaper than at the known arrangement described above, because there is no expensive variable transformer, and a simple DC relay is used in place of an AC relay. Exactly influencing the braking torque by hand is very easy Effect on the excitation of the speedometer machine via a variable resistance. By connecting this resistance with an oppositely variable resistance, which acts on the DC excitation of the asynchronous machine, the braking torque can be set within very wide limits. When the engine is running, the power-dependent Control by means of the wattmetric relay achieves a much greater accuracy, because this relay also takes the power factor into account. Also brings the application a double control system allows greater adaptability of the system to the different ones Operating conditions, which are particularly important for the larger engines in question important is.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf ein vereinfachtes Schaltbild beispielsweise erläutert.The invention is below with reference to a simplified one Circuit diagram explained for example.

In diesem Schaltbild sieht man einen Asynchronmotor M, dessen Ständer mittels eines Schalters G entweder mit einem Dreiphasennetz T oder mit einem Gleichstromnetz U verbunden werden kann. Die Schleifringe B dieses Motors sind mit einem Läuferwiderstand R verbunden, welcher von einer Gruppe durch eine Nockenwelle c betätigter Schalter gesteuert wird. Diese Welle wird in beiden Richtungen durch einen vorzugsweise schrittweise arbeitenden Hilfsmotor na angetrieben.In this circuit diagram you can see an asynchronous motor M, its stator by means of a switch G either with a three-phase network T or with a direct current network U can be connected. The slip rings B of this motor have a rotor resistance R connected, which of a group operated by a camshaft switch c is controlled. This wave is preferably gradual in both directions working auxiliary motor na driven.

Die gleiche Nockenwelle c steuert die Schalter eines Widerstandes v, welcher mit einem Bremsrelais E in Reihe geschaltet ist, welches von einer auf der Welle der Maschine Al befestigten Tachometerdynamomaschine D erregt wird.The same camshaft c controls the switches of a resistor v, which is connected in series with a brake relay E, which from one to the shaft of the machine Al attached tachometer dynamo machine D is excited.

Der Hilfsmotor m wird durch eine geeignete Anordnung A so gespeist, daß er sich in der einen oder der anderen Richtung dreht; diese Anordnung ist mit einem Laufkontroller Cl für »Vorwärtslauf und Rückwärtslauf« je nach der Stellung eines Steuerhebels L sowie mit einem Bremskontroller C, mit Bremshebel F verbunden.The auxiliary motor m is fed by a suitable arrangement A so that that it turns in one direction or the other; this arrangement is with a run controller Cl for "forward run and backward run" depending on the position a control lever L and a brake controller C, connected to brake lever F.

Die sämtlichen Verbindungen zwischen der Anordnung A und den beiden Kontrollern Cl und C, sind in Kabeln k, k1 und k2 gruppiert, welche in dem Schaltbild schraffiert dargestellt sind. Diese Kabel enthalten außerdem die Leitungen f 1 und f 2, deren Aufgabe noch näher erörtert werden wird.All the connections between the arrangement A and the two controllers Cl and C are grouped in cables k, k1 and k2, which are shown hatched in the circuit diagram. These cables also contain lines f 1 and f 2, the role of which will be discussed in more detail.

Der Steuerhebel L ist mit einem Stromwender I verbunden; der Bremshebel F ist durch eine geeignete, mit n bezeichnete Übertragung mit dem Schalter G und mit zwei gekuppelten Regelwiderständen verbunden, von denen der eine, mit r1 bezeichnete, auf die Erregung e der kleinen Tachometerdynamomaschine D einwirkt, während der andere, mit r2 bezeichnete, die Gleichstromerregung der Maschine 167 regelt.The control lever L is connected to a commutator I ; the brake lever F is connected to the switch G and to two coupled control resistors by means of a suitable transmission, labeled n, of which one, labeled r1, acts on the excitation e of the small tachometer dynamo machine D, while the other, labeled r2, regulates the DC excitation of machine 167.

Das Bremsrelais E ist ein Spannungsrelais mit zwei Stellungen; sein beweglicher Kontakt, welcher bei Bremsbetrieb durch den Draht f 1 unter der Einwirkung des Hebels F gespeist wird, kann den Draht a1 oder den Draht dl erregen. Die Leitung ccl wirkt auf die Anordnung A so ein, daB sich der Motor m in der Richtung der Vergrößerung der Widerstände r und R dreht; die Leitung dl wirkt in der Richtung der Verringerung dieser Widerstände. Das System weist noch ein wattmetrisches Relais für Motorbetrieb TV auf, dessen beweglicher Korntakt bei Vorwärts- oder Rückwärtslauf unter der Wirkung des Hebels L durch die Leitung f 2 gespeist wird. Wenn dieser bewegliche Kontakt die Leitung a. erregt, vergrößert der Motor m die Widerstände r und R; wenn er dagegen die Leitung d2 erregt, nehmen diese Widerstände ab.The braking relay E is a voltage relay with two positions; its movable contact, which is fed during braking by the wire f 1 under the action of the lever F, can excite the wire a1 or the wire dl. The line ccl acts on the arrangement A in such a way that the motor m rotates in the direction in which the resistances r and R are increased; the line dl acts in the direction of reducing these resistances. The system also has a wattmetric relay for motor operation TV, the movable grain rate of which is fed under the action of the lever L through the line f 2 when running forwards or backwards. When this moving contact takes the line a. energized, the motor is increased m the resistors r and R; if, on the other hand, he energizes line d2, these resistances decrease.

Wenn während der Bremsung die Geschwindigkeit der Maschine M zunimmt, übersteigt die von der Dynamomaschine D gelieferte Spannung den eingestellten Wert des Relais E; dieses zieht seinen Anker an und bewirkt die Drehung des Motors m zur Vergrößerung des Widerstandes r und gleichzeitig des Läuferwiderstandes R. Bei einer Abnahme der Geschwindigkeit fällt das Relais E ab und bewirkt die Drehung des Motors rn in entgegengesetzter Richtung, so daß die Widerstände r und R abnehmen. Das Bremsmoment wird so selbsttätig auf dem durch die Stellung des Hebels F des Bremskontrollers C, bestimmten Wert gehalten.If the speed of the machine M increases during braking, if the voltage supplied by the dynamo D exceeds the set value of relay E; this attracts its armature and causes the rotation of the motor m to increase the resistance r and at the same time the rotor resistance R. At a decrease in speed, the relay E drops out and causes the rotation of the motor rn in the opposite direction, so that the resistances r and R decrease. The braking torque is automatically set by the position of the lever F des Brake controller C, held certain value.

Dieser Wert ist praktisch der Verstellung des Hebels F proportional. Die Regelung des Bremsmoments bis zu Werten, welche z. B. das Doppelte des normalen Moments erreichen, erfolgt durch die gekuppelten Widerstände r1 und r2, welche von der Übertragung ya betätigt werden. Der erste Widerstand bewirkt die Verringerung der Erregung e der Dynamomaschine D, während der zweite die Verstärkung der Gleichstromerregung der Maschine M bewirkt. Wenn die Erregung verstärkt wird, steuert das Relais W den Hilfsmotor m im Sinne der Verringerung des Widerstands R, wie später gezeigt werden wird.This value is practically proportional to the adjustment of the lever F. The regulation of the braking torque up to values which z. B. achieve twice the normal torque, is done by the coupled resistors r1 and r2, which are actuated by the transmission ya. The first resistor has the effect of reducing the excitation e of the dynamo D, while the second has the effect of increasing the DC excitation of the machine M. When the excitation is increased, the relay W controls the auxiliary motor m to reduce the resistance R, as will be shown later.

Während des Anlassens des :Motors M ist die Leitung f 1 entregt, da sich der Hebel F in der Nullstellung befindet. In der Nullstellung des Hebels L (wie dargestellt) wird der Hilfsmotor m selbsttätig in die Stellung gebracht, welche den größten Werten der Widerstände r undR entspricht. Die Betätigung von L in der Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung betätigt den Umschalter I und bewirkt die Drehung des Motors m im Sinne einer allmählichen Verkleinerung der Widerstände r und R. Hierzu ist zu bemerken, daß in diesem Fall die Veränderungen von r ohne Bedeutung sind, da die Leitung f 1 nicht unter Spannung steht.While starting the: Motor M, the line f 1 is de-energized because the lever F is in the zero position. In the zero position of the lever L (as shown), the auxiliary motor m is automatically brought into the position which corresponds to the greatest values of the resistances r and R. The actuation of L in the forward or reverse direction actuates the changeover switch I and causes the motor m to rotate in the sense of a gradual decrease in the resistances r and R. It should be noted that in this case the changes in r are irrelevant since the Line f 1 is not live.

Die Betätigung des Hebels L setzt dagegen die Leitung f2 unter Spannung, und das die der Maschine M von dem Netz T gelieferte Leistung messende wattmetrische Relais W steuert den Hilfsmotor m im Sinne einer Veränderung des Wertes des Schlupfwiderstandes R derart, daß das positive Moment von M selbsttätig entsprechend der Stellung des Hebels L eingestellt wird. Man sieht somit, daß man sowohl während des Anlassens wie während der dynamischen Bremsung im Generatorbetrieb die Regelung des positiven oder negativen Moments entsprechend der Stellung der Steuerhebel erhält, wobei der gewählte Wert des Moments selbsttätig in beiden Fällen aufrechterhalten wird.The actuation of the lever L, however, puts the line f2 under voltage, and the wattmetric relay W measuring the power supplied to the machine M by the network T controls the auxiliary motor m in the sense of changing the value of the slip resistance R in such a way that the positive moment of M is automatically adjusted according to the position of the lever L. It can thus be seen that both during starting and during dynamic braking in generator mode, the positive or negative torque is regulated according to the position of the control lever, the selected value of the torque being automatically maintained in both cases.

Es ist selbstverständlich, daß die oben beschriebene Ausführungsform nur beispielsweise angegeben wurde und in verschiedener `Weise abgewandelt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the embodiment described above was only given as an example and can be modified in various ways can without departing from the scope of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control system for asynchronous motors to regulate their positive and negative torques by an auxiliary motor, which at the same time changes the slip resistances and an auxiliary resistor used to regulate the braking torque, characterized by a double control of the auxiliary motor, which is designed so that the auxiliary resistor (r) except Operation is set and the control of the auxiliary motor (m) via a device (A) by a wattmetrical relay (W), which measures the power consumed by the asynchronous motor, while the control of the auxiliary motor via the same device (A) by a DC relay (E) takes place, which is excited in series with the auxiliary resistor (r) by a tachometer machine (D) in such a way that the set braking torque remains independent of the speed, the setting of the braking torque within wide limits by simultaneous regulation of the speedometer excitation (e ) and the DC excitation of the Asynchro nmotors is achieved with the help of two oppositely actuated resistors (r1, r2). a. Control system according to claim i, characterized in that the auxiliary motor (m) - works step by step and actuates cam-controlled switches which simultaneously control the slip and braking resistance (R) and the auxiliary resistance (r). 3. Control system according to claim i, characterized in that the voltage relay (E) is switched on by a brake controller (F) and the wattmetric relay (W) by a controller for engine operation (L). Publications considered: "The Colliery Guardian," 15.3. 1951, pp. 344 to 346, German patent specification No. 607 517.