DEP0004608MA

DEP0004608MA - Regulation of the speed of induction motors

Info

Publication number: DEP0004608MA
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. München Poschenrieder
Original assignee: Poschenrieder, Franz, Dipl.Ing., München
Publication date: 1951-04-19

Description

B e a e ar e i b u η g B e a e ar ei b u η g

Die MJglicnkeit_f Induktionsmotoren in ihrer Drehzahl grundsätzlich verlustlos zu regeln ,indem Ban die Schlupf leistung mittels, zweier Synchronmaschinen auf Netzfrequenz und Netzspannung zurückforat, ist an eich bekannt. Doch haften den bisher bekannt gewordenen Lösungen wesentliche Nacht eile an, sodass der Drehstromkommutatormotor und die Eomautator-Hegelsätze durch Maschinensätze ohne Stromwender nicht verdrängt werden konnten. Einer der Gründe besteht darin, dass dies® auf das Netz zuriickarbeitenden Synchron-Hegelsätze wie der mit Widerständen geregelte Asynchronmotor bei sinkender Drehzahl das meist geforderte erhöhte Drehmoment nicht hergeben können. Ferner ist eine brauchbare Drehzahl-Kennlinie bei allen eingestellten Drehzahlen nur durch mehr oder minder komplizierte Kittel zu erreichen. Auch konnte die Regelung der Wirk- und Blindlastverteilung nicht befriedigen. Durch verwendung unterteilter und gegeneinander versetzter Erregerwicklungen können zwar Drehzahl und cos ψ unabhängig voneinander beeinflusst werden. Doch muss die Verwendung mehrerer Erregerwicklungen mit ihren unvermeidlichen Verlusten den Wirkungsgrad des Saschinensatzes besonders bei kleiner Nutzleistung recht ungünstig beeinflussen.The MJglicnkeit _f to regulate basically lossless induction motors in its speed by performing the slip Ban zurückforat means, two synchronous machines at line frequency and supply voltage, is at calibration known. However, the solutions that have become known up to now have significant disadvantages, so that the three-phase commutator motor and the Eomautator Hegel sets could not be replaced by machine sets without commutators. One of the reasons is that these synchronous levers, which work back on the network, such as the asynchronous motor controlled with resistors, cannot provide the usually required increased torque when the speed drops. Furthermore, a usable speed curve at all set speeds can only be achieved with a more or less complicated coat. The regulation of the active and reactive load distribution was also unsatisfactory. By using subdivided and offset exciter windings, the speed and cos ψ can be influenced independently of one another. However, the use of several excitation windings, with their inevitable losses, must have a very unfavorable effect on the efficiency of the machine set, especially when the useful power is low.

Vorstehende Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass eine Anordnung der oben beschriebenen Art nur dann wirtschaftlich werden kann, wenn man die Verluste möglichst verkleinert, ihre Mekwirkung auf die Leistungsfähigkeit der Maschine kompensiert und die ganze Anordnung so einfach wie möglich aufbaut. Da ferner die Begelanordnung weniger bei Neuanlagen, als bei bereits vorhandenen Drehstrommotoren als wirtschaft-TicTfie^LSsung in Frage kommt, ist es wichtig, eine Hausglfsprochene Hegel-Zusatzmaechine auszubilden, die nur die beiden Synchronglieder enthält. Diese muss mit einem bereits vorhandenen Motor mechanisch und elektrisch verbunden werden.The above invention is based on the basic idea that an arrangement of the type described above is only economical If the losses are reduced as much as possible, their mechanical effect on the performance of the machine can be compensated and set up the whole arrangement as simply as possible. Furthermore, since the bell arrangement is less common for new systems, as an economic solution for existing three-phase motors, it is important to have a home speaking To train Hegel additional machine that contains only the two synchronous links. This must match an existing Motor can be mechanically and electrically connected.

Diesen Porderungen sucht die Erfindung durch folgende Maßnahmen Heohnung zu tragens The invention seeks to meet these demands by the following measures

1. ) Me legelung der Drehzahl und Schlupf leistung erfolgt1.) The speed and slip power are measured

nicht durch zusätzliche Wicklungen, sondern völlig verlustfrei durch eine mechanisch Dewirkte Veränderung des Tfinkels zwischen Ständer- und Polfeld bei einem oder beiden Synchronteilen. Dadurch wird der sogenannte Laetwinkel geändert und die übertragene Wirkleistung beeinflusst.not through additional windings, but completely loss-free through a mechanical change in the Tfinkels between the stator field and pole field in one or both synchronous parts. This becomes the so-called Laetwinkel changed and influenced the transferred active power.

2. ) Die Polsysteme beider Synchronglieder werden zu einem möglichst einfach ausgebildet©» Zwischenläufer zusammengefasst. Die Pole werden dabei so angeordnet, dass der tragende Sing nur die Differenz der Flüsse beider Synchronteil« aufzunehmen hat, wodurch Material bzw. Amperewindungen eingespart werden. Da die Feldrichtung dabei für die übereinander liegenden Pole gleich ist, können diese zu einem durchgehenden Pol zusammengefasst werden. Dies ist besondere bei Verwendung moderner Dauermagnetstähle sehr vorteilhaft, weil diese umso weniger entmagnetisiert werden können, je länger sie in der Feldrichtung sind. Wegen der Einsparung der Erregerverluste ist die Verwendung von Dauermagneten für die Pole angezeigt und bei der heutigen Entwicklung der Dauermagnetstähle jedenfalls bei kleineren Leistungen immer möglich. Voraussetzung ist allerdings, dass das Polrad angeworfen wird und die ihm gegenüberliegenden Hcklungen erst nach Hochlauf eingeschaltet werden. Ein solcher Anlauf ist bei gleichbleibender Drehrichtung durch Freilaufkupplung mit der Rotorwelle leicht zu bewerkstelligen. Bei Aussertrittfellen müsste ein lelais zuverlässige Abschaltung bewirken.2.) The pole systems of both synchronous links are designed to be as simple as possible © »intermediate runner. The poles are arranged in such a way that the supporting sing only absorbs the difference between the flows of the two synchronous parts which saves material and ampere turns. Since the field direction is for the one above the other lying poles is the same, they can be combined to form a continuous pole. This is special when using Modern permanent magnet steels are very advantageous because the longer they can be demagnetized, the less they can be they are in the field direction. Because of the saving of the excitation losses, the use of permanent magnets is for the poles are indicated and, with today's development of permanent magnet steels, at least for smaller powers possible. The prerequisite is, however, that the pole wheel is started and the necks opposite it can only be switched on after startup. Such a start-up is due to the overrunning clutch if the direction of rotation remains the same easy to do with the rotor shaft. In the case of step skins, a relay would have to be reliably switched off cause.

3. ) Die Schlupf leistung wird nicht als zusätzlicher Strom,3.) The slip power is not used as additional electricity,

sondern als zusätzliche Spannung an den Primärkreis zurückgeliefert. Dies wird durch fteihenschaltung der Metzfrequenz führenden Ständerwicklung des Synchronteils mit der Ständerwicklung des Asynchronmotors erreicht. ~ *but returned to the primary circuit as additional voltage. This is done by connecting the Metz frequency in series leading stator winding of the synchronous part reached with the stator winding of the asynchronous motor. ~ *

Badarek wird bei untersynchroner Drehzahlregelung die am Motorständer liegende Spannung erhöht» Das bedeutet aber stärkeres Feld und erhöhte Überlastbarkeit. Der örad der zulässigem Spannungserhöhung richtet sich nach dem Grad der magnetischen Ausnutzung des Asynchronmotors. Er dürfte jedenfalls bei Vollast immer mindestens 15 % betragen,bei reichlich bemessenen Rfotortypen entsprechend mehr. Unter Berücksichtigung der Phasenlage der Zusatzepaanmng lässt sich bei zweckmässiger Wahl der !erregung dabei eine Abwartsregelung um 30 - 5o £ erzielen. Eine dabei auftretende Verschlechterung des Netzleistungsfaktors gegenüber dem widerstandsgeregelten Motor ist ohne Belang, veil sie in der Hauptsache nicht durch Vergrösserung der Slindlelstung_t sondern durch Wegfall von Wirkleistung bedingt ist. Wird ein noch grösserer Regelbereich ▼Srlangt_s so kann die as Bator liegend· Spannung durch einen vorgeschalteten Spartransformator oder durch andere ähnlich wirkende Mittel in den zulässigen Grenzen gehalten werden. Der Antrieb zur Drehzahlregelung kann dabei mit den Spannungsregler gekuppelt sein. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Beihenschaltung besteht darin» dass der Synchronteil durch den mit dem Drehmoment steigenden Motorstrom lastabhängig gesteuert wird. Die eingestellte Drehzahl bleibt infolgedessen auch bei Lastschwankungen im wesentlichen gleich, ohne dass eine Nachstellung erforderlich wäre. Ein entsprechendes Verhalten zeigt der Maschinensatz auch bei übersynchronem Betrieb. Wenn ein Leistungszuwachs mit steigender Drehzahl erwünscht ist, kann indessen in diese» Fall ash auf Parallelschaltung übergegangen werden. Erwähnt sei noch, dass der durch die Spannungserhöhung bedingte Anstieg der Eisenverluste durch Stromverminderung und niedrigere Stromwarmeverluste mehr als ausgeglichen wird. Die Gesamtverluste nehmen zunächst ab, erst bei sehr starkem Anwachsen des Hagnetisieruagsstromes werden sie wieder grösser »Jlnsgesarat wird durch diese Maßnahmen eine wesentlich bessere Ausnützung des Maschinensatzes mit einfachen Mitteln erreicht, der die Wirtschaftlichkeit der Anordnung beträchtlich erhöht. Bei der Ausbildung als Regel-Zusatzmaschine wird man,Badarek, the voltage on the motor stand is increased with subsynchronous speed control »But that means a stronger field and increased overload capacity. The örad of the permissible voltage increase depends on the degree of magnetic utilization of the asynchronous motor. In any case, it should always be at least 15% at full load, and correspondingly more for well-dimensioned photo types. Taking into account the phase position of the additional pairing, a downward regulation of around £ 30 - 50 can be achieved with an appropriate choice of excitation. Thereby occurring a deterioration of the network power factor compared with the resistance controlled motor is of no importance, it does not veil _t but mainly by increasing the Slindlelstung is caused by loss of active power. Is an even larger control range ▼ Srlangt _s so that as Bator lying · voltage can be maintained by an upstream autotransformer or other similarly acting agents within the permissible limits. The drive for speed control can be coupled to the voltage regulator. Another major advantage of the series connection is »that the synchronous part is controlled depending on the load by the motor current increasing with the torque. As a result, the set speed remains essentially the same even in the event of load fluctuations, without the need for readjustment. The machine block also shows a corresponding behavior in oversynchronous operation. If an increase in performance with increasing speed is desired, however, in this case ash one can switch to parallel connection. It should also be mentioned that the increase in iron losses caused by the increase in voltage is more than compensated for by a reduction in electricity and lower electricity heat losses. The total losses initially decrease, and only when the magnetic current increases very strongly do they become larger again. In total, these measures achieve a significantly better utilization of the machine set with simple means, which increases the economic efficiency of the arrangement considerably. When training as a standard additional machine, you will

insbesondere bei langsas laufendem Hauptaiotor₉ die Maschine für grösstmögliche Drehzalil einrichte» und mittele Zahngetriebe kuppeln. Damit wird sich stets eine durchaus wirtschaftliche Lösung des Regelproblems in schon vorhandenen Anlagen ermöglichen lassen, zumal damit auch eine beliebige Verbesserung des leistungsfaktor® verbunden ist. Die Kosten der Begelzusatzmaschine dürften die Kosten einer gleichwertigen Einrichtung mit Begulieranlasser und Leistungsfaktor verbessernde» Kondensator vielfach kaum nennenswert übersteigen. 'Eine besonders günstige Lösung ergibt sich bei Einphasen-Induktionsmotoren, bei denen normalerweise wegen des stark absinkenden Drehmomentes die Drehzahl nur wenig heruntergeregelt werden darf. Stattet man nämlich den Ständer des rüekarbeitenden Synchronteilee (D) mit einer zweiten Heklung aus, die gegen die erste um 90 el. Grade verschoben ist und speist damit die Anlauf wicklung des Vordermotors, so nimmt dieser damit bei absinkender Drehzahl immer mehr den Charakter eines Mehrphasenmotors an. Drehmoment und Überlastbarkeit bleiben konstant oder können sogar noch zunehmen. Erwähnt sei schliesslich noch, dass einer Ausführung der Maschinen für Hochspannung nichts im Wege steht. Dies bedeutet gegenüber Kommutatormaschinen und Kbmmutator-Begelsätzen einen grossen Vorteil und führt zu einer wesentlichen Einsparung an Kupfer.Set up the machine for the highest possible speed, especially when the main engine _{9 is running slowly, and couple the middle gear.} This will always enable a thoroughly economical solution to the control problem in existing systems, especially since any improvement in the performance factor® is associated with it. The costs of the additional Begel machine are unlikely to significantly exceed the costs of an equivalent device with a Begulier starter and power factor improving »capacitor. A particularly favorable solution is obtained with single-phase induction motors, in which the speed can normally only be reduced slightly because of the sharply lowering torque. If you equip the stator of the back-working synchronous part (D) with a second heklung, which is displaced by 90 el.degree. And thus feeds the start-up winding of the front motor, this takes on the character of a multi-phase motor as the speed drops on. Torque and overload capacity remain constant or can even increase. Finally, it should be mentioned that nothing stands in the way of the machines being designed for high voltage. This means a great advantage over commutator machines and commutator sets and leads to a significant saving in copper.

('Ο&λλλλ.Ι* Fief. I |jer PriElrteil A C Ständer) dee Asynchronmotors «fee*- ('Ο & λλλλ.Ι * Fief. I | jer PriElrteil AC stator) of the asynchronous motor «fee * -

M "trägt mechanische und elektrische Energie auf den SekunM "carries mechanical and electrical energy to the Sekun

därteil B₁ (Mufer)_l dessen Wicklung mit der Wicklung des Mufers verbunden ist. Bei direkter Kupplung kann die Verbindung unmittelbar vorgenommen werden; sonst sind Schleifringe erforderlich, die in den meisten Fällen auch zum Anlassen benötigt werden. Die Wicklung von Bg erzeugt ein Drehfeld, da« mit einer der Primarfrequenz und Polpaarzahl entsprechenden Drehzahl rotiert und das als Zwischenläufer ausgebildete Polrad C synchron mitnimmt. Diese» induziert in der Wicklung des Ständer· D Spannungen und Ströme von Primärfrequenz, Der Ständer D wird zur Eegelung mittels Handrad und Schnecke S verstellt» Die Schaltung ist aus Fig. II ersichtlich.därteil B ₁ (Mufer) _l whose winding is connected to the winding of the Mufers. With direct coupling, the connection can be made immediately; otherwise slip rings are required, which in most cases are also required for tempering. The winding of Bg generates a rotating field because it rotates at a speed corresponding to the primary frequency and number of pole pairs and synchronously drives the pole wheel C, which is designed as an intermediate rotor. This "induces voltages and currents of primary frequency in the winding of the stator. The stator D is adjusted by means of a handwheel and worm S for adjustment." The circuit is shown in FIG. II.

Fig. II pn der üetzzuleitung ie*- ein Spartransformator zur Fig. II pn the üetzzuleitung ie * - an autotransformer for

Spannungsbegrenzung eingezeichnet. Ein solcher wird nur erforderlich, wenn die Drehzahl sehr weit nach abwärts geregelt wird.Voltage limit drawn in. This is only necessary if the speed is very far down is regulated.

~3"w FiqSll ftfcer wird die Ausbildung als Segel-Zusatzmaschine gezeigt. Die Bedeutung der Bezeichnungen ist die gleich« wie bei Fig. I. Das Polrad C enthält Dauermagnete, wodurch die Erregersehleifringe entfallen. Über die Schleifring· S ist die Maschine mit den Schleifringen des zu regelnden Motors in Verbindung. Die Freilaufkupplung zum Anarurf des Zwischenlauf ere^^Lst durch den Teil K angedeutet. Die Verbindung mit fSÖtoretänder A ist aus Fig. II ersichtlich.~ 3 "w FiqSll ftfcer is shown the formation of a sail auxiliary machine. The meaning of the terms is containing the same" as in Fig. I. The flywheel C permanent magnets, whereby the Erregersehleifringe omitted. About the slip ring · S is the machine with the Slip rings of the motor to be controlled in connection. The overrunning clutch for anarurfing the intermediate run ere ^^ Lst indicated by the part K. The connection with fSÖtoretänder A can be seen from Fig. II.

Die Gleichstromquellen für die Erregung und die zugehörigen Regler sind als nebensächlich nicht dargestellt. In den meisten fällen werden Trockengleichrichter ausreichen, die in die Maschine mit eingebaut und durch die umlaufenden Ireile wirksam belüftet werden können.^The direct current sources for the excitation and the associated regulators are not shown as being irrelevant. In most In some cases, dry rectifiers are sufficient, which are built into the machine and are effective thanks to the circumferential Ireile can be ventilated. ^

Claims

Expectations

la) Arrangement, consisting of a single or multi-phase WeoliseletTOm - Indufcti onsrnotor and two © ynolironm Additional links for regulating the 4-way speed and making the SchlupfIei air safe, characterized in that the setting of the! speed is effected mechanically by a change in the angle between the rotating field of the stator and pole field takes place in the synchronous parts.

2 «) Arrangement according to Aneprueh 1, thereby marked, let the change of the square between the standwire and Pole field by rotating the fixed stand, the pole systems or by an adjustable coupling between Asynchronous and synchro part is effected,

3.) Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the PolByoteme of the two synchronous members in such a way. a gemei & seeieii Swlaehenlaufe? are united, that the pole carriers are only the difference of the magnetic fluxes of the has to accommodate both pole systems.

4.) Arrangement according to claim 1 to J ₉ characterized in that the StiaderÄcklTiag of the old Hetz frequency indasi # rtea SynchronteiIes with the stator winding of the asynchronous motorE is connected in series such that with downward control of the motor speed an increase of the »Kotor is caused

5 «) Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that omitting the asynchronous motor, the remaining rope are combined to a rule additional riveting machine, which mechanically and electrically with an already existing Hotor can be coupled and its pole wheel is automatically started by an overrunning clutch from the shaft

6.) Arrangement according to claim 1 to 5 for single-phase alternating current, characterized in that the induction with chasing frequency The second stator of the synchronous part contains a second winding offset from the © rs by 90 electrical degrees, wel < feeds one winding of the asynchronous motor, which is also offset by 90 electrical degrees from the main winding

is.