Einrichtung zur Regelung der Tourenzahl von Elektromotoren, insbesondere <B>asynchronen</B> Drehstrommotoren. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Tourenzahl von Elektromotoren, insbesondere asynchro nen Drehstrommotoren.
Es sind Einrichtungen bekannt, bei wel chen in mindestens einer Phasenleitung der . elektrischen Speiseleitung des Motors ein LTn- terbrecherkontakt einer mit der Motorwelle in Abhängigkeit von deren Drehzahl gekuppelten Kontakteinrichtung angeordnet ist, wobei die Kontakteinrichtungdie Stromzufuhr jedesmal selbsttätig unterbricht, wenn die Drehzahl über einen an der Kontakteinrichtung ein stellbaren Wert steigt, so dass der Motor im pulsweise so viel Energie bekommt als er zur Einhaltung der gewünschten Tourenzahl be nötigt.
Ferner ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher zur Regelung der Drehzahl von asynchronen Drehstrommotoren in minde stens zwei Phasenleitern der Drehstromlei tung je ein Schaltkontakt eines Schützen liegt, dessen Erregerstromkreis durch die genannte Kontakteinrichtung gesteuert wird.
In der Praxis hat sich bei diesen bekann ten Einrichtungen besonders bei der Rege lung von Motoren grösserer Leistung, die Fun kenbildung an den in der Speiseleitung ange ordneten Schaltkontakten als sehr nachteilig erwiesen. Diese Funkenbildung ist infolge der Induktivität der Motorwicklungen und den dadurch bedingten hohen Abschaltspannun- gen an den Kontakten recht beträchtlich und bietet zu raschen Beschädigungen der Kon taktelemente Anlass.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Übelstände im wesentlichen dadurch, dass in mindestens einem Leiter der elektrischen Speiseleitung des zu regelnden Elektromotors ein abgestimmter Resonanzkreis vorhanden ist, dessen Resonanzfrequenz mit tels einer mit der Motorwelle in Abhängigkeit von deren Drehzahl gekuppelten Kontaktein- richtung derart veränderbar ist,
dass der Mo tor zufolge Änderung der Impedanz des Krei- ses impulsweise so viel Energie bekommt, als er zur Einhaltung einer gewünschten, an der Kontakteinrichtung einstellbaren Drehzahl benötigt.
In der Zeichnung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstan- des schematisch dargestellt. Es zeigt: Fig.l ein erstes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Drehzahlregelung eines asyn chronen Drehstrommotors, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Regelung eines asynchronen Drehstrommotors.
Gemäss der Darstellung in Fig.1 ist ein Dreiphasen-Asynchronmotor 11 mit Hilfe eines von Hand betätigbaren Schalters 12 an die drei Phasenleiter R, S und T eines Drehstrom- Verteilnetzes anschliessbar.
Zwischen dem Schalter 12 und dem Motor 11 ist in mindestens zwei -der Phasenleiter je ein elektrischer Resonanzkreis angeordnet, der aus einer eisenhaltigen Spule 13 bzw. 13a und einem aus zwei Teilen 14, 15 bzw. 14a, 15a bestehenden Kondensator gebildet ist., wobei die Elemente jedes Resonanzkreises in Serie geschaltet sind.
Der eine Teil 15 bzw. 15a des Kondensators ist durch einen Ruhe kontakt 16 bzw. 16a eines Schaltschützes kurz- geschlossen, dessen Magnetspule 17 einerseits unmittelbar an den einen Phasenleiter und anderseits unter Zwischenschaltung eines Ar beitskontaktes 18 einer Kontakteinrichtung 19 an einem andern Phasenleiter angeschlossen ist. Der Anker des Magnetes 17 steht mit den beiden Schaltkontakten 16 und 16a zu deren Betätigung in Wirkverbindung.
Die Kontakteinrichtung 19 ist an der Welle des Motors 11 angekuppelt und derart ausgebil det, dass der Arbeitskontakt 18 in Abhängig keit von der Tourenzahl des Motors bei einer bestimmten, mit Hilfe eines Einstellorganes 20 in gewissen Grenzen beliebig einstellbaren Drehzahl geschlossen wird. Zum Beispiel kann die Kontakteinrichtung 19 eine elastische und drehzahlabhängige Kupplung aufweisen, über welche die Motorwelle auf den Kontakt 18 einwirkt, wobei durch das. Einstellorgan 20 der Abstand der Kontaktelemente oder eine Federkraft verändert werden kann, welche bei einer bestimmten Drehzahl dem von der elastischen Kupplung übertragenen Dreh moment die Waage hält..
Derartige Kontakt einrichtungen sind an sich in verschiedenen Ausführungen bekannt und bedürfen deshalb keiner näheren Beschreibung.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Ein richtung ist wie folgt.: Im Ruhezustand des Motors, oder wenn dessen Drehzahl unterhalb der gewünschten liegt., ist der Kontakt 18 der Kontakteinrich tung 19 offen, so dass kein Strom durch die 31agnetspule 17 :des Schaltschützes fliesst. Seine Ruhekontakte 16 und 16a sind daher geschlossen und die Kondensatoren 15 und 15a. je kurzgeschlossen.
Die Serieresonanz- kreise 13, 14 bzw. 13a, 14a sind auf die Fre quenz des Speisestromes des Motors abge stimmt und weisen in diesem Zustand daher eine sehr kleine Impedanz auf, die keinen nennenswerten Vorschaltwiderstand zum Mo tor 11 bildet..
Beim Schliessen des Schalters 12 beginnt der Motor zu drehen, und seine sich steigernde Tourenzahl erreicht. bald den durch das Ein stellorgan 20 an der Kontakteinrichtung 19 eingestellten Wert. Bei einer weiteren Stei gerung der Drehzahl wird der Kontakt 18 der Kontakteinriehtung geschlossen, wodurch die zwischen zwei Phasenleitern herrschende Spannung an die Spule 17 des Schützes ge langt und derselbe betätigt wird. Die beiden Kontakte 16 und 16a öffnen und bringen da durch die Kondensatoren 15 und 15a zur Wirkung, die eine Verstimmung der Resonanz kreise zur Folge haben.
Die Impedanz dieser Kreise nimmt durch die' Verstimmung we sentlich zu und bildet einen wirksamen Vor widerstand in der Speiseleitung des Motors, dessen Drehzahl in ,der Folge wieder sinkt. Beim Unterschreiten der Drehzahl unter den eingestellten Wert unterbricht der Kontakt 18 den Erregerstromkreis des Schaltschützes wie der, so dass seine Kontakte die Kondensatoren 15 und 15a wieder kurzschliessen und ausser Wirkung bringen.
Die Resonanzkreise werden dadurch wieder auf die Frequenz des Speise stromes abgestimmt und die Energiezufuhr zum Motor setzt wegen der nunmehr gerin gen Impedanz der Resonanzkreise erneut ein. Dadurch steigt die Tourenzahl des Motors von neuem. Je nach der Trägheit des Motors und der übrigen Einrichtung wiederholt sich das beschriebene Schaltspiel in mehr oder weniger rascher Folge, so dass die Tourenzahl prak tisch konstant auf dem gewünschten Wert bleibt. Der Motor bekommt also impulsweise so viel Energie, als er zum Einhalten der ge wünschten Drehzahl benötigt.
Durch Veränderung des Einstellorganes 20 kann die Drehzahl während des Laufes stetig verändert werden, und sie bleibt auf jedem eingestellten Wert konstant, kann aber selbstverständlich nie höher sein als die asyn chrone Drehzahl des Motors an sich.
Die beschriebene Einrichtung könnte auch so variiert. werden, dass der Kontakt 18 der Kontakteinrichtung so lange geschlossen bleibt, bis die Drehzahl des Motors den ein gestellten Wert überschreitet, wobei die Reso nanzkreise bei offenen Schaltkontakten 16 und 16a auf die Frequenz des Speisestromes abgestimmt sein müssen.
In beiden Fällen kann durch die dreh zahlabhängige Verstimmung der Kreise ohne weiteres eine Änderung deren Impedanz im Verhältnis von 1:10 erreicht werden, wobei die von den Schaltkontakten 16 und 16a zu bewältigende Schaltleistung nur einen Bruch teil der gesamten Motorenleistung ausmacht, so dass die sonst so störende Funkenbildung an den Kontakten weit weniger auftritt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist in zwei der Phasenleiter zwischen dem Schalter 12 und dem Motor je ein elektrischer Serie resonanzkreis eingeschaltet, der aus einer eisenhaltigen Spule 13 bzw. 13a und einem Kondensator 14 bzw. 14a besteht. Die Spule 13 bzw. 13a ist lose mit einer Hilfsspule 21 bzw. 21a gekoppelt.
Die beiden Hilfsspulen 21 bzw. 21a sind in Reihe miteinander geschaltet und können durch den Kontakt 18 der wie derum drehzahlabhängig mit der Motorwelle gekuppelten Kontakteinrichtung 19 kurzge- schlossen werden. Die Anordnung ist gemäss der Darstellung beispielsweise so getroffen, dass die Hilfsspulen dann kurzgeschlossen werden, wenn die Drehzahl des Motors den eingestellten Wert überschreitet.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist so, dass beim überschreiten der gewünschten Drehzahl durch Kurzschliessen der Hilfs spulen eine Verstimmung der vorher auf die Frequenz des Speisestromes abgestimmten Re sonanzkreise stattfindet, wodurch, wie im vorigen Beispiel, die Impedanz der Kreise stark zunimmt und die Energiezufuhr zum Motor dadurch eine Drosselung erfährt, so uass die Drehzahl wieder sinkt.
Um eine Impedanzänderung der Resonanz kreise im Verhältnis 1:10 zu erzielen, ist eine Kurzschlussleistung aufzuwenden, die nur<B>1110</B> b1:5 1120 der t.a.tsä.ehlichen Durchgangsleistung beträgt. Werden im Hauptkreis un' im Kurz schlusskreis gleiche Stromstärken angenom men, so ergibt sich, dass die am Kontakt 18 auftretende Schaltspannung nur 1110 bis 1120 der Spannung beträgt, die sich an einem un mittelbar in der Zuleitung angeordneten Sehalter ergäbe. Die Funkenbildung ist da her bedeutend vermindert.
Zur Steuerung von Motoren sehr grosser Leistung kann der Kurz- sehlusskreis mit Hilfe eines Schützes gesteuert werden, in dessen Erregerstromkreis der Kon takt der Kontakteinrichtung 19 liegt.
Auch bei diesem Beispiel könnte die An ordnung so getroffen sein, dass der Konten-'.: 18 im Ruhezustand des Motors und bei Dreh zahlen unter dem gewünschten Wert geschlos sen ist, wobei dann die Resonanzkreise bei kurzgeschlossenem Hilfskreis auf die Frequenz des Speisestromes abgestimmt sein muss.
Gemäss einer nicht dargestellten Ausfüh rungsform könnte der Kontakt der Kontakt einrichtung auch den Erregerstromkreis eines Drehrelais steuern, das mit einem Drehkon densator in Wirkverbindung steht., der min destens einen Teil des Kondensators der Resonanzkreise bildet. Diese Anordnung hätte den Vorteil, dass zur Veränderung der Ab stimmung keine offenen Kontakte benötigt werden, mit Ausnahme im Erregerstromkreis des Drehrelais, wo aber mit kleinen Leistun gen gearbeitet werden kann.
An Stelle von Serieresonanzkreisen könn ten bei allen gezeigten Beispielen auch Par allelresonanzkreise vorhanden sein, welche mittels der Kontakteinrichtung beim Errei chen der gewünschten Drehzahl des Motors selbsttätig auf die Frequenz des Speisestro mes abgestimmt werden und dadurch eine hohe Impedanz annehmen, die den Stromfluss zum Motor drosselt, während im verstimmten Zustand der Resonanzkreise deren Impedanz bedeutend kleiner ist.
Unabhängig davon, wie die Resonanzkreise aufgebaut sind, können zwei oder mehr Kon densatoren oder auch Spulen parallel geschal tet sein, wobei das eine der parallel geschal teten Elemente mit Hilfe des Schaltkontaktes eines Schützes zur Verstimmung des betref fenden Kreises abschaltbar ist.
Auch bei Einphasenmotoren kann die Drehzahlregelung auf analoge Weise durch geführt werden, wobei nur in mindestens einem der Leiter ein verstimmbarer Resonanz kreis vorhanden sein muss.
Device for regulating the number of revolutions of electric motors, in particular <B> asynchronous </B> three-phase motors. The present invention relates to a device for regulating the number of revolutions of electric motors, in particular asynchro NEN three-phase motors.
There are devices known in which the chen in at least one phase line. electrical feed line of the motor, an interrupter contact of a contact device coupled to the motor shaft depending on its speed is arranged, the contact device automatically interrupting the power supply whenever the speed rises above a value that can be set on the contact device, so that the motor pulsates gets a lot of energy than it takes to maintain the desired number of revolutions.
Furthermore, a device is known in which to control the speed of asynchronous three-phase motors in at least two phase conductors of the Drehstromlei device is a switch contact of a contactor, whose excitation circuit is controlled by said contact device.
In practice, the generation of sparks on the switching contacts arranged in the feed line has proven to be very disadvantageous with these well-known devices, particularly when regulating motors with greater power. Due to the inductivity of the motor windings and the resulting high cut-off voltages at the contacts, this spark formation is quite considerable and causes rapid damage to the contact elements.
The present invention aims to eliminate these deficiencies essentially in that a tuned resonant circuit is present in at least one conductor of the electrical feed line of the electric motor to be regulated, the resonant frequency of which can be changed in this way by means of a contact device coupled to the motor shaft depending on its speed ,
that, as a result of the change in the impedance of the circuit, the motor receives as much energy in pulses as it needs to maintain a desired speed that can be set on the contact device.
In the drawing, for example, two embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically. It shows: Fig.l a first embodiment of the device for speed control of an asynchronous three-phase motor, Fig. 2 a second embodiment of the device for controlling an asynchronous three-phase motor.
According to the illustration in FIG. 1, a three-phase asynchronous motor 11 can be connected to the three phase conductors R, S and T of a three-phase distribution network with the aid of a manually operated switch 12.
Between the switch 12 and the motor 11, an electrical resonance circuit is arranged in at least two of the phase conductors, which is formed from an iron-containing coil 13 or 13a and a capacitor consisting of two parts 14, 15 or 14a, 15a the elements of each resonance circuit are connected in series.
One part 15 or 15a of the capacitor is short-circuited by a normally closed contact 16 or 16a of a contactor, the magnet coil 17 of which is connected directly to one phase conductor on the one hand and an operating contact 18 of a contact device 19 to another phase conductor on the other hand . The armature of the magnet 17 is in operative connection with the two switching contacts 16 and 16a for their actuation.
The contact device 19 is coupled to the shaft of the motor 11 and is designed in such a way that the working contact 18 is closed as a function of the number of revolutions of the motor at a certain speed which can be set as desired with the aid of an adjusting element 20 within certain limits. For example, the contact device 19 can have an elastic and speed-dependent coupling, via which the motor shaft acts on the contact 18, the spacing of the contact elements or a spring force can be changed by the setting member 20, which at a certain speed of the elastic coupling transmitted torque is balanced ..
Such contact devices are known per se in various designs and therefore do not require any further description.
The operation of the described device is as follows: When the motor is idle, or when its speed is below the desired speed, the contact 18 of the contact device 19 is open, so that no current flows through the solenoid 17 of the contactor. Its normally closed contacts 16 and 16a are therefore closed and the capacitors 15 and 15a. each shorted.
The series resonance circuits 13, 14 or 13a, 14a are matched to the frequency of the supply current of the motor and therefore have a very low impedance in this state, which does not form a significant series resistance to the motor 11 ..
When the switch 12 is closed, the motor begins to rotate and its increasing number of revolutions is reached. soon the value set by the actuator 20 on the contact device 19. With a further increase in speed, the contact 18 of the Kontakteinriehtung is closed, whereby the voltage prevailing between two phase conductors reaches the coil 17 of the contactor and the same is actuated. The two contacts 16 and 16a open and bring there through the capacitors 15 and 15a to effect, which have a detuning of the resonance circles result.
The impedance of these circuits increases significantly due to the detuning and forms an effective pre-resistance in the supply line of the motor, the speed of which then drops again. If the speed falls below the set value, the contact 18 interrupts the excitation circuit of the contactor again, so that its contacts short-circuit the capacitors 15 and 15a again and render them inoperative.
The resonance circuits are thereby tuned back to the frequency of the feed current and the energy supply to the motor starts again because of the now low impedance of the resonance circuits. This increases the number of revolutions of the engine again. Depending on the inertia of the motor and the rest of the device, the switching cycle described is repeated in more or less rapid succession, so that the number of revolutions remains practically constant at the desired value. The motor thus receives as much energy in pulses as it needs to maintain the desired speed.
By changing the setting member 20, the speed can be changed continuously during the run, and it remains constant at every set value, but can of course never be higher than the asynchronous speed of the motor itself.
The device described could also be varied in this way. be that the contact 18 of the contact device remains closed until the speed of the motor exceeds the value set, the resonance circuits with open switch contacts 16 and 16a must be matched to the frequency of the supply current.
In both cases, the speed-dependent detuning of the circuits can easily change their impedance in the ratio of 1:10, whereby the switching capacity to be handled by the switching contacts 16 and 16a only accounts for a fraction of the total engine output, so that the otherwise so annoying spark formation at the contacts occurs far less.
In the second embodiment of the device shown in Fig. 2, an electrical series resonance circuit is switched on in two of the phase conductors between the switch 12 and the motor, which consists of a ferrous coil 13 or 13a and a capacitor 14 or 14a. The coil 13 or 13a is loosely coupled to an auxiliary coil 21 or 21a.
The two auxiliary coils 21 and 21a are connected in series with one another and can be short-circuited through the contact 18 of the contact device 19, which in turn is coupled to the motor shaft as a function of the speed. According to the illustration, the arrangement is such that the auxiliary coils are short-circuited when the speed of the motor exceeds the set value.
The mode of operation of this device is such that when the desired speed is exceeded by short-circuiting the auxiliary coils, the resonance circuits, which were previously tuned to the frequency of the supply current, are detuned, which, as in the previous example, increases the impedance of the circuits sharply and the energy supply to the motor thereby a throttling is experienced, so that the speed drops again.
In order to achieve a change in the impedance of the resonance circuits in a ratio of 1:10, a short-circuit power that is only <B> 1110 </B> b1: 5 1120 of the normal throughput power is required. If the same current strengths are assumed in the main circuit and in the short-circuit circuit, the result is that the switching voltage occurring at contact 18 is only 1110 to 1120 of the voltage that would result from a switch arranged directly in the supply line. The formation of sparks is therefore significantly reduced.
To control motors of very high power, the short-circuit circuit can be controlled with the aid of a contactor, in whose excitation circuit the contact of the contact device 19 is located.
In this example, too, the arrangement could be made so that the account '.: 18 is closed when the motor is idle and at speeds below the desired value, the resonance circuits then being matched to the frequency of the supply current when the auxiliary circuit is shorted got to.
According to an embodiment not shown, the contact of the contact device could also control the excitation circuit of a rotary relay which is in operative connection with a rotary capacitor, which forms at least part of the capacitor of the resonance circuits. This arrangement would have the advantage that no open contacts are required to change the vote, with the exception of the excitation circuit of the rotary relay, where, however, you can work with small powers.
Instead of series resonance circuits, parallel resonance circuits could also be present in all the examples shown, which are automatically matched to the frequency of the feed current by means of the contact device when the desired speed of the motor is reached and thus assume a high impedance that throttles the current flow to the motor , while in the detuned state of the resonance circuits their impedance is significantly lower.
Regardless of how the resonance circuits are constructed, two or more condensers or coils can be switched in parallel, with one of the elements switched in parallel with the help of the switching contact of a contactor to detune the circuit concerned.
The speed control can also be carried out in an analogous manner in single-phase motors, with a detunable resonance circuit only having to be present in at least one of the conductors.