DE1213035B - Circuit arrangement for synchronizing electrical waves - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zum Synchronisieren von elektrischen Wellen In der Papier-, Textil- und Werkzeugmaschinenindustrie werden in zunehmendem Maß Gleichlaufantriebe mit elektrischen Wellen eingesetzt. Vor dem Anfahren eines solchen Gleichlaufantriebes muß die elektrische Welle synchronisiert werden. Das Sy-nchronisieren einer elektrischen Welle geschieht gewöhnlich im Stillstand der Gleichlaufgruppen. Unter Synchronisieren versteht man das Ausrichten der Läufer auf gleiche räumliche Phasenlage und das Herstellen der für den Gleichlauf erforderlichen Schaltverbindungen zwischen den Wellenmaschinen und dem Netz.Circuit arrangement for synchronizing electrical waves In The paper, textile and machine tool industries are increasingly using synchronous drives used with electric waves. Before starting up such a synchronous drive the electric shaft must be synchronized. The synchronization of an electrical Wave usually happens when the synchronous groups are at a standstill. Under sync one understands the alignment of the runners to the same spatial phase position and that Establish the switching connections required for synchronism between the Wave machines and the network.

# Man kann die Welleninaschinen bekanntlich nicht direkt dreiphasig an das Drehstromnetz anschließen, da wegen der Unsymmetrie der Drehmomente die beiden Läufer in verschiedenem Maß zur synchronen Phase.nlage hin beschleunigt werden. Bei besonders ungünstiger Ausgangsstellung der beiden Läufer kann es dann zu einem asynchronen Hochlauf der Wellenmaschinen kommen. Dies ist insbesondere bei einer relativen Winkellage der beiden Läufer in der Nähe von 1801 elektrisch der Fall. Um den asynchronen Hochlauf unter allen Umständen zu vermeiden, wird das Synchronisieren stufenweise vorgenommen. Zu diesem Zweck werden beispielsweise zunächst nur zwei Netzzuleitungen eingeschaltet. Die dritte Netzverbindung wird dann hergestellt, wenn die Läufer bei einphasiger Erregung in die synchrone Lage. gebracht sind. Bei einphasigem Netzanschluß ist ein asynchrones Hochlaufen der Wellenmaschinen nicht zu befürchten, da die Drehmomentkennlinie der einphasig erregten elektrischen Welle bei Stillstand symmetrisch ist.# It is well known that the shaft machines cannot be connected directly to the three-phase network in three phases, since the two rotors are accelerated to different degrees towards the synchronous phase system due to the asymmetry of the torques. In particularly unfavorable starting position of the two rotors can then come to an asynchronous run-wave machines. This is electrically the case in particular with a relative angular position of the two rotors in the vicinity of 1801. In order to avoid asynchronous start-up under all circumstances, the synchronization is carried out in stages . For this purpose, for example, only two power supply lines are initially switched on. The third network connection is established when the rotors are in the synchronous position with single-phase excitation. are brought. With a single-phase mains connection, asynchronous start-up of the wave machines is not to be feared, since the torque characteristic of the single-phase excited electric shaft is symmetrical at standstill.

Das Ausrichten der Läufer auf die synchrone Phasenlage geht gewöhnlich in Form einer Schwingung vor sich, die je nach Maßgabe der wirklichen Dämpfung mehr oder minder schnell abklingt. Die elektromagnetische Dämpfung ist bei einfachem Netzanschluß und offenem dritten Strang besonders schwach. Um das Abklingen der Einschwingbewegung auf die synchrone Lage zu beschleunigen, wird bei geringer mechanischer Dämpfung das Synchronisieren in drei Stufen vorgenommen.The alignment of the rotors to the synchronous phase position usually takes place in the form of an oscillation which, depending on the actual damping, decays more or less quickly. The electromagnetic attenuation is particularly weak with a simple mains connection and an open third line. In order to accelerate the decay of the transient movement to the synchronous position, the synchronization is carried out in three stages with low mechanical damping.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen bekannten Schaltung. Mit 1 und 2 sind die beiden Wellenmaschinen bezeichnet, die läuferseitig über Leitungen 3 miteinander in Verbindung stehen und ständerseitig über Leitungen 4 und Kontakte 5 eines Schützes an ein Drehstromnetz 6 gelegt werden können. Mit 7 und 8 sind die Kontakte weiterer Schütze bezeichnet, deren Wirkungsweise nachstehend erläutert wird. In der ersten Schaltstufe werden die Schützkontakte 5 geschlossen. Hierdurch werden je zwei Klemmen der Wellenmaschinen an das Netz angeschlossen. Dadurch wird die Ausrichtbewegung der Läufer der Wellenmaschinen eingeleitet. Dann werden die dritten Wicklungsstränge der Wellenmaschinen mit Hilfe der Schützkontakte 7 untereinander verbunden. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, daß diese Wicklungsstränge zusätzlich noch mit einem der ersten Stränge verbunden werden, was durch die gestrichelte Linie und den Ruhekontakt des Schützes 8- angedeutet ist. Dadurch wird die Dämpfung der Schwingungen erheblich verbessert. In der dritten Schaltstufe wird schließlich der- endgültige dreiphasige Netzanschluß beider Wellenmaschinen 1 -und 2 durch Schließen des Arbeitskontaktes des-, Sdhützes 8 hergestellt. Diese bekannten Synchronisierungsschaltungen haben- den Nachteil, daß Fehlsynchronisierungen nicht mit Sicherheit ausgeschlossen sind. Wenn z. B. die Läufer vordem Synchronisieren genau in Oppositionsstellung stehen, dann ist nämlich bei einphasigem Netzanschluß das Drehmoment Null, und die Läufer verharren in dieser Stellung. Wird dann die dritte Netzzuleitung eingeschaltet, laufen die Wellenmaschinen wie Asynchronmotoren mit unterschiedlicher Drehzahl hoch. Fehlsynchronisierungen der Gleieblaufantriebe können bei wichtigen Anlagen aber zu empfindlichen Störungen beim Betriebsablauf führen.Fig. 1 shows an embodiment of such a known circuit. 1 and 2 denote the two wave machines which are connected to one another on the rotor side via lines 3 and can be connected to a three-phase network 6 on the stator side via lines 4 and contacts 5 of a contactor. With 7 and 8 , the contacts of other contactors are referred to, the mode of operation will be explained below. In the first switching stage, the contactor contacts 5 are closed. In this way, two terminals of each wave machine are connected to the network. This initiates the alignment movement of the rotor of the wave machine. The third winding phases of the wave machines are then connected to one another with the aid of the contactor contacts 7. Under certain circumstances it can be useful that these winding phases are additionally connected to one of the first phases, which is indicated by the dashed line and the normally closed contact of the contactor 8- . This considerably improves the damping of the vibrations. In the third switching stage, the final three-phase mains connection of the two wave machines 1 and 2 is finally established by closing the working contact of the Sdhützes 8 . These known synchronization circuits have the disadvantage that incorrect synchronization cannot be ruled out with certainty. If z. As the rotor prior to synchronizing are precisely in opposition position, then namely for single-phase power supply, the torque is zero, and remain the rotor in this position. If the third power line is then switched on, the wave machines run up like asynchronous motors at different speeds. In the case of important systems, however, incorrect synchronization of the track drives can lead to sensitive disruptions in the operational process.

Es ist ferner bekannt, diese bekannten Schaltungsanordnungen zu verbessern, um Fehlsynchronisierungen zu vermeiden, und zwar dadurch, daß vor Einleitung des eigentlichen Synchronisiervorganges die relative Lage der Felder in den Wellenmaschinen stufenweise geändert wird, wobei in der letzten Stufe die Läufer stets die gewünschte Lage einnehmen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Anordnung zu schaffen, bei der die Wellenmaschinen in jeder.Synchronisierstufe gleiche Leistung aufnehmen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der ersten Stufe durch Ehischaltung von jeweils zwei unterschiedlichen Wicklungssträngen der beiden Wellenmaschinen «eine Winkeldifferenz zwischen den Feldern, erzeugt wird und diese in der zweiten Stufe durch Einschalten je- weils eines weiteren Wicklungsstranges zu Null gemacht wird.It is also known to improve these known circuit arrangements in order to avoid incorrect synchronization, namely by changing the relative position of the fields in the wave machines step by step before initiating the actual synchronization process, the rotors always taking the desired position in the last step . The object of the invention is to create an improved arrangement in which the wave machines consume the same power in each synchronizing stage. This object is inventively achieved in that is produced in the first stage by Ehischaltung of two different phase windings of the two wave machines "an angular difference between the fields, and this is in each case made in the second stage by switching on a further phase winding to zero.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Wie sich durch Vergleich mit F i g. 1 ergibt, ist der Aufwand an Schaltgeräten vollkommen gleich. Wirkungsmäßig gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugsziffem versehen. Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 1 dadurch, daß beim Schließen der Schützkontakte 5 in der ersten Schaltstellung nicht die gleichen, sondern verschiedene Wicklungsstränge der beiden Wellerunaschinen 1 und 2 erregt werden.F i g. 2 shows an exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention. As can be seen by comparison with FIG. 1 results, the cost of switching devices is completely the same. Effectively the same parts are again provided with the same reference numbers. The circuit arrangement according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that when the contactor contacts 5 are closed in the first switching position, not the same, but different winding phases of the two Wellerunmaschinen 1 and 2 are excited.

In F i g'. 3 sind die Ständerwicklungen der beiden Wellenmaschinen 1 und 2 und ihre Feldvektoren bei den einzelnen Schalthandlungen dargestellt. F i g. 3 a zeigt den Schaltzustand beim Schließen der Kontakte 5, F i g. 3 b zeigt den Schaltzustand beim Schließen der Kontakte 5 und 7, und F i g# 3 c zeigt den Schaltzustand beim Schließen der Kontakte 5, 7 und 8. Wie F i g- 3 a zeigt, schließen bei der dargestellten unterschiedlichen Erregung der Wicklungsstränge die beiden Feldvektoren 01 und e. einen Winkel von 600 elektrisch ein. Auf diese Stellung richten sich zunächst die Läufer aus. In der zweiten Schaltstufe schließen die Schützkontakte 7, wodurch die, vorerwähnte Phasendifferem wieder beseitigt wird (F i g. 3 b). Die Läufer nehmen nuumehr die Weiche räumliQhe SteRun ein. Durch Schließen bzw. . # - 9 Öffnen der Schützkontakte 8 wird der Synchronisierungsvorgang abgeschlossen (F i g. 3 e.In Fig. 3 shows the stator windings of the two wave machines 1 and 2 and their field vectors for the individual switching operations. F i g. 3 a shows the switching state when the contacts 5, F i g are closed. 3 b shows the switching state during the closing of the contacts 5 and 7, and F ig # 3 c shows the switching state during the closing of the contacts 5, 7 and 8. As F i g 3 a shows close in the illustrated different excitation of the phase windings which both field vectors 01 and e. an angle of 600 electric. The runners initially align themselves with this position. In the second switching stage the contactor contacts 7 close, whereby the aforementioned phase difference is eliminated again ( FIG. 3 b). The runners now take up the spatial SteRun. By closing or . # - 9 When the contactor contacts 8 open, the synchronization process is completed (F i g. 3 e.

Bei der Syngluoni$iezimgssQhaltung nach der Erfindung sind nach dem ersten Schaltakt nur zwei Läufmtellungen möglich, die in der zweiten Stufe mit Sigherileit zur Synchronställung führen., Nach Schließen der Schützkontakte 5 geraten die Läufer entweder in Bewegung, um sich auf die relative Lage der Feldvektoren 0, und (P , nach F i g. 3 a einzustellen, oder aber sie bleiben bei Oppositionsstellung stehen. In diesem FO werden sie aber im zweiten Schaltakt auf gleiche Phasenlage ausgerichtet. Beim Schließen der Schützkontakte 7 beträgt die Phasendifferenz im allgemeinen 601 elektrisch oder - wenn die Läufer bei der ersten Schaltstellung in Oppositionsstellung verharrt sind - 1201 elektrisch. Beide Winkeldifferenzen werden in der zweiten Schaltstufe beseitigt. Nach Abklingen der Ausgleichbewegungen kann die dritte Netzverbindung gefahrlos eingeschaltet werden.With the Syngluoni $ iezimgssQhaltung according to the invention, only two running positions are possible after the first switching act, which lead to synchronous ställung in the second stage with Sigherileit. After closing the contactor contacts 5 , the runners either start moving in order to focus on the relative position of the field vectors 0, and (P, g to F i. 3 a set, or they remain in opposition position. in this FO but they are aligned in the second shawl clock in the same phase position. on closing of the contactor contacts 7, the phase difference in general 601 is electrically or - when the rotors remain in the opposition position in the first switching position - electrical 1201. Both angle differences are eliminated in the second switching stage.

Ergänzend sei bemerkt, daß in der Nähe der Oppositionsstellung (p qg = 180' el) die Felder der Oberwellen und ihre Drehmomente außerordentlich stark sind. Dadurch wird die Drehmomentkennlinie erheblich verändert. Die an sich nur als labiler Punkt vorhandene Oppositionsstellung wird dadurch zu einer Winkelzone mit stabilen Betriebspunkten erweitert, wodurch in Verbindung mit den stets vorhandenen Reibungsmomenten die, Gefahr von Fehlschaltungen noch erhöht wird. Durch die.-erfindungsgemäße Schaltungsanordnung können sich diese Nachteile nicht mehr nachteilig auswirken.In addition, it should be noted that in the vicinity of the opposition position (p qg = 180 ' el) the fields of the harmonics and their torques are extraordinarily strong. This changes the torque characteristic significantly. The opposition position, which in itself only exists as an unstable point, is thereby expanded into an angular zone with stable operating points, which, in conjunction with the frictional moments that are always present, increases the risk of incorrect switching. Due to the circuit arrangement according to the invention, these disadvantages can no longer have a disadvantageous effect.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum gegenseitigen Synchronisieren der Wellenmaschinen von elektrischen'Wellen vor dem Anlauf in drei Stufen, wobei durch entsprechende Einschaltung von jeweils zwei Netzzuleitungen die relative Lage der Felder in den Wellenmaschinen in zwei Stufen geändert wird und in der dritten Stufe die dritte Netzzuleitung zum synchronen Hochlaufen der Wellenmaschinen eingeschaltet - wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß in der ersten Stufe durch Einschaltung von jeweils zwei unterschiedlichen Wicklungssträngen der beiden Wellenmaschinen eine Winkeldifferenz 'zwischen den Feldern erzeugt wird und diese in der zweiten Stufe durch Einschalten jeweils 'eines weiteren Wicklungsstranges zu Null gemacht wird. Claims: 1. Circuit arrangement for mutual synchronization of the wave machines of electrical waves before the start-up in three stages, whereby the relative position of the fields in the wave machines is changed in two stages by switching on two mains leads and the third mains lead is changed in the third stage turned on for the synchronous running up the shaft equipment - is, d a d u rch g e -kennzeichnet that an angular difference 'is generated between the fields in the first stage by switching on of each of two different phase windings of the two wave machines, and these in the second stage by switching each 'of a further winding phase is made zero. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Umschaltung der einzelnen Zuleitungen zu den Maschinen mit Hilfe von zeitlich aufeinander abgestimmten Schützen erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1055 097-2 USA.ePäentschrift Nr. 2492:734.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the switching on and switching of the individual feed lines to the machines takes place with the aid of timed contactors. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 055 097-2 USA.ePäentschrift No. 2492: 734.