DE2634899A1 - Variable impedance for starting cage induction motors - uses thyristor control and introduces progressive short circuiting to adjust impedance level - Google Patents

Abstract

The object is to build a starting circuit for very large cage type induction motors without using a large number of controlling semiconductors. In the starting mode the motor (9) is connected to an intermediate busbar (2) which is in turn connected to the mains (1) through a reactor with an air gap core (3) and two mutually coupled windings (4, 5). One winding (4) is in series between supply and motor whilst the other can be short circuited by two anti-parallel connected phase controlled thyristors (6). The series reactor winding (4) is designed to absorb about 25% of the vailable voltage when the other winding is open circuit. As the motor runs up the second winding is progressively short circuited for longer periods until the short circuit reactance is reached. At this point, the motor can be switched (10) directly onto the supply (1) and the starting circuits isolated (7, 8).

Description

Elektrische Schalteinrichtung zur Steuerung Electrical switching device for control

der Leistungsaufnahme in der Anl aufPhase von Kurz schlußläufermotoren Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung zur Steuerung der Beistungsaufnahme in der Anlaufphase von Kurzschlußläufermotoren mit einer veränderbaren Impedanz zwischen dem Versorgungsnetz und einer Anfahrschiene der Kurzschlußläufermotoren. the power consumption in the start-up phase of squirrel cage motors The invention relates to an electrical switching device for controlling power consumption in the start-up phase of squirrel cage motors with a variable impedance between the supply network and a starting rail of the squirrel cage motors.

Derartige Schaltungenlmit einer besonderen Anfahrschiene werden häufig beim Einsatz einer Vielzahl von Kurzschlußläufermotoren mit annähernd gleichen Nennleistungen eingesetzt. Die Verwendung einfacher Vorschaltwiderstände ist jedoch bei Motoren mit Nennleistungen in der Größenordnung von mehreren Megawatt unwirtschaftlich und erfordert einen erheblichen Aufwand zur Abführung der entstehenden Verlustwärme.Such circuits with a special approach rail are common when using a large number of squirrel cage motors with approximately the same rated power used. The use of simple series resistors is however with motors with rated powers in the order of several megawatts, uneconomical and requires a considerable effort to dissipate the resulting heat loss.

Eine weitere Möglichkeit, den Anlaßstrom von Kurzenschlußläufermotoren in zulässigen Grenzen zu halten1 besteht in der Verwendung von Leistungsthyristoren durch die die Leistungsaufnahme nach dem Prinzip einer Phzsenanschnittssteuerung in den gewünschten Grenzen gehalten werden kann. Hierbei muß jedoch die gesamte vom jeweils anlauf enden Motor aufgenommene Beistung geschaltet werden, sodaß hierbei eine sehr aufwendige Thyristorschalteinrichtung mit Thyristoren für sehr große Nennleistungen erforderlich ist. Theoretisch kann zwar mit einer derartigen mit I'eistungsthyristoren bestückten Einrichtung die Leistungsaufnahme, wie dies beispielsweise beim Anfahren von langen Transportbändern gewunscht wird, in hbhnngigkeit von der jeweils erreichten Drehzahl oder in Abhängigkeit von der Zeit gesteuert werden. Praktisch ist dies jedoch bei Anordnung der Thyristoren unmittelbar in der Leistungszuführung unwirtschaftlich und sehr störanfällig.Another possibility, the starting current of squirrel cage motors The use of power thyristors must be kept within permissible limits1 through which the power consumption is based on the principle of a phzsenangssteuerung can be kept within the desired limits. Here, however, the entire from the respective starting motor are switched on, so that here a very complex thyristor switching device with thyristors for very high power ratings is required. Theoretically, it is possible to use a power thyristor of this type equipped device, the power consumption, such as when starting up of long conveyor belts is required, depending on the distance reached Speed or can be controlled as a function of the time. This is practical however, if the thyristors are arranged directly in the power supply, this is uneconomical and very prone to failure.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde zur Steuerung der Leistungsaufnahme von Kurzschlußläufermotoren eine Schalteinrichtung zu schaffen, bei der nur ein kleiner Teil der insgesamt gesteuerten Bettung von Thyristoren geschaltet wird und die zur Steuerung von Motoren mit Beistungsaufnahmen von mehreren Megawatt, insbesondere zum Antrieb von Transportbändern geeignet ist Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ale veränderbare Impedanz eine Drossel mit mindestens einem Luftspalte aufweisenden eisenkern und mit zwei magnetisch miteinander verketteten Wicklungen je Kernschenkel dient, daß eine dieser Wicklungen zwischen dem Versorgungsnetz und der Anfahrschiene liegt und den Laststrom führt und daß die zweite Wicklung kurzschließbar ist. Dabei ist nach zweckmäßigen Weiterbildungen vorgesehen, daß die zweite Wicklung durch antiparallel geschaLtete Thyristoren nach Art einer hasenanschnittsteuerung fur jeweils bestimmte Abschnitte jeder Halbwelle kurzschließbar ist.The invention is therefore based on the object of controlling the power consumption of squirrel cage motors to create a switching device in which only one small part of the total controlled bedding of thyristors is switched and those for controlling motors with power consumption of several megawatts, in particular is suitable for driving conveyor belts. According to the invention, this object is achieved solved in that ale variable impedance a choke with at least one Iron core with air gaps and with two magnetically interlinked Windings per core leg is used that one of these windings between the supply network and the starting rail is and carries the load current and that the second winding can be short-circuited. It is provided according to appropriate further developments that the second winding by thyristors connected in anti-parallel Type of rabbit gate control for specific sections of each half-wave can be short-circuited.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drossel dreipolig mit drei Elsenkernen und zwei Eisenjochen ausgeführt ist und daß bei Nennstrom und bei geöffneter zweiter Wicklung, also bei Leerlaufimpedanz, an der den Laststrom führenden Wicklung 25 der Nennepannung abfallen.According to advantageous embodiments of the invention it is provided that the choke is three-pole with three Elsenkern and two iron yokes and that at rated current and with the second winding open, i.e. at no-load impedance, drop at the winding 25 carrying the load current at the nominal voltage.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Eingang der den Laststrom führenden Wicklung über einen Schalter mit dem Versorgungsnetz verbunden ist und daß jeder der in der Anlaufphase zu steuernden Motoren über einen Schalter lediglich während seiner Anlaufphase mit der Anfahrschiene und über einen weiteren Schalter nach Abschluß der Anlaufphase im Dauerbetrieb parallel zur Drossel direkt mit dem Versorgungsnetz verbunden ist.Another advantageous embodiment of the invention consists in that the input of the winding carrying the load current via a switch with the Supply network is connected and that each of the to be controlled in the start-up phase Motors via a switch only during its start-up phase with the approach rail and via another switch after the end of the start-up phase in continuous operation in parallel is connected directly to the supply network for the choke.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht die Steuerung der Leistungsaufnahme von beliebig großen Kurzschlußläufermotoren ohne besonders großen Aufwand und halt die entstehende Verlustwärmemenge in wirtschaftlich vertretbaren. Grenzen.The switching device according to the invention is very advantageous because it enables the power consumption of squirrel cage motors of any size to be controlled without particularly great effort and keeps the resulting amount of heat loss economically reasonable. Limits.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen Figur t den Schaltplan einer erfindungsgemaßen Schalteinrichtung Figur 2 die Straße der veränderbaren Impedanz in Abhängigkeit von der Zeit und Figur 3 die am zu steuernden Motor anliegende Spannung.An embodiment of the invention is based on a drawing explained in more detail. Figure t shows the circuit diagram of a switching device according to the invention Figure 2 shows the road of variable impedance as a function of time and figure 3 the voltage applied to the motor to be controlled.

Aus einem Versorgungsnetz -1 wird über einen Schalter 10 ein Rotor 9 im Betriebszustand mit elektrischer Energie versorgt.A switch 10 turns a supply network -1 into a rotor 9 supplied with electrical energy in the operating state.

Der Schalter 10 ist nur beim Vollastbetrieb des Motors 9 geschlossen, dagegen während der Anlaufphase des Motors 9 geöffnet, In der Anlaufphase liegt der Motor 9 über einen Schalter 8 an einer Anfahrschiene 2. Die Anfahrschiene 2 führt eine über eine Drossel in Abhängigkeit von der Zeit oder der Drehzahl des Motors 9 gesteuerte Spannung. Die Drossel ist aus Wicklungen 4 und 5 aufgebaut, die konzentrisch um einen Eisenkern 3 angeordnet sind. Durch diese Anordnung sind die Wicklungen 4 und 5 magnetisch miteinander verkettet. Die Wicklung 5 ist durch antiparallel geschaltete Thyristoren 6 kurzschließbar. Durch mehr oder wenlger frühes Zunden innerhalb der entsprechenden Spannungshalbwellen läßt sich die Impedanz der Drossel auf beliebige Werte zwischen der Leerlauf und der Kurzschlußimpedanz einstellen. Dabei sind die Wicklungen 4 und 5 in Verbindung mit dem Kern 3 so ausgelegt, daß bei Le.erlaufimpedanz die kleinste für den Motor 9 gewünschte Spannung an diesem anliegt.The switch 10 is only closed when the engine 9 is running at full load, on the other hand, open during the start-up phase of the motor 9, is in the start-up phase the motor 9 via a switch 8 on a run-up rail 2. The run-up rail 2 performs a via a throttle depending on the time or the speed of the Motor 9 controlled voltage. The choke is made up of windings 4 and 5, which are arranged concentrically around an iron core 3. By this arrangement are the windings 4 and 5 are magnetically linked to one another. The winding 5 is through thyristors 6 connected in antiparallel can be short-circuited. By more or less early The impedance of the Set the choke to any value between the no-load and short-circuit impedance. The windings 4 and 5 in connection with the core 3 are designed so that at idle impedance the lowest voltage required for motor 9 is present.

In den Figuren 2 und 3 sind über der Zeit die Impedanz der Drossel bzw. die über die Anfahrschiene 2 am Motor 9 anliegende Motorspannung aufgetragen. Im Nulldurchgang der Spannung befinden sich die Thyristoren 6 im Sperrzustand und die Impedanz der, Drossel entspricht der Leerlaufimpedanz.In FIGS. 2 and 3, the impedance of the choke is plotted against time or the motor voltage applied to the motor 9 via the approach rail 2 is plotted. In the zero crossing of the voltage, the thyristors 6 are in the blocking state and the impedance of the choke corresponds to the no-load impedance.

Die Drossel wirkt dabei zusammen mit dem Motor 9 als Spannungsteiler, so daß an der Anfahrschiene 2 und auch damit am Motor 9 im ersten Teil der Halbwelle nur die Spannung entsprechend der niedrigeren Kurve in Figur 3 anliegt.The choke acts together with the motor 9 as a voltage divider, so that on the approach rail 2 and thus also on the motor 9 in the first part of the half-wave only the voltage corresponding to the lower curve in FIG. 3 is applied.

Im Zeitpunkt T wird einer der Thyristoren 6 gezündet und schließt die Wicklung 5 kurz. Dadurch fällt der Wert der Impedanz von der vergleichsweise großen Leerlaufimpedanz Zo auf die vernachlässigbar kleine Kurzschlußimpedanz Z ab.At time T, one of the thyristors 6 is ignited and closes the winding 5 short. As a result, the value of the impedance falls from the comparatively large open circuit impedance Zo to the negligibly small short circuit impedance Z away.

Bis beim nächsten Nulldurchgang der Thyristor 6 wieder in dent5perrzustnd zurückkehrt, folgt die Spannung der Anfahrschiene 2 der oberen Kurve in Figur 3. Durch Verschieben des Zeitpunktes T zwischen aufeinander folgenden Nulldurchgängen läßt sich die Impedanz auf jeden beliebigen Wert zwischen der Leerlaufimpedanz ZO und der Kurzschlußimpedanz Zk einstellen.Until the next zero crossing, the thyristor 6 is again in the locked state returns, the voltage of the approach rail 2 follows the upper curve in FIG. 3. By shifting the point in time T between successive zero crossings the impedance can be set to any value between the no-load impedance ZO and set the short-circuit impedance Zk.

Fur einen Anlaufvorgang des Motors 9 oder eines anderen nicht dargestellten über einen Schalter an die Anfahrschiene 2 anschließbaren Motors sind folgende Schaltschritte erforderlich. Zunächst wird durch Schließen des Schalters 7 die Wicklung 4 der Drossel mit dem Versorgungsnetz t verbunden. Dadurch erhält die Anfahrschiene 2 eine um den Spannungsabfall in der Wicklung 4 reduzierte Spannung. Über' den Schalter 8 liegt schließlich der Motor 9 an Spannung. Der Spannungsabfall in der Wicklung 4 der Drossel wird nunlwährend die Drehzahl des Motors 9 steigt dadurch verringert, daß die zunächst nicht gezündeten Thyristoren 6 zu immer früheren Zeitpunkten T innerhalb der einzelnen Halbwellen gezündet werden. Dabei'ist je nach Charakteristik des anlaufenden Motors 9 durch die Ausgestaltung einer nichtinäher dargestellten Zündsteuerung für die Thyristoren 6 jede beiiebige Änderung der Impedanz zwischen den durch die Leerlauf- und die Kurzschlußimpedanz vorgegebenen Grenzwerten möglich.For a start-up process of the motor 9 or another not shown The following switching steps are the motor that can be connected to the approach rail 2 via a switch necessary. First, by closing switch 7, winding 4 becomes the choke connected to the supply network t. This gives the approach rail 2 a the voltage drop in the winding 4 is reduced. Via switch 8 Finally, the motor 9 is connected to voltage. The voltage drop in the winding 4 the throttle is now reduced while the speed of the motor 9 increases, that the initially not fired thyristors 6 at earlier and earlier times T are ignited within the individual half-waves. It depends on the characteristics of the starting motor 9 by the configuration of a not shown in detail Ignition control for the thyristors 6 any change in impedance between the limit values specified by the no-load and short-circuit impedance.

Beim Erreichen der Soll drehzahl des Motors 9 wird zunächst der Schalter 10 geschlossen und sodann der Schalter 8 geöffnet, so daß der Motor 9 unabhängig von der lediglich zur Steuerung während des Anlaufvorgangs vorgesehenen Schalteinrichtung weiterläuft, und der nächste von nicht dargestellten weiteren Motoren gesteuert angelassen werden kann.When the target speed of the motor 9 is reached, the switch is first 10 closed and then switch 8 opened, so that the engine 9 regardless of the only intended for control during the start-up process Switching device continues to run, and the next of others, not shown Engines can be started in a controlled manner.

Claims (5)

Pat entanspruce 1. Elektrische Schalteinrichtung zur Steuerung der Laistungsaufnahme in der Anlaufphase von Kurzschlußläufermotoren mit einer veränderbaren Impedanz zwischen dem Versorgungsnetz und einer Anfahrschiene der Kurzschlußläufermotoren, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanz eine Drossel mit mindestens einem Luftspalte aufweisenden Eisenkern (3) und mit zwei magnetisch miteinander verketteter Wicklungen (4,5) je Kernschenkel dient, daß eine dieser Wicklungen (4)- zwischen dem Versorgungsnetz (1) und der Anfahrschiene (2) liegt und den laststrom fülirt und daß die zweite Wicklung (5) kurzschließbar ist. Pat entanspruce 1. Electrical switching device to control the Power consumption in the start-up phase of squirrel cage motors with a variable Impedance between the supply network and a starting rail of the squirrel cage motors, characterized in that the impedance is a choke with at least one air gap having iron core (3) and with two magnetically interlinked windings (4,5) each core leg serves that one of these windings (4) - between the supply network (1) and the approach rail (2) and the load current fülirt and that the second Winding (5) can be short-circuited. 2. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (5) durch antiparallel geschaltete Thyristoren zur nach Art einer Phasenanschnittsteuerung für jeweils bestimmt Abschnitte jeder Halbwelle kurzschließbar ist.2. Electrical switching device according to claim 1, characterized in that that the second winding (5) by anti-parallel connected thyristors to after Type of phase control for specific sections of each half-wave can be short-circuited. 3. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dakurz gekennzeichnet, daß die Drossel dreipolig mit drei Eisenkernen (3) und zwei Eisenjochen ausgeführt ist.3. Electrical switching device according to claim 1 and 2, marked briefly, that the choke is three-pole with three iron cores (3) and two iron yokes is. 4. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nennstrom und bei geöffneter zweiter Wicklung (5), also bei Leerlaufimpedanz, an der den Laststrom führenden Wicklung (4) 25% der Nennspannung abfallen.4. Electrical switching device according to claim 1 to 3, characterized in that that at rated current and with the second winding (5) open, i.e. at no-load impedance, the winding (4) carrying the load current will drop 25% of the nominal voltage. 5. Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der den Laststrom führenden Wicklung (4) über einen Schalter (7) mit dem Versorgungsnetz (b) verbunden ist und daß Jeder der in der Anlaufphase zu steuernden Motoren (9) uber einen Schalter (8) lediglich während der Anlaufphase mit der Anfahrschiene (2) und über einen weiteren Schalter (tO) nach Abschluß der Anlaufphase im Dauerbetrieb parallel zur Drossel direkt mit dem Versorgungsnetz (1) verbunden ist.5. Electrical switching device according to claim 1 to 4, characterized in that that the input of the winding (4) carrying the load current via a switch (7) is connected to the supply network (b) and that each of the in the start-up phase to controlling motors (9) via a switch (8) only during the start-up phase with the approach rail (2) and via another switch (tO) after completion of the Start-up phase in continuous operation parallel to the throttle directly with the supply network (1) is connected.