DE646008C

DE646008C - Method for starting AC motors using grid-controlled discharge sections

Info

Publication number: DE646008C
Application number: DEA62311D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1930-06-13
Filing date: 1931-06-14
Publication date: 1937-06-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anlassen von elektrischen Wechselstrommotoren mittels gittergesteuerter Entladungsstrecken, die ein ionisierbares Medium enthalten, also beispielsweise mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken. Solche Entladungsstrecken unterscheiden sich erheblich wegen ihrer unstetigen Arbeitsweise von den Entladungsstrecken mit reiner Elektronenentladung. Indessen sind die Arbeitsweise der gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken und ihre Vorteile, insbesondere der niedrige Spannungsabfall, bekannt, so daß sie hier nicht näher beschrieben zu werden brauchen.The invention relates to an arrangement for starting electric alternating current motors by means of grid-controlled discharge paths that contain an ionizable medium, for example, by means of grid-controlled steam or gas discharge paths. Such discharge paths differ considerably because of their discontinuous mode of operation of the discharge paths with pure electron discharge. Meanwhile, the way of working are the grid-controlled vapor or gas discharge paths and their advantages, in particular the low voltage drop, so they do not need to be described in detail here.

Wenn eine Wechselspannung technischer Frequenz an die Anode und die Kathode eines gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßes gelegt wird, so ist der Mittelwert des Entladungsstromes bekanntlich von der gewählten Gitterspannung abhängig. Eine Änderung des Mittelwertes kann man erreichen durch Verändern der Größe oder Phase der Steuerwechselspannung oder durch Verändern einer Steuergleichspannung.If an alternating voltage of technical frequency is applied to the anode and the cathode of a grid-controlled vapor or gas discharge vessel is placed, the mean value is the Discharge current is known to depend on the selected grid voltage. A change in the mean value can be achieved by changing the size or phase of the AC control voltage or by changing a DC control voltage.

Die Erfindung ermöglicht nun das Anlassen der Motoren ohne Zuhilfenahme von Relais oder größeren Reihen von Schaltk'ontakten, indem der Stromdurchgang 'im Entladungsgefäß selbsttätig in Abhängigkeit von der Spannung, die auf den anzulassenden Motor oder auf eine dem Motor vorgeschaltete Scheinwiderstandsanordnung entfällt, gesteuert wird. Die Differenz zwischen der Netzspannung und der auf den Motor entfallenden, unter anderem durch seine Gegen-EMK bestimmten Teilspannung wird dabei von einer Widerstandsanordnung abgefangen, deren Widerstandsgröße vorzugsweise veränderlich ist. Die allmähliche Verkleinerung dieser Differenzspannung während des Anlaufvorganges ist einmal auf die Scheinwiderstandsänderung der Motorwicklung, d. h. also auch auf das Anwachsen der Gegen-EMK des Motors mit wachsender Drehzahl, zurückzuführen; sie wird jedoch außerdem durch die Änderung des durch die Entladungsstrecken dargestellten Wechselstromwiderstandes maßgeblich beeinflußt; diese sind in geeigneter Weise bezüglich ihres Hauptstromkreises im Primär- oder Sekundärkreis des anzulassenden Motors angeordnet, bilden gegebenenfalls auch einen Teil des der Motorwicklung vorgeschalteten veränderlichen Scheinwiderstandes, und ihre Steuerspannungen werden dem Primärkreis des Motors entnommen undThe invention now enables the engines to be started without the aid of relays or larger rows of Schaltk'ontakten by the passage of current 'in the discharge vessel automatically depending on the voltage applied to the motor to be started or to a voltage connected upstream of the motor Impedance arrangement is omitted, is controlled. The difference between the line voltage and the motor voltage, Partial voltage determined by its back EMF, among other things, is intercepted by a resistor arrangement, whose resistance value is preferably variable. The gradual downsizing this differential voltage during the start-up process is due to the change in impedance the motor winding, d. H. thus also due to the increase in the back EMF of the motor with increasing speed; however, it is also decisive due to the change in the alternating current resistance represented by the discharge paths influenced; these are in a suitable manner with regard to their main circuit in the primary or secondary circuit of the one to be started Arranged motor, optionally also form a part of the motor winding upstream variable impedance, and their control voltages are taken from the primary circuit of the motor and

durch die Änderung der Betriebsgröße im Primärstromkreis des Motors während des Anlaßvorganges derart beeinflußt, daß mit wachsender Drehzahl, d. h. mit abnehmendem Motorstrom und abnehmender Differenzsp4,nnung zwischen Netz- und Motorspannung, die Dauer des Stromdurchlasses in einer Halb⁴· welle selbsttätig vergrößert wird.influenced in such a way to the operating amount by the change in the primary current circuit of the motor during the starting process, that with increasing rotational speed, that is, with decreasing motor current and decreasing Differenzsp4, retr between mains and motor voltage, the duration of the flow passage in a ^half-4 · wave is increased automatically.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. ι schematisch eine Anlaßvorrichtung für einen Käfigankermotor und Abb. 2 eine ins einzelne gehende Ansicht, insbesondere der Einrichtung zur Herstellung der selbsttätigen Abhängigkeit der Steuerspannung der Entladungsstrecken von der genannten Differenzspannung. In beiden Ausführungsbeispielen sind die Entladungsstrecken im Zug des Primärkreises des Motors eingeschaltet. Es sei jedoch bemerkt, daß der Erfindungsgedanke sich auch grundsätzlich auf Schleifringankermotoren anwenden läßt, wobei die Entladungsstrecken bezüglich ihrer Hauptstromkreise im Sekundärkreis des Motors angeordnet sind.In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown, namely Fig. ι shows schematically a starting device for a squirrel cage motor and Fig. 2 a detailed view, in particular of the device for producing the automatic dependence of the control voltage of the discharge paths on the mentioned Differential voltage. In both exemplary embodiments, the discharge paths are in the train of the primary circuit of the engine switched on. It should be noted, however, that the idea of the invention is also fundamentally can apply to slip ring armature motors, the discharge paths with respect to their Main circuits are arranged in the secondary circuit of the motor.

Das in Abb. ι dargestellte Ausführungsbeispiel enthält einen mehrphasigen Induktionsmotor 4, eine Wechselstromquelle 9, 10, 11, eine phasendrehende Anordnung 17 und mehrere zwischen die Ständerwicklung des Motors 4 und die Wechselstromquelle eingeschaltete Dampf- oder Gasentladungsgefäße 13. Der Motor 4 besitzt einen Käfigläufer 5 und eine dreiphasige Wicklung 6, 7 und 8. Der Strom wird für die Phasenwicklungen über einen Schalter 12 dem Drehstromnetz entnommen. Jedes der Entladungsgefäße besitzt eine Glühkathode 14, eine Steuerelektrode 15 und eine Anode 16. Die bauliche Anordnung der Elektroden und der Druck der Gasfüllung in der Röhre sind derartig gewählt, daß der Mittelwert des Stromes durch die Röhre von der den Steuerelektroden zugeführten Spannung abhängt. Zwecks Veränderung der Phasenlage des den Steuerelektroden 15 zugeführten Potentials ist ein Phasenschieber 17 oder eine äquivalente phasendrehende Anordnung vorgesehen, die zwischen die Steuerelektroden und die Wechselstromquelle 9, 10, 11 eingefügt ist.The embodiment shown in Fig. Ι contains a multi-phase induction motor 4, an alternating current source 9, 10, 11, a phase rotating arrangement 17 and several switched between the stator winding of the motor 4 and the AC power source Vapor or gas discharge vessels 13. The motor 4 has a squirrel cage 5 and a three-phase winding 6, 7 and 8. The current is used for the phase windings Taken from the three-phase network via a switch 12. Each of the discharge vessels has a hot cathode 14, a control electrode 15 and an anode 16. The structural The arrangement of the electrodes and the pressure of the gas filling in the tube are selected in such a way that that the mean value of the current through the tube from that supplied to the control electrodes Voltage depends. A phase shifter is used to change the phase position of the potential supplied to the control electrodes 15 17 or an equivalent phase rotating arrangement provided between the control electrodes and the AC power source 9, 10, 11 is inserted.

Wie die Abb. 1 andeutet, können die Entladungsstrecken allein den dem Motor vorgeschalteten Wechselstromwiderstand darstellen, wobei die Größe dieses Wechselstromwider-Standes durch die Steuerung beeinflußt wird. Die Vorrichtung 17 kann zum Anlassen von Hand willkürlich verstellt werden. Vorteilhafter ist es jedoch, die Möglichkeit der selbsttätigen Beeinflussung derartiger Einrichtungen vorzusehen und die der Vorrichtung 17 zugeführte Spannung von der Änderung einer Betriebsgröße während des Anlaßvorganges abhängig zu machen.As Fig. 1 indicates, the discharge paths only represent the alternating current resistance connected upstream of the motor, the size of this alternating current resistance is influenced by the control. The device 17 can be used for starting Hand can be adjusted arbitrarily. It is more advantageous, however, to have the option of automatic Provide influencing of such devices and that of the device 17 supplied voltage from the change in an operating variable during the starting process to make dependent.

Die Abb. 2 zeigt eine derartige ins Ein-. zelne gehende Ausführung einer Anlaßein- - .richtung für den Motor 4, welche nichts weiter darstellt als eine Ausgestaltung der Abb. 1 "'für selbsttätige Beeinflussung. In dieser Zeichnung ist der Schalter 12 mit Kontakten 18, 27 versehen, durch die die Verbindung zwisehen der einen Phasenwicklung 6 des Motors und der entsprechenden Phase der Wechselstromquelle entweder unmittelbar oder über eine Scheinwiderstandsanordnung hergestellt werden kann. Für die anderen Phasen ist die Anordnung ähnlich. Die Anordnung enthält einen Scheinwiderstand in der Form eines Spartransformators mit Teilwicklungen 28 und 22 auf gemeinsamem Magnetkern 30. An das freie Ende der Wicklung 28 ist ein Ohmscher Widerstand 29 angeschlossen, der erforderlichenfalls den Scheinwiderstand des Kreises auf den gewünschten Wert vergrößert. Das freie Ende der Wicklung 22 liegt an der Wicklung 23 des Phasenschiebers, der mit einer Ständerwicklung 23 und einer beweglichen Wicklung 24 schematisch angedeutet ist.Fig. 2 shows such a one. individual execution of an event entry -. Direction for the motor 4, which is nothing more than an embodiment of Fig. 1 "'for automatic control. In this drawing, the switch 12 with contacts 18, 27, through which the connection between the one phase winding 6 of the motor and the corresponding phase of the AC power source either immediately or above an impedance arrangement can be made. For the other phases is that Similar arrangement. The arrangement includes an impedance in the form of a Autotransformer with partial windings 28 and 22 on a common magnetic core 30. An the free end of the winding 28 is connected to an ohmic resistor 29, if necessary increases the impedance of the circuit to the desired value. The free end of the winding 22 is on the Winding 23 of the phase shifter, which has a stator winding 23 and a movable Winding 24 is indicated schematically.

Wie ersichtlich ist, hat der Schalter 12 einen Anlaßkontakt 18 und einen Betriebskontakt 27. Kontakt 18 ist mit der gemeinsamen Klemme der Wicklungen 22 und 28 des Spartransformators verbunden und außerdem mit der Kathode 14 des gittergesteuerten Dampfentladungsgefäßes 13 und der Anode 16' des gittergesteuerten Dampf entladungsgefäßes 13'. Jedes der Gefäße 13 und 13' läßt nur Strom in einer Richtung durch, und der Stromdurchlässigkeitsbereich der Gefäße wird durch die den Steuerelektroden 15 und 15' zugeführte Spannung gesteuert. Die Anode 16 des Gefäßes 13 und die Kathode 14' des Gefäßes 13' sind an die Speiseleitung 21 angeschlossen.As can be seen, the switch 12 has a starting contact 18 and an operating contact 27. Contact 18 is to the common terminal of windings 22 and 28 of the autotransformer and also connected to the cathode 14 of the grid-controlled Vapor discharge vessel 13 and the anode 16 'of the grid-controlled vapor discharge vessel 13 '. Each of the vessels 13 and 13 'can only flow through in one direction, and the current permeability area of the vessels is determined by the control electrodes 15 and 15 'supplied voltage controlled. The anode 16 of the vessel 13 and the cathode 14 ' of the vessel 13 'are connected to the feed line 21.

Die dargestellte Anordnung ermöglicht, nur einen Teil der vollen Betriebsspannung der Primärwicklung des Motors 4 zuzuführen und diese Spannung auf einen der jeweiligen Anlaufdrehzahl entsprechenden zulässigen Wert zu begrenzen, bis die Gegen-EMK des Motors sich so weit entwickelt hat, daß schließlich die volle Netzspannung dem Motor zugeführt werden kann. Bei der Inbetriebnahme des Motors 4 berührt der Schalter 12 zunächst den Kontakt 18 und schließt dadurch einen Stromkreis über den Leiter 9, Schalter 12, Primärwicklung 28 des Spartransformators, Ohmschen Widerstand 29 und die Phasenwicklung 6'des Motors 4. Der Spartransformator ist so bemessen, daß der Scheinwiderstand iao der Primärwicklung 28 und der Widerstand für eine zulässige Strombegrenzung aus-The arrangement shown allows only part of the full operating voltage of the Feed the primary winding of the motor 4 and this voltage to one of the respective starting speed limit the corresponding permissible value until the back EMF of the motor has developed so far that finally the full mains voltage can be fed to the motor. When the motor 4 is put into operation, the switch 12 initially touches the contact 18 and thereby closes a circuit via the conductor 9, switch 12, Primary winding 28 of the autotransformer, ohmic resistor 29 and the phase winding 6 'of the motor 4. The autotransformer is dimensioned so that the impedance iao the primary winding 28 and the resistance for a permissible current limitation.

reichend sind. Wenn der Kontakt 18 geschlossen wird, wird ferner ein Parallelkreis über den Leiter 19 und die Anodenkreise der Gefäße 13 und 13' geschlossen. Die Steuerung dieser Gefäße ist in diesem Augenblick derart eingestellt, daß sie für Stromdurchgang entweder gesperrt sind oder nur wenig Strom führen" können. Die Größe der den Steuerelektroden zugeführten Spannung ist nämlich durch die an der Wicklung 22 des Spartransformators herrschende Spannung bestimmt, außerdem die genaue Phasenlage durch den Phasenschieber 17. Sobald die Geschwindigkeit des Motors wächst, wird die Größe der dem Spartransformator und damit den Steuerelektroden aufgedrückten Wechselspannung kleiner, und ihr Schnittpunkt mit der kritischen Gitterspannung verschiebt sich bei geeignet gewählter, ein für allemal eingestellter Phasenlage im voreilenden Sinne, d. h. die Entladungsgefäße werden einen erhöhten Strom führen. Wenn der Motor im wesentlichen die volle Geschwindigkeit erreicht hat, wird der Schalter 12 in die Stellung 27 ge-are sufficient. When contact 18 is closed is, is also a parallel circuit across the conductor 19 and the anode circles of the Vessels 13 and 13 'closed. The control of these vessels is like that at this moment set that they are either blocked for current continuity or only a little current lead ". The size of the voltage supplied to the control electrodes is namely determined by the voltage on winding 22 of the autotransformer, also the exact phase position through the phase shifter 17. As soon as the speed As the motor grows, so does the size of the autotransformer and thus the control electrodes imposed alternating voltage is smaller, and its point of intersection with the critical grid voltage shifts at suitable selected, once and for all set phase position in the leading sense, d. H. the Discharge vessels will carry an increased current. When the engine is essentially has reached full speed, switch 12 is set to position 27

bracht; dadurch wird der Motor unmittelbar auf die volle Netzspannung geschaltet und der Sperrtransformator nebst den Entladungsgefäßen ausgeschaltet.brought; this switches the motor to full mains voltage immediately and the The blocking transformer and the discharge vessels are switched off.

Zur Durchführung der Regelung wird der Phasenschieber 23, 24 normalerweise nicht notwendig sein, weil die Bogenentladung durch die Gefäße 13, 13' weitgehend von. der Steuerspannung abhängt, die durch den Spartransformator verändert wird. Der Zweck des Phasenschiebers ist, wie oben gesagt, nur der, eine geeignete Phasenbeziehung für die Steuerspannungen herzustellen.The phase shifter 23, 24 is normally not used to carry out the regulation be necessary because the arc discharge through the vessels 13, 13 'largely of. the Control voltage depends, which is changed by the autotransformer. The purpose of the phase shifter is, as said above, only the, a suitable phase relationship for the Establish control voltages.

Wenn die Steuerelektroden Spannungen erhalten, die ein wenig gegenüber der entsprechenden Anodenspannung im Sinne einer Nacheilung phasenverschoben sind, wird die Sperrdauer während jeder Halb welle der Anodenspannung während des Anlaßvorganges dauernd verkleinert und dadurch der Mittelwert des Entladungsstromes erhöht werden, d. h. der gesamte dem Motor vorgeschaltete Scheinwiderstand wird herabgesetzt. Dadurch wird nun wiederum die Spannungsaufteilung zwischen Scheinwiderstand und Motorwicklung im Sinne eines Anwachsens der Motorspannung beeinflußt. Ein allzu rasches Anwachsen der Motorspannung im Vergleich zur Drehzahl und damit zurGegen-EMK wird dadurch verhindert, daß der Motorstrom in diesem Falle so stark ansteigen würde, daß die S teuer spannung wieder wach-, sen und damit den gesamten dem Motor vorgeschalteten Scheinwiderstand vergrößern würde. Die Entladung wird 'während des Anlaßvorganges so lange aufrechterhalten, bis die Anodenspannung annähernd Null geworden ist für eine Zeit, die für' die Entionisierung des Gases in dem Gefäß ausreichend ist. Der große Vorteil dieser Anordnung ist der, daß sie selbsttätig den Scheinwiderstand des besonderen Regelstromkreises steuert, welcher im Nebenschluß zum Regelstromkreis des Spartransformators liegt; der gesamte vorgeschaltete Scheinwiderstand ändert sich also von selbst entsprechend der vom Motor entwickelten Drehzahl.When the control electrodes receive voltages that are a little opposite the corresponding one The anode voltage in the sense of a lag are phase-shifted, the blocking period is during each half-wave of the The anode voltage is continuously reduced during the starting process, thereby increasing the mean value of the discharge current be, d. H. the entire impedance connected upstream of the motor is reduced. This again changes the voltage distribution between the impedance and Motor winding influenced in the sense of an increase in the motor voltage. An all too rapid increase in the motor voltage in the This prevents the motor current from being compared to the speed and thus to the back EMF in this case it would increase so much that the expensive voltage would wake up again. sen and thus increase the total impedance connected upstream of the motor would. The discharge is maintained during the starting process until the anode voltage has become approximately zero for a time necessary for the deionization of the gas in the vessel is sufficient. The great advantage of this arrangement is that that it automatically controls the impedance of the particular control circuit, which is shunted to the autotransformer control circuit; the entire upstream impedance changes so automatically according to the speed developed by the engine.

Die Entladungsstrecken können in der oben beschriebenen Anordnung nicht nur zum Anlassen von Käfigankermotoren, sondern auch zum Hochfahren von Wechselstrommotoren . mit besonderer Sekundärwicklung, beispielsweise Schleifringankermotoren, verwendet werden. Der vom normalen Schleifringankermotor bekannte Anlasser wird dabei in einfachster Weise durch in Reihe zu der Sekun- ' därwicklung angeordnete Entladungsstrecken gebildet, welche in jeder Phase der Sekundärwicklung in gegensinnig paralleler Anordnung entsprechend der Abb. 2 angeordnet sind. Die Steuerung dieser Entladungsstrecken erfolgt auch in diesem Falle in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall einer der Primärwicklung vorgeschalteten Scheinwiderstandsanordnung.In the arrangement described above, the discharge paths can not only be used for starting of squirrel cage motors, but also for starting up AC motors. with a special secondary winding, for example Slip ring armature motors can be used. The one from the normal slip ring armature motor known starter is in the simplest way by in series with the second ' Därwick arranged discharge paths formed, which in each phase of the secondary winding are arranged in an oppositely parallel arrangement as shown in FIG. The control of these discharge paths also takes place in this case in a suitable manner as a function of the voltage drop in one of the primary windings upstream impedance arrangement.

Statt der in Abb. 2 dargestellten Anordnung mit Übergangskontakt 18 und Hauptkontakt 27 des Steuerschalters 12 kann auch ein besonderer, selbsttätig wirkender Überbrückungsschalter vorgesehen werden, dessen Kontakte geöffnet sind, solange der dem Motor zufließende Strom einen bestimmten Wert überschreitet. Fällt dagegen der Motorstrom unter diesen Wert, so genügt die Durchflutung der Auslösespule des Überbrückungsschalters nicht mehr, diesen in seiner Offenstellung zu halten, der Kontakt schließt sich, und die ganze Scheinwiderstandsanordnung, wie sie in Abb. 2 dargestellt ist, wird kurzgeschlossen. Der Steuerschalter 12 kann in diesem Fall als normaler Hebelschalter ausgebildet sein.Instead of the arrangement shown in Fig. 2 with transition contact 18 and main contact 27 of the control switch 12 can also be a special, automatically acting bridging switch are provided whose contacts are open as long as the current flowing to the motor has a certain value exceeds. If, on the other hand, the motor current falls below this value, the flooding of the trip coil of the bypass switch is sufficient no longer have to hold it in its open position, the contact closes, and the entire impedance arrangement, as shown in Fig. 2, it is short-circuited. The control switch 12 can in this case as normal Be formed lever switch.

Claims

Patent claims:

1. Procedure for starting AC motors by means of grid-controlled Discharge paths, preferably those filled with steam or gas, which are inserted into the main circuits of the motors are, characterized in that the grid voltage of the discharge paths as a function of that during the starting process on the motor or on an impedance arrangement connected upstream of the motor is changed.

2. Device for performing the method according to claim 1 for induction

motors with short-circuit armature, characterized in that in each phase lead (21) an autotransformer (22, 28), optionally with an upstream one 5 ohmic resistance (29), with grid-controlled discharge vessels arranged in a shunt and connected in parallel in opposite directions (13, 13 ') is connected, the control voltage of which is from the transformer (22, 28) is removed and adjusted with respect to the phase such that at the beginning the discharge vessels are only slightly current-permeable when starting, accordingly the increasing speed, however, the current permeability is increased until when the operating speed is reached, the vessels are fully permeable to current (Fig. 2).

3. Modification of the device according to claim 2 for induction motors with Slip ring armature, characterized in that the pairs of opposite directions connected in parallel Discharge vessels in series with the rotor windings connected in the polygon are arranged, while their control voltage is dependent on a Voltage is changed, which one of the primary winding upstream impedance arrangement is taken.

4. Device according to claim 2 or the following, characterized in that In the circuit of the control electrodes, the discharge paths have a phase-rotating device, for example a rotary control, is provided, by means of which the suitable phase position of the grid voltage, preferably by hand, is set can be.

5. Device for performing the method according to claim 1 in conjunction with a device according to claim 2 or the following, characterized by the use of a switch (12) with the Autotransformer (22, 28) upstream starting contacts (18), which during the duration of the starting process are closed, and immediately after completion of the starting process with the Operating contacts (27) connected to the primary windings of the motor, through the closure of which the upstream of the motor Impedance arrangement is short-circuited.

6. Device for performing the method according to claim 1 in conjunction with the device according to claim 2 or the following, characterized in that a current-dependent operated switch is provided, which is ^{arranged in the supply lines of the motor after completion of the k} starting process as a result of falling below a predetermined current value Impedance arrangement shorts.

1 sheet of drawings