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Es ist im französischen Patent Nr. 574180 vorgeschlagen worden, dem Haupterregekreis einer Kommutatorhintermaschine mit einem der Schleitringsprunnung des Hauptmotors proportionalen Erregerstrom zu speisen. Ausser dem Haupterregerkreis kann ein Kompensationserregerkreis vorhanden sein, in dem ein von der Schlüpfung unabhängiger und wenigstens angenähert konstanter Strom fliesst, dessen Durchflutung eine auf Phasenkompensation wirkende Rotationssponnung der Kommutatormaschine induziert, die gegen die vom Haupterregerstrom erregte Spannung 90 nacheift.
Durch den Kompensationserregerkreis kann auch ausser der 90 nacheilenden Sprnnung eine phasengleiche Sprnnungs- komponente induziert werden, zum Zwecke, die LeerhuMrehzahl des Hauptmotors, die sonst gleich der synchronen ist, herabzusetzen. Haupterregerkreis und Kompensationserregerkreis müssen voneinander magnetisch unabhängig sein.
Erfindungsgemäss soll nun in einem Erregerkreis der Kommutatormasehine ein konstanter Strom fliessen, der dem Haupterregerstrom nicht gleich, sondern gegengerichtet ist. Durch die angegebene Stromkomponente wird eine Erhöhung der Leerlauidrehxa hl des Hauptmotors erreicht, die unter Umständen eine wesentliche Verkleinerung der Kommutatormasehine erlaubt. Ob dabei eine phasenkompensierende
Stromkomponente vorhanden ist oder nicht, ist für den Erfindungsgedanken gleichgültig.
In Fig. 1 stelle die Strecke A-B den resultierenden Erregerstrom der Kommutatorhintermaschine dar, der bei untersynchronem Schlupf 0 A eine der Schlupfsp311nung des Hauptmotors entgegengesetzt gleiche Rotationsspannung induziert. Bei Vernachlässigung des Spannungsabfalles im Stator des Hauptmeters ist seine Sehlupfspannung und damit auch der Erregerstrom A B von der Belastung des Hauptmotors unabhängig. Mit wechselnder Schlüpfung wandert der Endpunkt B auf der Geraden b1, b2 ; der Ast Ob2 entspricht übersynchronem Lauf des Motors.
Der Strom des Haupterregerkreises der Kom- mutatormasehine wird nun in Abhängigkeit von der Schlüpfung ebenfalls durch eine durch den Nullpunkt 0 gehende Gerade dargestellt, deren Neigung von der Dimensionierung des Erregerkreises abhängt.
Sie sei z. B. durch die Gerade Cl'C2 gegeben. Ist nur dieser Haupterregerstrom vorhanden, so ist die Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors gleich der synchronen Drehzahl. Mit wachsender Belastung wächst die Schlüpfung der Belastung entsprechend derart, dass die Ordinatendifferenz der Geraden b1, b2 und Cl'C2 dem Spannungsabfall im Rotorkreis entspricht. Bei motorischer Belastung arbeitet der Hauptmotor untersynchron, bei generatorischer Belastung übersynchron.
Wird nun beim Schlupf OA der Erregerstrom AC um einen Betrag CD verkleinert, so wächst das Drehmoment des Hauptmotors
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strom verkleinert wurde (künftig als #zusätzlicher Erregerstrom" bezeichnet), unabhängig von der Schlüpfung konstant gehalten, so wandert der Endpunkt des Erregerstromes mit wechselnder Schlüpîung auf der Gen den dl, dz. Bei kleinem untersynchronem Schlupf hat der resultierende Erregerstrom entgegengesetzte Richtung wie der Haupterregerstrom, bei übersynchronem Lauf wird durch den konstanten zusätzlichen Erregerstrom der Haupterregerstrom verstärkt. Beim übersynchronen Schlupf (Mi, bei dem
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vom Leerlaufwert proportional.
Das Verhalten des Motors ist also ähnlich dem ohne zusätzlichen Erregerstrom, seine Leerlaufdrehzahl ist aber erhöht.
Durch einen zusätzlichen Erregerstrom entgegengesetzter Richtung (gleichgerichtet dem Haupt-
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der maximalen Schlupffrequenz und der maximalen Schlupfleistung erreicht werden.
Ein interessanter Sonderfall ergibt sich, wenn die Maschine so bemessen wird, dass die Gerade fizzy mit der Geraden 011 O2 zusammenfällt. Ist nur der Haupterregerkreis vorhanden, so ist in diesem Fall die Leistungsaufnahme der Kommutatormaschine bei jeder Drehzahl Null, die Sclupfleistung muss durch einen der Kommutatormaschine parallel geschalteten Energieverbrancher aufgenommen werden.
Wird aber der Haupterregerstrom um einen konstanten Betrag vergrössert oder verkleinert, verläuft also der resultierende Erregerstrom nach der Geraden e", e oder/"f. der Fig. 1, die beide parallel zur Geraden b, b2 verlaufen, so arbeitet der Hauptmotor bei jeder endlichen Schlüpfung mit einer Belastung, die bei konstantem Widerstand im Rotorkreis konstant, unabhängig von der Schlüpfung ist. Diese Arbeitsweise, die z. B. bei Frequenzumformung und bei Pufferanlagen verlangt wird, kann auf anderem Wege im allgemeinen nur durch verwickelte Regeleinrichtungen erreicht werden, sie stellt also einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar.
Hat der konstante zusätzliche Erregerstrom entgegengesetzte Richtung wie der Haupterregerstrom im untersynchronen Gebiet, so arbeitet der Hauptmotor mit konstanter motorischer Leistung, hat er gleiche Richtung, so arbeitet der Motor mit konstanter generatorischer Leistung.
Der konstante zusätzliche Erregerstrom kann in irgend einem Erregerkreis der Kommutator- hintennasehine fliessen. Verschiedene Lösungen für die Aufgabe, einen von der Schlüpfung und vom Strom der anderen unter Umständen noch vorhandenen Erregerkreise unabhängigen Strom zu erzwingen, sind in dem eingangs erwähnten französischen Patent bereits vorgesehlagen worden. Es soll daher nur auf die Gesichtspunkte hingewiesen werden, die besonders zu beachten sind. Soll durch den zusätzlichen Erregerstrom die Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors erhöht, dessen Serieneharakteristik aber belassen werden, so darf der zusätzliche Erregerstrom auch bei Durchgang durch den Synchronismus seinen Wert nicht wesentlich ändern. Ein dieser Bedingung genügender Strom kann z.
B. durch Speisung des Erregerkreises von einem mit konstanter Spannung gespeisten asynchronen Einankerumformer (Frequenzumformer) erreicht werden, wobei der Widerstand des Kreises von der Schlüpfung unabhängig sein muss.
Wird die den Frequenzumformer speisende Spannung um eine 900 phasenverschobene konstante Komponente vergrössert, so kann auch Phasenkompensation des Hauptirotors erreicht werden, ohne dass ein besonderer Kompensationserregerkreis notwendig ist.
Da auch der Haupterregerkreis einen von der Schlupffrequenz annähernd unabhängigen Widerstand hat, kann auch er vom Frequenzumformer zur Erzielung des zusätzlichen Erregerstromes gespeist werden. Ein Ausführuugsbeispiel zeigt Fig. 2. 1 ist das primäre Netz, 2 der Hauptmotor, an dessen Schleifringe 3 der Ankers : reis der Kommutatormaschine 4 und parallel dazu deren Erregerwicklung 5 unter Zwischenschaltung der Ohmschen Widerstände 6 angeschlossen ist. Das Ende der Erregerwicklung ist an die Kommutatorbürsten des Frequenzumformers 7 angeschlossen, dessen Schleifringe über den Transformator 8 vom Netz gespeist werden. Durch die Hilfsmasehine 9 wird die Kommutatornasehine 4 mit konstanter Drehzahl angetrieben ; sie könnte auch mit dem Hauptmotor gekuppelt sein.
Durch Änderung des Widerstandes 6 wird die Neigung der Geraden Ci, c (Fig. l) und die Grösse des zusätzlichen Erregerstromes, durch Änderung der Kommutatorspannung des Frequenzumformers nur dieser
Strom beeinflusst. Bei entsprechender Phaseneinstellung der Kommutatorspannung kann zugleich
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Strom der Erregerwicklung J und die Rotationsspannung der Kommutatormasehine zerlegt gedacht werden in eine der Schleifringspannung des Hauptmotors und eine der Kommutatorspannung des Frequenzumformers entsprechende Komponente.
Ist die durch die Schleifringspannung bedingte Komponente der Rotationsspannung kleiner als die Schleifringspannung, so hat der Hauptmotor eine endliche Leerlaufdrehzahl, ist sie entgegengesetzt gleich, so läuft der Hauptmotor bei jeder Drehzahl mit konstanter, durch die Grösse des zusätzlichen Erregerstromes einstellbarer Belastung.
Auch der Kompensationserregerstrom ist bekanntlich konstant und unabhängig von der Schlüpfung.
Bei entsprechender Schaltung der Kompensationserregerwicklung kann demnach die Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors auch durch den Kompensationserregerstrom beeinflusst werden. Bekanntlich hängt es von den Selbsterregungsbedingungen des Kompensationserregerkreises ab, ob der Kompensationserregerstrom bei Synchronismus auf Null zurückgeht oder ob er seinen Wert beibehält. Im zweiten Fall wirkt er ebenso wie die durch den Frequenzumformer bedingte Komponente des Erregerstromes in Fig. 2. Doch kann es auch erwünscht sein, dass der Strom bei Synehronismus zu Null wird, wenn nämlich verlangt wird, dass zwar im allgemeinen die Leistung des Hauptmotors konst1nt pein soll, dass
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sie aber bei Erreichen des Synchronismus auf Null zurückgehen soll.
Wenn der Kompensationserregerstrom die Leistungsaufnahme des Motors bedingt, so wird dadurch, dass er bei Synchronismus auf Null zurückgeht, auch die Leistung des Hauptmotors auf Null reduziert. In diesem Fall verschwindet aber auch die Phasenkompensation des Motors bei Leerlauf.
Erfindungsgemäss soll deshalb, auch wenn ein Kompensationserregerkreis vorhanden ist, der zusätzliche Erregerstrom in einem getrennten, an die Schleifringe angeschlossenen Erregerkreis fliessen und es soll in diesem ebenso wie im Kompensationserregerkreis bei mittlerer und grosser Schlupffrequenz der induktive Widerstand den von der Schlupffrequenz unabhängigen Teil des Widerstandes überwiegen, es soll aber der konstante Teil des Widerstandes des zusätzlichen Erregerkreises schon bei grösserer Schlupffrequenz von massgebendem Einfluss auf den Gesamtwiderstand werden als im Kompensationserregerkreis. Da durch den Einfluss des Widerstandes in beiden Kreisen Leistungsaufnahme und Phasen-
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aufnahme des Hauptmotors schon bei einer Schlüpfung zu Null wird, bei der noch Phasenkompensation vorhanden ist.
Wird der zusätzliche Erregerkreis unter Zwischenschaltung eines zweispuligen Transformators gespeist, so wird dadurch ebenfalls erreicht, dass der zusätzliche Erregerstrom und damit die Leistung des Hauptmotors bei Synchronismus Null werden.
Ist in der zuletzt behandelten Anordnung der zusätzliche Erregerkreis so geschaltet, dass der Hauptmotor untersynehron als Motor arbeitet, so wird der Hauptmotor, wenn seine Drehzahl z. B. durch äusseren Antrieb über den synchronen Wert erhöht wird, wieder als Motor arbeiten.
Bei derjenigen Schaltung des zusätzlichen Erregerkreises, bei der der Hauptmotor untersynehron generatorisch arbeitet, arbeitet er bei übersynchroner Drehzahl ebenfalls generatorisel1. Oft wird aber verlangt, dass der Hauptmotor zwar bei untersynehronem Lauf mit konstanter motorischer Leistung arbeiten soll, dass aber nicht nur diese Leistung, wie erwähnt, bei Erreichen der synchronen Drehzahl Null werden soll, sondern dass sie ferner ihre Richtung umkehren, der Hauptmotor also generatorisch arbeiten soll, wenn seine Drehzahl höher als der synchrone Wert liegt. Die generatorische Leistung soll dabei bei wachsender übersynchroner Schlüpfung nicht konstant sein, sondern mit dieser ansteigen.
In diesem Falle wird zweckmässig bei Durchgang durch den Synchronismus eine Schaltungsänderung vorgenommen, indem entweder z. B. der zusätzliche und der Haupterregerkreis nur untersynchron eingeschaltet, übersynehron aber unterbrochen wird, oder indem z. B. die Hintermaschine übersynchron abgeschaltet und die Schleifringe des Hauptmotors kurzgeschlossen werden. Im ersten Falle bewirkt die Kommutatormaschine nut, ;' eine konstante Vergrösserung des effektiven Widerstandes des Läuferkreises, im zweiten Falle ist sie völlig wirkungslos, in beiden Fällen arbeitet also der Hauptmotor bei übersynchroner Drehzahl als Generator wie verlangt. Der Schaltvorgang kann z.
B. durch Vermittlung eines an die Schleifringe des Hauptmotors angeschlossenen Asynchronmotors betätigt werden, der bei untersynchronem Lauf ein Drehmoment in der einen Richtung, bei übersynchronem Lauf ein Drehmoment in entgegengesetzter Richtung ausübt.
Der von der Schlupffrequenz unabhängige Teil des resultierenden Widerstandes des Haupterregerkreises muss bei jeder Schlüpfung ein Mehrfaches des der Schlupffrequenz proportionalen Teiles dieses Widerstandes sein. Am einfachsten wird dies durch Vorschalten von Ohmschem Widerstand vor die Haupterregerwicklung erreicht. Unter Umständen kann aber der Energieverlust in diesem Widerstand,' unzulässig gross werden.
Erfindungsgemäss soll in diesem Falle der Widerstand durch eine Kommutatorreihenschluss-Erregermaschine ersetzt werden, deren Rotationsspannung bei Vernachlässigung. der Sättigung dem Strom proportional und entgegengerichtet ist, die also ebenso wie ein Widerstand wirkt, die elektrische Energie aber nicht in Wärme, sondern in nutzbare mechanische Energie umwandelt.
Bei Ersatz des Widerstandes durch die Erregermaschine bleibt zunächst der Erregerstrom der Kommutator hintermaschine der Schleifringspannung des Hauptmotors proportional. Soll er um einen konstanten Betrag geändert werden, so kann dies dadurch erreicht werden, dass eine zweite Erregerwicklung der Erregermaschine mit einem konstanten Strom gespeist wird. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Die Zahlen 1-5 haben hier die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2. Die Enden der Erregerwicklung 5 der Kommutatorhintermaschine sind an die Klemmen der Erregermaschine 6 mit der Reihensehlusserregerwicklung 7 angeschlossen, die an Stelle des Widerstandes 6 der Fig. 2 tritt.
Eine zweite Erregerwicklung 8 der Erregermaschine ist unter Zwischenschaltung der Drosselspule 9 an die Schleifringe 3 angeschlossen ; sie führt einen von der Sehlüpfung unabhängigen und annähernd konstanten Strom. 10 ist die für die Kommutatormasehine und die Erregermaschine gemeinsame Antriebsmaschine.
Bei Ersatz des Vorschaltwiderstandes im Haupterregerkreis durch eine Reihenschlusserregermaschine, der bei allen derartigen Schaltungen möglich ist, kann durch entsprechende Sättigung der' Erregernlaschine erreicht werden, dass ihr effektiver Widerstand nicht konstant ist, sondern mit wachsendem Strom abnimmt, was unter Umständen erwünscht ist, z. B. um den Einfluss der Sättigung der
Kommutatorhintermaschine auszugleichen. Natürlich kann auch in Reihe zur Erregermaschine noch ein zusätzlicher Ohmscher Widerstand geschaltet sein.
Soll in Reihe zur Spannung der Erregermaschine die Spannung eines Frequenzumformers geschaltet werden, so wird man diesen zweckmässig, unter"', Vorschaltung von konstantem Widerstand, eine Erregerwicklung der Erregermaschine beeinflussen lasaen.
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erfindungsgemäss der zusätzliche Erregerstrom durch eine von der Belastung unabhängige Spannung, vermindert um eine der Belastung proportionale Spannung, erzeugt werden, wobei entweder beide Spannungen und der Widerstand des Erregerkreises von der Schlupffrequenz unabhängig oder aber alle drei Grössen der Schlupffrequenz proportional sein musses. Ob der zusätzliche ElTegerstrom der Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine oder der ElTegermaschine zugeführt wird, ist gleichgültig.
Ist der Widerstand des zusätzlichen Erregerkreises konstant, so kann er von einem Frequenzumformer gespeist werden, der primär in Gegenschaltung von einer konstanten Spannung und von der Sekundär- spannung eines primär vom Statorstrom des Hauptmotors durchflossenen Componndtransiormators gespeist wird.
Ein Ausführungsbeispiel für den Fall, dass der Widerstand der Schlupffrequenz propoitional ist, zeigt Fig. 4, in der die Zahlen 1-8 die gleiche Bedeutung haben wie in Fig. 3. Die Erregerwicklung S der Erregermaschine wird in Gegenschaltung von der Schleifringspannung und der Sekundärspnnung eines primär vom Rotorstrom der Kaskade durchflossenen Compoundtransfol1l1ators 9 gespeist. Damit
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vorgeschaltet werden, die entweder als getrennte Drosselspule ausgeführt oder in die Sekundärwicklung des Compoundtransformators 9 verlegt werden kann.
Der Transformator 9 wird zweckmässig mit Luftschlitz ausgeführt, damit Sättigungserscheinungen nicht störend einwirken. Der Strom der Wicklung 8 ist wenigstens bei mittlerer und grosser Schlüpfung von der Schlupffrequenz unabhängig. Wird nun durch einen Nebeneinfluss eine Vergrösserung der fest eingestellten Belastung des Hauptmotors bedingt, so wächst die ioder Sekundärwicklung'des Transformators 9 induzierte Spannung. Der zusätzliche Erreger-
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. Arbeiten des Hauptmotors, stets grösser als die Sekundärspannung des Compoundtransformators sein, , da sieh sonst unstabiler Gang ergibt.
Statt eine von der Belastung unabhängige und eine ihr pro- portionale Spannung gegeneina11derzuschalten, kann der konstante zusätzliche Erregerstrom auch durch Subtraktion eines der Belastung proportionalen Stromes von einem konstanten Strom erreicht werden. Wird durch äusseren Eingriff die primäre oder sekundäre Windungszahl des Compoundtrans-
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einer dieser'Windungszahlen in Abhängigkeit von der Leistung des Hauptmotors dazu verwendet werden, um die Leistung streng konstant zu halten. Es kann auch zur Regelung des Stromes in der Wicklung 8 die den Kreis speisende Schleifringspanung durch einen Induktionsregler oder einen Transformator mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis transformiert werden.
Die Grösse des effektiven Widerstandes, den die Erregermaschine 6 darstellt, kann durch Bürstenverschiebung oder durch Änderung der Drehzahl oder der Windungszahl der Erregerwicklung oder auch,
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angeschlossene Erregerwicklung. 10 beeinflusst werden, deren Ohmscher Widerstand einschliesslich des - regelbaren Vorschaltwiderstandes H gross gegenüber dem induktiven Widerstand des Kreises ist. Durch
Regelung des Stromes der Wicklung 10 nach Grösse und Richtung kan bei gegebenem Strom der Wicklung 5
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geändert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Regelung des Schlupfes und der Phasenverschiebung von Induktionsmotoren, wobei die Kommutatorhintermaschine ausser mit einem Haupterregerstromkreis mit einem zweiten
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