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Anordnung zur Erregung von ständererregten Hintermaschinen in Drehstromkaskaden.
Im folgenden ist eine neue Anordnung angegeben, die es ermöglicht, die Phase des Erregerfeldes bei ständergespeisten Kommutatorhintermaschinen bei wechselnder Frequenz konstant zu halten, ohne dass dies mit Hilfe von in den Sekundärkreis der Hauptmaschine eingeschalteten und wegen der kleinen Frequenz grossen und teuren Apparaten geschieht. Es werden vielmehr alle Maschinen mit ihrer normalen Frequenz beansprucht.
Die Erregung der Kommutatormaschine, die entweder mechanisch oder elektrisch mit der Hauptmaschine gekuppelt sein kann, erfolgt durch eine läufergespeiste Drehstromkommutatormaschine (kompensierter oder unkompensierter Frequenzwandler). Diese kann selbst wieder von der Hauptwelle aus oder auch getrennt unter Einhaltung der Frequenzbedingungen angetrieben werden. Die Erregung dieser Maschine erfolgt wieder durch einen im Prinzip bekannten Erregerumformer synchroner Bauart. Während jedoch die gewöhnlichen Bauarten dieser Maschinen nur Mittel zur Erzeugung von zwei Spannungskomponenten besitzen, hat der Erregerumformer gemäss der Erfindung in seiner allgemeinsten Bauart Mittel zur Erzeugung von vier Spannungskomponenten, je einer Ohmschen und je einer induktiven Komponente zur Regelung der Drehzahl und der Phase.
Während jedoch die Wicklungteile zur Erzeugung der Ohmschen Komponenten von einer konstanten Gleichspannung unter Vorsehaltung von Ohmschen Regelwiderständen gespeist werden, befinden sich die Wicklungsteile zur Erzeugung der induktiven Komponenten unter dem Einfluss der Differenzspannung zwischen einer konstanten und einer mit der Drehzahl bzw. dem Schlupf der Hauptmaschine veränderlichen Spannung ebenfalls unter Vorschaltung von regelbaren Ohmschen Widerständen. In besonderen Fällen kann an Stelle der konstanten Gleichspannung auch eine mit dem Schlupf oder der Belastung irgendwie veränderliche
Spannung treten. Es muss dann nur die Erregung der im nachstehenden genannten, mit Umdrehungsfrequenz angetriebenen Gleichstrommaschine dieser Spannung entsprechen.
Bei genauem Synchro- nismus, wo ja die induktive Spannung an der Erregerwicklung der Hintermaschine Null ist, ist die an den genannten Wicklungsteilen liegende Spannung ebenfalls Null, während bei Abweichungen vom Synchronismus die Differenzspannung wirksam wird. Die konstante Spannung kann von einer mit dem Antriebsmotor des Erregerumformers gekuppelten und mit konstanter Drehzahl umlaufenden Gleichstrommaschine oder sonst einer konstanten Spannungsquelle geliefert werden, während die mit der Drehzahl veränderliche Spannung von einer mit der Hauptwelle gekuppelten Gleichstrommaschine geliefert wird. Man kann auch die Erregerwicklung des Erregerumformers statt in vier Teile nur in zwei Teile, die räumlich aufeinander senkrecht stehen, unterteilen. Es würde dann zunächst nur die Drehzahl geregelt werden.
Verstellt man jedoch die Erregung an der mit der Hauptwelle gekuppelten Gleichstrommaschine derart, dass sich bei Synchronismus die beiden Spannungen nicht ganz aufheben, so ergibt sieh eine Komponente im Sinne einer Phasenkompensierung der asynchronen Vordermaschine.
Auch eine Kompoundierung der Kaskade bei Belastungsstössen lässt sich erreichen, wenn man die Erregung der mit konstanter Drehzahl umlaufenden Gleichstrommaschine in Abhängigkeit von der Belastung beeinflusst, da die Klemmenspannung dieser Maschine erfindungsgemäss die Erregung der andern Gleichstrommaschine bestimmt. An sich wäre es auch möglich, die Erregung beider Maschinen gemeinsam zu beeinflussen, wenn beide Maschinen fremd erregt sind.
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Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern das Wesen der Erfindung näher.
In Fig. 1 ist 1 eine an ein Drehstromnetz angeschlossene Asynchronmaschine, die in ihrer Dreh- zahl mit Hilfe der Kommutatorhintermaschine 2 geregelt wird. Diese ist in bekannter Weise mit Kompensationswicklung und Wendepolen versehen und im vorliegenden Fall mit der Hauptmaschiue direkt gekuppelt. Die Erregung erfolgt im Ständer durch die schlüpfungsfrei mit der Hauptwelle gekuppelte Drehstromerregermaschine 3, die in bekannter Weise mit Ständerkompensationswicklung ausgerüstet sein kann. Diese Maschine bekommt ihre Erregung über Schleifringe von der synchronen Drehfelderregermaschine 4 zugeführt, die von der Synchronmaschine 5 angetrieben wird.
Eine gleichfalls von dieser angetriebene Gleichstrommaschine 6 liefert Gleichstrom konstanter Spannung auf die Sammel- schienen 1, 8. Die Drehfelderregermasehine 4 besitzt zwei Systeme von Erregerwicklungen. Jedes
System besteht aus zwei Einzelwicklungen, deren Wicklungsachsen elektrisch um 900 verschoben sind.
Das eine System, bestehend aus den Wicklungen 9 und 10, dient beispielsweise für die Drehzahlbeeinflussung, das andere, bestehend aus den Wicklungen 11 und 12, zur Beeinflussung der Blindleistung des Hauptmotors. Die Wicklungen 9 und 11 liegen in Parallelschaltung über regelbare Widerstände 13 bzw. ? J an der Sammelschiene 7-8. Die Wicklungen 10 und 12 werden, ebenfalls in Parallelschaltung. über regelbare Widerstände 14 bzw. 16 von der Differenz zweier Spannungen beeinflusst. Die eine dieser Spannungen ist die Spannung der Sammelschienen 7, 8, die andere wird von einer mit der Hauptmuchine gekuppelten Gleichstrommasehine 17 geliefert.
Beide Spannungen wirken einander entgegen und heben sich bei gleicher Erregung und gleicher Drehzahl der beiden Gleichstrommaschinen 6 und 17 auf. Dies ist der Fall, wenn die Hauptmaschine genau synchron läuft. Da die Maschine 6 mit konstanter Drehzahl umläuft, kann die Klemmenspannung dieser Maschine zur Erregung der Maschine 17 benutzt werden.
Die Wirkungsweise der Anordnung soll zunächst an Hand der reinen Drehzahlregelung erläutert werden. Denkt man sich die Hauptmaschine im Synchronismus laufend, so ist die Läuferfrequenz und damit auch die Frequenz in der Erregerwicklung der Hintermasehine 2 Null. Es sind daher in diesem Stromkreis nur Ohmsche Widerstände zu überwinden. Ein durch die Wicklung 9 geschickter Strom würde daher, da er eine ihm proportionale Spannung konstanter Phasenlage an der Erregerwicklung zur Folge hat, auch einen ihm proportionalen Strom in der Erregerwieklung der Maschine 2 verursachen.
Dadurch würde die Kommutatorspannung dieser Maschine ansteigen und eine drehzahlerhöhende bzw. senkende Wirkung auf den Hauptmotor ausüben. Damit würde sich aber die Frequenz im Erregerkreis sofort ändern, denn die unverändert gebliebene Klemmenspannung an der Erregerwicklung müsste jetzt auch noch den induktiven Widerstand überwinden, wodurch sich notgedrungen Grösse und Phase des Erregerstromes und damit der Kommutatorspannung ändern miisste. Denn diese ist als Rotationsspannung immer in Phase mit dem Erregerstrom und ihm proportional. Uni dies zu verhindern, muss die an der Erregerwicklung der Maschine 2 angelegte Spannung eine Komponente erhalten, die jederzeit so gross ist. dass sie den induktiven Widerstand überwinden kann.
Dies wird durch die bei Abweichung vom Synchronismus auftretende Differenzspannung der beiden Maschinen 6 und 17 bewirkt, die einen entsprechenden Strom durch die Wicklung 10 treibt. Damit dieser Strom auch stets dem in der Wicklung 9 fliessenden Strom richtig entspricht, muss der Widerstand 14 im Stromkreis der Wicklung 10 stets im gleichen Mass verändert werden wie der Widerstand 7. 3 im Stromkreis der Wicklung 9. Dies geschieht am zweckmässigsten dadurch,. dass man die beiden Regelkontakte mechanisch miteinander kuppelt.
Beim Durchgang durch den Synchronismus müssen Anfang und Ende der Wicklungen 9 und 10 vertauscht werden. In analoger Weise vollzieht sich die Beeinflussung der Blindleistung mit Hilfe der beiden Wick-
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einander gekuppelt sind. Man kann auch die beiden Widerstände 13 und 14 bzw. 15 und 16 in je einen Widerstand vereinigen.
Es ist ferner möglich, nur ein System von Wicklungen auf der Drehfelderregermaschine anzuordnen, beispielsweise das für Drehzahlregelung. Eine derartige Anordnung zeigt Fig. 2. Die Bedeutung der einzelnen Zahlen ist wieder die gleiche wie in Fig. 1. Ohne besondere Mittel könnte man mit dieser Anordnung nur die Drehzahl beeinflussen. Sieht man aber im Erregerkreis der Maschine 17 einen Regulierwiderstand 18 vor, mit dessen Hilfe es möglich ist. das Feld dieser Maschine zu ändern, so wird dann die induktive Komponente an der Erregerwicklung nicht mehr ganz aufgehoben, so dass der Erregerstrom eine auf Blindleistung wirkende Phasenlage einnehmen kann. Bei Synchronismus macht sich das ebenfalls bemerkbar, weil dann die Wicklung 10. nicht stromlos ist, sondern phasenverbessernd wirkt.
Es ist auch möglich, den Regler 18 von einem cos r : -Relais aus zu betätigen und dadurch den cos T auf einem konstanten Wert zu halten.
Kompoundierung lässt sich dadurch erreichen, dass man in den Erregerkreis der Maschine 6 einen Regelwiderstand 19 schaltet, der von einem Schnellregler oder einem ähnlich wirkenden Organ gesteuert wird. Damit ändern sich die Klemmenspannungen an 6 und 17 gleichzeitig und damit der Strom in den die Drehzahl bestimmenden Wicklungen 9 und 10, während die Frequenzänderung durch die, nach wie vor bestehende Differenzspannung zwischen 6 und 17 berücksichtigt wird. Ferner ist es noch möglich. die Erregung der beiden Maschinen 6 und 17 noch durch eine ebenfalls dem Schlupf proportionale Differenz-
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spannung, die aus den vorhandenen oder zwei weiteren Maschinen entnommen werden kann, zu beein- flussen und dadurch die Leistungs- bzw.
Drehzahlcharakteristik der Hauptmaschine in jeder gewünschten
Weise zu verändern.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Erregung von ständergespeisten Hintermaschinen in Drehstromkaskaden, bei denen ein mit Netzfrequenz oder Umdrehungsfrequenz der Hauptmaschine gespeister Frequenz- wandler die Ständerwicklung der Hintermaschine mit Schlupffrequenz speist, während er selbst von einer synchronen Drehfelderregermaschine gespeist wird, deren Gleichstromerregerwicklung aus zwei elektrisch um 900 versetzten Wicklungen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Gleichstromwicklung (9) von einer Gleichspannung, die andere Wicklung (10) von zwei Gleichspannungen in Differenzschaltung erregt wird, von denen die eine von einer mit der Netzfrequenz, die andere von einer mit der Umdrehungs- frequenz der Hauptmaschine Y angetriebenen Gleichstrommaschine (6 bzw. 17) geliefert wird (Fig. 1).