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Dämpfungseinrichtung für elektrische Maschinen.
Bei Synchron- und Asynchronmaschinen, welche einphasig oder unsymmetrisch mehrphasig belastet werden. treten schädliche magnetische Drehfelder auf. Ihre Bekämpfung durch einfache kurzgeschlossene Dämpfungskäfige gelingt bis auf ein kleines Restfeld. welches dazu dient, die Dämpfungs- ströme durch die kurzgeschlossenen Windungen hindurchzutreiben bzw. die Ohmschen und die von den Streufeldern herrührenden induktiven Widerstände zn überwinden. Wie bekannt, stört dieses Restfeld bei grösseren Einankerumformern die Kommutierung derart, dass es bis jetzt nicht möglich war, einphasige Einankerumformer höherer Gleichstromleistung zu bauen.
Vorliegende Erfindung bezweckt nun, dieses Restfeld zu verkleinern bzw. durch stark kapazitive Dämpfungsströme sogar umzukehren.
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wicklung mit doppelter Synchrongeschwindigkeit. Wir haben hier, elektrisch betrachtet, den Fall eines synchron im Drehfeldsinne angetriebenen Wechselstromankers vor uns, dessen Drehfeld somit doppeltsynchron im Kurzschlusskäfige umläuft. Stellt Fig. 2 sein Arbeitsdiagramm dar, so entspricht die primäre Stromaufnahme dem Vektor o, k, wobei k der Kreispunkt für 200% Schlüpfung ist.
Der sekundäre Dämpfungsstromvektor k, l ist entsprechend dem Belastungsfalle kürzer als Vektor e, k und fast ent-
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Gegenstand der Erfindung ist eine Dämpfungseinrichtung, bei welcher der in beliebigen Wicklungen induzierte Dämpfungsstrom grundsätzlich noch über Kondensatoren geleitet wird. Fig. 3 zeigt die prinzipielle Anordnung für Einzelpole analog der Fig. 1 für einen einzelnen Dämpfungskreis. Erfindungs- gemäss wird der Dämpfungskäfig in mehrere Windungsgruppen ph aufgelöst, welche über je einen
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zahlen besonders wirksam einstellbar, wodurch sich die im folgenden beschriebenen Anwendungen ergeben.
Wird der Kondensator C gerade so gross gewählt, dass er bei bestimmter Periodenzahl die Wirkung der Streufelder des Kurzschlusskreises kompensiert, dann besteht im Dämpfungskreise für diese Frequenz Resonanz, und das Restfeld schrumpft auf den kleinstmöglichen Betrag (entsprechend o, m in Fig. 2) zusammen, welcher gerade zur Überwindung der rein Ohmschen Widerstände ausreicht. Wird der Kondensator C noch etwas kleiner gewählt, dann steigt die Kondensatorspannung und überwiegt den Einfluss der Streufelder, das Restfeld wächst wieder, aber in entgegengesetztem Sinne als-das ursprüngliche
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Sinne zu beeinflussen vermag.
Mit Vorteil können auch vorhandene Feldwicklungen, wie die der Haupt-und Wendepole, als kapazitive Dämpfungskreise eingerichtet werden. Fig. 5 zeigt ein solches Schaltungsschema für die konzentrierte Feldwicklung F und die verteilten Dämpfungswindungsgruppen p, h. Die Feldwicklung F wird hier über einstellbare Drosselspulen D von einer Erregerstromquelle E derart gespeist, dass der Kondensator Cn diese Wicklung noch vor den Drosselspulen als Dämpfungskreis schliesst. Durch die
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Drosselspulen kann der Dämpfungskreis in seiner Wirksamkeit beeinflusst werden.
In ähnlicher Weise lassen sich auf den Wendepolschenkeln mit Kondensatoren abgestimmte Dämpfungswicklungen vorsehen, welche auch auf andere, der Stromwendung schädliche Oberfelder abgestimmt sein können. Fig. 6 zeigt das Schema eines solchen, von der Wendepolhauptstromwicklung w vollkommen getrennten Dämpfungskreises T, dessen Windungszahl nur mit Rücksicht auf den Kondensator Ow bemessen zu werden braucht.
Im Schema der Fig. 7 wird die Wendepolwicklung selbst zur Dämpfung herangezogen, was jedoch sehr grosse Kapazitäten für niedere Spannung erfordert. Fig. 8 gibt in diesem Zusammenhange das vollständige Dämpfungskreis-Schaltschema eines einphasigen Wendepol-Einankerumformers U. Die Nebenschlusserregerwicklungen F sind über. den Kondensator On, die Wendepoldämpfungswieklungen T über die Kondensatoren Cw als Dämpfungskreise geschlossen. Neben dieser Dämpfungseinrichtung kann selbst-
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Die vollkommenere Wirkung bzw. die Abstimmöglichkeit auf eine bestimmte Periodenzahl dieser neuen Dämpfungseinrichtung kann auch bei Einphasen-Kaskadenumformern und Einphasen-Mehrphasenunformern sowie bei einphasigen Asynchronmotoren ausgenutzt werden. Fig. 9 zeigt beispielsweise eine für den Rotor eines einphasigen Asynchronmotors in kontinuierlichem Eisen gebettete Dämpfungwicklung, die sich von einer üblichen mehrphasigen Rotorwicklung nur dadurch unterscheidet, dass jede Phase p, h über einen Kondensator C in sich geschlossen ist. In weiterer Ausbildung kann diese mehrphasige Rotorwicklung ph über Schleifringe r, s, t zu stillstehenden Kondensatoren 0 geführt werden, die entsprechend der jeweiligen Frequenz des gegenläufigen Drehfeldes eines Asynchronmotors abstimmbar. gemacht sind, wozu Fig. 10 ein Schaltschema wiedergibt.
Der Rotor erhält dann noch eine zweite Arbeitswicklung a, welche über die Schleifringe x, y, z an Regelwiderstände R geschaltet ist. Die durch die einphasige Stromzuführung u, v gespeiste Wicklung am Ständer erzeugt ein Wechselfeld, welches sich in zwei gegenläufige Drehfelder spaltet. Hätte der Motor eine synchrone Drehzahl u, so verhalten sich die Frequenzen der beiden Drehfelder bei der Schlüpfung s gegenüber dem Arbeitsdrehfelde wie s : 2u- s.
Ist die Dämpfungswicklung für letztere Frequenz mit den Kondensatoren in Resonanz, dann wird das gegenläufige Drehfeld so gut wie vollständig abgedämpft, und der einphasige Asynchronmotor kann wie ein mehrphasiger Motor unter Last mittels Widerständen in seiner Drehzahl geregelt werden. Übrigens dürfte man über einen ziemlich grossen Drehzahlbereich mit fester Kapazitätseinstellung das Auslangen finden. Für den Anlauf wäre eine Abstimmung der Kondensatoren auch gar nicht vorteilhaft, da der Einphasenmotor dann übermässig hohe, voreilende Ströme aufnehmen würde.
Eine weitere Vereinfachung ergibt sich nach dem Schaltschema in Fig. 11 durch die Vereinigung der beiden Phasenwicklungen zu einer einzigen Wicklung a. Durch Umschaltung der Kondensatoren im Anlauf auf eine Hilfsphase H nach Schaltung in Fig. 11 kann noch ein gutes Anzugsmoment erzielt werden. Im Betriebe liegen nach Fig. 11 die Kondensatoren mit den Regelwiderständen gemeinsam an denselben Rotorschleifringen. Um die höherperiodigen Dämpfungsströme von den niederperiodigen Arbeitsströmen besser zu trennen, kann es vorteilhaft sein, die Regelwiderstände als induktive Widerstände auszubilden oder ihnen Drosselspulen vorzuschalten.
Wie bei mehrphasigen Asynchronmaschinen kann die Rotorleistung, statt in Widerständen vernichtet zu werden, auch an weitere Maschinen oder Apparate nutzbringend abgegeben werden. Hieher gehören die verschiedenen Kaskadenschaltungen, von welchen als besonderes Beispiel die Gleichstromkaskade nach Schaltung in Fig. 12 noch beschrieben sei. Der Rotorstrom des Einphasenmotors A wird dem Einankerumformer U mehrphasig zugeführt und dort in Gleichstrom verwandelt, welcher an den Gleichstrommotor G nutzbringend abgegeben wird. Der Gleichstrommotor G ist in der Fig. 12 mit dem Einphasenmotor gekuppelt. Er könnte ebenso einen ins Netz zurückarbeitenden Generator antreiben oder durch einen ins Netz zurüekarbeitenden spannungsregelbaren Umformer oder Gleichrichter bzw.
Umrichter ersetzt werden. Die Regelung der Drehzahl des dargestellten Aggregates erfolgt in bekannter Weise durch Änderung des Feldes J des Motors G. Die fremderregte Feldwieklung F des Einankerumformers U ist erfindungsgemäss über den Kondensator Cm zum abgestimmten Dämpfungskreise geschlossen. Desgleichen können auch andere Hilfswic1dungen des Umformers, wie Querfeldwieklungen und Wendepolwicklungen, mit Kondensatoren zu Dämpfungskreisen geschlossen werden. Bemerkenswert ist, dass das gegenläufige, einphasige Drehfeld im Einankerumformer bei jeder Drehzahl desselben immer mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit gegenüber dem Umformerpolkranze rotiert und daher mit einer einmaligen Einstellung der Dämpfungskreise für alle Betriebsfälle vollständig abgedrosselt bleibt.
Bei
Stillstand des Einphasenmotors A rotiert der Umformer U synchron, das gegenläufige Drehfeld gegen- über dem Polkranze des Umformers U doppelt synchron und wird durch wattlos voreilende Dämpfungsströme ausgelöscht. Bei gleichstromseitiger Belastung des Umformers entwickelt der Asynchronmotor bereits ein Anfahrmoment, das durch die Kupplung mit dem Gleichstrommotor G entsprechend vergrössert wird. Beim Anlauf verzögert sich der Einankerumformer auf die jeweilige Sehlupfperiodenzahl, während die Periodenzahl der Dämpfungsströme gleich bleibt. Obwohl der Einankerumformer U, beliebig mehrphasig gespeist werden kann, lässt sich seine Ankerwicklung nicht ganz so gut ausnutzen wie die
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einer Gleiehstrommaschine gleicher Leistung.
Dies rührt daher, weil das gegenläufige Drehfeld mit den zugehörigen höherperiodigen Phasenströmen bis in den Umformeranker eindringt und die Gleichstromwicklung miterwärmt. Werden diese Phasenströme jedoch vorher über abgestimmte Kondensatoren wie in Schaltung nach Fig. 11 abgeleitet, dann fuhrt der Umformeranker nur mehr Lastströme von der Schlupfperiodenzahl und kann wie ein normaler Mehrphasenumformeranker wesentlich kleiner bemessen werden.
Das Umsteuern auf verkehrt Drehriehtung bei gleichsinnig durchlaufendem Einankerumformer U erfolgt einfach durch Vertauschen der Rotorphasen mittels des Umschalters 81 und Feldumkehr des Motors G mittels des Wenders S2. Für den Stillstand des Asynchronmotors braucht nur der Gleichstromkreis des Umformers unterbrochen zu werden ; denn dann fliessen im Rotorstromkreise nur
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mit dem Einphasenständer von A kein nennenswertes Drehmoment zu entwickeln vermögen. ras Anlassen des Motoraggregates erfolgt bei nichtspannungsregelbaren Einankerumformern durch Schliessen des Gleichstromkreises über Anlasswiderstände B, bei spannungsregelbaren Umformern nach Schliessung des Gleichstromkreises durch Regelung der Gleichspannung von Null aufwärts bis zur jeweilig höchsten Betriebsspannung des Umformers.
Die weitere Drehzahlregelung erfolgt in bekannter Weise durch Schwächen des Gleichstrommotorfeldes J bis zur höchstmöglichen Drehzahl des Asynchronmotors A. Bei dieser Drehzahl können die Rotorschleifringe des Einphasenmotors A einfach kurzgeschlossen werden, wobei der Umformer U zum Stillstand kommt und der Gleichstromkreis zu öffnen ist. Eine Überschreitung dieser Drehzahl ins übersynchrone Gebiet des Asynchronmotors ist möglich, wenn bei um-
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geschlossen und zugleich der Kurzschluss der Rotorschleifringe aufgehoben wird. Der Umformer wird sich in entgegengesetztem Sinne langsam zu drehen beginnen und sich bei Verringerung des Widerstandes B beschleunigen. Nach Kurzschluss des Widerstandes B kann verlustlos weitergeregelt werden, indem die Motorfelderregung J verstärkt wird.
Da keine Kommutierungsschwierigkeiten bestehen, ist die höchstmögliche, übersynchrone Drehzahl nur aus mechanischen Festigkeitsrücksichten begrenzt ; auf jeden Fall ist die doppelte synchrone Drehzahl ohne Mehrbeanspruchung des Umformers erreichbar. Erhält der Gleichstrommotor G ausser der Fremderregung J noch eine Hauptstromerregung, dann zeigt das Motoraggregat bezüglichDrehzahl und Last ein ähnliches Verhalten wie Hauptstrommotoren, und der Übergang ins übersynchrone Gebiet kann stufenlos ohne Zuhilfenahme von Widerständen im Gleichstromkreise erfolgen.
Schliesslich kann die Gleichstromkaskadenschaltung nach Fig. 12 dahin abgeändert werden, dass der Einankerumformer U auf der Gleichstromseite nur auf regelbare Widerstände arbeitet, deren Einstellung bei bestimmter Belastung die Drezahl, bestimmt. Der Einphasenasynchronmotor A arbeitet dann genau so wie ein durch Rotorwiderstände geregelter Mehrphasenmotor, und der Umformer U übernimmt gleichzeitig die Rolle der Dämpfungskondensatoren, welche nach Fig. 10 und Fig. 11 an die Sehleiiringe des Rotors angeschlossen waren.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Dämpfungseinrichtung für einphasig betriebene elektrische Maschinen, bestehend aus einzelnen
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