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Einrichtung zur Erzielung untersynchroner Drehzahlen bei Asynchronmotoren
Zur Drehzahlregelung oder Drehzahleinstellung der wegen ihrer Robustheit und einfachen
Konstruktion beliebten asynchronen Drehstrom- antriebe ist die Polumschaltung, die Kaskaden- schaltung und die Verwendung von Hinter- maschinen bekannt. Die Polumschaltung und
Kaskadenschaltung ohne Kollektormaschinen ge- statten nur einzelne vorgegebene Hauptdreh- zahlen einzustellen. Die Verwendung der be- kannten Hintermaschinen bedingt, dass mindestens eine Kollektormaschine für den Ausgleich von
Ständer-und Läuferfrequenz in dem Maschinen- satz vorhanden ist. Diese Kollektormaschine bringt aber alle Nachteile des empfindlichen
Kollektors in den Drehstromantrieb und be- deutet damit Verzicht auf eine Grundeigenschaft des asynchronen Motors.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und gestattet die Erzielung beliebiger untersynchroner
Drehzahlen bei Asynchronmotoren dadurch, dass zwei Asynchronmotoren vorgesehen sind, deren
Primärwicklungen parallel am Netz liegen und deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind, und dass zum Zwecke der Drehzahlregelung die Sekundärwicklungen oder die Primär- wicklungen der beiden Asynchronmotoren gegen- einander verdreht werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem
Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Die bei höchster Drehzahl, d. i. bei geringster
Schlüpfung, verlangte Leistung wird, wie die
Fig. l und 2 zeigen, auf zwei Maschinen a und b aufgeteilt, wobei beide Maschinen je für die halbe Leistung bemessen werden können. Die
Maschinen a und b besitzen Ständer 1 a und 1 b mit normalen Drehstromwicklungen 5 a und 5 b,
5'a bzw. 5'b und J"a bzw. 5"b. Die drei
Ständerphasen liegen in Stern-oder Dreieck- schaltung parallel am Netz RST.
Die beiden Läufer 2 a und 2 b, die in der Fig. 1 der besseren
Deutlichkeit halber als Dreiphasenanker mit ausgeprägten Polen gezeichnet sind, sind ebenfalls untereinander gleich und besitzen gleiche mehr- phasige Wicklungen, u. zw. bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die
Dreiphasenwicklungen 4 a bzw. 4 b, 4'a bzw. 4'b und 4"a bzw. 4"b. Mechanisch sind die beiden
Maschinenwellen 8 a und 8 b durch eine
Kupplung 9 verbunden, welche eine starre
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Hauptfeldern die Läuferspannungen arithmetisch. Der Maschinensatz verhält sich dann wie eine normale Asynchronmaschine, deren Eisen und Wicklungen auf zwei parallel arbeitende Maschinen aufgeteilt sind.
Wenn jedoch die Wicklungsachsen zugeordneter Läuferphasen um den elektrischen Winkel a gegeneinander verdreht sind und dann während des Betriebes in dieser gegenseitigen räumlichen Lage verbleiben, so setzen sich die Läuferspannungen nicht mehr arithmetisch, sondern geometrisch zusammen. Die resultierende Läuferspannung je Phase ist dann immer kleiner als die arithmetische Summe und kann durch Verdrehung der beiden Läufer gegeneinander bis auf Null herabgesetzt werden, auch wenn die in den Teilmaschinen induzierten Einzelspannungen gleichbleibende absolute Werte haben. Der durch die Läufer beider Teilmaschinen fliessende Strom wird von der resultierenden Läuferspannung hervorgerufen und ist kleiner, wenn die Summenspannung durch Verdrehung der beiden Läufer gegeneinander geringer wird.
Bei gleichem Gesamtdrehmoment des Aggregates, welches durch Läuferstrom und Hauptfeld und deren gegenseitige Phasenanlage bestimmt wird, muss demnach bei Verdrehung der Läufer gegeneinander die Teilspannung in jeder Maschine dem Werte nach grösser werden, die Schlüpfung zunehmen, also die Drehzahl sinken. Je grösser der Verdrehungswinkel der beiden Läufer gegeneinander ist, um so geringer wird bei gleichem Drehmoment die Drehzahl des Aggregates. Das maximal erzielbare Drehmoment, also das Kipp- moment, nimmt allerdings ebenfalls mit dem
Verdrehungswinkel ab. Bei generatorischem
Betrieb des Aggregates kann durch Veränderung der Lage des Winkels der beiden Teilläufer die abgegebene Spannung verändert werden bzw. bei konstanter Spannung ändert sich die
Antriebsdrehzahl des Aggregates.
Das Spannungsdiagramm ist in Fig. 3 unter der vereinfachenden Annahme, dass die Ständer- widerstände vernachlässigbar sind, dargestellt.
Der Netzspannung Ei hat dann in beiden Teil- maschinen die vom Hauptfeld bzw. dem
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diagramm dem Netzspannungsvektor um
90 Grade nach und stellt unter der oben erwähnten
Annahme den Magnetisierungsstrom für beide
Teilmaschinen vor. Es sei nun der entsprechend der Netzfrequenz umlaufende Hauptfeldvektor bzw. der gleichphasige Magnetisierungsstrom
0-5 als Zeitlinie für das Spannungsdiagramm betrachtet. Sind die Hauptfelder der Teil- maschinen infolge ungleicher Belastung bei
Berücksichtigung der Ständerwiderstände nicht gleichgerichtet, dann möge die Winkelsymmetrale der beiden Hauptfeldrichtungen als umlaufende
Zeitlinie angesehen werden.
Werden die Läufer beider Teilmaschinen so gestellt, dass ihre
Wicklungsachsen parallel liegen, also der Ver- drehungswinkel Null ist, dann eilt die in jeder Läuferwicklung induzierte Spannung 0-17 dem, Hauptfeldvektor um 90 Grade nach, wobei beispielsweise die Schlüpfung s vorhanden ist.
Verdreht man die beiden Läufer um den elektrischen Winkel S gegeneinander, dann kann aus Symmetriegründen nur von einer Voreilung
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gesprochen werden, in welcher als Symmetrale der beiden Läuferwicklungsachsen einer Phase die induzierte ideelle Spannung um 90 Grad dem Hauptfeld nacheilen würde. Diese ideelle
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nacheilende Spannung 0-1 == E2. Die Schlüpfung ist dabei s'. Aus der Serienschaltung der beiden Teilwicklungen ergibt sich als gesamte Läuferspannung 0-3 die geometrische Summe von 0. 1 +0, 2, welche infolge der Symmetrie bei dem vereinlachten Diagramm wieder um 90 Grad gegen 0-5 nacheilt. Der absolute Wert von 0. 3 ist offensichtlich kleiner als der von 0-1', wenn s'= s.
Sollen aber zur Erzielung des gleichen Drehmomentes die Summenspannungen im Läufer angenähert gleich bleiben, dann muss s' grösser werden als s bzw. die Drehzahl abnehmen. Aus der Summenspannung 0-3 = E2 ergibt sich
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7z gegen E2 sei llr. Durch die räumliche Verschiebung der Wicklungsachsen gegen die umlaufende Zeitlinie bzw. den Magnetisierungsstrom sind aber die Felder des Ständerstroms
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voreilen.
Wenn also der vom Punkt 5 des Diagrammes in Richtung c unter dem Winkel T aufgetragene Läuferstrom in der ideellen Wicklungsachse fliessen würde, dann ist unter
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ströme ergeben sich aus der geometrischen Differenz von Magnetisierungsstrom und Läuferstrom zu 0, 6 = Jl a und 0, 7 = J1 b. Die Ständerströme sind also nicht gleich und auch gegeneinander in der Phase verschoben. Ebenso nehmen die beiden Teilmaschinen ungleiche Leistungen aus dem Netz auf und geben verschieden grosse Drehmomentanteile ab. Die drehzahlregelnde Wirkung der Läuferverdrehung äussert sich physikalisch demnach so, dass die eine Teilmaschine gezwungen wird, mehr Leistung abzugeben, als die andere. Bei entsprechendem Verdrehungswinkel kommt es sogar dazu, dass die eine Teilmaschine als Motor und die andere als Generator arbeitet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erzielung untersynchroner Drehzahlen bei Asynchronmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Asynchronmotoren vorgesehen sind, deren Primärwicklungen parallel am Netz liegen und deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind, und dass zum Zwecke der Drehzahlregelung die Sekundärwicklungen oder die Primärwicklungen der beiden Asynchronmotoren gegeneinander verdreht werden.
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Device for achieving subsynchronous speeds in asynchronous motors
For speed control or speed setting because of their robustness and simple
In the construction of popular asynchronous three-phase drives, pole changing, cascade connection and the use of rear machines are known. The pole changing and
Cascade connection without collector machines only allow individual, specified main speeds to be set. The use of the known rear machines requires that at least one collector machine is used to compensate for
Stator and rotor frequency are available in the machine set. However, this collector machine has all the disadvantages of the sensitive one
Collector in the three-phase drive and thus means doing without a basic property of the asynchronous motor.
The invention avoids these disadvantages and allows any subsynchronous to be achieved
Speeds in asynchronous motors in that two asynchronous motors are provided, their
Primary windings are connected in parallel to the mains and their secondary windings are connected in series, and that the secondary windings or the primary windings of the two asynchronous motors are rotated against each other for the purpose of speed control.
The invention is in the drawing in one
Embodiment illustrated.
The maximum speed, i. i. at least
Hatching, required performance becomes like that
Fig. 1 and 2 show divided into two machines a and b, both machines can each be rated for half the power. The
Machines a and b have stator 1 a and 1 b with normal three-phase windings 5 a and 5 b,
5'a or 5'b and J "a or 5" b. The three
Stator phases are connected in star or delta in parallel to the RST network.
The two runners 2a and 2b, which are shown in FIG. 1 of the better ones
For the sake of clarity, they are drawn as three-phase armatures with pronounced poles, are also identical to one another and have the same multi-phase windings, etc. between. In the embodiment shown in FIG. 1, the
Three-phase windings 4 a or 4 b, 4'a or 4'b and 4 "a or 4" b. The two are mechanical
Machine shafts 8 a and 8 b by a
Coupling 9 connected, which is a rigid
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The rotor voltages arithmetically in the main fields. The machine set then behaves like a normal asynchronous machine, whose iron and windings are divided between two machines working in parallel.
However, if the winding axes of associated rotor phases are rotated relative to each other by the electrical angle α and then remain in this mutual spatial position during operation, the rotor voltages are no longer arithmetically but geometrically composed. The resulting rotor voltage per phase is then always smaller than the arithmetic sum and can be reduced to zero by rotating the two rotors against each other, even if the individual voltages induced in the sub-machines have constant absolute values. The current flowing through the rotors of both sub-machines is caused by the resulting rotor voltage and is smaller when the total voltage is lower due to the rotation of the two rotors against each other.
With the same total torque of the aggregate, which is determined by the rotor current and main field and their mutual phase contact, the partial voltage in each machine must increase in value when the rotors are rotated against each other, the slip increases, i.e. the speed decreases. The greater the angle of rotation of the two rotors with respect to one another, the lower the speed of the unit will be for the same torque. However, the maximum achievable torque, i.e. the tilting moment, also increases with the
Twist angle from. With regenerative
When operating the unit, the voltage output can be changed by changing the position of the angle of the two partial rotors, or if the voltage is constant, the voltage changes
Drive speed of the unit.
The voltage diagram is shown in FIG. 3 under the simplifying assumption that the stator resistances are negligible.
The mains voltage Ei then has that of the main field or the in both sub-machines
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diagram of the grid voltage vector
90 degrees after and places below the above
Assume the magnetizing current for both
Sub-machines. Let it now be the main field vector or the in-phase magnetizing current that circulates according to the network frequency
0-5 considered as the timeline for the voltage diagram. Are the main fields of the sub-machines due to unequal loads at
Consideration of the stator resistances not rectified, then the angular symmetry of the two main field directions may be circumferential
Timeline can be viewed.
Are the runners of both sub-machines positioned so that their
If the winding axes are parallel, i.e. the angle of rotation is zero, the voltage 0-17 induced in each rotor winding lags the main field vector by 90 degrees, with the slip s being present, for example.
If you twist the two rotors against each other by the electrical angle S, then, for reasons of symmetry, only one advance can be achieved
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be spoken of, in which, as the symmetry of the two rotor winding axes of a phase, the induced ideal voltage would lag behind the main field by 90 degrees. This ideal
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lagging voltage 0-1 == E2. The hatching is s'. From the series connection of the two partial windings, the total rotor voltage 0-3 results in the geometric sum of 0.1 +0.2, which, due to the symmetry in the simplified diagram, lags again by 90 degrees towards 0-5. The absolute value of 0.3 is obviously smaller than that of 0-1 'when s' = s.
If, however, the total voltages in the rotor are to remain approximately the same in order to achieve the same torque, then s' must be greater than s or the speed must decrease. The total voltage 0-3 = E2 results
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7z against E2 is llr. Due to the spatial shift of the winding axes against the circumferential time line or the magnetizing current, however, the fields of the stator current are
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to advance.
If the rotor current plotted from point 5 of the diagram in direction c at the angle T would flow in the ideal winding axis, then it is below
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currents result from the geometric difference between magnetizing current and rotor current to 0.6 = Jl a and 0.7 = J1 b. The stator currents are therefore not the same and also phase shifted from one another. The two sub-machines also draw unequal power from the network and output different amounts of torque. The speed-regulating effect of the rotor rotation is expressed physically in such a way that one sub-machine is forced to deliver more power than the other. If the angle of rotation is appropriate, one part of the machine will even work as a motor and the other as a generator.
PATENT CLAIMS:
1. A device for achieving sub-synchronous speeds in asynchronous motors, characterized in that two asynchronous motors are provided, the primary windings of which are connected in parallel to the network and the secondary windings are connected in series, and that for the purpose of speed control, the secondary windings or the primary windings of the two asynchronous motors are rotated against each other .